HEREDABILIDAD (5 de 8): CAUSAS GENÉTICAS E INTERVENCIONES AMBIENTALES

Todavía hoy se discute si es posible separar las causas genéticas de las ambientales y estimar cuantitativamente la influencia genética sobre las diferencias fenotípicas de rasgos específicos.

En genética, todo esto se traduce en el estudio de los supuestos efectos causales de genes específicos o combinaciones de genes sobre las manifestaciones del fenotipo. La genética cuantitativa pretende estimar la influencia relativa de los factores genéticos en las diferencias de fenotipos entre individuos de una población. Uno de los métodos de la medida es el análisis de la heredabilidad.

La heredabilidad es un concepto que resume cuan heredable es un fenotipo, en particular en lo que respecta al parecido entre progenitores y prole. Como es un término que se utiliza tanto en el lenguaje común como en el lenguaje técnico, se producen confusiones.

En el lenguaje común se utiliza como “hereditario” o  “la propiedad de ser heredable”. Es decir, un rasgo tiene alta heredabilidad si se puede transmitir con facilidad de los progenitores a la prole. 

Pero en genética es una estimación, un parámetro estadístico de una población con una definición específica basada en un análisis lineal de la varianza. 

La metodología de la estimación de heredabilidad se ha desarrollado para múltiples especies y disciplinas, pero persisten importantes asunciones teóricas sobre el modelo estadístico de análisis, por lo que extraer conclusiones es difícil y controvertido, en particular respecto a los fenotipos del comportamiento en humanos.

Genetic influence of psychological traits Bouchard 2004

ALTA HEREDABILIDAD: ¿CAUSA GENÉTICA?

La heredabilidad es una medida de la proporción de las diferencias de un rasgo cuantitativo (tal como el Coeficiente Intelectual o el Índice de Masa Corporal, o la presencia/ausencia de TDAH) se asocia con diferencias genéticas en una población con una determinada distribución de genotipos y ambientes. Al ser un cociente de diferencias (varianza genotipos / varianza fenotipo), no dice nada acerca de la magnitud de cada componente. No explica el porcentaje del rasgo bajo control genético, y no dice absolutamente nada acerca de cuanto puede cambiar el rasgo bajo intervenciones ambientales distintas a las de la población de estudio. 

Uno de los errores más comunes respecto la heredabilidad es asumir que una alta heredabilidad (rangos de 0 a 1.0) significa que la mayor parte del valor de un rasgo, como el IMC, es genético. No es exactamente así:

Afirmar que un rasgo es altamente heredable significa que, en una determinada distribución de genotipos y ambientes, la mayor parte de la diferencia (varianza) en ese rasgo se asocia con diferencias genéticas. Lo más importante es señalar que no es lo mismo que la mayor parte del valor del rasgo está controlado genéticamente. Es un cociente de diferencias y no dice nada acerca de la magnitud de cada componente. 

El ejemplo clásico es que, básicamente, toda la diferencia en el número de ojos que existe entre los seres humanos se debe a factores ambientales. Esto es así porque existen poquísimos cambios genéticos que modifiquen el número de ojos debido a que existe una elevada selección en su contra, pero las personas pierden ojos debido a causas ambientales, tales como accidentes y enfermedades. La heredabilidad de estas cifras es cercana a cero, pero el control genético del rasgo es prácticamente absoluto. 

De esta manera, todos los rasgos monomórficos (fenotipos compartidos por todos los miembros de una población) como la marcha bípeda en humanos, están sujetos a control genético pero presentan una h2 ~0. Sin embargo, si la población de estudio fueran los simios (humanos, gorilas, chimpancés) la h2 ~ 100%, pues la diferencia de fenotipo depende de las diferencias de genotipos.

ALTA HEREDABILIDAD: ¿POCA UTILIDAD PARA LAS INTERVENCIONES AMBIENTALES? LA FALACIA DEL PROGRAMA PRINCIPAL (the chief programmatic fallacy, Lewontin 1974).

La falacia es asumir que la estimación de la heredabilidad proporciona un índice de la eficacia de la intervención ambiental sobre un rasgo. Bajo esta falacia se afirma que cuando un rasgo posee elevada heredabilidad resulta poco útil tratar de modificarlo a partir de intervenciones sobre el ambiente. E.g., como el C.I muestra una elevada heredabilidad (80%) no tiene sentido invertir en la educación de los grupos con menores puntuaciones de CI. 

Así, la postura mayoritaria de la filosofía de la ciencia (y de los críticos de la heredabilidad y la genética) es que como la heredabilidad se define con respecto a una distribución determinada de ambientes, no predice la respuesta a modificaciones ambientales. En otras palabras, la heredabilidad no nos dice nada acerca de cuánto y cuan fácilmente cambia un rasgo (con alta o baja h2) en respuesta a intervenciones sobre el ambiente.

Esto es así porque la heredabilidad no nos habla del control genético del rasgo sino de la aportación relativa de genes y ambientes a su aparición. Un tercio de los estadounidenses son obesos. Que la obesidad en EEUU tenga una heredabilidad estimada del 70% significa que el 70% de los obesos respecto a los no obesos se deben a causas genéticas. Evidentemente, si modifico radicalmente el ambiente (nos vamos a Plutón o suprimo el 99% de los alimentos) la obesidad podría no aparecer.

De esta manera, los críticos del concepto afirman que lo que predice la heredabilidad es la respuesta a la selección, en una distribución constante de ambientes o entornos. Destacan que ese es el motivo por el que la genética cuantitativa desarrolló el concepto y que no debería abandonar ese marco. Si una población se ve sometida a la selección dirigida de un rasgo sea una selección natural o artificial (e.g., calidad de lana en ovejas, producción de leche por vacas), y el rasgo está formado por componentes suplementarios y no correlacionados, el grado en el que el componente genético del rasgo cambia dependerá de la intensidad de la selección, la varianza en el rasgo, y su heredabilidad. La respuesta a la selección, el cambio fenotípico en la siguiente generación, será grande si la presión de la selección, la varianza del rasgo, y la heredabilidad del rasgo son todas elevadas, asumiendo que la distribución de los entornos se mantiene fija.

Concluyen, en humanos ¿pueden los cambios ambientales modificar los fenotipos, aunque estos fenotipos tengan una elevada heredabilidad? Por supuesto:

Las estimaciones para las poblaciones de los países desarrollados sitúan la heredabilidad de la altura en torno al 0.8 (80%). Sin embargo, en Noruega durante el siglo XX, la altura aumentó 2.5 cm por generación. Evidentemente el cambio es casi por completo ambiental (tales como la nutrición, las enfermedades, los cambios hormonales, etc) y no se debe a nuevos genotipos. La conclusión es que rasgos con elevada heredabilidad, con una base indudablemente genética, pueden poseer una elevada respuesta a los cambios en el ambiente.

Otro ejemplo es el incremento de la media del C.I a lo largo de las últimas décadas, a pesar de la elevada h2 del rasgo (80%). Esta supuesta paradoja, llamada efecto Flynn, no es tal. Las diferencias de C.I entre los individuos de cada época se deben a sus diferencias genéticas (80%), mientras que el conjunto de los individuos de todas las épocas constituyen una nueva población sujeto a otro abanico de ambientes (h2 a calcular, ciertamente menor de 80%). Por norma general, la h2 es más alta para los rasgos en los ambientes enriquecidos (altura, inteligencia, etc)

Por consiguiente, como el denominador de la heredabilidad refleja las diferencias totales del fenotipo, estas diferencias se deben ajustar por efectos fijos conocidos tales como el sexo, la edad o la cohorte. Si estos factores se desconocen entonces la estimación de las diferencias del fenotipo será mayor (y la heredabilidad estimada menor). Por ejemplo, si la diferencia media de altura de 15 cm entre hombres y mujeres se desconociera, la estimación de la h2 se reduciría de 80% al 60%.

Otro ejemplo lo constituye la h2 de la inteligencia (del C.I.). Hemos dicho que en numerosas poblaciones la h2 del CI ~80%. Sin embargo, si aisláramos una población de niños desde su nacimiento hasta los 18 años dentro de una cueva (en toneles decía Marc Twain) su inteligencia sería muy baja y sería debido a factores ambientales ¿cómo puede ser?. 

Primero, ¿es el ambiente (la cueva) el factor que explica las diferencias de C.I. entre los individuos que han crecido en la cueva?. Claramente la respuesta es no, porque el entorno ha sido idéntico para todos. 

Segundo, es el ambiente un factor que explica las diferencias en el CI entre los individuos que han crecido en la cueva y los que no? Ahora la respuesta es sí. 

De esta manera cuando leemos:

“Los estudios de gemelos y de adopciones muestran que la heredabilidad del peso está entre 0.75-0.85, la de la altura entre 0.8, la orientación sexual 0.6 * y la del TDAH 0.76. Es decir, el factor decisivo de tu peso, de tu TDAH, de tu orientación sexual, no es tu fuerza de voluntad o tu entorno; son los genes”. 

... los críticos antiheredabilidad dicen que eso es poco relevante, porque los fenotipos pueden ser maleables ambientalmente incluso aunque sean muy heredables (p.e. la talla de los noruegos). La dieta puede marcar la diferencia en el caso de la obesidad, el tipo de sociedad y aprendizaje en el caso del TDAH… o no. La heredabilidad, dicen, no nos sirve para estimar el efecto de pequeñas modificaciones del ambiente sobre un fenotipo. 

Muchos filósofos de la ciencia y “ambientalistas” muestran su preocupación ante la genética como un destino fatalista de las trastornos mentales o físicos, pues temen que da cobertura a políticas sanitarias de los gobiernos poco agresivas frente a la educación en las escuelas, industria de la alimentación, tabaco, actividad física, etc, y refuerza la expectativa de los afectados en que el tratamiento sea farmacológico. 

Consideran que todas estas condiciones, aunque tienen una base genética, pueden ser controladas al 100% con modificaciones del ambiente (dieta, ejercicio). Autores como Sesardic critican el excesivo optimismo de la utilidad de las intervenciones ambientales sobre factores de elevada heredabilidad, principalmente cuando los resultados son similares en numerosas poblaciones representativas de muchos ambientes distintos.

En resumen, para la ciencia oficial la principal crítica de la estimación de la heredabilidad es que desplaza la atención del propósito de comprender la relación entre gen, genoma y fenotipo hacia un formalismo estadístico, la varianza de la media de los fenotipos. De esta manera, en un mundo de fenómenos biológicos reales para ser estudiados, muchos consideran la heredabilidad como una "cuantificación inútil" (useless quantity) Lewontin 1974, Rose 2006