¿Qué es la evolución molecular?

Evolución a pequeña escala

Cuando escuchas la palabra «evolución», es fácil pensar en un panorama muy amplio. Puede imaginarse pequeñas células cambiando y evolucionando en plantas, peces, dinosaurios, monos, simios y, finalmente, humanos.

Estos grandes cambios no ocurren por sí solos. Ocurren cuando nuestro material de instrucción, el ácido desoxirribonucleico (ADN) , se muta o cambia. Cuando se cambia la secuencia de ADN de un gen, la proteína resultante también se puede alterar. Estas pequeñas mutaciones pueden acumularse con el tiempo y provocar grandes cambios en un organismo. Estos cambios a nivel del ADN son parte de la evolución molecular .

Cambios adaptativos y neutrales

Cuando escuche el término «mutación», hay un par de cosas que le pueden venir a la mente. Podrías pensar en el famoso equipo de superhéroes de los X-Men y sus poderes mutantes sobrehumanos. También podría pensar en las mutaciones como algo aterrador. Si bien las mutaciones pueden ser realmente malas para un organismo, muchas veces no tienen ningún efecto o incluso son útiles.

Las mutaciones neutrales no cambian la proteína en absoluto. ¿Cómo puede pasar esto? Si el ADN proporciona instrucciones para producir proteínas, un cambio en el ADN debería resultar en un cambio en la proteína, ¿verdad? Bueno, no del todo.

El código genético nos muestra cómo el ADN especifica qué aminoácidos hay en una proteína. Secuencias de ADN específicas de tres bases de longitud, llamadas codones , le dirán a la célula qué aminoácido utilizar. Sin embargo, hay varios aminoácidos que tienen múltiples codones. Por ejemplo, el aminoácido leucina tiene seis posibles codones. Eso significa que si la secuencia de ADN se cambia de GAG ​​a GAC, la proteína aún no cambia. Este fenómeno se llama redundancia .

Como se muestra en esta imagen, muchos aminoácidos tienen múltiples codones, por lo que las mutaciones no siempre alteran la proteína.

Las mutaciones adaptativas, como su nombre lo indica, son aquellas que ayudan al organismo a sobrevivir mejor en su entorno. A nivel molecular, un pequeño cambio en la proteína puede hacer que el organismo sea más capaz de sobrevivir en su entorno.

Por ejemplo, si una bacteria sufre una mutación que evita que un antibiótico altere su pared celular, esa bacteria sobrevivirá mejor que otras. Debido a que sobrevive a los antibióticos, puede transmitir la mutación a las generaciones futuras. Algunas de estas crías pueden tener mutaciones que las hacen aún más resistentes. Con el tiempo, las bacterias pueden acumular suficientes mutaciones para volverse completamente resistentes a los antibióticos. Serían las únicas bacterias que quedarían sobreviviendo en ese entorno, porque todas las bacterias susceptibles morirían.

Tasas de cambio de secuencia

¿Qué tan rápido cambia la secuencia de ADN? Bueno, eso depende del ADN en cuestión. Los genes que son esenciales para la vida cambian mucho más lentamente. Las mutaciones perjudiciales de estos genes provocan la muerte del organismo, por lo que estas mutaciones no se transmiten. Los cambios en las secuencias de ADN no esencial no se seleccionan tan rápido, por lo que estas mutaciones se suman mucho más rápido.

Un gen específico cambiará a una velocidad específica, que se describe como reloj molecular . Al saber cómo funciona el reloj molecular para un gen específico, los científicos pueden comparar las secuencias de genes entre dos especies diferentes para determinar cuándo compartieron por última vez un ancestro común. Por ejemplo, utilizando el reloj molecular, los científicos han determinado que los humanos y los chimpancés compartieron un ancestro común por última vez hace entre cinco y ocho millones de años. Este proceso también se ha utilizado para determinar las relaciones entre diferentes especies.

Esta imagen que muestra las relaciones entre diferentes especies se ha desarrollado con la ayuda del reloj molecular.

Cambios en la estructura del genoma

Si bien muchas mutaciones son pequeñas y consisten en solo unos pocos nucleótidos que cambian, otras mutaciones pueden involucrar porciones más grandes de un cromosoma. La duplicación del ADN , por ejemplo, ocurre cuando se copian grandes trozos de ADN.

Podemos ver la duplicación del ADN cuando observamos los genes de las proteínas de globina que transportan oxígeno. En los animales inferiores, como los gusanos y los insectos, la globina es una proteína pequeña de una sola cadena. Sin embargo, hace unos 500 millones de años, el gen de la globina se duplicó y mutó. Esto resultó en dos genes de globina ligeramente diferentes. Los animales superiores, incluidos los humanos, tienen proteínas de hemoglobina formadas por dos cadenas alfa y dos cadenas beta. Debido a que todos estos genes de globina tienen un ancestro común y una función similar, se les llama homólogos .

Resumen de la lección

La evolución molecular observa cómo las moléculas, como el ADN y las proteínas, cambian con el tiempo.

Algunas mutaciones del ADN son neutrales, lo que significa que no cambian las proteínas. Esto se debe a la redundancia en el código genético. Debido a que algunos aminoácidos tienen más de un codón posible , no todos los cambios en la secuencia de ADN cambiarán el aminoácido en la proteína.

Otras mutaciones del ADN son adaptativas, lo que le da una ventaja al organismo sobre otros. Las adaptaciones ayudan al organismo a sobrevivir y reproducirse mejor, por lo que terminan transmitiendo esas adaptaciones.

Los diferentes genes mutarán a diferentes velocidades. Sin embargo, la tasa de mutación de un gen específico está muy conservada y esto se puede estudiar utilizando el reloj molecular . El reloj molecular permite a los científicos determinar cuánto tiempo hace que dos especies divergieron.

Si bien muchas mutaciones son pequeñas, se pueden copiar segmentos grandes debido a la duplicación del ADN . Esta copia se ha observado en genes de globina portadores de oxígeno, que se describen como homólogos debido a su ascendencia y similitud comunes.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador