Prólogo a Filosofía Zoológica. Primer obra que plantea una teoría evolutiva (1809). Lamarck.


 

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Darwin tiene razón cuando le copia a Lamarck


En una carta de Darwin a Nature en 1880 , escribe:

“Lamento ver que Sir Wyville Thomson no entiende el principio de la selección natural… Si lo hubiera hecho no habría escrito el siguiente párrafo en la Introducción al Voyage of the Challenger: “El carácter de la fauna abisal se niega a dar su apoyo último a la teoría que refiere que la evolución de las especies se debe a la extrema variación guiada solo por la selección natural.” Éste es un nivel de crítica que no resulta difícil encontrar en los teólogos y místicos cuando escriben sobre temas científicos, pero es algo nuevo viniendo de un naturalista… ¿Puede Sir Wyville Thomson nombrar a alguien que haya dicho que la evolución de las especies depende sólo de la selección natural? En lo que a mí respecta, creo que nadie ha formulado tantas observaciones sobre los efectos del uso y desuso de partes como yo en my “Variations of Animals and Plants under Domestication”; y tales observaciones fueron hechas con ese objetivo particular en mente. También he aportado una cantidad considerable de hechos que muestran la acción directa de las condiciones externas sobre los organismos.”

Entonces, el uso y desuso, que podemos seguir sosteniendo de manera mucho mas profunda y evidente con argumentaciones, hechos y datos actuales era ya considerado claramente un mecanismo evolutivo central. Y lo sabemos, fue enunciado por Lamarck 50 años antes que Darwin. Los mecanismos moleculares que subyacen a esto los estamos conociendo. El milieu de Lamarck, se vuelve central , dado que la complejidad de la vida debe entenderse en la dialéctica con ese ambiente en permanente fusion al organismo (no el organismo enfrentando a un ambiente externo).

Resta entonces concederle a Darwin que copió la idea de seleccion natural a Edward Blyth, Wallace, y una decena de naturalistas. Además, el mismo Darwin le reconoce menor importancia a esta supuesta omnipotente selección, la cual no escapa de ser una tautología que no aporta conocimiento alguno.

Entonces, verdaderamente, queda poco de Darwin, un aristócrata inglés que reunió muchas observaciones propias y ajenas, y que fue algo olvidadizo para reconocer a sus fuentes. La historia le dio un lugar de privilegio. A otros naturalistas como Lamarck, Tremaux, y tantos otros, se les privó del reconocimiento que merecen no sin antes tomar prestado todo el conocimiento que aportaron, el verdaderamente científico.

 

 

El microbioma humano


El estudio del microbioma humano, la comunidad de microorganismos y colección de genomas que se encuentran en el cuerpo humano, es una de las áreas de investigación de enorme crecimiento.

El microbioma constituye el conjunto de microorganismos asociados a un hospedero principal. Es una parte integral del superorganismo que integran los microorganismos y el hospedero y éstos han co-evolucionado desde los primeros días de la existencia de la especie humana. La modificación del microbioma, sumado a los cambios en los hábitos sociales y alimentarios del ser humano a lo largo de su historia biológica ha llevado a la emergencia de numerosas enfermedades.

El  organismo humano es, entonces, una red compleja que presenta diez células microbianas para cada célula humana. Particularmente, el microbioma intestinal constituye una comunidad taxonómicamente compleja y ecológicamente dinámica e influye en el desarrollo, la maduración y la regulación, estimulación y supresión del sistema inmune.

El microbioma forma parte integral del sistema gastrointestinal, puesto que un intestino maduro y completamente funcional no se debe únicamente al tejido del hospedero sino además del metabolismo del microbioma, que interactúa y protege  las superficies intestinales manteniendo la homeostasis.

grafico microbiomaEsquema del superorganismo humano señalando las poblaciones microbianas según la región corporal (a), la variación en el número de acuerdo al género en el microbioma intestinal (b) y los géneros dominantes según la región del intestinjo (c). (Bahktiar et al., 2014).

El  microbioma humano ha definido en conjunto no solo al sistema inmunológico con el cual convive, sino que también forma parte integral de procesos fundamentales como la producción de vitaminas, la digestión, la homeostasis energética, la integridad de la barrera intestinal y la angiogénesis en el cuerpo humano. El genoma humano carece de los genes que codifiquen para enzimas requeridas para degradar polisacáridos vegetales que habitualmente consumimos, ricos en carbohidratos como xilanos  y pectinas.  Sin embargo, el microbioma provee esta capacidad ya que realiza el metabolismo de sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa y manosa.  La fermentación de las fibras y los glicanos requiere la cooperación y asociación de diversos microorganismos. También realizan la conversión de butirato a butiril-CoA; este ácido graso de cadena corta es la principal fuente de energía de los colonocitos, cuyo desarrollo establece una barrera intestinal saludable. Los análisis metagenómicos han demostrado, además, la participación del microbioma en la síntesis esencial de aminoácidos y vitaminas.

Sobre el microbioma, y por lo tanto, sobre la salud del organismo humano, incide fundamentalmente la dieta, así como también otros factores como la forma de vida o el consumo de antibióticos.  Dado que existe una conexión evolutiva con la alteración de este microbioma y la aparicióno el incremento en la incidencia de numerosas enfermedades, es motivo actual de estudio los mecanismos que subyacen a tales anomalías y la forma de atenuar los efectos en lasalud. Entre estos estudios se encuentra el desarrollo de probióticos, prebióticos y sinbióticos sobre los cuales me referiré en otra entrada.

Bibliografía:

Salvucci, E. 2016. Microbiome, Holobiont and the Net of Life. Critical Reviews in Microbiology. 42(3): 485–494. doi: 10.3109/1040841X.2014.962478.

Salvucci, E. 2013. El agotamiento del bioma y sus consecuencias. Acta Biol. Colomb. 18 (1):31 – 42.

Bakhtiar, S.; LeBlanc, JG.; Salvucci, E.; Ali, A.; Martin, R.; Langella, P.; Chatel, JM.; Azevedo, V.; Miyoshi, A.; Bermudez-Humaran, L. 2013. Microbiome in human health and disease. FEMS Microbiology, 342:10–17.

Lamarck, el gran naturalista


Podía tener una gran capacidad de interpretación de la vida dado que era un naturalista y trabajaba con las especies, logrando enormes avances en Botanica y Zoologia. Pese al limitado conocimiento de la epoca, que él logro ampliar enormemente, podía entender mejor a la vida y su evolución intrinseca mucho mejor que aquellos que ven especies u organismos discretos luchando entre sí y con el ambiente. Lamarck legó un gran cúmulo de conocimientos a la biología que reunió gracias a la capacidad observacional y analítica de un naturalista. Continue reading

El microbioma heredado define la salud o la enfermedad


La alimentación de los padres contribuye a la salud de los hijos.

El equilibrio del holobionte humano (el superorganismo formado por organismo hospedero y microorganismos que conviven con él) radica en la completa integración física y metabólica entre los organismos que lo conforman. El estado de salud está definido por la acción del microbioma asociado al ser humano, que participa en la regulación del sistema inmunológico, en la nutrición, en la regulación hormonal, en el correcto funcionamiento del eje cerebro-intestino y en el mantenimiento de la homeostasis de todo el sistema.

microbioma y salud

La pérdida de parte del microbioma a lo largo de la evolución humana, nos ha dejado con un sistema inmune hiperreactivo que ha incrementado la incidencia de enfermedades relacionadas al sistema inmune y a la respuesta inflamatoria. Entre estas enfermedades tiene central atención, las enfermedades inflamatorias intestinales y las alergias, así como también la obesidad y el síndrome metabólico.

Este desequilibrio, y estas enfermedades, suelen tener características en común. La alteración del microbioma normal y una alteración de los niveles de citoquinas y marcadores pro-inflamatorios.

Pero la pregunta central desde hace un tiempo ha sido si el desbalance inmune era un síndrome heredado que provocaba un cambio en el microbioma una vez avanzada determinada enfermedad o si el microbioma alterado provocaba una respuesta inmune exacerbada.

Un reciente trabajo (Agosto 2013) echa luz sobre este aspecto y además refuerza el carácter evolutivo fundamental de la epigenética y la herencia de caracteres adquiridos.

El trabajo de Myles y col. publicado en Journal of Inmunology comienza planteando que  las tasas de enfermedades autoinmunes se han incrementado dramáticamente en la población nacida desde finales de 1980 cuyos padres fueron de los primeros expuestos a dietas con exceso de grasas saturadas y altas calorías. La hipótesis del trabajo es que la exposición a dietas altas en grasa durante la gestación y el desarrollo perinatal temprano podría afectar la respuesta inmune en el futuro.

Exponen un grupo de ratones a dietas altas en grasas y otro grupo a dieta normal. Luego cada grupo es colocado en jaulas de apareamiento. Las crías reciben entonces distintos tratamientos. Algunas continúan con la misma dieta que los padres luego del destete, mientras que otros grupos de crías reciben dietas intercambiadas respecto de sus padres. Se evalúa distintos parámetros y se realizan distintos desafíos para cada grupo que se resumen en la siguiente figura (click para ampliar). En la misma, mayor tamaño de fuente indica mayor intensidad o número de ese parámetro.

myles 2013

Los ratones cuyos padres habían ingerido dieta rica en grasas saturadas (western diet) tuvieron mayor alteración del sistema inmunológico, mayor mortalidad ante infección con E. coli y mayor reactividad inflamatoria local y sistémica. En tanto que aquellas crias cuyos padres recibieron dieta normal presentaron efectos menos intensos. La alteración se debe a herencia epigenética (metilación de histonas asociadas a genes de TLR-2 y LBP) y a la herencia adquirida de un microbioma alterado.

El microbioma heredado “decide” la mayor propensión a enfermedades inflamatorias. Al poner en una misma jaula a crías que provenían de los distintos tratamientos, los efectos heredados se atenúan, reduciéndose en el grupo más reactivo la mortalidad y los efectos inflamatorios, aunque el microbioma resultante es diferente a aquél que presentaba cada grupo por separado.

El trabajo, entre otras cosas, concluye:

myles 2013_2

Hasta aqui el trabajo presentado.

Este trabajo es una evidencia más del carácter fundamental del mecanismo integrativo a lo largo de la evolución. Este organismo integrado (el organismo humano y su microbioma) es un factor heredado, más allá de los genes que determina la existencia y el funcionamiento de todo el sistema. Cambios en la vida de la madre provocan efectos heredables. Caracteres adquiridos son heredados y estos contribuyen dramáticamente a la vida de la progenie. Los genes responden a estos cambios ambientales (el organismo y su milieu, lamarckiano) y son definidos por los cambios ambientales, no como entidades discretas sino como una red compleja conformada por todas las moléculas implicadas que definirán el fenotipo final. En ello la herencia (los genes) será modificada, de acuerdo a innumerables efectos ambientales, por “decisiones” epigenéticas.

La evolución, proceso intrínseco a la vida, debe ser explicada teniendo en cuenta estas contundentes evidencias científicas.

Emiliano Salvucci

Fuente:

Myles IA, Fontecilla NM, Janelsins BM, Vithayathil PJ, Segre JA, Datta SK. Parental dietary fat intake alters offspring microbiome and immunity. J Immunol. 2013 Sep 15;191(6):3200-9. doi: 10.4049/jimmunol.1301057. Epub 2013 Aug 9. (PubMed) (J. Immunol.)

THE HOLOBIONT AND THE BIOME DEPLETION THEORY


This text  is part of a book chapter:
Salvucci.2013. Crohn´s Disease within the Hologenome Paradigm, in “Crohn’s Disease: Classification, Diagnosis and Treatment Options”, Nova Publishers, 2013 (you can find the complete book here)

In 1990, Dr Erika von Mutius compared the rate of allergies in children of Democratic Germany and Federal Germany and she found that, contrary to their initial hypothesis, poor children with low sanitary conditions and rural life had fewer incidences of allergies. By those times, Dr Stachman who was working with hay fever, postulated that a previos viral infection in children could result in higher risk to develop allergies, but the results he found rejected this hypothesis. Population groups that have either been vaccinated or infected with mycobacteria (Bacillus Calmette-Guerin (BCG)) have shown to an association with a reduced risk to develop allergic disorders (Strachan, 1989). Recently, more works support the hypothesis of exposition to mild infections reduces the incidence of atopic diseases.

These researches lead to postulate the Hygiene hypothesis also called the “old friends hypothesis” that considers that the interaction in early life with different microorganisms (Bacteria, Virus, Eukarya) results in a less risk to develop allergies and atopic diseases.

Either by cell number or by genome size the microbiota outnumbers their host. The hologenome theory coined by Zilberg-Rosenberg and Rosenberg (2008) considers that the host and their microbiome constitute a unity, the holobiont. This superorganism is a result of cohabitation of different organism integrated as one, and could be considered a result of symbiopoiesis, or codevelopment of the host and symbiont (Rosenberg and Zilber-Rosenberg, 2011; Gilbert et al. 2010; Rohwer et al., 2002; Margulis and Foster, 1991).  The genetic contribution of the microbiome is more than 100000 genes that provide numerous trials not encoded in our genome (Dumas, 2011).

This evolutionary approach that considers any organism a result of integration with microorganisms has many implications and it is related to the Bioma Depletion Theory (a kind of enlargement of the “hygiene hypothesis”) that considers that human (and all mammals) and their microbiome evolved as a “superorganism” (Kinross et al., 2008; Rook, 2009). The immune system can be seen as an interface with their symbiotic organisms that have co-evolved more than a defense against invading organisms. The widely appreciated medical care in combination with technology, increased the occurence of allergic disorders, autoimmune diseases and left us an over-reactive immune response caused by a loss and separation of our partners, our microbiome that normally interact with our immune system (Figure 1) (Kau et al., 2011; Garn and Renz, 2007).

These partners involve not only the commensal bacteria, but also metazoans “parasites” and millions of virus. Bacteria comprising the microbiome have mobile elements that include plasmids, transposons, integrons, bacteriophages (Jones, 2010) that constitute the mobilome (Siefert, 2009). This genetic pool and the horizontal gene transfer within the microbiome is a key factor of the microbiome activity and constitute the dynamic response to the environment leading to the adaptation of the holobiont. It fuels the adaptive potential of the whole holobiont (Figure 1). The metabolism of microbiome and the host are intertwined constituting an integrated organism. In multicellular eukaryotes, transposition, genome reorganizations, retrovirus extrusion or insertion, etc. must be taking place in the germ line to result in a structural or metabolic change. Somatic cells have an intragenomic dynamics in response to environmental conditions.

me cago en wordpress

Figure 1. The superorganism or holobiont is the result of integration of pre-existing systems: Mobile elements or “mobilome” respond to the environmental factors with dynamic movement between genomes that constitutes a key mechanism for metabolic and structural changes on microbiome. The metabolism of microbiome and the host are intertwined constituting an integrated organism (holobiont). The medical care, use of antibiotics, technology and western way of life, resulted in a change and lost of our microbiome and an increased occurence of autoimmune and metabolic diseases that are related with an immune disbalance (Modified from Salvucci, 2011).

Vannier-Santos and Lenzi (2011) explain that taking into account that organisms identified as “parasites” are almost the 80% of known species and considering that all the theoretical explanation obtained are based on just a little part of the total organisms that exist (Windsor, 1998), we can refer to parasites as cohabitants since this close interaction drives the evolution and existence of the organisms (Vannier-Santos and Lenzi, 2011). Microbes and helmints that normally are understood as parasites have cohabited with their host and they are even greater than the host. If nature is a continuous battle bacteria and parasites should have won a long time ago. Considering that Life exists as a net, as a process (Maturana and Varela, 1999) it is possible to say that no organisms are a free-living specie sensu stricto.

The host and its symbiotic microbiota acts in cooperation (thus cooperation becomes a priority instead of competition). Even when Zilber-Rosenberg and Rosenberg, 2008 suggests that it should be considered a unit of selection in evolution and they remarks that the theory is in agreement with darwinism, the hologenome theory represent a holistic approach that considers each specie or organism as a result of an integration and this mechanism is observed at every level of nature: insertional activities of virus, bacterial, viral and archaeal DNA in eukaryotic genomes, endosymbiotic relationships and holobionts. This paradigm (like symbiogenesis of Merenchovzky and Margulis) contrasts with the observable facts in nature against the individualistic, selfish and economist conception of darwinism.

The hologenome theory and the holistic approaches like the concept of autopoiesis coined by Maturana and Varela (Varela et al., 1974) and Lynn Margulis` endosymbiotic theory (Margulis and Fester, 1991) are related in understanding the evolution of life as integrative processes.  The concept of autopoiesis considers a living system as a dynamic composite entity, a unity as a closed network of productions of components in a way that through interactions in composition and decomposition, the components: a) recursively constituted the same network of production that produced them, and b) specify the extension of the network and constitute operational boundaries that separate it as a dynamic unity in a space defined by elements of the kind of those that compose it (Maturana, 2002). The word autopoiesis connotes the organization of living systems as closed networks of molecular production. The endosymbiotic theory explains the emergence of organelles and nucleus of eukariotyc cells. These theoric frameworks and the hologenome theory explains that the existence of each organism is the consequence of integration of pre-existing organisms (or parts), but the result is more than the sum of the parts. Any organism is the result of an inherent property of autoorgnanization and autopiesis. The genome of each organism is the result of combination of bacterial, virus and eukaryotic DNA. Finally, any organism is the result of the interaction of their own genome with the genome of the organisms that co-evolved with it. In the case of mammals, the principal organism or “host” is the result of integration with their microbiota (constituting the holobiont), and their metabolisms were and are intertwined (as a “superorganism”) along evolution. (Vannier-Santos and Lenzi, 2011; Kau et al., 2009; Tilg and Kaser, 2011; Gazla and Carracedo, 2009; Zilber-Rosenberg and Rosenberg, 2008).

Microbial eukaryotes in the human gut have been studied primarily from a parasitological point of view and are generally considered to impact negatively on human health (Parfrey et al. 2011). Biome depletion theory could explain that these cohabitants were necessary to maintain the homeostasis of the superorganism or holobiont.

Nowadays, several diseases are considered the new epidemics. The incidence of a group of diseases have increased since the industrial era. These are related to a hyperreactive immune system and this unbalance is related to the separation of our partners along the last thousands years. The immune balance was maintained by the microbiota that humans have been losing with modern medicine, new technologies and changes in the way of life.

Autoimmune diseases like type 1 diabetes, artritis, lupus and inflammatory related diseases like infflamatory bowel disease (IBD), diabetes, asthma could be treated with a biome restoring process that could be done by probiotic administration. The genetic background necessary to develop any of these illnesses (intrinsic factors) is directly and closely related and influenced by the metabolism of microbiota (extrinsic factors) (Tilg and Kaser, 2011; Proal et al., 2009).

The importance of Bacteria on health was recognized along the last twenty years. It was observed the healthy status of people from different regions in where there was a high intake of fermented products. The benefits of different foods, that were known for centuries, leaves to the discover of different bacterial strains, mainly, Lactic Acid Bacteria that were postulated, after many studies, as probiotics (Fujimura et al., 2010).

Probiotics are defined today as ‘live microorganisms which, when administered in adequate amounts, confer a beneficial health effect on the host’. They could be bacterial cells like lactic acid bacteria or eukaryotic microorganisms like helminths. A reductionist perspective leads to the study of different strains that could restore or specifically get a benefit. There are several studies related to determine the mechanism and products involved in the benefit that could be ensured by the action of one bacteria strain (Fujimura et al., 2010; Dominguez Bello and Blaser, 2008).

The study of probiotics, since their beginning and nowadays, is directed to use an  specific strain that restores one symptom or disease. The hologenome theory considers us as a superorganism, added it with the biome depletion theory show us that what it is unbalanced is the entire immune system and the reasons of the increase of incidence and the probable therapies, would be analyzed taking account that we need to restore a whole microbiome and not search an specific strain for each disease. Of course, this is impossible because we are now, without those lost partners, a different holobiont. But, what we can do is to change our reductionist and incomplete view and research to know and understand the complete microbiome in each health/disease situation. And with this, try to figure out which are the accurate therapies.

Entrevista a Lynn Margulis – 2009


Sobre Darwin

La gente habla de selección natural sin saber lo que es. Creen que Darwin dijo que el mecanismo de evolución es la selección natural, pero eso no tiene ningún sentido. Él sabía que hay una fuente de cambios hereditarios, pero no conocía el mecanismo que los genera. Después de Darwin, unos científicos decidieron que esta fuente de cambios era la acumulación de mutaciones al azar, algo que Darwin no dijo y de lo que no se ha encontrado ningún ejemplo. Después de 150 años, se puede decir con certeza que Darwin tenía razón, que existe un proceso de evolución y de selección natural. Esto se ha demostrado gracias a experimentos de bioquímica que no existían en su época.

Simbiogénesis

Tenemos el ejemplo de los líquenes, que es muy clarificador. Son una simbiosis de hongos y algas, una fusión en la que el liquen no tiene ningún parentesco con sus especies de origen. La simbiogénesis forma esas nuevas especies, y la selección natural las escoge y las mantiene. Esta teoría no está en contra de Darwin. La selección natural mantiene, pero no es generadora de cambios. Los que dicen que la evolución se basa en mutaciones al azar se equivocan. También existe una especie de caracoles que ha adquirido genes fotosintéticos. Se alimentan de algas sin digerir nada y en verano se vuelven verdes; no necesitan comer porque realizan la fotosíntesis, una propiedad adquirida de las algas. Cuando acaba el verano, ponen sus huevos y cambian su color a naranja y amarillo hasta que finalmente mueren. Las características de dos organismos diferentes convergen en uno para formar una nueva especie. Sin embargo hay gente muy ignorante que aún así no quiere cambiar su forma de pensar.

Sobre Dawkins, y sus “genes egoístas”

tuvimos un gran debate con estudiantes universitarios en Voces de Oxford, un homenaje a Darwin que duró más de cuatro horas en el que Dawkins no tuvo nada que decir. Defiende que los genes son egoístas, y eso no es cierto, puesto que sólo son trozos de química. Es un gran orador, pero no sabe ni de biología molecular, ni de geología, ni de simbiogénesis, por supuesto. Sólo dice lo mismo una y otra vez, que somos vehículos de nuestros genes, y que estamos enfocados a la replicación genética, pero nadie se puede replicar sin las células.

¿Cree que se establecerá la teoría de la simbiogénesis como fuente evolutiva?

Lo único que sé es que al final nos extinguiremos todos, como le ha pasado al 99,9% de las especies de la Tierra. El destino de la vida es la extinción, esto es selección natural. Las especies tienen un tiempo de vida de unos nueve a once millones de años. En el caso de los humanos sucederá antes, dentro de unos dos millones de años, aunque ya veremos qué pasa cuando nos quedemos sin petróleo y sigamos con este comportamiento tan poco respetuoso con el medio ambiente. La ignorancia profunda va a continuar. Hay demasiada gente en el planeta y seguirá habiendo pobres, y también gente que salga los sábados a emborracharse. Sobre mi teoría, no puedo hacer una predicción. Sólo creo que tendrá más éxito fuera de EEUU, donde la gente opina que si no eres religioso eres un asesino y no puedes hacer nada moral. Tienen esas ideas estúpidas de que si no crees en Dios no puedes hacer nada bien.

¿Qué opina del creacionismo?

No me gusta meterme en ese tema. Alguien me dijo que el 71% de la población de EEUU está en contra de la evolución y piensa que Dios creó la Tierra y las especies hace 6.000 años, y que nada ha cambiado desde entonces. Dicen que saben lo que saben porque Dios está hablando con ellos. Tienen convicciones que no son científicas y yo no trabajo con esa gente. Eso no es ciencia, sino un tipo de ignorancia peligrosa. Por eso en EEUU tenemos el nivel más bajo de ciencia del mundo civilizado.

Fuente: Público.es