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Diferencia entre revisiones de «Hipótesis de la Reina Negra»

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La Hipótesis de la Reina Negra (HRN) es una teoría de la evolución reductiva que sugiere que la pérdida de genes es impulsada por la selección natural en lugar de la deriva genética . [1]​ [2]​ Un gen que produce una función biológica vital puede volverse prescindible para un organismo individual si otros miembros de la comunidad que lo rodean realizan esa misma función de manera "permeable". Por lo tanto, el organismo obtiene una ventaja al usar menos recursos de su maquinaria genética mientras sigue adquiriendo productos necesarios como metabolitos. Esta hipótesis explicaría porque algunos organismos tienden a reducir su genoma y seguir siendo exitosos.

Origen

La hipótesis fue propuesta por primera vez por Jeffrey Morris en su tesis doctoral de 2011 [3]​ y fue refinada y publicada en 2012 en colaboración con Richard Lenski y Erik Zinser [4]​ para explicar por qué ciertas funciones esenciales son raras en los linajes microbianos de vida libre. Se considera que la "Reina Negra" trabaja en oposición a la "Reina Roja" de otra teoría de coevolución, la Hipótesis de la Reina Roja, que indica que una especie necesita evolucionar constantemente para poder sobrevivir. [5]​ Deriva su nombre de la "Reina de espadas" en el juego de cartas, Corazones, donde el objetivo es ser el jugador con la menor cantidad de puntos al final del juego. La Reina de espadas vale tanto como todas las demás cartas combinadas, por lo que todos los jugadores quieren evitar robar la Reina de espadas. Sin embargo, sin la carta "Reina de espadas", el juego no puede continuar. De manera análoga, esta hipotesis postula que algunos genes y / o funciones biológicas son muy costosos de mantener y, por lo tanto, dispensarlos proporciona una ventaja evolutiva para el individuo. [6]​ Sin embargo, estas funciones / genes son extremadamente importantes para la supervivencia de la comunidad (como un todo), lo que hace que ciertos miembros la retengan, lo que conduce a interacciones comensalistas y / o mutualistas . Comparada con la hipótesis de la Reina Roja, es una hipótesis bastante reciente; por lo tanto, no se ha probado a fondo y los mecanismos que lo impulsan no se han dilucidado por completo. [7]​ Aunque actualmente la hipotesis de la reina negra ha sido utilizada solo en el contexto de comunidades microbianas, la hipótesis está ganando terreno a medida que se siguen realizando más investigaciones.

Disparando a la Luna

En el juego de Corazones, existe una estrategia arriesgada llamada "disparar a la luna", que implica que el jugador adquiera todas las cartas para puntuar, incluida la Reina de espadas. De manera análoga, en la hipótesis de la reina negra, disparar a la luna se refiere a la estrategia en la que un ayudante para una función es más probable que se convierta en un ayudante para otra función no relacionada. [4]​ Como resultado, dicho organismo auxiliar retendrá todos los genes que codifican funciones con fugas, portando y manteniendo un genoma grande que podría parecer inadaptado. Sin embargo, durante los eventos que conducen a un cuello de botella en la población, esta estrategia puede conducir a una mayor probabilidad de supervivencia de estos genes con fugas (funciones esenciales) en la comunidad. [8]​

Pangenomas

Fullmer et. al., 2015 sugirió que bajo la hipotesis de la reina negra, cuando un organismo pierde todas sus funciones con fugas, puede crecer más rápido (en virtud de un genoma más pequeño y tiempos de replicación más rápidos). Esto se consideraría una trampa, ya que depues estos organismos necesitan depender de otros organismos con funciones de fuga. Por lo tanto, en un cuello de botella poblacional, los organismos necesitarán engañarse entre sí para todas las funciones con fugas requeridas que conduzcan a la evolución de dependencias mutuas. [8]​ También propusieron que tales dependencias mutuas pueden conducir a un metaorganismos, cuyo genoma es el pangenoma de la población. Todavía falta una prueba empírica de esta hipótesis.

Evidencia

La HRN explica la existencia de conexión en una comunidad y cómo la evolución favorece las dependencias dentro de las comunidades microbianas de vida libre. [7]​ Inicialmente se propuso explicar la dependencia de las bacterias marinas de los organismos auxiliares para protegerse del peróxido de hidrógeno. [9]​ Posteriormente, se amplió para explicar la fijación de nitrógeno, la adquisición de nutrientes y la producción de biopelículas en microbios. [4]​ Los estudios también han demostrado que las interacciones locales dentro de las comunidades bacterianas pueden promover la cantidad adecuada de compensación entre la producción de recursos y la limitación de recursos para estimular las dependencias mutuas según lo propuesto por BQH. [10]​

Una de las especies de plancton más comunes en el océano abierto, Prochlorococcus, tiene un genoma mucho más pequeño de lo que se esperaría para una cianobacteria. Los científicos se han preguntado cómo Prochlorococcus ha logrado ser extremadamente exitoso al tiempo que elimina importantes genes, incluido el gen de la catalasa-peroxidasa, que le permite neutralizar el peróxido de hidrógeno, un compuesto que puede dañar o incluso matar las células. Prochlorococcus confía en los otros microorganismos que lo rodean para eliminar el peróxido de hidrógeno del medio ambiente, lo que le permite deshacerse de sus responsabilidades ante eventos desafortunados. Este es un ejemplo de cómo una especie puede beneficiarse al reducir su genoma mientras confía en que otros miembros de la comunidad le ayuden. Se especula que este tipo de interdependencia puede llegar a generar relaciones simbioticas y mutualistas entre las comunidades.

Implicación en adaptaciones evolutivas

Desde su introducción en 2012, BQH se ha utilizado para explicar la pérdida de genes adaptativos a través de la racionalización del genoma, [11]​ interacciones cooperativas [12]​ y evolución de comunidades. [13]​ Mas et. al., 2016, resumió muy bien los posibles mecanismos de pérdida de genes adaptativos propuestos por HRN (alternativa a la ejemplificación aumentada comúnmente observada) que incluían deriva genética en alelos en ausencia de una selección purificadora, racionalización del genoma con pérdida de genes dirigida, especialización en recursos compartidos comunes y el éxito de mutantes basado en el efecto de la pérdida de función específica sobre la aptitud. [7]​

Ver también

  1. ↑ Bruijn, Frans J. de (6 de septiembre de 2016). Stress and Environmental Regulation of Gene Expression and Adaptation in Bacteria, 2 Volume Set (en inglés). John Wiley & Sons. pp. 1202, 1203. ISBN 9781119004882. 
  2. ↑ Kolb, Vera M. (24 de diciembre de 2018). Handbook of Astrobiology (en inglés). CRC Press. ISBN 9781351661102. 
  3. ↑ Morris, JJ (May 2011). The Helper Phenotype: A Symbiotic Interaction Between Prochlorococcus and Hydrogen Peroxide Scavenging Microorganisms. University of Tennessee. p. 128-131. 
  4. ↑ a b c Morris, J. Jeffrey; Lenski, Richard E.; Zinser, Erik R. (March 23, 2012). «The Black Queen Hypothesis: evolution of dependencies through adaptive gene loss». mBio 3 (2). PMC 3315703. PMID 22448042. doi:10.1128/mBio.00036-12. 
  5. ↑ Kerfoot, W. Charles; Weider, Lawrence J. (31 de enero de 2004). «Experimental paleoecology (resurrection ecology): Chasing Van Valen's Red Queen hypothesis». Limnology and Oceanography 49 (4part2): 1300-1316. Bibcode:2004LimOc..49.1300K. ISSN 0024-3590. doi:10.4319/lo.2004.49.4_part_2.1300. 
  6. ↑ Marshall, Michael (March 27, 2012). «Black Queen tells microbes to be lazy». New Scientist. Consultado el 5 de junio de 2019. 
  7. ↑ a b c Mas, Alix; Jamshidi, Shahrad; Lagadeuc, Yvan; Eveillard, Damien; Vandenkoornhuyse, Philippe (March 8, 2016). «Beyond the black queen hypothesis». The ISME Journal 10 (9): 2085-2091. PMC 4989313. PMID 26953598. doi:10.1038/ismej.2016.22. 
  8. ↑ a b Fullmer, Matthew S.; Soucy, Shannon M.; Gogarten, Johann Peter (21 de julio de 2015). «The pan-genome as a shared genomic resource: mutual cheating, cooperation and the black queen hypothesis». Frontiers in Microbiology 6. ISSN 1664-302X. PMID 26284032. doi:10.3389/fmicb.2015.00728. 
  9. ↑ Morris, J. Jeffrey; Papoulis, Spiridon E.; Lenski, Richard E. (1 de agosto de 2014). «Coexistence of Evolving Bacteria Stabilized by a Shared Black Queen Function». Evolution 68 (10): 2960-2971. ISSN 0014-3820. PMID 24989794. doi:10.1111/evo.12485. 
  10. ↑ Stump, Simon Maccracken; Johnson, Evan Curtis; Sun, Zepeng; Klausmeier, Christopher A. (June 2018). «How spatial structure and neighbor uncertainty promote mutualists and weaken black queen effects». Journal of Theoretical Biology 446: 33-60. ISSN 0022-5193. PMID 29499252. doi:10.1016/j.jtbi.2018.02.031. 
  11. ↑ Giovannoni, Stephen J; Cameron Thrash, J; Temperton, Ben (17 de abril de 2014). «Implications of streamlining theory for microbial ecology». The ISME Journal 8 (8): 1553-1565. ISSN 1751-7362. PMID 24739623. doi:10.1038/ismej.2014.60. 
  12. ↑ Sachs, J. L.; Hollowell, A. C. (24 de abril de 2012). «The Origins of Cooperative Bacterial Communities». mBio 3 (3). ISSN 2150-7511. PMC 3340918. PMID 22532558. doi:10.1128/mbio.00099-12. 
  13. ↑ Hanson, Niels W; Konwar, Kishori M; Hawley, Alyse K; Altman, Tomer; Karp, Peter D; Hallam, Steven J (2014). «Metabolic pathways for the whole community». BMC Genomics 15 (1): 619. ISSN 1471-2164. PMID 25048541. doi:10.1186/1471-2164-15-619. 
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