Una historia sobre el gen anticongelante de un pez Antártico

Por Casey Luskin
Traducción por Cristian Aguirre

Un nuevo artículo de las Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) anuncia poder explicar el origen de una proteína anticongelante en un pez antártico. Aunque promocionado por los activistas de Darwin, el mismo se presenta como una historia que a fin de cuentas no muestra ningún interés en proporcionar la prueba de verosimilitud de la relación de complejas mutaciones que presenta.

La blogosfera de Darwin está muy entusiasmada con un nuevo estudio que pretende explicar los orígenes evolutivos de un gen anticongelante de un pez de la Antártida, el eelpout Antártico. En realidad, esta no es una historia completamente nueva, las pretensiones de explicar la evolución genética de las proteínas anticongelantes se han hecho durante años. El año pasado reporté otro estudio similar.

Estos artículos basan sus reivindicaciones de la evolución puramente en pruebas circunstanciales – comparaciones de similitud de secuencias – y luego cuentan una historia de supresión, reorganización, y amplificación. La explicación de estos genes por medio de “innovar” a través de “duplicación, divergencia, y arrastre de exón” en un proceso “de novo” de asimilación de secuencias no codificantes, no da cuenta de cómo un gen complejo en realidad puede originarse. Esta historia no se ocupa de las probabilidades de producir de forma espontánea el gen funcional.

La nueva historia es algo diferente. Publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS por sus siglas en ingles), el nuevo estudio examina el origen de una proteína anticongelante AFPIII, una proteína relativamente corta (de 66 aminoácidos de longitud) que ayuda a evitar la congelación del agua dentro de los peces al unirse a los cristales de hielo incipiente. Los autores afirman que AFPIII ha evolucionado a partir de una copia duplicada de otro gen en los peces, SAS-B. Para resumir su historia evolutiva: “AFPIII 5’FR, intron1 (I1), exon2 (E2; nuetralizador de hielo maduro AFPIII), y 3’FR se derivaron de la 5’FR, (SAS dominio C-terminal) I5, E6, y 3’FR, respectivamente, del ancestral LdSAS-B, “y luego” aceleraron los cambios adaptativos que se produjeron posteriormente en el naciente gen AFPIII “.

El Juego de la Evolución de Genes

Suena simple y convincente, ¿verdad? No se deje impresionar demasiado. Si vuelve a leer mi artículo, “Cómo se juega el Juego de la Evolución de Genes”, encontrará que se han utilizando una combinación de tres varitas mágicas: Duplicación de gen, Selección Natural y Reordenamiento – es una simple cuestión de inventar una solución justa, a modo de historia para “explicar” el origen de casi cualquier secuencia genética – sin requerir detalles:

Este resumen de estas tres sencillas reglas del Juego de la Evolución de Genes le ayudará a explicar cualquier cosa:

Juego de la Evolución de Genes Regla 1: Cada vez que encontramos una homología de secuencia entre dos genes, sólo invocar un evento de duplicación de un gen hipotético, ancestral antiguo, y usted puede explicar cómo dos genes diferentes llegaron a compartir sus similitudes.

Juego de la Evolución de Genes Regla 2: Cuando tenga que explicar cómo un gen ha adquirido alguna nueva función o evolucione diferencias a partir de otro gen, sólo invocar la varita mágica de la selección natural. No hay necesidad de demostrar que hay algún beneficio para el nuevo gen, o que un camino gradual a la adaptación existe. Por último, la selección natural es especialmente útil cuando una parte de su gen parece única – dado que la selección natural puede cambiar cualquier cosa, puede concluir que la selección natural cambió su gen tanto que ya no se parece a su antecesor.

Juego de la Evolución de Genes Regla 3: Cuando un gen parece estar compuesto de las partes de varios genes, sólo invocar las duplicaciones y reordenamientos de todas las secuencias de ADN que necesita, así que usted los puede obtener todos juntos en el lugar correcto. Si necesita eliminar partes de un gen, o invertir, o adaptar a una nueva ubicación, sólo invoque diferentes tipos de reordenamientos con la frecuencia y abundancia que desee, y ba-da-bing, usted tiene su nuevo gen !

Este nuevo estudio publicado en PNAS sobre AFPIII utiliza las reglas del Juego de la Evolución de Genes 1, 2 y 3 para inventar una historia que es algo como esto:

Paso 1: El supuesto gen ancestral, SAS-B, tiene un par de exones con alta homología de secuencia con AFPIII. Uso de Duplicación de Gen Regla del Juego 1, los narradores darwinianos proponen que SAS-B fue sometido a un evento de duplicación para producir SAS-B ‘.

Paso 2: SAS-B tiene 6 exones, mientras que AFPIII sólo tiene dos exones. Para conseguir algo que parece una especie de AFPIII de una copia hipotética de SAS-B, usted tiene que deshacerse de algunos exones (así como los intrones intermedios) en SAS-B ‘. De este modo los AFPIII exones 1 y 2 mostraran similar secuencia a los exones 1 y 6 de SAS-B, respectivamente. Uso de Gene Evolución Regla del Juego 3, los autores del estudio de PNAS proponen que SAS-B perdió los exones 2, 3, 4 y 5, e intrones 1, 2, 3 y 4. También perdió una parte del exón 1, que está ausente en AFPIII.

Paso 3: Los exones en AFPIII no son idénticos a los exones en SAS-B, por lo que también tiene que explicar cómo han evolucionado las diferencias. Aquí es donde la regla 2 del Gene Evolución viene a actuar; la selección natural, la varita mágica que puede cambiar una secuencia de ADN todo lo que quieras. Así, el artículo de PNAS propone que la “selección darwiniana positiva” hizo todo el trabajo:

Los cambios acelerados de adaptación que posteriormente se produjeron en el naciente gen AFPIII, indicados por los casi dos tercios de los residuos en AFPIII experimentaron selección darwiniana positiva (Tabla 1), lo que resultó en la optimización rápida hacia una completa actividad AFP capaz de prevenir la congelación de los líquidos del cuerpo del pescado.

Paso 4: El gen anticongelante AFPIII es de obvia importancia para el Zoarces viviparus de la Antártida, como estos tienen “30 genes AFPIII”. La multitud de copias de este gen, según se dice, se logra a través de muchas rondas de duplicación del gen original AFPIII después de su primera evolución.

Los autores de PNAS responden las preguntas equivocadas …

Esta historia es un poco mejor que otras, porque aquí los investigadores conocían la función del gen que estaban estudiando, y, en base a estudios previos, que también dan cuenta de algunos aminoácidos en dicha proteína que son importantes para esa función. Muchos otros estudios son mucho peores, ya que invocar la selección natural, cuando ni siquiera saben la función a ser seleccionada. Por lo menos en esta investigación se conoce la función del gen estudiado.

A este respecto, los autores ponen en relieve que algunos de los aminoácidos que son importantes para la función anticongelante había experimentado “selección positiva”. ¿Cómo saben que experimentaron selección positiva? Una alta proporción de no-sinónimos (es decir, aminoácidos cambiados) sobre sinónimos (es decir, silentes), asumiéndose las diferencias de nucleótidos como evidencia de la fuerza de la “selección positiva”.

¿Qué nos dice esto específicamente? Es difícil de decir. Aunque otros estudios han determinado que algunos de los 13 aminoácidos en AFPIII bajo la selección positiva son químicamente importantes para su función de envolvimiento de los cristales de hielo (por ejemplo, residuos en las posiciones 14, 16 y 44), algunos de los aminoácidos supuestamente sometidos a la selección no parecen importantes para la función de la proteína anticongelante. Por otra parte, algunos de los aminoácidos importantes para la función de envolvimiento del hielo no se consideraba que eran estuvieran sometidos a selección positiva (por ejemplo, los residuos en las posiciones 9, 15 y 18).

Si estos resultados le parecen un poco ambiguos o difíciles de interpretar, no está solo. En realidad no es coincidencia que estos métodos de inferencia de la selección positiva hayan sido criticados por otros biólogos evolutivos. Por ejemplo, un artículo de 2007 por el biólogo evolucionista Michael Lynch en PNAS. Trata el núcleo de algunos de los supuestos inherentes a muchas pretensiones de la evolución genética. Lynch presenta una lista de “mitos”, promovida por los biólogos, una de ellas es la creencia de que la caracterización de las diferencias interespecíficas en los niveles moleculares y/o celulares es equivalente a la identificación de los mecanismos de la evolución.” Del mismo modo, el biólogo de Austin Hughes advierte que muchas inferencias de la selección positiva se basan en análisis estadísticos cuestionables de los genes:

“Un obstáculo importante para el progreso ha sido la confusión sobre el papel positivo (darwinista) de la selección, es decir, la selección natural favorece las mutaciones adaptativas. En particular, los problemas han surgido por el uso generalizado de ciertos mal concebido métodos estadísticos para probar la selección positiva. Miles de artículos se publican cada año alegando evidencia de la evolución adaptativa solo sobre la base de los análisis computacionales, sin evidencia alguna en cuanto a los efectos fenotípicos de mutaciones supuestamente adaptativas. … Contrariamente a la impresión generalizada, la selección natural no deja una ”firma” inequívoca sobre el genoma, desde luego no una que sigue siendo detectable después de decenas o cientos de millones de años. Para los biólogos educados en los procesos del pensamiento neo-darwinista, es casi axiomático que cualquier cambio adaptativo debe haberse fijado como resultado de la selección natural. Pero es importante recordar que la realidad puede ser más compleja que los simples escenarios de los libros de texto. … En los últimos años la literatura de la biología evolutiva ha sido saturada con afirmaciones extravagantes de la selección positiva sobre la base solo de los análisis computacionales … Este despliegue de gran bombo pseudo-darwiniano ha sido realmente perjudicial para la credibilidad de la biología evolutiva como ciencia”.

(Austin L. Hughes, “El origen de los fenotipos de adaptación,” Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE.UU. PNAS, vol. 105 (36) :13193-13194 (09 de septiembre 2008) (citas interno).)

Tales críticas parecen aplicables en este caso. Mientras que estudios previos habían identificado algunos de los supuestamente “seleccionados positivamente” aminoácidos tan importantes para la función anticongelante, los autores no intentan proporcionar una explicación paso a paso de cómo SAS-B se modifica en AFPIII. Hubo etapas selectivamente neutrales, pero necesarias, que debieron recorrerse a lo largo del camino evolutivo? ¿Hay etapas intermedias que son, de hecho, inadaptadas o no funcionales? Como señalé en “El Juego de la Evolución de Genes, hay una serie de preguntas importantes que deben abordarse antes de que una historia de evolución genética puede ser plausible:

• El producto del gen reordenado ¿Comienza funcional? Si no, ¿Con qué rapidez puede ganar la función? ¿Cómo se preservó de la pérdida hasta que comenzó a funcionar?

• Son las proteínas realmente tan maleables como esta historia lo supone o se encontrará la nueva combinación del gen plegada o existirán otros problemas de contexto?

• ¿Qué vía de mutación fue llevado a desarrollar un gen A en un nuevo gen con función B?

• ¿Qué ventajas selectivas se han realizado en cada pequeño paso de este camino evolutivo?

• ¿Para unos “grandes pasos” (es decir, múltiples mutaciones específicas) se exige obtener una ventaja selectiva a lo largo del camino evolutivo? ¿Es probable que estos “grandes pasos” se produzcan?

• ¿Puede todo esto suceder en un plazo razonable?

Por desgracia, el documento no aborda ninguna de estas preguntas. Habida cuenta de su complicada historia de la duplicación, eliminación, y la selección natural (y mucho más duplicaciones), al menos podría haber hecho algunos cálculos para hacer frente a la verosimilitud de su compleja historia. Por ejemplo, podrían haber realizado cálculos que demuestran que las mutaciones señaladas se sucedieran en una escala de tiempo evolutivo razonable. Pero los autores PNAS no parecen interesados en realidad en probar la credibilidad de su historia evolutiva. En su lugar, simplemente afirman:

“Por lo tanto, la evolución del gen del eelpout AFPIII Antartico ha dado lugar a tocar dos funcionalidades discretas en el ancestro citoplasmática mismo y transformándolos notablemente en una función de salvar vidas anticongelante por excelencia. La parte de codificación de origen no proteico del péptido señal AFPIII representa un ejemplo de adquisición de una función oculta mediante la incorporación de un sitio de inicio de la traducción, y arroja luz sobre cómo los productos de los genes duplicados podrían estar dirigidos a diferentes localizaciones celulares”.

Así, a partir de la pura suerte el tonto gen inicial SAS-B tenía una “función oculta” que previene el crecimiento de cristales de hielo y una secuencia en el gen SAS-B que, cuando se traduce en una nueva proteína, podría, con un algunas modificaciones, dirigir la célula a secretar la proteína” en la sangre, las mutaciones múltiples, obviamente, que van desde las duplicaciones de genes a las grandes deleciones y a las numerosas sustituciones de bases individuales que sean necesarias para evolucionar el gen AFPIII.

… Así que vamos a hacer una pregunta correcta

Y hay una última serie de mutaciones radicales que es necesario explicar en el gen AFPIII del Zoarces viviparus antartico, ya que el mismo tiene más de 30 copias del gen AFPIII. Tal vez todo esto es plausible. Pero tal vez no lo es. El documento ni siquiera trata de decirnoslo. Vamos a tratar un simple análisis de esta última etapa.

En su libro La evolución de 2005, Douglas Futuyma afirma que un alto estimado de la tasa de duplicación de genes es de “aproximadamente el 0,01 por duplicación de genes por millón de años.” (P. 470) Un gen determinado por lo tanto se duplicará aproximadamente una vez cada 100 millones de años. El presente artículo especula que el gen anticongelante evolucionado en respuesta al enfriamiento de las temperaturas en las aguas del océano Antártico profundo en los últimos 50 millones de años. ¿Qué vamos a hacer, entonces, por el hecho de que Zoarces viviparus Antártida con más de 30 genes AFPIII, todo lo cual se dice que es el resultado de una duplicación de un solo gen AFPIII que se desarrolló en algún momento de los últimos 50 millones de años en respuesta a cambio de temperatura de los océanos?

Incluso si se invoca la varita mágica de la “selección positiva”, este gen fue aparentemente duplicado a un ritmo mucho mayor que la tasa promedio de duplicación de genes. Se debería haber tenido unos 3 mil millones años sólo para cumplir con el último paso de esta pequeña historia, que tuvo lugar en menos de 50 millones de años, ya que estas duplicaciones repetidas son el último paso de la historia. En otras palabras, en la última etapa sólo parece que este trabajo requiere que los cambios evolutivos genéticos se den demasiado rápido.

El documento no aborda las cuestiones relacionadas con la plausibilidad de su historia y en su lugar sólo afirma que la historia es verdadera porque, al fin y ala cabo, jugaron el Juego de la Evolución de Genes.

Muchos artículos científicos que tienen por objeto mostrar la evolución de la “nueva información genética” no hacen más que identificar las similitudes moleculares y las diferencias entre los genes existentes y luego invocar la evolución justo para las historias de duplicación, redistribución, y la divergencia posterior basada en vagas apelaciones a la “selección positiva” que pretenden explicar cómo el gen se formó. Pero exactamente cómo surgió el gen nunca es explicado. En particular, si las mutaciones al azar y la selección natural no guiadas son suficientes para producir los cambios genéticos pertinentes, casi nunca es evaluado.

Referencias:

1. Casey Luskin. A Fishy Story About AntiFreeze Gene Evolution. Artículo original en ingles.

2. Cheng Denga,C.-H. Christina Chengc,Hua Yea,Ximiao Heb, and Liangbiao Chena. Evolution of an antifreeze protein by neofunctionalization under escape from adaptive conflict.

Una Respuesta para Una historia sobre el gen anticongelante de un pez Antártico

  1. Iba a repetir lo de siempre, que una vez más se está demandando a la evolución un estandar de certidumbre que no se exige a ninguna otra hipótesis científica, pero prefiero remitirme a este artículo, donde ya lo hicieron de una manera más didactica de lo que yo hubiera podido.

    Acerca de la falacia probabilística que se invoca en este artículo (decir que algo no puede ocurrir en una población a partir de las bajas probabilidades de que ocurra en uno sólo de sus individuos), me remito a traducir un contraejemplo que aparece en el mismo artículo que cite arriba:

    Supongamos una población de 1.000.000 de eelpouts, cada uno con 25.000 genes. Eso significa que en un momento dado hay 25.000.000.000 de genes en la población. A una tasa de duplicación genética de 0.01 por gen cada millon de años como la estimada por Futuyama, uno esperaría encontrar 250 genes duplicados al año dentro de la población, o lo que es lo mismo una duplicación al año por cada 4000 peces. Lo anterior significa que en sólo 100 años ya es posible que cada uno de los 25.000 genes de esta especie se haya duplicado al menos una vez en algún pez. De manera que en 50.000.000 de años es completamente factible que la selección natural y la deriva genética operando sobre los genes duplicados alcance el resultado predicho.

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