8/31/2008

L'evolució explicada per un nen autista fictici

Fa pena veure el pobre blog tan abandonat; però mira noi, les vacances són les vacances i ja es tracta d’això, de perdre’s de vista més que el filferro del pa bimbo i tornar amb la capacitat renovada d’experimentar estrès i mala llet.

Per la reentrada us deixo amb un fragment d’un dels llibre d’aquest estiu: El curiós incident d’un gos a mitjanit, de Mark Haddon. L’autor ens posa a la pell d’un nen autista, de manera tan hàbil que al final trobem la mar de lògic per exemple asseure’ns a terra, tapar-nos les orelles i posar-nos a cridar per tal de no sentir ni veure les gent que en envolta en un tren. Figura que el propi nen autista escriu un llibre, i aquesta és una de les coses que escriu (no ho tradueixo perquè això és literatura, no un article de recerca, i no li vull desgraciar l’obra a l’autor):

People believe in God because the world is very complicated and they think it is very unlikely that anything as complicated as a flying squirrel or the human eye or a brain could happen by chance. But they should think logically anf if they thought logically they would see that they can only ask this question because it is already happened and they exist. And there are billions of planets where there is no life, but there is no one in those planets with brains to notice. And it is like if everyone in the world was tossing coins eventually someone would get 5.698 heads in a row and they would think they were very special. But they wouldn’t be because there would be millions of people who didn’t get 5.698 heads.

And there is life on earth because of an accident. But it is a very special kind of accident. And for thos accident to happen in this special way, there have to be 3 Conditions. An these are:

Things have to make copies of themselves (this is called Replication).
They have to make small mistakes when they do this (this is called Mutation).
These mistakes have to be the same in their copies (this is called Heritability)

And these conditions are very rare, but they are possible, and they cause life. And it just happens. But it doesn’t have to end up with rhinoceroses and human beings and whales. It could end up with anything.

And for exemple, some people say how can an eye happen by accident? Because an eye has to evolve from something else very like an eye and it doesn’t just happen because of a genetic mistake, and what is the use for half an eye? But half an eye is very useful because half an eye means that an animal can see half on an animal that wants to eat it and get out of the way, and it will eat the animal that only has a thid of an eye or 49% of an eye instead because it hasn’t got out of the way quick enough, and the animal that is eaten won’t have babies because it is dead.

And people who believe in God think God has put human beings on the earth because they think human beings are the best animal, but human beings are just an animal and they will evolve into another animal, and that animal will be cleverer and it will put human beings into a zoo, like we put chimpanzees and gorillas into a zoo. Or human beings will catch a disease and die out or they will make too much pollution and kill themselves, and then there will only be insects in the world and they will be the best animal.


Mark Haddon .The curious incident of the dog in the night-time. Vintage UK Random House 2003
Dodger

8/26/2008

I have a dream

Fa uns dies, el nostre amic d'Homorgasmus ens va animar a escriure sobre el somnis en animals, i per compensar-li tota la fe que va dipositar en nosaltres, no podiem fer altra cosa que dedicar un post als somnis.
Per situar-nos. Els somnis (normalment) es donen durant el son. El que coneixem com el son es divideix en varies fases cícliques, definides per uns patrons característics que s'observen amb l'ajut d'encefalogrames (registre d'activitat cerebral), d'electrooculogrames (mesuren el moviment dels músculs dels ulls) i d'electromiogrames (activitat elèctrica dels músculs perifèrics). Es divideix en dos grans estadis:
- El primer és caracteritza perquè és un son sense moviments oculars ràpids (No REM). Aquest estadi es divideix en 4 fases ( Fases I, II, III i IV) on l'activitat cerebral és escasa i el metabolisme i la temperatura cerebral es redueixen als mínims. Les 4 fases es diferencien per l'amplitut i la la freqüència de les ones que s'observen en l'electroencefalograma. Com a curiositat, durant la fase IV és quan es dóna el sonambulisme.
- Al segon estadi se'l coneix com a son de moviments oculars ràpids (rapid eye movement, REM). Aquesta fase reb aquest nom (obviament) degut a que es donen moviments ràpids dels ulls. Es caracteritza per un to muscular nul (paràlisi), cap múscul presenta activitat menys els músculs dels ulls. Durant el son REM l'activitat cerebral és molt semblant a la que es pot registrar durant la vigília. És la fase en la qual, generalment, somniem, tot i que no està clar, ja que molts cops es donen somnis fora d'aquesta fase. També diuen que és la fase en que es presenten els malsons (em pregunto si es deu a la paràlisis muscular...).

Ja fa uns dies, comentavem en un altre post el cas d'un noi que se'l privava de dormir durant 11 dies i es trobava en plenitut de condicions. També sabem d'altra banda, que rates a les que se les priva el son durant dues setmanes, acaben morint. El son REM per sí sol, ja sembla ser molt important, perquè rates privades tan sols de son REM també acaben morint, en aquest cas al cap de 4 setmanes. El cas és que el son sembla funcionalment important ja que ha persistit al llarg de l'evolució d'aus i mamífers (i molt segurament en formes anteriors).
Però, i els somnis? Per què coll...dimonis somniem? Tenen els somnis una funció adaptativa?
Hipòtesi evolutiva

Hi ha varies teories proposades per explicar la funció dels somnis. Una d'elles, i potser la més acceptada en la comunitat científica, és que no tenen cap funció, són simplement resultat d'una activitat neural aleatòria. Hobson i McCarly suggereixen que es produeix una activació aleatòria en el tronc encefàlic que es transmet a través del tàlam i s'interpreta en forma de somni. Així, el somni no tindria cap sentit, sinó que seria el resultat que obtindriem quan algunes zones del cervell intenten montar una història a través d'informació totalment trivial.
Aquesta teoria però, podríem dir que coixeja, perquè no s'acaba d'entendre quin avantatge adaptatiu podria tenir el somni, a part, tampoc explica el fet que nombrosos estudis apuntin a que els individus tenen majoritàriament somnis realistes i amb una història connectada.
Fa uns anys, l'any 2000, A. Revonsuo va proposar una nova hipòtesi que intentava explicar la funció adaptativa dels somnis. Si avui en dia tots somniem, deu ser que en algun moment somniar va tenir, o encara té, algun avantatge adaptatiu respecte dels que no experimentaven somnis. Per a ell, la funció biològica dels somnis és estimular el cervell alhora que assajar comportaments davant de situacions d'amenaça.
Hem d'intentar entendre aquesta hipòtesi en un context on l'home es trobava en continua situació d'amenaça, ja fós degut a atacs d'altres espècies animals o a fenòmens naturals. Així, els individus que havien millorat el seus mecanismes de resposta a les amenaces durant el somni, eren capaços de respondre millor quan es trobaven durant la vida real enfront aquestes situacions que els individus que no havien somniat. Això els va suposar un cert avantatge adaptatiu per als qui desenvolupaven nous comportaments davant de les amenaces.
Aquesta hipòtesi l'han corroborada diversos estudis, que han trobat per exemple que els individus es troben en situacions d'amenaça durant el somni en un 94% dels casos, de les quals, un 65% són amenaces de mort o de lesió greu. Aquests estudis també troben que l'amenaça més freqüent que podem trobar en els somnis és la de fuga o persecució, que suggereix que els somnis podrien haver tingut un gran servei en temps en que l'ambient no era tant segur com avui en dia.
Per acabar d'explicar molts dels somnis que encara no encaixen amb aquesta teoria evolutiva, A. Zadra, ha proposat que molts dels somnis actuals es veuen distorsionats pel llenguatge, que alliberat del control prefrontal que s'inhibeix durant el son REM, actua sobre els somnis creant metàfores que a primera vista sembla que no encaixin en l'explicació dels somnis.

Els animals tenen somnis?

Sabem que tots els humans poden somniar, tret d'alguns casos en que es pateix alguna malaltia relacionada amb el son, i ho sabem perquè ens ho podem explicar. Ara per ara, les altres espècies animals no ens poden donar cap informació dels seus processos mentals i, és curiós, però cap humà ha sigut capaç encara de preguntar-li a algun altre animal què havia somniat. Així doncs, respecte a aquest tema hi ha una gran controvèrsia.
De totes formes, sembla que els animals si que podrien somniar; la imatge que segurament a tots ens vindrà al cap és la d'un gat dormint sobre el sofà de l'avi.
L'any 2001, K. Louie i M. Wilson van realitzar un estudi en rates. A les rates se'ls hi feia una prova diària, es tractava de posar-les en un laberint dia rere dia durant una bona estona. Els investigadors van poder observar que durant la prova s'activaven la mateixa zona de cèl·lules de l'hipocamp i en el mateix ordre que durant el son REM. Semblava, que els animals practicaven durant la fase REM els moviments que havien de realitzar durant la vigília. Per confirmar aquesta hipòtesi es va canviar la prova que havien de superar. El dia que feien una prova nova, l'estadi REM anterior no tenia res a veure amb les zones que s'activaven durant la nova prova, però si que concidien amb el somni REM posterior, demostrant que els animals es tornaven a posar a prova durant la fase REM, per al que podríem anomenar, les amenaces del dia següent.
Aquest experiment, no confirma que els animals somnïin, però si que invita a pensar que es dóna algun procés durant el son REM que té molt a veure amb les proves que han tingut al dia anterior, i de forma conscient, nosaltres a això els anomenem somnis.
De fet, no seria tant extrany, ja que si en nosaltres el somni podria haver funcionat en condicions d'ambients amenaçants, perquè no podria haver-ho fet també en altres animals, o perquè no podria ser ja una activitat molt antiga en el procés evolutiu, que si voleu, s'ha complicat més en l'Homo sapiens?

Referències:

- Antti Revonsuo. The reinterpretation of dreams: An evolutionary hipotesis of the function of dreaming. Behavioral and Brain Sciences (2000) 23, 793-1121
- A. Zadra, S. Desjardins and E. Marcotte. Evolutionary function of dreams: A test of the threat simulation theory in recurrent dreams. Consciousness and Cognition 15 (2006) 450-463
- K. Louie and M. A. Wilson. Temporally structured replay of awake hippocampal ensemble activity during REM sleep. Neuron, Vol.29 (2001) 145-156
Frij

8/10/2008

La nit dels pseudogens vivents

Quan es va seqüenciar el genoma humà no hi ha dubte que es va assolir una fita important. Però com comentèvem aquí, això no ens explica de quina manera la informació codificada funciona per muntar un organisme en el seu esplendor; el seu desenvolupament, el seu estat dinàmic i cap propietat emergent de cap dels seus òrgans, com a organisme acabat i funcional i com a peça d’una població, i aquesta d’un ecosistema. Vam parlar una mica dels nivells de complexitat que afegien l’epigenètica, l’emplamament alternatiu, la modificació de les proteïnes una vegada traduides de l’ARN missatger i els interactomes (les xarxes d’interacció que fan les proteïnes entre elles). Però avui tornarem a posar la nostra atenció en el propi genoma i parlarem del què fins fa poc es considerava una part de la ferralla genètica: els pseudogens.

Dels tres-mil milions de parells de bases que presenta el genoma humà només una mica més de l’1% correspon a gens pròpiament dits. Els gens, si refresquem el dogma central de la biologia molecular, són aquells que es transcriuen a ARN missatger, i aquest es tradueix a proteïna. De la resta de material del genoma, un apabullant 99%, què en fem i què carai és?

La gran majoria de tot aquest material no es té ni la més remota idea de perquè serveix, i en gran part es considera que no fa absolutament res: ADN escombraria. Prop d’una tercera part d’aquesta ferralla són els introns, que es disposen entre els exons (que és el que realment es tradueix a proteïna), i marxen quan es produeix l’empalmament dels exons de l’ARN missatger. Dels introns ja en parlarem un altre dia, que també és un tema que va guanyant importància.

La resta del material genètic que es troba entre els gens conté de tant en tant una fragment de seqüència que recorda o s’assembla a un gen. El què passa és que aquest tros no pot donar lloc a cap proteïna funcional: o bé perquè no es pot transcriure, o bé perquè no es pot traduir o bé perquè no té promotor, pel que sigui. Això és un pseudogen.

Dos anys després d’haver-se seqüenciat el genoma humà, ja s’havien trobat uns 19.000 pseudogens. Això té la seva gràcia si tenim en compte que els gens de veritat no arriben a 25.000. Molt probablement el nombre de pseudogens identificats superarà al de gens.

Els pseudogens provenen dels gens. Eren gens que es van esconyar per mutacions o, més sovint, còpies defectuoses de gens, o copies que es van insertar malament després de copiar-se del gen original. Les còpies es poden produir en una mala replicació de l’ADN (pseudogens duplicats, es diuen) o per retrotransposició (de l’ARN a ADN altra vegada, en un altre lloc, aquests es diuen pseudogens processats, perquè ja no tenen introns). Al ser còpies fortuïtes la seva funció és redundant, perquè el gen original ja està per allà treballant. Després de la duplicació un dels gens es susceptible de rebre mutacions que li canviin la funció, o més sovint que se la carreguin. Estem davant, però, d’un mecanisme importantíssim d’innovació, perquè el gen, si no es converteix en pseudogen, pot aconseguir funcions noves importants adaptativament parlant. Sobre aquets tema en particular s’ha publicat un magnífic article a la revista Nature (referència al final). Resumint, fins ara es considerava que quan un gen duplicat mutava i aconseguia una funció adaptativa nova era perquè havia sofert selecció direccional en un procés anomenat de Neo-Funcionalització. Els autors del treball suggereixen que hi ha una alternativa que explica millor el seu cas d’estudi en particualr. El procés alternatiu s’anomena “Escapada d’un Conflicte Adaptatiu”. Un gen que encara no s’ha copiat es selecciona per fer una nova funció que de realitzar-se aniria en detriment de la seva funció original. El pobre està en un compromís, i fa el que pot per realitzar les dues funcions. La vida se li arregla força quan es copia. La còpia es selecciona per desenvolupar la nova funció i el gen original es pot concentrar de nou en la funció ancestral. Quantes vegades hem desitjat que ens passés un cosa semblant.

Molt bé per les còpies del gens que encara funcionen i que obtenen noves funcions, però aquest no és el cas dels nostres pobres pseudogens. Oi?

I un xurro!

Els pseudogens comencen a acaparar l’atenció de més d’un per dos motius: la posibilitat de fer amb ells “paleontologia molecular”, i pel fet que sembla que alguns no estan tan morts com podia semblar.

El primer aspecte té dos cares. Una és que com que els pseudogens no estan sota control sel·lectiu, poden acumular tantes mutacions com apareguin. Aquí tenim un tipus de rellotge molecular (com el d’aquella regió del genoma mitocondrial que comentàvem aquí). El segon aspecte és que es poden comparar els pseudogens entre genomes de diferents espècies i això pot donar informació molt interessant. Cal dir que els nombre de pseudogens no es pot fer correlacionar amb el tamany de genoma o el nombre de gens, respon a causes no predictibles de moment. L’exemple més clar és el que té a veure amb els receptors olfactius. Nosaltres tenim uns 500 gens i centenars de pseudogens de receptors olfactius. Els ratolins tenen a més 300 gens més que en el nostre genoma són pseudogens. En estudis en ximpancès han vist que la reducció de gens per receptors olfactius, i el subsegüent increment de pseudogens, es relaciona amb un augment de la capacitat de veure en colors. És un compromís sensorial, entre l’olor i la visió.

El segon aspecte que acapara l’atenció és el fet inesperat que alguns pseudogens estan la mar de conservats entre diferents genomes. Això és molt curiós tenin en compte que teòricament poden rebre tantes mutacions com es vulgui perquè com que el gen ja no funciona li és igual. Doncs alguns no, alguns deuen estar realitzant alguna funció.

I així és. El projecte ENCODE és una iniciativa que pretén fer com una enciclopèdia dels elements funcionals del genoma (no només dels gens). Els estudis d’ENCODE suggerien al 2006 que una desena part dels pseudogens es transcriuen a ARN. Al 2008, amb un 1% representatiu del genoma escrutat, parlen d’una cinquena part.

Aquest ARN que prové de pseudogens en alguns casos ja s’ha vist que fa coses. Com fa l’ARN d’alguns gens que no es tradueixen a proteïna (que també n’hi ha d’aquests). Bàsicament el què fa és controlar altres gens de la manera que ho fa l’ARN, de la qual cosa queda pendent parlar-ne en més detall en el futur. Però de moment cal saber que determinats trànscrits d’ARN poden activar, inhibir gens o poden atacar els trànscrits d’aquests gens evitant que es tradueixin a proteïnes. El mecanisme més ben descrit fins al moment per aquest pseudogens funcionals és el del siARN, que s’enganxen als trànscrits d’altres gens i els marquen per ser destruits.

Per acabar, cal dir que no tots els pseudogens es queden morts per sempre pel què fa a produir trànscrits per fer proteïnes. Alguns pseudogens es reactiven. Tornant als receptors olfactius, n’hi ha algun que per algunes persones són pseudogen i per altres són gens funcionals. Com es produeix això? Mutacions inverses a les que havien desactivat el gen? No se sap, però és per trencar-s’hi el cap, eh?

Si el genoma és el llibre d’instruccions per muntar un organisme, ja no em tornaré a ficar mai més amb els d’Ikea per ser tan obscurs en les instruccions dels seus sofàs.

Referències:

Imatge 2. Sean Pitman

- Sasidharan R, Gerstein M. Genomics: protein fossils live on as RNA. Nature. 2008 Jun 5;453(7196):729-31.

- Mark Gerstein and Deyou Zheng. The Real Life of Pseudogenes. Scientific American Jul 2006.

- Des Marais D, Rausher M. Escape from adaptative conflict after duplication in an anthocyanin pathway gene. Nature. 2008 Aug. 454, 762-765.
Dodger