El equilibrio de la Reina Roja

Pero la Reina Roja continuaba gritándole: “¡Deprisa, más deprisa!”, y Alicia sentía que no podía más, aunque le faltase aliento para decírselo.

Lo más curioso era que los árboles y las demás cosas que las rodeaban permanecían totalmente inamovibles: por más que corrieran, no conseguían adelantar nada. “¿No será que todo se mueve con nosotras?”, se preguntó muy intrigada la pobre Alicia.

[...]

Alicia miró con gran sorpresa a su alrededor

- ¡Pero si yo diría que hemos estado bajo este árbol todo el rato! ¡Todo está igual que estaba!

- Claro que sí -dijo la Reina-. Pues ¿qué te creías?

- Bueno, en mi país -dijo Alicia, todavía un poco jadeante-, si una corre un rato, tan deprisa como lo hemos hecho nosotras, generalmente acaba llegando a un lugar distinto.

- ¡Un país bien lento! -dijo la Reina-. Aquí, como ves, se ha de correr a toda marcha simplemente para seguir en el mismo sitio. Y si quieres llegar a otra parte, por lo menos has de correr el doble de rápido.

Lewis Carroll, Alicia a través del espejo

Quizás reconozcáis este fragmento de haber leído la conocida obra de Lewis Carroll, “Alicia a través del espejo”, segunda parte de las aventuras de esta niña en el más loco de los países. En este capítulo en que se encuentra con la Reina Roja esta le explica que, en el país en el que se encuentran, es necesario avanzar para mantenerse en el mismo sitio, e ir aún más rápido para llegar a algún otro. El caso es que, más allá de todo valor literario, este fragmento refleja a la perfección la idea biológica de que cada especie necesita de una “mejora” continua para mantener su situación actual con respecto las demás especies con las que tiene relación, dado que ellas también “mejoran”. Es decir, para mantener el statu quo en el ecosistema. El vínculo entre la idea expuesta en esta obra y el planteamiento biológico que nos ocupa es evidente, y a causa de éste se estableció el concepto como Hipótesis de la Reina Roja, Carrera de la Reina Roja o Efecto de la Reina Roja, haciendo referencia directa a la obra.

Esta hipótesis fue propuesta por Leigh Van Valen en su obra “A new evolutionary law”, publicada en 1973. Surgió del estudio que demostraba que las probabilidades de extinción de familias de organismos era constante dentro de grandes escalas de tiempo, y por tanto que la capacidad de una familia para sobrevivir no mejora a través de las generaciones. Esta idea plantea una explicación a estas probabilidades dado que la evolución de una población no es un proceso aislado e independiente, sino que es consecuencia no tan sólo de las condiciones externas, biológicas o no, del momento concreto, sino que además se ve afectado por la evolución de otras poblaciones con las que se relaciona a lo largo de su existencia. Todas las especies con el tiempo presentan variabilidad genética que la selección natural puede sentenciar como ventajosa (lo que aumenta la probabilidad de ser transmitida a siguientes generaciones) y eso afecta no sólo a su supervivencia, también a la de las especies con las que se relaciona, y de una forma indirecta, a la variabilidad genética generada por estas otras especies. En resumidas cuentas, cada cambio en una especie tiene efecto en los cambios de las demás. Esto lleva a pensar que todas las distintas vías evolutivas son consecuencia las unas de las otras en mayor o menor medida. Por lo tanto, se da una relación de codependencia y una coevolución (consecuentemente) entre todas la especies ya que, más directamente o menos, todas están conectadas.

Por supuesto este fenómeno se hace más evidente entre especies que tienen relaciones estrechas como podría ser el caso del depredador y su presa. Para entender con más precisión esta hipótesis tomemos como ejemplo al guepardo como depredador y a la gacela como presa. Para que estas especies hayan sido capaces de sobrevivir a lo largo de las generaciones es necesario un equilibrio entre las dos. Toda variación genética generada por la gacela que pueda serle ventajosa para sobrevivir, debe ser igualada por las variaciones genéticas ventajosas, como depredador, generadas por el guepardo. En caso contrario, a la larga, éste perdería su fuente de alimento principal al no poder aprovechar la gazela en su favor, y se extinguiría. El equilibrio también se rompería en el sentido opuesto, si el guepardo produjese cierta variabilidad que potenciase ciertas facetas para ser mejor depredador y la gacela no produjera por su parte la suya equivalente para ser capaz de soportar esa mejora depredativa, en ese caso las gacelas se extinguirían dado que estarían a su merced más fácilmente. Es por este motivo que parece evidente que, tanto las características del guepardo de depredador como las características de la gacela para no ser cazada deben haberse desarrollado paralelamente a lo largo de la evolución. Este proceso se conoce comúnmente como carreras armamentísticas.

Sin embargo, si este avance armamentístico se da de forma superior en una especie con respecto al de la especie con la que se relaciona, no tan sólo hay consecuencias perjudiciales para una parte, se convierte en un arma de doble filo. Por un lado sería negativo para los guepardos que no hubiese gacelas, dado que acabarían extinguiéndose también al perder su fuente principal de alimento. El depredador sufriría las consecuencias de su propia capacidad para cazar aumentada. Por otro lado, el guepardo es un impedimento para la supervivencia de las gacelas y el hecho de que desapareciesen los depredadores no sería negativo a primera vista, pero a la larga supondría una superpoblación de gacelas y el equilibrio del ecosistema se rompería igualmente, dado que un aumento de la población de gacelas supondría un descenso de su principal fuente de alimento hasta que no hubiese para todas y cayeran también en decadencia.

Pro supuesto, las situaciones anteriores se dan difícilmente, solamente en caso que los cambios sucedidos en las poblaciones de una especie (ya sea aumento desmesurado de población o extinción), así como sus consecuencias, se diesen tan rápido que no fuera posible que se produjera ningún tipo de variabilidad genética por parte de las demás especies para soportarlos. Esto es  improbable, ya que en principio se requiere de esta rapidez para que suceda, pero a la practica seria necesario mucho más tiempo para que esta superioridad tuviese consecuencias, y eso también daría tiempo a la población de otros organismos para presentar variabilidad ventajosa que recuperase el equilibrio.

En realidad, detenidamente no hay ninguna armonía ya que siempre va uno por delante del otro en escalas temporales pequeñas, pero en una visión general, se puede entender como un equilibrio, ya que se va repitiendo el proceso en que primero uno “avanza” y luego lo vuelve a “adelantar” el otro. El sistema que plantea la Hipótesis de la Reina Roja se ve reflejado en estos cambios que se han ido dando en cada especie para equiparar los contraproducentes de otra, lo que produce esta estructura en equilibrio des de una perspectiva alejada, el motivo por el cual dos especies han coexistido durante períodos de tiempo largos, hasta que algo en equilibrio falla.

La evidencia nos dice que estos fallos son más fáciles que se den según la relación entre dos poblaciones de dos especies diferentes sea más estrecha, es decir, según sean más codependientes.  Este es el caso de los simbiontes donde su supervivencia llega a depender de su relación de una forma directa. El ejemplo más nítido es el mutualismo, en que si uno de los participantes produce variabilidad genética positiva para sí mismo, pero nociva para el otro, este último acabará cediendo y extinguiéndose si no produce una variabilidad genética que lo contrarreste. Por tanto, de forma más evidente que en la relación depredador-presa, como uno no puede vivir sin el otro a causa de su relación de simbiosis, la mejora de uno a expensas del otro produce la extinción de las dos partes dado que se perdería una primero, y a falta de ésta, la otra (la causante) también perecería, dado que necesitaba la primera para sobrevivir. Un buen ejemplo tanto podría ser el pez payaso con las anémonas, como la microbiota intestinal con el organismo propietario de los intestinos.

Esta relación es muy estrecha, por eso se ve tan claramente la causalidad, pero en realidad toda la biosfera sigue este patrón y se ve regido por esta misma relación de causalidad, en mayor o menor proporción según lo directo que sea el contacto. En este ejemplo tan evidente, se puede ver la importancia del mantenimiento del equilibrio en que una especie, ni le favorece aprovecharse demasiado de otra, ni tampoco insuficientemente. Por ello, se puede afirmar que la evolución de una población de una especie depende de la evolución de las poblaciones de las demás especies con las que se relaciona. Como se puede ver, se da un proceso de feedback positivo o realimentación positiva, dado que cada cambio en esta maquinaria no hace más que propiciar más cambios, que a su vez no hacen más que favorecer la aparición de muchos más, en este sistema dinámico. Pero, como se destaca en la obra de Lewis Carroll, es un sistema dinámico estático, aunque parezca contradictorio. Comparando con el pasado se han dado cambios, pero en el presente la relación entre especies se mantiene, dado que cambian al mismo ritmo. De todos modos esta retroalimentación se puede romper, caso en que alguna especie queda extinguida, y más de una si no se consigue reparar el sistema compensando la ausencia de la primera con más variabilidad genética por parte de las que siguen vivas. La verdad, se podría entender el sistema no como un equilibrio, sino como una reparación constante de cada parte que se queda rezagada.

Sin esta reparación (antes de ninguna extinción o después), fruto de la producción de variabilidad genética, acabaría por extinguirse toda la vida en la Tierra, dado que, como se ha mencionado anteriormente, toda se encuentra conectada. Esta variabilidad causa las diferencias entre especies que rompe el equilibrio, pero por el lado opuesto también causa la vuelta al equilibrio, al producir cambios en las demás especies para compensar los primeros. Es por este motivo que este Efecto de la Reina Roja sucede a la vez a causa y a pesar de la variabilidad genética de la que llevamos hablando, causada en parte por mutaciones, y en parte por la combinación de genes, con especial énfasis en la reproducción sexual. La aparición de ésta y su extenso uso había sido siempre un dilema dada su ineficiencia, pero este sistema acabó por florecer a causa de la producción de diversidad, aunque no se entendía para qué era necesaria si hasta el momento de su aparición habían sobrevivido. Es decir, si algo funciona, ¿por qué cambiarlo? Este surgimiento de diversidad se ve explicada por la Hipótesis de la Reina Roja, dado que en el sistema que contempla, es necesaria una gran capacidad de variabilidad genética para la supervivencia.

De todos modos, esto no era más que una hipótesis y no se había aceptado oficialmente aún, por lo tanto el enigma seguía presente. Así fue hasta llegar al 2011, cuando investigadores de la Universidad de Indiana, demostraron el Efecto de la Reina Roja. Se manipuló genéticamente la especie de gusano C. elegans, para que se reprodujera por autofecundación o sexualmente, y a éstos dos tipos de poblaciones se las hacía convivir con la bacteria patógena Serratia marcescens. Después de múltiples generaciones, se observó como las poblaciones de C. elegans que se reproducían por autofecundación se extinguían rápidamente por los parásitos que evolucionaban a la vez. Contrariamente, la población que se reproducía sexualmente permitía más variabilidad, lo que hacía aumentar la probabilidad de aparición de individuos preparados para resistir ese patógeno. Por este motivo, esta población conseguía sobrevivir con más facilidad, ya que el sexo ayuda a los individuos a adaptarse más rápidamente a las adversidades, lo cual puede significar la diferencia entre sobrevivir o extinguirse, como es el caso. De esta forma, este experimento reafirmó todo el proceso y consecuencias que se desprenden directamente de la Hipótesis de la Reina Roja. Y, como en “Alicia a través del espejo” donde abundan las contrariedades, descubrimos que en nuestro mundo también. Esta idea planteada es un buen ejemplo ya que, además de hacer evidente la vulnerabilidad de una especie frente las que se relaciona, demuestra la gran capacidad de adaptación que tienen para lograr la supervivencia.

Referencias: