Colapso mutacional

En genética evolutiva , la crisis mutacional es una subclase de vórtice de extinción en el que el medio ambiente y la predisposición genética se refuerzan mutuamente. ^[1] La crisis mutacional (que no debe confundirse con el concepto de catástrofe de error ^[2] ) es la acumulación de mutaciones dañinas en una población pequeña , lo que conduce a la pérdida de aptitud y la disminución del tamaño de la población, lo que puede conducir a una mayor acumulación de mutaciones deletéreas debido a la fijación por deriva genética .

Una población que experimenta una crisis mutacional queda atrapada en una espiral descendente y se extinguirá si el fenómeno dura algún tiempo. Normalmente, las mutaciones perjudiciales simplemente desaparecerían , pero durante una crisis mutacional, la cantidad de individuos que no se reproducen (por ejemplo, porque sufren una muerte temprana) es demasiado grande en relación con el tamaño total de la población, de modo que la mortalidad supera la tasa de natalidad .

El mecanismo detrás de la fusión mutacional es que se introduce una mutación deletérea espontánea y después de un tiempo finalmente se fija en la población. Esto, a su vez, conduce a una acumulación en poblaciones pequeñas donde la tasa de crecimiento, así como el tamaño de la población disminuyen. Esto, en consecuencia, permite que la mutación acumule nuevos alelos deletéreos en la población hasta que finalmente se extinga. ^[1] En más detalle, la acumulación de mutaciones en poblaciones pequeñas se puede dividir en tres fases. En la segunda fase, una población comienza en equilibrio mutación/selección, las mutaciones se fijan a una tasa constante a través del tiempo y el tamaño de la población es constante porque la fecundidad excede la mortalidad. Sin embargo, después de que se haya fijado un número suficiente de mutaciones en la población, la tasa de natalidad es ligeramente menor que la tasa de mortalidad y el tamaño de la población comienza a disminuir. Esto se debe a la fijación de mutaciones deletéreas, lo que aumenta la tasa de mortalidad. La tasa de mortalidad se vuelve demasiado grande en la población, teóricamente infinita, de modo que el tiempo que tarda en fijarse el alelo mutante deletéreo puede equipararse al tiempo medio de fijación de una mutación neutra. Esto se debe únicamente a la pequeña población afectada por la mutación, donde el tiempo de fijación es comparativamente corto. El menor tamaño de la población permite una fijación más rápida de las mutaciones deletéreas y una disminución más rápida del tamaño de la población, que se vuelve irreversible después de un cierto número de generaciones ^[3].

En las especies asexuales , los efectos de la acumulación de mutaciones son más significativos en comparación con las especies sexuales. En una población asexual, todas las especies individuales se ven igualmente afectadas por las presiones selectivas del medio ambiente, que incluyen mutaciones deletéreas y/o beneficiosas. Esto se debe a la falta de recombinación de alelos y diversidad en el genoma que permite que la acumulación de mutaciones se apodere de manera efectiva de la población asexual. ^[4] La acumulación de mutaciones puede ocurrir durante un corto período de tiempo, y esto se debe a que la descendencia de las especies que fueron introducidas a la mutación deletérea no tiene una recombinación de alelos transmitida por los padres. En cambio, la copia exacta y el número de genes que estaban originalmente en la especie parental se transmiten a la descendencia sin cambios genéticos. Esto coloca a las especies reproductivas asexuales bajo la alta presión selectiva de la fusión mutacional.

En las especies que se reproducen sexualmente , el tiempo que tarda en producirse la fusión mutacional es mayor, si es que se produce. En las poblaciones que se reproducen sexualmente, la segregación y recombinación de alelos permiten que la diversidad genética florezca dentro de la población. La diversidad genética aumenta exponencialmente a medida que la población crece con el tiempo. Sin embargo, esto no elimina la posibilidad de que se produzcan mutaciones perjudiciales. ^[5] Una acumulación de alelos perjudiciales puede provocar daños irreversibles a la población antes de que la especie tenga tiempo de reproducirse. En modelos simulados de especies que se reproducen sexualmente a las que se les introduce una acumulación de alelos perjudiciales, se demostró que la población no se extinguirá, o que tardará una cantidad exponencial de tiempo en hacerlo. Esto se debe a que si la población que se reproduce sexualmente se somete a una fuerte selección de mutaciones perjudiciales, esto hace que la mayor parte de la población sea eliminada. Los individuos de la población que sobrevivan tendrán un nivel de aptitud física más bajo, además de superar la acumulación de diferentes mutaciones perjudiciales, aunque su genoma pueda tener resistencia a las mutaciones perjudiciales anteriores.

La extinción basada en la acumulación de mutaciones en especies sexuales, a diferencia de las especies asexuales, se produce bajo el supuesto de que la población es pequeña o está muy restringida en la recombinación genética. ^[6] Sin embargo; incluso bajo ciertas condiciones en una población grande, una fusión mutacional puede ocurrir en especies que se reproducen sexualmente. Factores como la baja tasa de natalidad y recombinación, así como tener una fuerte selección de mutaciones, pueden hacer que una gran población que se reproduce sexualmente se extinga. Por el contrario, las mismas condiciones que pueden causar la extinción en una población que se reproduce sexualmente pueden ayudar a evitar la fusión mutacional. En un entorno probado, donde las variables pueden manipularse teóricamente, la fuerte selección de mutaciones en una gran población que se reproduce sexualmente puede evitarse por fusión mutacional si la tasa de natalidad aumentara.

El efecto sobre las poblaciones asexuales y sexualmente reproductivas sigue siendo desconcertante para las variables externas. En los casos en que una gran población sexualmente reproductiva atravesó un cuello de botella , la población puede volverse más susceptible a las mutaciones que se acumulan en la población a un ritmo rápido. La crisis mutacional depende de variables externas, además del pequeño tamaño de la población, para eliminar la frecuencia alélica de una población. En tales casos, la crisis mutacional depende de la deriva genética , en términos de una población pequeña, para tener tiempo para que la mutación se fije en la población.

La bacteria multicelular filamentosa Streptomyces coelicolor forma colonias en las que surge una subpoblación de células que produce en exceso antibióticos beneficiosos, pero metabólicamente costosos. ^[7] Esto da como resultado una división del trabajo que aumenta la aptitud general de la colonia. Debido a que las células productoras de antibióticos contienen grandes deleciones genómicas que causan una reducción masiva de la aptitud individual, su comportamiento altruista es similar al de las castas altruistas en los insectos sociales o las células somáticas en los organismos multicelulares. A lo largo de generaciones sucesivas, estas células supuestamente altruistas continúan perdiendo aptitud y pierden más fragmentos de sus cromosomas mientras experimentan un aumento de aproximadamente diez veces en la tasa de mutación , posiblemente debido a mutaciones en los genes para la replicación y reparación del ADN . ^[7] Estos cambios conducen a un tipo inevitable e irreversible de colapso mutacional. ^[7]

• Sumidero de comportamiento
• Catástrofe de error
• Umbral de error
• Vórtice de extinción
• Carga genética
• Erosión genética
• Trinquete de Muller

• Búsqueda en PubMed "Colapso mutacional".
• Búsqueda en Google Académico de "fusión mutacional"