La Evolución No Es Aleatoria (Al Menos, No Totalmente)

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Las mutaciones evolutivas no son aleatorias, sugiere un nuevo estudio, pero son una propiedad inherente del adn en sí mismo y la necesidad de preservar la estructura y función de las proteínas.

Se suele decir que la evolución es "ciega", porque no hay una fuerza externa que guíe la selección natural. Pero un nuevo estudio sugiere que los cambios en el material genético que ocurren a nivel molecular no son completamente aleatorios. Los investigadores dijeron que estas mutaciones se guían tanto por las propiedades físicas del código genético como por la necesidad de preservar la función crítica de las proteínas.

El ADN se compone de una secuencia de letras, o aminoácidos, que codifican las proteínas, las estructuras que llevan a cabo tareas importantes dentro de las células. La sabiduría convencional afirma que la evolución se produce por mutaciones aleatorias que hacen que un organismo individual sea más capaz de sobrevivir y reproducirse, de acuerdo con la selección natural.

En el estudio, publicado el 30 de septiembre en la revista Royal Society Open Science, los biólogos de la pesca Michael Garvin y su colega Anthony Gharrett, de la Universidad de Alaska Fairbanks, en Juneau, se propusieron ver si estas mutaciones eran realmente aleatorias. [Desentrañar el genoma humano: 6 hitos moleculares]

Atascado en la repetición

En un estudio anterior, Garvin y sus colegas analizaron el ADN de varias especies que codifican un complejo de proteínas cuyo trabajo es producir ATP, la molécula rica en energía que alimenta a las células. Los cambios en estos fragmentos de ADN permiten que una especie se adapte a su entorno, por lo que se dice que están bajo "selección positiva".

Un día, Garvin estaba ingresando una secuencia de ADN para el salmón en su computadora, pero seguía escribiendo mal la secuencia, porque había tantas repeticiones de las mismas dos letras en el ADN, por ejemplo, "CACACACA", dijo. Estas cartas estaban justo al lado de un sitio seleccionado positivamente. Se preguntó si tal vez la célula comete el mismo error al copiar la secuencia repetida cuando replica el ADN, tal vez incluyendo el número incorrecto de "CA", por ejemplo. (Estas repeticiones en sí mismas no son errores, pero se pueden introducir errores al copiarlos).

"Es como abrocharse la camisa por la mañana cuando estás cansado y te pierdes un botón", dijo Garvin. "Todo está apagado por uno y hay un bucle en su camisa y ahora necesita arreglarlo. Este bucle es análogo al ADN que necesita ser reparado", dijo.

Cuando la célula está "arreglando los botones", el ADN tiene más tiempo para mutar, un fenómeno llamado desajuste de la cadena de deslizamiento. Así que estas repeticiones, una propiedad física del ADN, influyen en la tasa de mutación, dijeron los investigadores.

Pero incluso cuando una sección del ADN está mutando, la secuencia en cada lado del mismo, que contiene la sección repetida, no puede cambiar demasiado o la proteína no funcionará correctamente. La secuencia normalmente se mutaría hasta que la repetición desapareciera, pero la necesidad de preservar la secuencia para que la proteína aún funcione evita que se eliminen las repeticiones. El resultado es un "punto caliente mutacional" entre las secuencias de ADN estables, dijo Garvin.

Fuerzas no aleatorias

En el nuevo estudio, los investigadores observaron todas las secuencias de ADN con selección positiva (o aquellas que ayudan a un organismo a adaptarse a su entorno), para ver si estaban cerca de una secuencia repetida. Ellos encontraron que el 97 por ciento de los sitios eran.

Para averiguar si otras secuencias de ADN que no experimentan una selección positiva también se mutan de esta manera, Garvin identificó todas las secuencias repetidas en el ADN de las especies estudiadas. Encontró que el 60 por ciento de todos los sitios de mutación estaban cerca de una repetición.

"Al final, la mayoría de las mutaciones no son aleatorias, al menos para las secuencias de ADN que analizamos aquí", dijo Garvin. Más bien, es una combinación de dos fuerzas opuestas: el emparejamiento incorrecto durante la replicación del ADN y la necesidad de preservar la función de una proteína, dijo Garvin.

Los hallazgos podrían explicar por qué la evolución ocurre mucho más rápido que si las mutaciones fueran, de hecho, totalmente aleatorias, dijeron los investigadores. Las secuencias repetidas también pueden ser necesarias para la evolución, dijeron.

Por ejemplo, la diversidad genética en estos sitios de ADN podría ayudar a las especies a adaptarse a los cambios en la disponibilidad de alimentos y otros recursos que pueden resultar del cambio climático, dijo Garvin. Por lo tanto, estas secuencias repetidas podrían usarse como un predictor de cómo una población responderá a los cambios ambientales.

Nota del editor: Este artículo se actualizó a las 10:09 ET, 2 de octubre, para aclarar el error que cometen las células al copiar secuencias repetidas de ADN.

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Suplemento De Vídeo: Ciencia express: selección natural.




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