Cuello de botella evolutivo: qué es y cómo afecta a las especies

Los cuellos de botella son fenómenos que afectan a la diversidad genética. Veamos cómo funcionan.

Samuel Antonio Sánchez Amador

Samuel Antonio Sánchez Amador

Cuello de botella evolutivo

Cuando pensamos en la evolución de los seres vivos, lo primero que nos viene a la mente es la selección natural, aquella famosa postulación que fue realizada por Charles Darwin en su obra atemporal a día de hoy: El origen de las especies. A pesar de que se ha reformulado en varias ocasiones y se han obtenido nuevos conocimientos con respecto al tema, este fenómeno evolutivo es indiscutible.

La selección natural versa en una serie de premisas muy sencillas: el genoma de los seres vivos muta, se recombina (en el caso de la reproducción sexual) y los cromosomas pueden cambiar de forma y/o número. Como los genes no son estancos a lo largo de las generaciones, a veces aparecen nuevos caracteres que favorecen a los individuos que los portan. En otras ocasiones, las mutaciones son silenciosas o deletéreas, así que no se fijan en la especie.

Pongamos, por ejemplo, que una mutación en un gen concreto hace que un pájaro tenga las plumas de la cola un poco más largas. Si este rasgo atrae a las hembras, el macho colilargo se reproducirá más que el resto de individuos de su especie. Si este rasgo es heredable, cada vez irán apareciendo más ejemplares con la cola larga, pues estos tendrían más descendencia de media. Al final, este carácter beneficioso terminaría por fijarse en la especie.

Este es un claro ejemplo de selección natural de tipo sexual, pues es la elección de las hembras la que codifica el proceso. De todas formas, lo que no todos saben es que en la naturaleza “no todo tiene un motivo”. Sabrás a qué nos referimos si sigues leyendo, pues te contamos lo que es la deriva genética y una variante especialmente llamativa de ella: el cuello de botella evolutivo.

¿Qué es la deriva genética?

Los mecanismos evolutivos no son perfectos, por mucho que lo parezcan al estudiar ciertas adaptaciones animales en las clases de biología. La selección natural actúa como una fuerza involuntaria e inconsciente, pero los seres vivos “hacen lo que pueden con lo que tienen”. Seguramente algunos rasgos serían ideales para un animal en un ambiente concreto, pero puede que la mutación sea imposible en la especie o que, simplemente, el cuerpo del animal no esté pensado para explotar un nicho dado.

Además de esto, cabe destacar que la selección natural no es el único mecanismo evolutivo en los seres vivos. También existe la deriva genética, un efecto estocástico (no determinista) que provoca la variación de genes a lo largo de las generaciones al azar, por error de muestreo.

Un ejemplo práctico

Pongamos un ejemplo. En una población enana hay 7 escarabajos rojos y 3 verdes. Resulta que los verdes se mimetizan mejor con el medio y, por tanto, reducen las probabilidades de ser depredados y podrían llegar a reproducirse más fácilmente que los rojos. No cabe duda de que los invertebrados verdes, en este caso, son “más aptos a nivel evolutivo”.

Por desgracia, antes de que estos 3 ejemplares puedan llegar a copular, una vaca pisa el suelo y los aplasta. El mamífero no ha elegido conscientemente acabar con la vida de los escarabajos, pues no trataba de depredarlos ni tampoco ha interactuado con ellos de ninguna forma. El rasgo de estos coleópteros era indudablemente positivo, pero por azar, los genes beneficiosos han desaparecido.

Así pues, mediante la deriva genética se tiende a la reducción de la diversidad genética: si se hubiesen pisado 3 escarabajos rojos (el rasgo más común) aún quedarían otros 4 que podrían reproducirse. Por mucho que el color verde fuese a ser beneficioso para la especie, se ha dado la mala suerte azarosa de que el gen ha sido borrado de la población por un acto completamente anecdótico. Así funciona la deriva genética.

En este escenario, se asume que las probabilidades de ser pisado son las mismas para los escarabajos verdes y rojos. Si no fuese así, el muestreo no sería al azar.

El cuello de botella evolutivo en la deriva genética

Por un momento, imagina que en el ejemplo anterior la población es de 10.000 escarabajos, 7.000 rojos y 3.000 verdes: en este caso, por mucho que una vaca aplaste a 3 ejemplares de un color concreto, los genes verdes seguirán manteniéndose a largo plazo. Con esta premisa, se entiende que la deriva genética afecta mucho más a las poblaciones pequeñas.

El cuello de botella evolutivo, por su parte, es un evento en el que se experimenta un drástico declive poblacional repentino por un evento ambiental, como un terremoto,hambre, enfermedades o, por desgracia, las actividades humanas. Si en nuestra población de 10.000 escarabajos multicolores hay una inundación que deja solamente a 10 ejemplares vivos, no es difícil imaginar cómo la deriva genética podrá actuar de forma mucho más fácil en la maltrecha población mermada.

Para poder entender las implicaciones de un cuello de botella evolutivo, debemos diseccionar una serie de términos tan concretos como apasionantes. Vamos a ello.

La población mínima viable

En la biología de la conservación, la población mínima viable (MVP) es el número mínimo de ejemplares en una población que pueden sobrevivir sin que esta colapse con el tiempo. A nivel teórico, la población con un número de individuos mayor al MVP podrá existir a pesar de los desastres naturales normales, la falta de alimento esperable o los efectos de la deriva genética previamente descritos.

No existe un número concreto de población mínima viable, pues no es lo mismo una especie como un sapo común (Bufo spinosus) que pone miles de huevos anualmente que un elefante (Loxodonta africana), especie cuyas hembras solo dan a una cría a luz por parto y tienen un período de gestación de 22 meses. Dependiendo del tiempo de desarrollo, la gestación, los ciclos reproductivos y otros muchos parámetros, el MVP puede ser mucho mayor o menor.

En general, lo que sí que se puede establecer de forma universal es que un MVP óptimo en cualquier especie es aquél que asegura la permanencia de la población en un 95-99% en 1.000 años, comprendiendo que pueden ocurrir desastres y eventos nocivos durante este intervalo temporal. Como podrás imaginar, si un cuello de botella da lugar a una población con un número por debajo del MVP, esta estará abocada a la desaparición.

Tamaño efectivo poblacional (Ne)

Otro parámetro muy interesante (pero mucho más difícil de comprender) es el tamaño efectivo poblacional (Ne). Este se define como el número de individuos que una población idealizada debería tener para que una cantidad específica de interés sea la misma en la población idealizada que en la población real. Dicho de forma mucho más simple, el Ne ayuda a los genetistas a comprender el número real de individuos que se reproducen en una población.

Volvamos de nuevo con nuestros escarabajos. En la población inicial de 10.000 ejemplares tenemos muchos seres vivos, pero esto no implica que todos ellos vayan a reproducirse cada año, quizá porque compiten entre ellos o porque el espacio para la puesta de huevos es limitado. Por ello, aunque el número total de la población sea 10.000 (N:10.000), el tamaño efectivo poblacional podría ser de, por ejemplo, 300 ejemplares (Ne: 300). Esto tiene muchísimas implicaciones a nivel evolutivo, pues es este parámetro el que realmente nos importa al cuantificar los posibles efectos de un cuello de botella.

Este ejemplo puede sonar descabellado, pero por ejemplo, los tamaños efectivos ínfimos son muy comunes en las poblaciones de anfibios silvestres. Los machos compiten intensamente con otros contendientes para acceder a las hembras y, por desgracia, muchos años hay sequías y estos no encuentran suficientes fuentes de agua para depositar los huevos. Así, aunque se censen 1.000 adultos en una población dada, puede que ese año solo se hayan reproducido 100 (siendo muy optimistas).

Resumen

En resumen, aquí te hemos enseñado qué es la deriva genética, qué es el cuello de botella y de qué dependen sus efectos. Si un evento catastrófico da lugar a un cuello de botella evolutivo que, encima, deja a una población de una especie por debajo del MVP que se caracteriza por tener un Ne bajo, podrás imaginar el desenlace.

Puede que los efectos de este evento no se noten en primera instancia, pero con cada generación de la población afectada, se irá erosionando el pool genético y, por ende, los implicados terminarán sufriendo de endogamia y desapareciendo por enfermedades, mutaciones, falta de adaptaciones y una viabilidad biológica mermada.

Referencias bibliográficas

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Graduado en Biología por la Universidad de Alcalá de Henares (2018). Máster en Zoología en la Universidad Complutense de Madrid (2019). Durante su carrera estudiantil, se especializó en comportamiento animal, evolución, parasitología y adaptaciones morfológicas animales al medio. En su estancia en el Máster profundizó en mecanismos evolutivos y comportamientos. También formó parte de un equipo del Museo Nacional de Ciencias Naturales durante dos años, donde realizó investigaciones de índole evolutiva. Aquí adquirió extensos conocimientos sobre genética, heredabilidad y otras cuestiones relacionadas con el ADN. A día de hoy, se dedica a tiempo completo a la divulgación científica, realizando artículos de evolución animal y psicología y medicina humana.

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