Los humanos todavía están evolucionando, dicen los científicos.

A medida que los genes son favorecidos o eliminados, la evolución humana continúa. Imagen a través de ktsdesign / Shutterstock.com

Por Hakhamanesh Mostafavi, Universidad de Columbia ; Joe Pickrell, Universidad de Columbia, y Molly Przeworski, Universidad de Columbia

La evolución humana puede parecer un fenómeno del pasado lejano que se aplica solo a nuestros antepasados ​​que vivieron hace millones de años. Pero la evolución humana está en curso. Evolucionar simplemente significa que las mutaciones, los cambios accidentales en los genes que ocurren normalmente en el proceso de copiar el ADN, se están volviendo más o menos comunes en la población con el tiempo.

Estos cambios pueden ocurrir por casualidad, porque las personas que se reprodujeron tuvieron una mutación en particular con mayor frecuencia que las personas que no tuvieron hijos. También pueden suceder debido a la selección natural, cuando los portadores de una mutación específica son más capaces de sobrevivir, reproducirse o atender a los miembros de su familia y, por lo tanto, dejan más descendientes. Cada adaptación biológica, desde la capacidad de los humanos para caminar erguidos en dos pies hasta el vuelo de las aves, en última instancia se remonta a la selección natural que actúa sobre estos cambios diminutos, generación tras generación.

Entonces los humanos definitivamente todavía están evolucionando. La pregunta es si todavía nos estamos adaptando: ¿las personas que portan mutaciones dañinas viven menos tiempo, se reproducen menos y, en última instancia, dejan menos descendientes? Por ejemplo, la visión terrible puede haber sido una desventaja de supervivencia importante viviendo en la sabana, pero con anteojos y cirugía láser, es poco probable que evite que las personas vivan una vida larga hoy en día. ¿Cuán comúnmente son las mutaciones bajo selección en humanos contemporáneos?

La escala de tiempo larga hace que la evolución sea difícil de estudiar

Debido a que las adaptaciones implican pequeños cambios en las frecuencias de las mutaciones de generación en generación y su fortuna se desarrolla durante decenas a cientos de miles de años, son increíblemente difíciles de estudiar directamente, al menos en organismos de larga vida como las personas.

Entonces, si bien hay evidencia abrumadora de la evolución humana y huellas inequívocas de adaptación en el genoma, rara vez los científicos han podido observar directamente la selección natural que opera en las personas. Como resultado, los biólogos todavía entienden muy poco sobre el funcionamiento de la selección natural en humanos.

De hecho, una de las huellas más claras de una adaptación pasada en el genoma humano implica una mutación que permite que la leche se digiera en la edad adulta. Esta mutación en el gen de la lactasa aumentó rápidamente en frecuencia con el aumento de la producción lechera hace miles de años, independientemente en múltiples poblaciones. Es la razón por la que algunas personas pueden beber leche como adultos, mientras que la mayoría sigue siendo intolerante a la lactosa.

Pero incluso en este caso bien estudiado, y mucho menos para el resto del genoma, los investigadores no saben si la mutación fue beneficiosa para la supervivencia o la reproducción; si los beneficios fueron los mismos para ambos sexos o para todas las edades; o si el beneficio dependía del medio ambiente (por ejemplo, la disponibilidad de otras fuentes de alimentos). Como señaló el biólogo evolutivo Richard Lewontin en la década de 1960, para conocer estas propiedades de la selección natural se requeriría un estudio masivo, en el que se obtiene información genética y genealógica para cientos de miles de personas.

Cincuenta años después, nuestro grupo se dio cuenta de que este experimento mental está comenzando a ser factible. Buscamos grandes conjuntos de datos biomédicos que nos permitieran aprender sobre mutaciones que afectan la supervivencia.

Observando la frecuencia de genes en todos los grupos de edad

Nuestra idea básica era que las mutaciones que reducen las posibilidades de supervivencia deberían estar presentes con menor frecuencia en individuos mayores. Por ejemplo, si una mutación se vuelve dañina a la edad de 60 años, las personas que la portan tienen menos posibilidades de sobrevivir después de los 60 y la mutación debería ser menos común entre quienes viven más tiempo que eso.

Por lo tanto, buscamos mutaciones que cambian en frecuencia con la edad entre alrededor de 60, 000 individuos de California (parte de la cohorte GERA) y alrededor de 150, 000 del Biobanco del Reino Unido. Para evitar la complicación de que las personas cuyos antepasados ​​vivían en diferentes lugares llevan un conjunto de mutaciones algo diferente, nos centramos en el grupo más grande con ascendencia compartida dentro de cada estudio.

En todo el genoma, encontramos dos variantes que ponen en peligro la supervivencia. El primero es una variante del gen APOE, que es un factor de riesgo bien conocido para la enfermedad de Alzheimer. Cae en frecuencia más allá de los 70 años. La segunda variante dañina que encontramos es una mutación en el gen CHRNA3. Asociada con el tabaquismo, esta mutación hereditaria comienza a disminuir en la frecuencia en la mediana edad en los hombres, porque los portadores de esta mutación tienen menos probabilidades de sobrevivir más tiempo.

Las personas que portan una variante del gen APOE mueren a una tasa más alta y son menos comunes entre las categorías de vejez. Imagen vía Mostafavi et al, PLOS Biology

Ambas variantes deletéreas solo tuvieron un efecto mucho después de las edades típicas de reproducción tanto en hembras como en machos. Los biólogos generalmente consideran que tales mutaciones no están bajo selección. Después de todo, a fines de la mediana edad, la mayoría de las personas ya han pasado sus genes a cualquier descendencia que tengan, por lo que parece que no importa cuánto tiempo vivan más allá de ese punto.

¿Por qué entonces solo encontraríamos dos, cuando nuestro estudio fue lo suficientemente grande como para detectar cualquier variante, si es común en la población? Una posibilidad es que las mutaciones que solo ponen en peligro la supervivencia tan tarde en la vida casi nunca surgen. Si bien eso es posible, el genoma es un lugar grande, por lo que parece poco probable.

La otra posibilidad intrigante es que la selección natural evita que incluso las variantes de acción tardía se vuelvan comunes en la población mediante la selección natural, si tienen efectos suficientemente grandes. ¿Por qué podría ser eso? Por un lado, los hombres pueden engendrar hijos en la vejez. Incluso si solo una pequeña fracción de ellos lo hace, puede ser suficiente un costo evolutivo de aptitud para que la selección actúe. La supervivencia más allá de la edad de reproducción también podría ser beneficiosa para la supervivencia de individuos relacionados que portan las mismas mutaciones, más directamente niños. En otras palabras, después de todo, sobrevivir a edades reproductivas típicas puede ser beneficioso para los humanos.

Los fumadores que portan una mutación en el gen CHRNA3 tienden a fumar más cigarrillos por día y, por lo tanto, están más expuestos a los efectos nocivos del tabaco. Imagen vía NeONBRAND en Unsplash

Tus mutaciones influyen en tu supervivencia

Además de examinar una mutación a la vez, también nos interesó considerar conjuntos de mutaciones que se ha demostrado que influyen en el mismo rasgo y que pueden tener efectos muy sutiles en la supervivencia individualmente. Por ejemplo, los investigadores han identificado aproximadamente 700 mutaciones comunes que influyen en la altura, cada una de las cuales aporta solo milímetros. Con este fin, consideramos decenas a cientos de mutaciones que dan forma a la variación en uno de los 42 rasgos.

Encontramos mutaciones genéticas relacionadas con una serie de enfermedades y rasgos metabólicos que disminuyen las tasas de supervivencia: las personas que están genéticamente predispuestas a tener colesterol total más alto, colesterol LDL, riesgo de enfermedad cardíaca, IMC, riesgo de asma o colesterol HDL más bajo tienden a morir más jóvenes. que otros.

Quizás lo más sorprendente es que descubrimos que las personas que portan mutaciones que retrasan la pubertad o la edad en que tienen su primer hijo tienden a vivir más tiempo. Se sabía por estudios epidemiológicos que la pubertad temprana se asocia con efectos adversos más adelante en la vida, como el cáncer y la obesidad. Nuestros resultados indican que parte de ese efecto probablemente se deba a factores hereditarios.

Entonces, los humanos tienen mutaciones comunes que afectan su supervivencia y la selección natural parece actuar en al menos un subconjunto, en algunos entornos contemporáneos. Pero lo que es malo en un contexto puede no estar en otro; Como ejemplo, la variante CHRNA3 tiene un efecto porque las personas fuman. Sin embargo, estos son los primeros días, y nuestros hallazgos ofrecen solo un primer vistazo de lo que pronto se puede obtener de millones de genomas, en combinación con registros genealógicos. En el trabajo futuro, será importante estudiar no solo la esperanza de vida, sino también el número de hijos y nietos que dejan las personas, así como las poblaciones y los entornos de todo el mundo.

Hakhamanesh Mostafavi, Ph.D. Estudiante de Ciencias Biológicas, Universidad de Columbia ; Joe Pickrell, profesor adjunto adjunto de ciencias biológicas, Universidad de Columbia, y Molly Przeworski, profesora de ciencias biológicas, universidad de Columbia

En pocas palabras: al comparar genomas de más de 200, 000 personas, los investigadores identificaron variantes genéticas que son menos comunes en las personas mayores, lo que sugiere que la selección natural continúa eliminando rasgos desventajosos.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.