La individualidad está en las experiencias

Si ponemos a un grupo de ratones genéticamente idénticos en un espacio cerrado durante tres meses, y al final de este periodo medimos el número de nuevas neuronas que han generado los ratones, obtenemos que aquellos que han sido más activos a la hora de explorar su ambiente tienen más neuronas de nueva generación que sus compañeros de celda menos aventureros.

El estudio, publicado en la prestigiosa revista Science, ha encontrado un punto de unión entre el comportamiento exploratorio y la neurogénesis en adultos, lo que muestra que la plasticidad neuronal –la capacidad que tiene nuestro cerebro de crear nuevas neuronas, nuevas conexiones neuronales y modificar las existentes- puede ser moldeada por la experiencia –por suerte, no todo es genética.

Es decir, cuantas más experiencias tengamos, más curiosos seamos y más nos levantemos del sofá, más neuronas generaremos. Este descubrimiento le da un sustrato biológico –a nivel celular- a las diferencias individuales, incluso en individuos que sean genéticamente iguales, lo que extrapolándolo a los seres humanos nos puede ayudar a explicar las diferencias en personalidad en los gemelos monozigóticos.

Referencias

Freund, J., Brandmaier, A., Lewejohann, L., Kirste, I., Kritzler, M., Kruger, A., Sachser, N., Lindenberger, U., & Kempermann, G. (2013). Emergence of Individuality in Genetically Identical Mice Science, 340 (6133), 756-759 DOI: 10.1126/science.1235294

Las ratas adolescentes y solitarias se drogan más

En un experimento llevado a cabo por Hitoshi Mirikawa y sus colaboradores de la Universidad de Austin, Texas, se puso de manifiesto que las ratas adolescentes aisladas socialmente adquirían memorias asociadas al alcohol y a las anfetaminas mucho más rápido; y que además estas memorias eran más resistentes a la extinción -es decir, más difíciles de olvidar- que aquellas que tenían las ratas que habían sido criadas en grupos.

El Doctor Morikawa y su equipo encontraron que las ratas socialmente aisladas durante un momento crítico de su etapa adolescente (21-42 días después del nacimiento) crearon una preferencia por los estímulos asociados con drogas después de tan solo una exposición; mientras que las ratas que interaccionaban en grupos con otros miembros de su misma especie, requerían más exposiciones para desear la droga. Los científicos también observaron que el ostracismo social de estas ratas provocaba que, ante el uso de las drogas, desarrollaran un incremento de la señal de neuronas situadas en ciertas áreas del cerebro implicadas en la asociación de comportamientos con recompensas. Además, este incremento de actividad en estas áreas de aprendizaje no se revertía aunque las ratas aisladas fueran devueltas a un entorno socialmente enriquecido.

Los autores afirmaron que efectos como los observados en este estudio pueden ayudar a entender como las experiencias que se vivan en la adolescencia pueden incrementar la susceptibilidad a los comportamientos adictivos, y que estos son muy difíciles de eliminar una vez que se han fijado en nuestro cerebro.

Referencias
Whitaker, L., Degoulet, M., & Morikawa, H. (2013). Social Deprivation Enhances VTA Synaptic Plasticity and Drug-Induced Contextual Learning Neuron, 77 (2), 335-345 DOI: 10.1016/j.neuron.2012.11.022

El acotamiento evolutivo del azar

Existe evolución porque existe variabilidad. Si en el proceso de replicación del DNA no se cometiesen errores, no habría variaciones que en determinadas situaciones pudiesen ser favorecidas. Estas mutaciones que permiten la variabilidad ocurren al azar, pero sin embargo, un estudio llevado a cabo en E. coli ha revelado que la naturaleza sí tropieza dos veces en la misma piedra, a veces hasta muchas veces, encontrando la misma solución al mismo problema.

La especiación normalmente se suele producir por separación geográfica. Grupos de la misma especie que son separados geográficamente acaban seleccionándose según las condiciones ambientales de sus ambientes locales, lo que da lugar a especies distintas. Pero este no es la única manera en la que se genera diversidad genética. Ya se han publicado varios estudios en los que algunas especies de peces, árboles o pinzones  pueden evolucionar separadamente e incluso dividirse en distintas especies, aunque estén compartiendo el mismo ambiente. En el presente estudio, el biólogo evolucionista Michael Doebeli y sus colaboradores, de la Universidad de British Columbia (UBC) de Vancuver, demuestran que la bacteria E. coli también se puede diversificar evolutivamente en el mismo tubo de ensayo.

En dicho estudio, las colonias bacterianas eran “alimentadas” con glucosa y acetato. E. coli es capaz de metabolizar ambos compuestos, e incluso cambiar de uno a otro, pero lo que el grupo de científicos encontró fue que en el mismo tubo de ensayo surgían dos grupos de bacterias: uno se especializaba en el consumo de glucosa, y otro en el consumo de acetato.

En un nuevo trabajo realizado sobre estos resultados, Doebeli y sus colaboradores, también de la UBC, recogieron las muestras congeladas de los tubos de ensayo de Doebeli, y secuenciaron 17 genes de varias muestras recogidas en diferentes estadios del experimento. Los resultados obtenidos mostraron que en algunos casos el DNA mostraba mutaciones idénticas en los tres tubos de ensayo: es decir, a pesar de que las mutaciones ocurren al azar, los mismos cambios en el ambiente del tubo de ensayo habían favorecido la selección de las mismas soluciones genéticas en los mismos genes, e incluso en los mismos nucleótidos.

Doebeli y Herron también se encontraron conque algunas mutaciones ocurrían en un orden específico: después de que un grupo se hubiera especializado en el consumo de uno de los metabolitos y el otro en el alternativo, ambos grupos evolucionaban para poder cambiar mejor entre los tipos de comida. Esta última mutación no sería útil antes de que surgiera la primera, pues al principio no estaban especializadas.

Casos como este también se han visto en los insectos, lo cuales con frecuencia evolucionan para ser resistentes a los insecticidas gracias a las mismas mutaciones.

En definitiva, con los resultados empíricos obtenidos en este trabajo, más algunas otras evidencias anteriormente encontradas, se puede afirmar (como así hacen los autores el el paper original)  que la diversificación adaptativa es, en cierto modo, un proceso previsible.

Referencias

Herron, M., & Doebeli, M. (2013). Parallel Evolutionary Dynamics of Adaptive Diversification in Escherichia coli PLoS Biology, 11 (2) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001490

Huellas genéticas de selección positiva

La historia de la evolución humana está escrita en el genoma, y los científicos encargados de descifrarla han desvelado la existencia de variantes genéticas que pueden haber ayudado a los seres humanos a adaptarse a los ambientes en los que les tocó vivir.

 Sharon Grossman y Pardis Sabeti del Broad Institute de Cambridge, Massachusetts, junto a sus colaboradores, utilizaron un modelo computacional para rastrear cambios de un único nucleótido en el genoma humano que hubieran estado sometidos a presión selectiva en los últimos 50.000 años. Con este método encontraron que una de esas variantes parece estar implicada en la regulación de la respuesta inmune a determinados tipos bacterianos, y puede haber sido positivamente seleccionada en un periodo de la historia evolutiva humana en la que fuimos expuestos a altos niveles de infecciones.

 En una investigación independiente de esta, Sabeti seleccionó otra de las variantes que habían sido sometidas a selección positiva, e introdujeron el gen correspondiente en ratones. Los animales resultado de este experimento tenían características fenotípicas llamativas, como pelo más grueso y un mayor número de glándulas sudoríparas -rasgos compartidos por los humanos con la misma variante del gen.

De alguna manera, estos rasgos deberían haber aportado alguna ventaja evolutiva en el pasado, pero para comprobar esto de una manera fehaciente, es necesario llevar a cabo nuevos estudios.

Referencias

Kamberov, Y., Wang, S., Tan, J., Gerbault, P., Wark, A., Tan, L., Yang, Y., Li, S., Tang, K., Chen, H., Powell, A., Itan, Y., Fuller, D., Lohmueller, J., Mao, J., Schachar, A., Paymer, M., Hostetter, E., Byrne, E., Burnett, M., McMahon, A., Thomas, M., Lieberman, D., Jin, L., Tabin, C., Morgan, B., & Sabeti, P. (2013). Modeling Recent Human Evolution in Mice by Expression of a Selected EDAR Variant Cell, 152 (4), 691-702 DOI: 10.1016/j.cell.2013.01.016

Homenaje de SIFT y Polyphen a Aaron Swartz

SIFT y Polyphen son herramientas web que nos permiten predecir computacionalmente el impacto de una variante genética (mutación o polimorfismo) en la función de una proteína. Son herramientas imprescindibles en la investigación en genética médica que permiten que se llegue al origen y causa de una enfermedad. Su utilización está aún más acentuada hoy en día con la cantidad de datos genéticos que se obtienen de las nuevas técnicas de secuenciación. Sin duda gracias a estas herramientas se encontrarán en el futuro próximo la cura de muchas enfermedades. Hoy, al ir a chequear mis secuencias genéticas me he encontrado con esto. Y lo apoyo totalmente:

Traducido de la página web de SIFT y Polyphen-2

Lo que sigue es la opinión personal de Pauline C. Ng. 

Queridos Científicos y amigos,

Aaron Swartz falleció el 11 de enero. Aaron ayudó a orquestar el apagón que jugó un papel fundamental en la derrota de la ley SOPA. En estos momentos estaba siendo procesado por la intención de liberar artículos científicos a la comunidad pública.

Por esto, el Departamento de Justicia pedía para él una sentencia de 35 años.

No conocí Aaron Swartz personalmente, pero su muerte es muy importante para mí. Desde que me gradué en la Universidad de Washington, he trabajado en una empresa (Illumina) y algunos institutos de investigación (JCVI, GIS). Trabajaba en esos lugares, pero no tenía acceso a subscripciones a revistas. Al hacer investigación, tuve que ingeniármelas para encontrar el acceso a los artículos – muchas veces me salió el firewall tan familiar para muchos “pagar $ 40 para acceder a este artículo.” Lo he pagado muchas veces sólo para encontrar que el artículo no era tan útil como pensaba que sería. A través de los años, he aprendido trucos para obtener artículos -, pero aún hoy no soy capaz de acceder a toda la investigación que me gustaría.

La idea de crear SIFT me surgió de un “paper“. Si no hubiera tenido acceso a ese paper, SIFT jamás se hubiese creado. Si utilizas este sitio web,  probablemente eres biólogo. Elegimos nuestra profesión para hacer de este mundo un lugar mejor: buscar la verdad para mejorar la humanidad. ¿Cuánta investigación no se hace porque no tenemos acceso al trabajo de otros investigadores? ¿Cuánto más lejos el progreso científico podría haber llegado si tuviéramos conocimiento completo y actual? No puedo responder a esa pregunta por los demás, pero sé que esto ha afectado mi trabajo.

Y aquí aparece Aaron Swartz, co-fundador de Reddit, que eligió defender que la investigación académica estuviese universalmente disponible. Podría haber elegido algo más glamuroso y deslumbrante, pero en cambio, optó por algo que tal vez sólo el 0,1% de la población es consciente: liberar el conocimiento.

No participé en SOPA. Creí en el movimiento, pero me acobardé. Puse muchas excusas – SIFT es un sitio web pequeño, a nadie le importará, no va a hacer una diferencia, es una molestia, etc Es fácil para nosotros vivir en nuestros silos académicos e ignorar las cuestiones políticas actuales, con la excusa de ser “imparcial”. Pero entonces recuerdo el poema: “Primero vinieron …“. Aarón murió porque creía en la liberación del conocimiento científico, y esta es una causa que no puedo ignorar.

Aarón murió por nosotros. Él murió por los científicos porque creía que esta información (la mayoría de la cual es financiado por los contribuyentes) deberían difundirse libre. Él murió por satisfacer el anhelo de un conocimiento público – pacientes desesperados con enfermedades potencialmente mortales que buscan información en internet– y se topó con una muro de hormigón.

Por lo tanto, el sitio web SIFT (y polyphen-2) estará cerrado el 25 de enero 2013 (1 semana después del aniversario del apagón SOPA, 2 semanas después de la muerte de Aarón).

Gracias Aaron por hacer de este mundo un lugar mejor.

Pauline Ng

Genes y comportamiento complejo

El diseccionar la genética de las características físicas de los seres vivos (y los virus) es una práctica totalmente normalizada en el campo de la investigación científica. El hecho de hacerlo sobre los objetos inanimados que estos seres vivos producen (desde una tela de araña, a un portaaviones, pasando por una bola de excrementos o un nido), es harina de otro costal. Un grupo de científicos de la Universidad de Cambridge, Massachusetts, liderados por Weber J.N. acaban de demostrar precisamente esto: como las sofisticadas madrigueras que construye los ratones “oldfield” (Peromyscus polionotus) pueden ser entendidas a través de la genética; lo que concuerda perfectamente con aquella maravillosa teoría desarrollada, hace ya un tiempo, por el genial y afamado biólogo británico Richard Dawkins: “el fenotipo extendido“.

Los ratones “oldfield” construyen unas madrigueras que, entre otras cosas, les permiten escapar sanos y salvos de los depredadores. Pero dentro de la familia de estos roedores, existen otras especies muy cercanas a ellos que crean madrigueras que son distintas en cuanto formas y tamaños. Este escenario permitió a los investigadores estudiar si  existirían diferencias genéticas entre las especies que explicarían esos comportamientos divergentes.

Las madrigueras de los ratones “oldfiel” son de un tamaño consistente, tienen un túnel de entrada que conduce al nido, y después tienen un pequeño túnel de salida/escapatoria que conduce a la superficie y que utiliza como salida de emergencia en el caso de que un depredador entre por la entrada principal. Muy inteligente. Por otra parte, un pariente cercano suyo, el Peromyscus maniculatus,  hace unas madrigueras más pequeñas y que tienen tan solo un túnel de entrada. Se asume que esta manera de hacer madrigueras, más simple, es el “estilo” original, y que el estilo que utiliza el “oldfield” evolucionó cuando este pasó a ocupar nuevos hábitats más abiertos de los que usaban sus ancestros. (Figura 1)

Fuente: Nature

Weber y sus colaboradores observaron que los ratones de las diferentes especies se comportaban en el laboratorio igual que lo hacían en la naturaleza: cada uno construía su estilo de madriguera. Al cruzarlos entre ellos (aunque son especies distintas son muy próximas, por lo que es posible realizar el apareamiento exitoso), la descendencia consruía madrigueras tipo “oldfield”, lo que demuestra que este comportamiento “moderno” es genéticamente dominante.

A continuación realizaron entrecruzamientos de estos descendientes con las líneas originales, y de esta manera fueron capaces de rastrear los marcadores genéticos responsables de tales comportamientos. Las regiones genéticas identificadas mostraron que la creación del túnel de entrada es un rasgo complejo controlado por al menos tres localizaciones (loci) cromosómicas, mientras que la creación de un segundo túnel de salida está controlado por un único locus cromosómico separado de los anteriores. 

Con estos resultados los científicos demostraron como el comportamiento complejo puede surgir por evolución en la naturaleza al sumar una nueva función a un comportamiento simple ya existente. (Teoría también expuesta magistralmente por Richard Dawkins en otro de sus libros: Escalando el monte improbable.) La genética del comportamiento, y con ella la teoría del “fenotipo extendido”, es una realidad. Con estos resultados, la Ciencia vuelve a aportar nueva luz sobre la explicación del comportamiento animal, lo que ayuda a entender y descifrar la complicada genética del comportamiento humano. 

Referencias

Weber, J., Peterson, B., & Hoekstra, H. (2013). Discrete genetic modules are responsible for complex burrow evolution in Peromyscus mice Nature, 493 (7432), 402-405 DOI: 10.1038/nature11816

La bisexualidad aumenta el atractivo

El comportamiento homosexual, aunque se encuentra bastante extendido en todo el reino animal, sigue siendo un poco enigmático, ya que el apareamiento con individuos del mismo sexo disminuye la fitness reproductiva del que la practica. Sin embargo, en muchas especies, el macho no se dedica a la conducta homosexual en exclusiva, si no que también se aparea con las hembras. En estos casos, el comportamiento homosexual podría tener una explicación evolutiva, si al final este provocase de alguna manera una mayor probabilidad de apareamiento heterosexual.

Pues bien, esta hipótesis, aunque sorprendente, es la que han corroborado un grupo de científicos de la Universidad de Frankfurt, Alemania. Los investigadores le mostraron a las hembras del pez Molly (Poecilia mexicana) una serie de vídeos de machos de su misma especie en diferentes situaciones. En un principio, las hembras presentaban mayor atención a los machos más coloreados, pero a medida que fue avanzando el experimento, las hembras se decantaron por machos con colores con una intensidad normal, pero que habían sido presentados en interacción homosexual o heterosexual. (Las hembras eran capaces de diferenciar entre machos y hembras cortejadas.) 

Los autores sugirieron que esta tendencia observada en las hembras puede llegar a explicar por sí sola la ocurrencia y prevalencia de la homosexualidad en diversos grupos de especies animales. Según defienden los científicos, el comportamiento homosexual actúa así como un elemento de atractivo más, confiriendo ventaja reproductiva a estos individuos: al ser estos más atractivos, se aumenta su probabilidad de establecer un encuentro heterosexual que produzca descendientes.

Referencias

Bierbach, D., Jung, C., Hornung, S., Streit, B., & Plath, M. (2012). Homosexual behaviour increases male attractiveness to females Biology Letters, 9 (1), 20121038-20121038 DOI: 10.1098/rsbl.2012.1038