La hipótesis de la Reina Negra [1] [2] ( hipótesis inglesa de la Reina Roja [~ 1] ), también llamada "Principio de la Reina Negra", "Efecto de la Reina Negra" o "Carrera (Correr) de la Reina Negra" , es una hipótesis evolutiva que se puede formular de la siguiente manera: Una especie necesita cambios y adaptaciones constantes para poder existir en el mundo que la rodea, evolucionando constantemente con él [3] .
El término proviene de " A través del espejo " de Lewis Carroll , del diálogo de Alicia con la Reina Negra :
“Con nosotros”, dijo Alicia, con dificultad para recuperar el aliento, “cuando corres lo más rápido que puedes durante mucho tiempo, seguramente terminarás en otro lugar.
¡Qué país lento! gritó la Reina. - Bueno, aquí, ya sabes, tienes que correr lo más rápido que puedas solo para permanecer en el mismo lugar.
- traducción de N. DemurovaLa hipótesis se avanza para explicar dos fenómenos distintos: la superioridad de la reproducción sexual a nivel individual y la carrera armamentista evolutiva en curso entre especies competidoras y sus parásitos. En la primera versión (microevolutiva) de la hipótesis, la reproducción sexual, mezclando los genes de la madre y el padre, puede permitir que los descendientes más adaptados permanezcan en el nicho ecológico que ocupa la especie en el ecosistema. En la segunda versión (macroevolutiva), se supone que la probabilidad de extinción de grupos de organismos es constante dentro de un grupo y aleatoria entre grupos.
Originalmente propuesta por Lee van Valen (1973), la metáfora de la "carrera armamentista evolutiva" que ocurre cuando las especies coevolucionan en niveles tróficos adyacentes se ha considerado apropiada para describir procesos biológicos, similares a una carrera armamentista entre países. Basado en la investigación de Lee van Valen, descubrió que la capacidad de supervivencia de un grupo de organismos no mejora con el tiempo, y que la probabilidad de extinción de cualquier especie es aleatoria y no depende de la duración de su existencia en el planeta. . Por lo tanto, las posibilidades de supervivencia de la especie son inciertas [4] .
Un ejemplo de una "carrera armamentista" entre depredador y presa son los conejos que corren más rápido que sus padres y los zorros que corren más rápido que sus padres en busca de un conejo. Otro ejemplo es la "competencia" entre los parásitos y sus anfitriones. Durante la vida de un conejo, puede cambiar una gran cantidad de generaciones de bacterias patógenas. Y cuanto más fuerte sea la inmunidad del conejo, más dura será la selección natural de parásitos.
Biólogos de Bélgica , Suiza y Francia realizaron un experimento demostrativo aislando huevos de dafnia ( Daphnia magna ) y esporas de sus parásitos, la bacteria Pasteuria ramosa , de las capas de sedimentos del fondo formadas durante 30 años en un pequeño estanque en Bélgica. Se tomaron ocho capas, de 2 cm de espesor, con la expectativa de que cada una de esas capas se formara a partir de sedimentos orgánicos durante 2 a 4 años, un período durante el cual se reemplazaron de 10 a 20 generaciones de daphnia. Se infectaron tres grupos de cada capa con bacterias de la misma capa superior e inferior. El resultado de las observaciones fue totalmente consistente con la teoría de una "carrera armamentista evolutiva": solo el 35% de Daphnia era resistente a la infección por parásitos "contemporáneos", el 43% era resistente a la infección por parásitos de la capa tardía suprayacente y el 45% % eran resistentes a los parásitos de la capa temprana subyacente [5] .
El autor científico Matt Ridley popularizó el término "Efecto de la Reina Negra" relacionándolo con la selección sexual en su libro The Red Queen: Sex and the Evolution of Human Nature (1993), traducido al ruso como Sex and the Evolution of Human Nature (2011). .
En el libro, Ridley discutió el debate en biología teórica sobre los beneficios adaptativos de la reproducción sexual en la especie en la que ocurre. Vincular la hipótesis de la Reina Negra a este debate es el resultado del hecho de que la popular "hipótesis del Vicario de Bray" del siglo XX [~2] mostró un beneficio adaptativo de la reproducción sexual a nivel de especie o grupo, pero no lo explicó a nivel. el nivel genético. Según la "Hipótesis de la Reina Negra", los organismos participan constantemente en una carrera armamentista "cíclica" con sus parásitos , y la reproducción sexual permite la transferencia de genes que actualmente no son beneficiosos, pero en el contexto de la posible aparición futura de parásitos resistentes. a las defensas del organismo, pueden ayudar a combatirlas.
En las poblaciones bisexuales de seres vivos, los machos, por regla general, que constituyen aproximadamente la mitad de la población, no tienen la oportunidad de producir descendencia directamente sin la participación del sexo femenino (si no tienen la capacidad biológica de cambiar de sexo). ). Algunas especies, como los leones, tienen la costumbre entre los machos de matar a las crías nacidas de otro macho (según Richard Dawkins , esto es una manifestación del llamado gen egoísta , cuyo objetivo es sólo reproducirse, y que puede, como resultado, suprimir la reproducción de otros genes). Además, machos y hembras deben gastar recursos para atraer y competir por el sexo opuesto. La selección sexual también puede producir rasgos que reducen la capacidad de supervivencia de una especie e individuo, de modo que el plumaje de colores brillantes de las aves del paraíso , utilizado para atraer a una pareja, al mismo tiempo aumenta la probabilidad de ser notado por posibles depredadores. Así, la reproducción sexual puede ser muy ineficaz en términos de lucha por la existencia.
Una posible explicación del hecho de que casi todos los vertebrados sean dioicos es que el sexo aumenta el potencial de adaptación. Primero, si ocurre una mutación beneficiosa entre individuos que se reproducen asexualmente, entonces no hay forma de que esta mutación se propague y los individuos reciban genes de otras líneas de su especie, que podrían desarrollar sus propias mutaciones beneficiosas. En segundo lugar, baraja los alelos . Algunos casos de variación hereditaria solo podrían ser beneficiosos cuando una mutación se combina con otra mutación, y la reproducción sexual aumenta la probabilidad de que ocurra tal combinación.
Para que los seres con división de sexos tengan ventaja, se requiere un cambio constante en las condiciones de su existencia. El factor más importante que podría causar esto es la constante carrera armamentista entre los parásitos y sus anfitriones. Si los genes de la descendencia no son muy diferentes de los genes del progenitor, entonces los parásitos, habiendo desarrollado la adaptación a los mecanismos de defensa del organismo progenitor, también pueden infectar fácilmente a su descendencia. La reproducción sexual asegura la diferencia genética, lo que permite que el organismo huésped resista la adaptación del parásito.
Curt Lively y sus coautores realizaron observaciones experimentales en peces peciliopsis ( Poeciliopsis ) y sus parásitos trematodos , que causan manchas blancas claramente visibles en el cuerpo de los peces, convenientes para analizar el grado de infección de la población. En 1976, como resultado de una sequía seca en un estanque, solo sobrevivieron tres especímenes de peciliopsis, cuya descendencia, reproduciéndose asexualmente y siendo un clon altamente endogámico, pobló posteriormente todo el estanque. Estos peces estaban muy infestados de trematodos. Después de lanzar varios machos al estanque, la peciliopsis cambió a reproducción sexual y la enfermedad desapareció casi por completo.
También con fines científicos, se consideró el nematodo Caenorhabditis elegans , que se divide en dos sexos: machos y hermafroditas . Durante la reproducción asexual en esta especie se produjo la autofecundación de los hermafroditas, lo que imposibilitó la recombinación de genes. En la naturaleza, la proporción de nematodos que se reproducen sexualmente, por regla general, es del 1 al 30%. Cuando una bacteria-parásito mortal se introdujo periódicamente en la población, durante las primeras diez generaciones, la proporción de individuos que se reproducían sexualmente alcanzó el 80%, después de lo cual volvió a caer al nivel natural. Después de la selección de bacterias por virulencia (se tomaron parásitos de los cadáveres de nematodos que murieron durante el primer día), la proporción de individuos que se reproducen sexualmente en la población estudiada alcanzó el 80%, después de lo cual no volvió a disminuir, pero después de 20 generaciones llegó al 90%. El primer caso se denominó condicionalmente "evolución", y el segundo, "coevolución". Si se eliminaran los machos de la población y se sometiera a una "coevolución", luego de 20 generaciones se extinguiría por completo [6] .