Pérdida de variabilidad genética y consanguinidad

La importancia de la pérdida de variabilidad genética y de la con- sanguinidad en la persistencia de las poblaciones de pequeño tama- ño ha sido motivo de una larga controversia en el seno de la comu- nidad científica. Ello se debe a que las dificultades de determinar los niveles de variabilidad genética y de consanguinidad en pobla- ciones naturales han supuesto un obstáculo importante a la hora de evaluar su efecto en la naturaleza. Sólo mediante estudios que han integrado enfoques evolutivos, ecológicos, comportamentales, fisio- lógicos, y moleculares se ha ido resolviendo este debate científico de importantes repercusiones para la conservación. Por lo tanto, se trata sin duda de uno de los mejores ejemplos de la utilidad de un enfoque científico multidisciplinar para resolver problemas de con- servación.

La pérdida de variabilidad genética a nivel poblacional limita la capacidad de dichas poblaciones de pervivir bajo condiciones am- bientales fluctuantes, pues reduce su rango de respuestas a cambios ambientales, y limita la capacidad de la población de colonizar hábi- tat diferentes. Las poblaciones pequeñas y aisladas también tienen una probabilidad mayor de fijación de nuevas mutaciones deleté-

reas. El problema de la variabilidad genética tradicionalmente se ha centrado en estudios de población, con el desarrollo de modelos que trabajan con medias poblacionales, asumiendo que los indivi- duos que la componen se comportan de forma similar. Sin embar- go, puesto que la selección natural actúa sobre las diferencias entre individuos en su éxito reproductor, la adopción de un enfoque evo- lutivo al problema exige que se investigue la influencia de la variabi- lidad genética sobre esas diferencias, en lugar de ignorarlas como ruido accesorio.

Por lo tanto, recientemente ha crecido el interés por compren- der cómo la variabilidad genética a nivel individual influye sobre el éxito reproductor, pues en última instancia la viabilidad de una po- blación viene determinada por la capacidad de cada uno de los in- dividuos que la componen de sobrevivir y de reproducirse. La varia- bilidad genética individual es el producto de la similitud genética entre los progenitores y, por tanto, de su relación de parentesco.

Cuando una población es pequeña, aumentan los cruces entre pa- rientes, fenómeno conocido como consanguinidad. El aumento de la consanguinidad conlleva una disminución de la reproducción y la supervivencia denominada depresión por consanguinidad, cuyas causas son genéticas. Los parientes cercanos tienen una mayor proba- bilidad de compartir el mismo alelo (que son las distintas variedades en las que puede existir un gen determinado), de forma que cuando se aparean hay una mayor probabilidad de que los descendientes ten- gan los mismos alelos en los diferentes loci (regiones del cromosoma que codifican una característica determinada), es decir, sean homoci- gotos. El aumento de la homocigosidad es perjudicial porque aumen- ta la probabilidad de que se expresen alelos deletéreos recesivos que en heterocigosis se hallan encubiertos. Dichos alelos deletéreos se han ido generando como resultado de mutaciones, y se acumulan en el genoma porque en poblaciones genéticamente saludables la mayoría de los individuos son heterocigotos, y dichos alelos deletéreos al ser recesivos no expresan sus efectos negativos, por lo que no pueden ser eliminados por selección natural. Sin embargo, cuando un individuo tiene dos versiones iguales de un alelo deletéreo recesivo dichos efec- tos se expresan. Otra de las consecuencias negativas de la consangui- nidad es que disminuye la heterocigosidad en los loci que exhiben su- perioridad del heterocigoto.

Los primeros estudios que desvelaron los efectos negativos de la consanguinidad se centraron en plantas, animales domésticos y de laboratorio, así como en animales mantenidos en zoológicos, y de- mostraron que la consanguinidad da lugar a un marcado aumento en la mortandad juvenil. El hecho de que los apareamientos entre individuos muy cercanamente emparentados, como hermanos o primos, dé lugar a una elevada mortandad embrionaria y neonatal, que en ocasiones va acompañada de malformaciones, dio lugar a dos interpretaciones erróneas que han dificultado mucho el avance en este campo. En primer lugar, se concluyó que el principal efecto de la consanguinidad es generar malformaciones genéticas que son fácilmente detectables. Ello condujo a la conclusión de que si los in- dividuos de una población son fenotípicamente normales y con apa- riencia saludable se puede descartar que exista depresión por con- sanguinidad, conclusión que ha demostrado no sólo ser equivocada sino peligrosa, pues ha llevado a negar los efectos de la consangui- nidad en poblaciones afectadas, impidiendo así la adopción de me- didas correctoras.

En segundo lugar, se argumentó que los efectos de la consangui- nidad eran fruto artificial de las condiciones en que se mantenía a las poblaciones estudiadas en cautividad, y que era un fenómeno inexistente en poblaciones naturales. En parte, esta idea se sustenta- ba sobre la evidencia de numerosas adaptaciones comportamenta- les diseñadas para evitar la consanguinidad, tales como la dispersión de uno de los sexos (generalmente los machos) antes de alcanzar la madurez reproductiva. Durante mucho tiempo no ha sido posible contrastar esta hipótesis en la naturaleza, sencillamente porque no se podían determinar los niveles de consanguinidad al no existir in- formación suficientemente completa sobre las genealogías, y tam- bién debido a que la promiscuidad de las hembras en muchas especies no permite asignar paternidad basándose en información observa- cional de cópulas.

El primer enfoque que se abordó en poblaciones naturales fue el de comparar poblaciones con diferentes niveles de variabilidad ge- nética (resultado de su tamaño y grado de aislamiento) y relacionar- lo con la capacidad reproductiva de los machos a nivel fisiológico.

Los primeros estudios se centraron en carnívoros, principalmente el guepardo, y encontraron que en algunas poblaciones la calidad

seminal de los machos era muy baja. Dichos estudios postularon que la pérdida de variabilidad genética en carnívoros ha causado una disminución de la calidad del semen tal que podría provocar la infertilidad de los machos, comprometiendo así el futuro de varias especies. Estas conclusiones han sido duramente criticadas funda- mentalmente porque los análisis de variabilidad genética se basaron en estudios de aloenzimas, y porque se realizaron comparaciones entre poblaciones, lo cual no permite establecer relaciones causales.

Dichas críticas han sido superadas en una serie de estudios llevados a cabo por nuestro grupo de investigación en tres especies de gace- las en peligro de extinción, para las que el ^CSICgestiona programas de cría en cautividad. Nuestros estudios compararon individuos de cada especie entre sí y demostraron que los machos más consanguí- neos sufren una disminución drástica de la calidad del semen, debi- do principalmente a un aumento en la proporción de espermato- zoides morfológicamente anormales y a una disminución de la motilidad, factores esenciales para la fecundación. Dado que en es- tas poblaciones los factores ambientales son idénticos para todos los individuos, es más que probable que haya una relación causal entre niveles de consanguinidad y calidad seminal. Resultados recientes indican que en los machos consanguíneos existen anomalías en el número de cromosomas contenido en los espermatozoides, lo que podría dar lugar a una elevada mortandad en estados muy tempra- nos del desarrollo. Por razones obvias, los efectos de la consanguini- dad sobre la reproducción masculina y los efectos del genoma pa- terno sobre la mortandad embrionaria temprana no se pueden detectar en estudios observacionales de poblaciones naturales, por lo que habrían pasado desapercibidos en los estudios ecológicos. La pantera de Florida representa el ejemplo más extremo encontrado hasta la fecha de los posibles efectos de la pérdida de variabilidad genética sobre la reproducción masculina. Esta subespecie presenta menos del 85% de la variabilidad genética de otras poblaciones de puma, y los machos sufren tasas de esterilidad que están relaciona- das con una elevada incidencia de espermatozoides anormales (más del 90%), una baja concentración de testosterona, y una frecuencia elevada de criptorquidia (aproximadamente en el 90% de los ma- chos). Todo ello se traduce en una disminución drástica de las tasas de fertilidad que hace muy difícil la recuperación de esta subespecie.

La escasez de información sobre el efecto de la consanguinidad a nivel individual en poblaciones naturales ha sido recientemente superada gracias al empleo de técnicas moleculares en estudios de ecología evolutiva. Los estudios que han medido la distancia genéti- ca entre los progenitores, mediante la estimación del grado de simi- litud entre el ^ADNdel padre y el de la madre, han encontrado que la consanguinidad disminuye la supervivencia de las crías, tanto en aves como en mamíferos. Parece, pues, que incluso en poblaciones donde los niveles generales de consanguinidad son bajos y la elec- ción de pareja se hace de forma natural, el apareamiento entre in- dividuos estrechamente emparentados ocurre y tiene consecuen- cias negativas.

Muy recientemente se ha iniciado el uso de microsatélites para determinar niveles de heterocigosidad a nivel individual. Los micro- satélites son repeticiones en tándem de un motivo simple de ^ADN, con un alto grado de polimorfismo generado por una tasa relativa- mente elevada de mutaciones. La ventaja de los microsatélites resi- de en que son abundantes y en que presentan una heterocigosidad elevada en la mayoría de los genomas eucariotas. Mediante el uso de microsatélites se han desarrollado nuevos métodos que permiten estimar tanto el nivel de heterocigosidad individual, como la proba- bilidad de que se haya dado una mezcla entre poblaciones en el pa- sado. La aplicación de este enfoque a diversas poblaciones naturales ha permitido dibujar un escenario muy diferente al que se había previsto. Estudios llevados a cabo en ungulados y mamíferos mari- nos han demostrado que las crías consanguíneas tienen un menor peso al nacimiento y una menor probabilidad de sobrevivir hasta el destete. En el caso de los mamíferos marinos, como las focas, las crías más consanguíneas son más vulnerables frente a los predado- res. En una población de ciervos de la isla de Rum (Escocia), que ha sido estudiada a lo largo de varias generaciones, se ha demostrado que las crías consanguíneas tienen un menor tamaño corporal y no han crecido lo suficiente cuando comienza el invierno, por lo que son menos capaces de resistir las bajas temperaturas y la escasez de alimento cuando la nieve cubre los pastos. Estos efectos genéticos vienen condicionados por los factores ambientales, de forma que el efecto de la consanguinidad sobre el tamaño al nacer es particular- mente marcado en años en los que las temperaturas han sido bajas du-

rante los meses en los que las hembras están gestando, debido a que la escasez de comida probablemente retarda el crecimiento fetal. De la misma forma, el efecto de la consanguinidad sobre la superviven- cia neonatal se hace más patente cuando las temperaturas son bajas durante los meses de lactancia, bien porque esto aumenta la proba- bilidad de que las crías de peso más bajo mueran por frío, bien por- que las hembras producen leche de peor calidad.

Finalmente, se ha demostrado que la consanguinidad influye so- bre la capacidad de los individuos de defenderse de los patógenos, a través de dos mecanismos. En primer lugar, los heterocigotos en loci relacionados con la resistencia a patógenos tienen ventajas, ya que reconocen un rango mayor de estos últimos. En vertebrados es probable que dicha diversidad genética sea particularmente impor- tante a nivel del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (^MHC) porque sus productos génicos juegan un papel muy importante en la respuesta inmune. En humanos se ha demostrado que los hetero- cigotos en el ^MHCson más resistentes a virus mortales como el ^HIV-1 o la hepatitis-B, y en poblaciones naturales de ungulados se ha en- contrado evidencia de una mejor resistencia a parásitos por parte de los individuos heterocigotos en el ^MHC.

En segundo lugar, los efectos del genoma en su conjunto tam- bién podrían determinar la vulnerabilidad frente a patógenos. En la población de ovejas Soay de la isla de Hirta (St. Kilda, Escocia), la di- námica poblacional es cíclica, de forma que a lo largo de los años va creciendo la densidad hasta que el número de individuos es tan alto que el alimento no es suficiente, lo que da lugar a una mortandad drástica durante el invierno, que es la época de mayor escasez en re- cursos alimenticios, tras lo cual se inicia de nuevo el crecimiento de- mográfico. En general se creía que durante los periodos de mortan- dad masiva la muerte de los individuos ocurría al azar, pero análisis detallados demostraron que los individuos con niveles más bajos de heterocigosidad tienen más parásitos gastrointestinales y, debido a ello, son los primeros en morir cuando el alimento escasea. Paradó- jicamente esto supone que los pocos supervivientes son individuos con una elevada heterocigosis, lo que supone un saludable inicio de la fase de recuperación. El efecto de la consanguinidad sobre la vul- nerabilidad frente a patógenos no está restringido a casos de pobla- ciones cíclicas con sucesos periódicos de mortandades masivas, sino

que influye de forma decisiva sobre los patrones de mortandad de muchas poblaciones. Nuestro grupo de investigación ha trabajado recientemente en poblaciones de ciervo ibérico que al encontrarse aisladas por vallas cinegéticas experimentan un aumento de la con- sanguinidad. Nuestros resultados han revelado que la consanguini- dad afecta en gran medida a la condición física de los animales y a su capacidad de defenderse frente a patógenos de diferente tipo, lo que lógicamente supone tasas de mortandad mayores entre los in- dividuos consanguíneos. En términos evolutivos la eliminación me- diante selección natural de los individuos más consanguíneos de las poblaciones naturales representa un mecanismo de «limpie- za» que mantiene bajos niveles de consanguinidad en poblaciones naturales.

Sin embargo, la elevada mortandad de los individuos consanguí- neos y su baja fecundidad puede llevar a una especie amenazada al vórtice de la extinción, que se resume en la siguiente secuencia:

1. El tamaño de la población disminuye.

2. La frecuencia de apareamientos entre parientes cercanos au- menta.

3. Se reduce la heterocigosidad de las crías.

4. Lo que expone los alelos recesivos deletéreos.

5. Se reduce la fecundidad y aumenta la mortandad.

6. Lo que conduce a una reducción aún mayor en el tamaño de la población que acentúa este proceso y eventualmente con- duce a la extinción.

Esta espiral ha conducido a la extinción de poblaciones de mari- posas con niveles elevados de consanguinidad, demostrándose así que los efectos de la consanguinidad sobre los individuos influye de forma decisiva sobre la persistencia de las poblaciones naturales.

Numerosos estudios han revelado una interacción entre factores ge- néticos (consanguinidad) y ambientales, de forma que a menudo los efectos negativos de la consanguinidad no se hacen aparentes hasta que las condiciones ambientales empeoran, debido a la falta de alimento, o a una climatología adversa. Por lo tanto, es frecuen- te que sólo se detecten los efectos de la consanguinidad cuando hay una situación de estrés ambiental que súbitamente revela una vulne-

rabilidad importante de los individuos. Es importante enfatizar que los resultados de estos estudios han revelado que la consanguinidad actúa principalmente aumentando la vulnerabilidad de los indivi- duos frente a causas naturales de mortandad, en contra de la idea, a menudo aceptada, de que provoca la muerte por fallos en el desa- rrollo de un fenotipo normal.

Las amenazas inherentes a un tamaño poblacional reducido son motivo de preocupación cada vez mayor, debido al declive de nume- rosas poblaciones naturales y a los procesos de fragmentación que tienen lugar en muchas zonas del planeta, que están creando un conjunto de poblaciones pequeñas y aisladas cuya viabilidad se ve amenazada. Estas amenazas limitan también el éxito de los progra- mas de cría en cautividad, pues a menudo éstos se ponen en marcha cuando la especie está al borde de la extinción y la población funda- dora cuenta forzosamente con muy pocos individuos. Una solución a dichas amenazas ha sido sugerida por estudios que han analizado el efecto de la introducción de nuevo material genético en poblacio- nes con niveles elevados de consanguinidad, pues han demostrado que los efectos negativos desaparecen y el proceso de pérdida de he- terocigosis revierte con rapidez. Sin embargo, dicha solución no está exenta de riesgos pues la introducción de nuevos individuos en una población natural puede provocar problemas sanitarios, y de integración en la estructura social que imposibiliten la reproduc- ción de los recién llegados. El desarrollo de nuevas biotecnologías reproductivas ofrece nuevas vías.