Plasticidad fenotípica

La plasticidad fenotípica es la capacidad de un único genotipo de exhibir un rango de fenotipos en respuesta a la variación en el ambiente. Es decir, es el conjunto de fenotipos alternativos en respuesta a factores no genéticos. Esta plasticidad se expresa en algunos casos como cambios morfológicos muy importantes; en otros casos, una norma de reacción continua describe la interrelación funcional entre un rango de entornos y un rango de fenotipos. Toda la plasticidad fenotípica es fisiológica, pero puede manifestarse como cambios en la bioquímica, fisiología, morfología, o historia de vida. La plasticidad es el resultado de numerosos mecanismos fisiológicos, incluyendo transcripción, traducción, regulación enzimática y hormonal, que producen respuestas locales o sistémicas. Entre los factores que afectan la plasticidad fenotípica encontramos; la competencia interespecifica, los sedimentos en el medio, oleaje, profundidad, cantidad de luz recibida, resistencia a la salinidad, cantidad de nutrientes o la ecología general en la que vive el individuo.Otro factor importante en la plasticidad fenotípica, es el cambio de la temperatura, actualmente, este factor ha aumentado alarmantemente debido a cambio climático. Este tipo de cambios fenotípicos en el organismo, pueden causar que una población se vea beneficiada y obtenga un incremento en la tolerancia ambiental. Por tanto, la plasticidad fenotípica puede evolucionar y ser adaptativa si la aptitud aumenta al cambiar el fenotipo. Por lo cual, la clasificación morfológica en las especies puede llegar a ser más compleja por la amplia capacidad de plasticidad fenotípica que se pudiera presentar.

Requisitos de plasticidad fenotípica

Este tipo de cambios fenotípicos necesitan cumplir unos requisitos para que se puedan llevar a cabo estos son:

• Que exista una interacción de genotipo con el ambiente, donde el ambiente puede producir presiones para que existan cambios guiado por el genotipo y se produzca una amplificación en la traducción en diferentes fenotipo, lo cual pueda llegar a sobrepasar la presión puesta por el ambiente, llevando a cabo una adaptación.

• Un genotipo con alta plasticidad, puede tener una mejor función para una adaptación en nuevas condiciones, que uno que no posee esa capacidad de cambios genotípicos, ya que existe una escogencia del genotipo mas apto para que sea expresado en su fenotipo.

• Que exista un mayor fitness en especies con mayor plasticidad fenotípica que los que no la poseen.

Parámetros adaptación evolutiva

Cuando la plasticidad fenotipica cumple con estos parámetros, puede empezar a entrar en procesos de adaptación evolutiva donde es muy importante cumplir con parámetros como; un ambiente lo mas heterogéneo posible, que existan señales o presiones ambientales que tengan una fácil interpretación por el individuo y así puedan producir la adaptación, la necesidad de que no existan fenotipos superiores ya que este puede enmascarar el fenotipo necesario que suple las necesidades ambientales y que este nuevo fenotipo adquirido no significa un aumento en la taza energética para producirlo, por lo cual es necesario que tenga un bajo costo energético para ser producido.

Plasticidad fenotípica larvas de sapo

Un buen ejemplo de este proceso es el que podemos encontrar en los renacuajos de algunas especies de sapo. Ya que los renacuajos son sistemas eficaces para inducir una exploración ecológica en la que pueden tomar las mejores características, para tener más posibilidades de pasar a ser sapos adultos. Estas ranas ven alterado su fenotipo con la presión que pueden llegar a producir los depredadores en sus actividades; cuando buscan alimento inducen el estado de alerta en que se puedan encontrar los individuos, inducción de colas grandes o pequeñas en el cuerpo del renacuajo para agilidad frente a su depredador. Sin embargo estas inducciones fenotípicas para sobrevivencia traen consigo un gasto energético que es balanceado con un crecimiento más lento y extremidades o plan corporal reducido.Estos cambios se ven influenciado por efectos directo o indirectos producidos por el medio; los cambios directos son influenciados principalmente por los depredadores que son traducidos como cambios corporales y los cambios indirectos se producen por competencia interespecifica y cambios comportamentales en los renacuajos.

Plasticidad fenotípica en plantas

Las plantas son organismos sésiles, los cuales deben afrontar cualquier cantidad de cambios ambientales que surjan en su entorno, como altas y bajas temperaturas, falta y exceso de agua, alta y baja luminosidad, falta de oxígeno, vientos, salinidad, pH del suelo, etc. Un gran número de cambios que pueden afectar a la planta durante toda su vida, ya que su desarrollo es indeterminado. Para contrarrestar todas estas condiciones adversas tienen dos opciones:

1. Adaptarse: Los cuales son cambios genéticos en la población fijados por selección natural.
2. Aclimatarse: (Plasticidad fenotípica) Cambios fisiológicos o morfológicos reversibles en la planta que no cuentan con una modificación genética.

Se debe tener en cuenta que los cambios ambientales suelen ocurrir rápido, para los cuales las plantas deben desarrollar estrategias veloces para contrarrestar dichos cambios, por esta razón es más fácil utilizar la plasticidad fenotípica que la adaptación, la cual toma mucho tiempo porque se trata de componentes genéticos que hay que fijar a lo largo del tiempo. Una planta tiene una forma de hoja determinada y unas características florales, pero estas tienen algunas variaciones según el lugar de crecimiento de la misma. Las hojas pueden tener la misma forma pero el tamaño puede cambiar, las flores pueden tener las mismas características, pero pueden presentar pequeñas variaciones como tricomas. Estas características anteriormente mencionadas hacen parte de la plasticidad fenotípica de la planta.

Un aspecto importante a tener en cuenta es que el planeta se está calentando gracias al efecto invernadero, ese cambio lo perciben las plantas las cuales han desarrollado estrategias para lidiar con el alza en la temperatura global. Por ejemplo, estudios realizados en arboles boreales en cuanto a la temperatura de otoño donde entran en dormancia para resistir el invierno, se dieron cuenta que si la temperatura de otoño era menor, los arboles tenían sus primeros brotes en primavera tempranamente pero si la temperatura de otoño era elevada, los primeros brotes de primavera eran mucho más tardíos. Esto es un cambio fisiológico que ayuda a estos árboles a contrarrestar las altas temperaturas.

Si se ve este fenómeno de la plasticidad fenotipica un poco mas afondo con el ejemplo de la coliflor (Brassica olerace var Botrytis DC) y el brócoli (B. oleracea L. var. italica Plenck). Las cuales comparten un mismo genotipo, el cual cuenta con básicamente los mismos genes, pero en el estudio hecho por Duclos y BjÖrkman en el 2008 se dieron cuenta que si había un cambio en la temperatura durante el desarrollo de estas dos plantas, había un arresto en ciertos genes de la MADS-box homólogos a aquellos en Arabidopsis thaliana, los cuales hacían que se generara el fenotipo brocoli o coliflor dependientes de la temperatura. Este ejemplo muestra a nivel genético cómo se comporta la plasticidad fenotípica.

Cuando hay altas temperaturas como en el desierto, las plantas se ingenian la manera de modificar su arquitectura para que las hojas queden lo más lejos posible del suelo y así reducir el contacto con este. También se han ingeniado la manera de generar espinas blancas para reflejar la luz y anatomías más livianas y grandes par dejar una mayor área de exposición al viento para enfriarse.

Otro factor importante por el cual las plantas sufren es la pérdida de agua, ya que la entrada del dióxido de carbono para realizar la fotosíntesis es la misma que la salida de agua, las plantas suelen perder mucha agua. Algunas modificaciones que se han visto para contrarrestar la deshidratación son: reducir el área foliar con respecto a la radicular, producir hojas más gruesas y pequeñas que disminuyan la relación superficie volumen (reducir transpiración), perder las hojas en épocas de sequía, entrar en dormancia, producir hojas con menos estomas, entre muchas otras. Cuando hay exceso de agua esto esta directamente relacionado con la disminución del oxígeno, el cual es un componente muy importante en la respiración de la planta, proceso por el cual utiliza sus reservas de carbohidratos para generar ATP. Algunas de las estrategias generadas por las plantas para lidiar con la falta de oxígeno son las vías alternas de fosforilacion oxidativa como fermentación alcohólica. Se ha detectado un aumento en el etileno producido por las plantas cuando hay escases de oxigeno esto hace que se aumente la cantidad de ácido abscísico y de giberelinas aumentando el crecimiento internodal el cual se ve regido por una serie de genes que se activan bajo estas condiciones ).

Por lo tanto se puede decir que la plasticidad fenotípica es un fenomeno bastante usado por las plantas para contrerrestar los efectos adversos del ambiente.

Uno de los ejemplos más estudiado es Arabidopsis thaliana, en el cual se han hecho experimentos sobre presiones ejercida por la fuerza del viento que puede impactarles, otros acerca de cómo pueden llegar a reaccionar dependiendo si existe un ataque por presencia de insectos.

Plasticidad fenotípica en corales

Se han observado cambios fenotípicos notorios en diferentes especies; ejemplo de ello son: Psudopterogorgia bipinnata, Briareum asbestinum, Eunicea flexuosa, Pseudoterogorgia elisabethae. En todos estos casos se encontró que, cambios ambientales inducidos, modifican estructuras macro y micro evolutivas. En estos individuos una de las presiones que los puede afectar la presión produciendo que las especies a mayor profundidad traten volverse más pequeñas, Sin embargo también se ha encontrado que el impacto del oleaje puede llegar a afectar notoriamente el aspecto de los corales ya que al necesitar resistir más fuerzas por el oleaje el coral tiende a volverse más compacto.

Además de los ejemplos previamente nombrados, otros corales como los de la familia Gorgonidae (orden Alcyonacea), que se encuentra entre una de las más diversas y abundantes dentro de aguas poco profundas tropicales y templadas en el mar Atlántico y Pacífico. Presentan algunos rasgos fenotípicos que son un reto taxonómico debido a su alta plasticidad y a pesar de esto, han sido escasamente estudiados.Es por esto, que un buen método para la clasificación del género y sus especies es por medio de sus escleritos, de conformación calcárea, que cumplan diferentes roles como el de soporte esquelético y estructura de defensa contra factores bióticos y abióticos. Aunque esta clasificación por escleritos puede llegar a soportar especies algunos estudios revelan que estas estructuras morfológicas pueden llegar a variar entre la misma especie debido a cambios de profundidad u otros factores, haciendo que esta identificación por escleritos pueda contener errores y no se llega a una buena clasificación por lo cual se ha tratado de estandarizar la clasificación de estos.

Plasticidad fenotípica en artrópodos

En los artrópodos, la presencia de simbiontes intracelulares transmitidos de generación en generación, pueden llegar a parasitar su sistema reproductor produciendo una feminización de este. De esta manera los endosimbiontes feminizantes hacen que los individuos genéticamente machos se transformen en hembras. Bacterias como la Wolbachia, Paramixidia o Microspiridia pueden ser distintos endosimbiontes feminizantes. El mecanismo de feminización es principalmente la inhibición de la diferenciación de la glándula androgénica, o sea, el bloque de la glándula que genera hormonas masculinas. La consecuencia directa es que aparece el fenotipo femenino en individuos genéticamente machos.

Un ejemplo se ve en la Oniscidea o Armadillidium vulgare, organismo diploide - con dos pares de patas - en la cual el sexo se halla determinado ancestralmente por los cromosomas sexuales. La feminización producida por una bacteria llamada Wolbachia genera hembras homogaméticas - una dotación cromosómica - y heterogaméticas - dos dotaciones cromosómicas - pero un sólo tipo de macho. Las investigaciones revelaron que algunas hembras eran genotípicamente machos, con lo cual la determinación sexual estaba determinada por el simbionte y no por los cromosomas.

Otros ejemplos

• Un ejemplo muy ilustrativo de la plasticidad fenotípica se encuentra en los insectos sociales, colonias que dependen de la división de sus miembros en castas distinguidas, como obreros y soldados. Los individuos de las distintas castas difieren drásticamente, tanto físicamente como en su comportamiento. Sin embargo, las diferencias no son genéticas; estas surgen durante el desarrollo y dependen de la forma que tienen la reina y las obreras de tratar los huevos, manipulando factores como la dieta embriónica y la temperatura de incubación. El genoma de cada individuo contiene todas las instrucciones necesarias para desarrollarse en cualquiera de las formas, pero solo se activan los genes que forman parte del programa de desarrollo.

• Otro caso muy importante de plasticidad fenotípica es la capacidad del cerebro humano a modificar sus patronesmorfológicos, las interacciones en sus modalidades sensoriales y sus patrones de secreción de neurotrasmisores. Estos cambios se originan en virtud de los factores externos e internos y representan el fenómeno denominado neuroplasticidad.

• En epidemiología, una teoría popular es que la incidencia en aumento del síndrome coronario agudo y la diabetes de tipo II en las poblaciones humanas que experimentan industrialización se debe a un desajuste entre el fenotipo metabólico determinado en el desarrollo y el entorno nutricional al que posteriormente se somete un individuo.Esto se conoce como hipótesis del 'fenotipo ahorrador'.

Plasticidad fenotica y epigénesis

•Metilación de la citosina del ADN: es una modificación del ADN, en la que un grupo metilo es transferido desde S-adenosilmetionina a una posición C-5 de citosina por una ADN-5 metiltrasferasa. La metilación del ADN ocurre, casi exclusivamente, en dinucleótidos CpG, teniendo un importante papel en la regulación de la expresión del gen.

•Impronta genética: La impronta se manifiesta solo en organismos superiores. Cuando hablamos de imprinting, nos referimos a genes que pueden modificar su funcionamiento sin necesidad de un cambio en la secuencia del ADN. Este cambio en su forma de manifestarse que tienen los genes "imprintados" está generalmente a su origen parental.Un gen imprintado se manifiesta de una manera cuando su origen es paterno y de otra cuando proviene del gameto materno. Parece ser que existe un mecanismo celular que de algún modo "marca" o deja una impronta sobre todos los genes "imprintables" de acuerdo al sexo del individuo.

•Modificación de histonas: incluyendo acetilación, metilación y fosforilación También hay que indicar que la célula, no puede sintetizar los orgánulos "de novo", por ello además de la información que contiene el ADN, una célula necesita información epigenética en forma de al menos una proteína característica en la membrana del orgánulo que se quiera sintetizar. Esta información es transmitida desde la membrana del padre a la de la progenie en forma del propio orgánulo.

Sin embargo al nombrar estos mecanismos, hay que recordar que "indirectamente", al analizar el origen de cada proceso en sí mismo, aún estarían involucrados genes; como por ejemplo los genes de la enzima ADN-metiltransferasa, histonas, etc.

Véase también

• Biología del desarrollo
• Norma de reacción

Referencias

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