Escala de tiempo molecular para la evolución

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Escala de tiempo molecular para la evolución
Allan Wilson., Howard Ochman y Ellen M. Prager
Resumen. Los relojes moleculares han “pulsado” casi a la misma tasa por
año en muchos genes de eubacterias como en los genes nucleares de mamíferos
y plantas. Esta conclusión surge de estudios comparativos con ARN ribosomal y
proteínas codificantes de genes. La existencia de un reloj molecular casi universal
en genomas celulares provee el desafío de explicarlos como también la
oportunidad de usarlos para ganar conocimiento de la diversidad biológica en un
marco temporal.
Hasta los años sesenta, la geología era la única fuente de información sobre los tiempos en
que vivieron los ancestros comunes. Desde entonces, la genética molecular se ha convertido
en el mayor contribuyente al conocimiento de dichos tiempos. Comparando
macromoléculas genéticas de dos células o especies vivientes cualesquiera, se puede ahora
decir aproximadamente cuando tuvieron un ancestro común. Nuestro artículo intenta seguir
este suceso y evaluar sus implicaciones. Es una ocasión apropiada para ofrecer esta
perspectiva porque 1987 es vigésimo quinto aniversario del primer indicio de que los genes
y sus productos proteicos se comportan como un reloj evolutivo.
Tasas absolutas de evolución
Una línea de evidencia de que las sustituciones de bases se acumulan a tasas
relativamente constantes surgió de comparaciones de proteínas (y luego ácidos nucleicos)
de especies dentro de un grupo taxonómico que tenía registros fósiles abundantes y bien
estudiados. Los ungulados son unos de los mejores ejemplos de este grupo (2) y la figura 1
muestra, para tres de las muchas especies dentro de este grupo, sus relaciones genealógicas
y tiempos de ancestralidad común, basados en evidencias morfológicas tomadas de formas
vivientes y fósiles. El tiempo transcurrido desde que las tres (vaca, oveja y chancho)
tuvieron un ancestro común es cerca de 55 millones de años, y el último ancestro común del
par relacionado más cercanamente (vaca y oveja) vivió hace aproximadamente 20 millones
de años. Por consiguiente, para un grupo taxonómico que contiene especies como éstas, uno
puede graficar el grado al cual las proteínas (o ácidos nucleicos) difieren en la secuencia de
aminoácidos (o nucleótidos) contra el tiempo transcurrido desde el ancestro común.
Generalmente, cuando ha sido posible examinar macromoléculas de muchas especies y por
lo tanto muchas ramas dentro de un grupo taxonómico, como un orden de mamíferos (4, 5)
o aves (6), el grado de divergencia de la secuencia debido a sustitución de bases en el ADN
nuclear ha probado ser aproximadamente proporcional al tiempo transcurrido.
Además, la pendiente de la línea que relaciona la divergencia de secuencia y el
tiempo transcurrido es generalmente idéntica, o casi, de un grupo taxonómico a otro. Por
ejemplo, el ADN no codificante en la vecindad de genes nucleares codificantes para
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globinas del tipo α y ß e isozimas c han evolucionado a tasas muy similares en aves del tipo
de los faisanes y en primates hominoideos (fig. 2). Del mismo modo, para la seroalbúmina,
las tasas de cambio son similares en muchos grupos de mamíferos y ranas (4, 8, 9).
Sin embargo, existen también afirmaciones de que ciertos primates, roedores, erizos
de mar y moscas de la fruta exhiben una tendencia general a que las tasas absolutas de
evolución del ADN nuclear sean mayores que en otros primates y aves (10). Estas
afirmaciones carecen de una base firme porque las estimaciones de las tasas están sujetas a
grandes errores que son en parte el resultado de que los registros fósiles disponibles son
pobres en estos casos. Una sección posterior se dedica al análisis de tal afirmación. Para las
discusiones de los métodos de calibración de las tasas absolutas de evolución molecular y
algunas de las dificultades involucradas ver referencias (4, 6, 11).
Tasas de evolución relativa
Hay otras cuatro formas de estudiar las tasas de evolución molecular, sin recurrir al
registro fósil. Estos métodos comparan la cantidad relativa de cambio evolutivo entre
linajes de igual profundidad en el tiempo en diferentes especies.
(1) Para un par dado de especies, comparar los grados de divergencia en la secuencia
en diferentes genes. El grado de divergencia entre los genes de la albúmina de vaca y oveja,
por ejemplo, puede ser comparado de esta manera con aquel entre los genes de citocromo c
de las mismas dos especies. En cada caso, la divergencia comenzó cuando la especie que
fue ancestro de la vaca y la oveja de dividió en dos especies decendientes (12).
(2) Para genes duplicados (p. ej. los genes α-globina y β-globina), preguntarse si el
grado de divergencia es igual a aquel entre los duplicados correspondientes en las otras
especies. Si la duplicación dentro de una especie no ha intercambiado información13, este
test le permite a uno examinar la uniformidad de la tasa a la cual los duplicados divergen.
(3) Comparar genes de especies dentro de un grupo taxonómico (p. ej. el grupo
taxonómico vaca-oveja) con aquellos de una especie de referencia que está
filogenéticamente por fuera del grupo (p. ej. el chancho). Por ejemplo, comparando el grado
de divergencia entre la vaca y el chancho (fig. 1), puede ser evaluada la uniformidad de la
tasa de evolución molecular dentro del grupo vaca-oveja.
(4) Para un grupo de varias especies que divergieron a casi el mismo tiempo de un
ancestro común (p. ej. diferentes órdenes de mamíferos), comparar todos los posibles pares
de linajes y calcular la varianza en las tasas de evolución a lo largo de los linajes. Si las
pulsaciones del reloj molecular fueran tan constantes como un proceso de Poisson, como la
descomposición radioactiva, la varianza debería ser igual a la media.
Los resultados obtenidos con el método (1) conducen a la generalización de que las
secuencias que no están muy restringidas por requerimientos estructurales debido a su
función (p. ej, fibrinopéptidos) divergen más rápido que aquellos que están fuertemente
restringidos (p. ej. proteínas de unión al ADN y enzimas centrales del metabolismo).
Entonces, el reloj molecular pulsa más rápido en posiciones menos restringidas.
Todos los resultados de las aproximaciones (2)-(4) refuerzan la visión de que la
acumulación de sustituciones de bases en un gen dado es un proceso más variable que la
descomposición radioactiva. Para la mayoría de las proteínas de mamíferos estudiadas (14)
y para el ARN ribosomal 16S de eubacterias (11) la desviación estándar es cerca de 1,4
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veces mayor a como sería si la evolución molecular fuera estrictamente análoga a la
descomposición radioactiva. Esta variabilidad en la tasa de pulsación requiere que,
estrictamente hablando, nos refiramos a la evolución molecular como a un proceso similar a
un cuasi-reloj. Con la idea de que el lector mantenga esto en mente, continuaremos, por
simplicidad, usando las palabras reloj y “como-reloj”.
Desviación de la evolución como-reloj en genes específicos
Las desviaciones de la evolución como-reloj más grandes son a veces encontradas
cuando un gen experimenta un gran cambio de función. La desviación más predecible es
una aceleración después de que un gen pierde su función y se transforma en un seudogen
(15). Una aceleración puede también ser anticipada cuando una proteína que está restringida
por los requerimientos de dos funciones opuestas pierde una de ellas. Un caso notable es el
de la αcristalina; una de sus funciones es como una parte estructural del lente, la otra es una
función desconocida en otros tejidos. Sobre el linaje que conduce a las ratas topo ciegas
(Spalax), la primera de esas funciones se perdió y, desde entonces, la αcristalina ha
evolucionado a una tasa anormalmente alta (16). Un caso similar puede ser provisto por la
citocromo oxidasa II, que en algunos mamíferos tiene dos roles, estando uno asociado a la
forma somática del citocromo c (presente en la mayoría de las células) y el otro a la forma
testicular (17). La tasa de evolución excepcionalmente alta de la citocromo oxidasa en
primates (14, 18) podría ser consecuencia de la posible pérdida de la forma testicular del
citocromo c en este grupo particular de mamíferos (E. Goldberg y R. C. Scarpulla, com.
pers.). La enzima lactato dehidrogenasa (LDH) puede proveer un tercer ejemplo de este tipo
de fenómeno. En aves, fue observado que la LDH cardíaca evoluciona a una tasa
marcadamente desigual (juzgada por criterios inmunológicos) (19). Luego, se tornó
evidente que esta enzima del metabolismo central puede tener una segunda función. En
algunas, pero no todas, las aves sirve también como un lente cristalino (29). La posibilidad
de que la tasa de evolución de esta enzima dependa de si está restringida por las demandas
de una segunda función merece un estudio detallado.
Relojes moleculares como aparatos de medición del tiempo
Estos casos excepcionales promueven las precauciones ya vistas de que, si uno está
hablando sobre relojes moleculares para un único gen, debería hacerlo dentro del contexto
implícito en el término “relojes locales”. De acuerdo con esta visión, muchos genes podrían
experimentar una tasa de sustitución de bases bastante constante por períodos tan largos
como 50 ó 100 millones de años, p. ej. durante toda historia de un grupo taxonómico joven,
tal como un orden de mamíferos. Pero es considerado que probablemente la tasa media de
pulsación cambiará substancialmente durante períodos más largos a causa de cambios
mayores ocasionales en restricciones funcionales.
Dentro de este contexto, se pueden aprobar las precauciones sobre el uso de genes
aislados como un recurso de datación aproximado. Una vez que ha sido posible establecer
la tasa media de evolución para aquel gen dentro de un grupo taxonómico particular, uno
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puede obtener, por interpolación, estimaciones de tiempos de divergencia dentro de ese
grupo para pares de especies que tienen un registro fósil poco comprendido o inexistente.
Sarich y Wilson usaron esta aproximación para datar la divergencia mono-humano.
Primero, ellos establecieron que la seroalbúmina había evolucionado a una tasa bastante
constante en el amplio rango de los primates (21). Segundo, recurriendo a la evidencia fósil,
establecieron la tasa absoluta de evolución de la albúmina desde la divergencia de los
linajes que conducen a los monos africanos hace cerca de 5 millones de años (22). Este dato
molecular contrastó marcadamente con los datos propuestos por los paleontólogos, de 14 o
más de 30 millones de años (fig. 3). No obstante, todas las posteriores comparaciones
moleculares reforzaron la idea de que el ancestro común entre los humanos y los monos
vivió tan recientemente como 3-10 millones de años atrás (8, 26). Ahora hay un amplio
reconocimiento que el creciente registro fósil bien conocido de primates se ajusta con el
marco temporal basado en comparaciones moleculares (24, 25, 27).
Desde 1967, las comparaciones moleculares han provisto de estimaciones del
tiempo de divergencia para miles de pares de especies de animales. En algunos casos estas
estimaciones han confirmado aquellas disponibles de estudios del registro fósil. En la
mayoría de los casos, sin embargo, no había estimaciones de la paleontología porque las
especies comparadas no tenían registro fósil. Sin embargo en otros casos, hubo conflictos
entre las estimaciones hechas por paleontólogos y aquellas resultantes de las comparaciones
moleculares.
¿Los roedores muroideos evolucionan más rápido?
Las ratas y ratones del viejo mundo (familia Muridae) proveen un caso notable del
último tipo. Esto plantea la pregunta de si hay diferencias consistentes entre grupos
taxonómicos en las tasas a las que el reloj molecular pulsa. Como ha sido aclarado en la
discusión anterior, a veces hay diferencias reales entre grupos en las tasas a las cuales genes
simples evolucionan, pero este hecho no necesariamente implica que la tasa de sustitución
evolutiva promediada entre muchos genes debiera ser consistentemente más alta en un
grupo taxonómico que en otro. El caso de los roedores muroideos es significativo porque
éste plantea la posibilidad que los genes de estas criaturas evolucionen consistentemente
más rápido que aquellas de otros mamíferos, especialmente los primates superiores.
Muchos de los que trabajan con fósiles piensan que las ratas y los ratones
divergieron hace 8-12 millones de años (28, 29). En principio, esta discrepancia puede ser
establecida de dos formas.
(1) La tasa promedio de evolución molecular en muroideos puede probar haber sido
más rápida que en los mamíferos usados para calibrar relojes moleculares (principalmente
ungulados, carnívoros y primates).
(2) El registro fósil de los muroideos puede probar haber sido mal interpretado y el
tiempo de un ancestro común para ratas y ratones puede exceder los 8-12 millones de años.
Nuestra razón para poner énfasis esta última posibilidad surge del hecho que el
registro fósil de los roedores consiste principalmente de dientes molariformes y que la
clasificación de muroideos fósiles y vivientes se basa casi exclusivamente en características
del primer diente molariforme (28). Clasificaciones basadas en partes tan pequeñas de los
animales son inherentemente sospechosas y dos ejemplos de este punto están ilustrados en
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las figuras 3 y 4. Uno es el reciente cambio de visión acerca de la clasificación filogenética
del primate fósil Aegyptopithecus; este fósil fue clasificado erróneamente cuando se lo hizo
sólo por los dientes molariformes (fig. 3). La otra ilustración es dada por Acomys, el ratón
espinoso. El acuerdo entre los que trabajan en roedores ha sido que Acomys esta
cercanamente relacionado al ratón verdadero (Mus) (30) (ver árbol I en fig. 2). Aún más,
estudios moleculares recientes muestran que el ratón espinoso está filogenéticamente por
fuera de la familia Muridae (ver árbol II en fig. 4). Esta es la mayor discrepancia conocida
para mamíferos vivientes entre una clasificación morfológica y un árbol filogenético.
Claramente, los paleontólogos que trabajan con los muroideos son cada vez más capaces de
investigar cuan viejos son los fósiles, pero el problema de ubicarlos en linajes se mantiene
cargado de incertidumbre. Por esta razón, el tiempo de ancestralidad común de ratas y
ratones continúa siendo incierto, y la pregunta de si la evolución molecular va más rápido
en estos roedores que en la mayoría de los otros mamíferos está aún abierta.
Evolución molecular en bacterias
La pregunta de si hay grandes diferencias entre grupos taxonómicos en las tasas con
las cuales el reloj molecular pulsa puede ser respondida mejor comparando grupos
extremamente distantes de especies, tales como bacterias y mamíferos. Si estos dos tipos de
genoma celular no exhiben grandes diferencias en las tasas de evolución molecular, parece
improbable que algún genoma celular lo hiciera.
A causa de sus cortas generaciones, las bacterias pueden evolucionar
extremadamente rápido en respuesta a la selección. Por el contrario, en una población de
grandes mamíferos, se requieren décadas o más para que un gen mutante se fije en la
población bajo fuerte selección. En ambientes naturales, bacterias como E. coli pasan por
cientos de generaciones al año, mientras que la mayoría de los mamíferos no tienen más que
una generación por año. ¿Los relojes moleculares pulsan cientos de veces más rápido en
bacterias que en la mayoría de los mamíferos? y si así fuera, ¿Cómo podríamos
investigarlo?
Aunque las bacterias tienen un registro fósil más pobre que el de los roedores, una
forma de calibrar el conocimiento molecular de las bacterias ha sido diseñado, el cual hace
uso del conocimiento de asociaciones simbióticas entre bacterias y huésped con el registro
fósil (fig. 5). El huésped debe depender de un linaje de bacterias específico y la bacteria
debe, en cambio, depender del huésped.
Los ejemplos más claros de asociaciones que satisfacen dichos requerimientos son
aquellos que involucran mitocondrias y cloroplastos. Las mitocondrias son descendientes de
un linaje de bacterias púrpuras de las cuales todos sino la mayoría de los eucariotas
primitivos descienden. La aparición hace 800 millones de años en alta abundancia, implica
que el linaje de las mitocondrias ya se había separado por entonces del linaje que conducía a
sus parientes más cercanos entre las bacterias vivientes modernas de vida libre. El linaje
mitocondrial podría, por su puesto, haber divergido más temprano, quizás cuando el
oxígeno molecular apareció por primera vez en la atmósfera hace dos billones de años. De
esta forma, el tiempo actual de divergencia estaría ahora entre los 800 y 2000 millones de
años atrás (fig. 5). Un argumento similar se aplica al origen de los eucariotas fotosintéticos
vía simbiosis con el linaje de los cloroplastos, el cual surge de un linaje de las
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cianobacterias. Podemos asignar límites superiores e inferiores al tiempo de divergencia
entre el linaje de los cloroplastos y el linaje que conduce a los parientes más cercanos entre
las cianobacterias de vida libre. Las simbiosis entre bacterias fijadoras de nitrógeno y las
leguminosas, así como las de las bacterias luminosas y los peces, proveen datos adicionales
con los cuales podemos calibrar la evolución molecular en bacterias. El punto importante es
que para cada caso de simbiosis son asignables límites superiores e inferiores probables a
los eventos de divergencia, p. ej. al tiempo cuando hubo un común ancestro para el linaje
simbiótico y su linaje hermano de formas libres vivientes.
Calibrando el reloj del ARN ribosomal 16S
La próxima etapa en la calibración de la evolución molecular en bacterias es graficar
el grado de divergencia en genes universales como el del ARN ribosomal (ARNr) 16S
contra el tiempo de divergencia, como en la fig. 6. Una línea que corresponde a una tasa de
divergencia de 1% por 50 millones de años satisface todos los rangos de calibración. Los
casos en que hay una frontera superior para los eventos de divergencia eliminan la
posibilidad de que la tasa promedio de divergencia del ARNr 16S pudiera exceder mucho el
1% por 50 millones de años. Esta tasa es notablemente similar a aquella estimada por
comparaciones de genes correspondientes de vertebrados y plantas (11).
Habiendo calibrado el reloj del ARNr 16S y mostrado que éste pulsa a casi la misma
tasa promedio por año de calendario en muchas eubacterias como en vertebrados, uno
puede preguntarse si es permisible usar los valores de divergencia del ARNr 16S con otros
pares de bacterias para estimar cuando aproximadamente vivió su ancestro común. Para
responder esta pregunta, uno debe testar la uniformidad del reloj del ARNr 16S en
eubacterias. Mediante la aplicación de los métodos descriptos más arriba, se encontró que
esta molécula evoluciona al menos tan constantemente como lo hacen las proteínas de
mamíferos sobre las cuales fue basado el concepto del reloj. Por lo tanto, Ochman y Wilson
(11) procedieron a estimar tiempos de ancestralidad común para muchas ramas en el árbol
de ARNr 16S para eubacterias (fig. 7). Por ejemplo, para E. coli y Salmonella typhimurium,
cuyas moléculas de ARNr 16S han divergido a casi 3% (C. R. Woese, com. pers.), fue
calculado que tienen un ancestro común que vivió hace cerca de 140 millones de años. Esta
es la edad aproximada de sus huéspedes mamíferos (11). Es posible inferir que el ancestro
de esas bacterias colonizó los nuevos hábitat inmediatamente después que estos estuvieron
disponibles.
Tasas de sustitución silenciosa
Una vez que se sepa el tiempo de divergencia de E. coli y S. typhimurium el ritmo de
evolución en otros genes diferentes al ARNr 16S podrían ser determinados. Más de 25
genes codificantes de proteínas han sido secuenciados para ambas especies. Para cada gen
uno puede calcular el grado de divergencia de sitios sinónimos en codones. En la mayoría
de los genes, las sustituciones de bases en tales sitios están relativamente poco restringidas
por requerimientos de función. Las sustituciones sinónimas son silenciosas; no causan
reemplazo de aminoácidos y muchas de ellas pueden ser neutrales o casi neutrales; por lo
tanto la selección natural no es fácilmente capaz de impedir o promover su cambio por
fijación. En promedio, la aceptabilidad de una sustitución sinónima es probablemente la
misma en una proteína codificante u otra y en una especie como en otra. Los sitios
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sinónimos son entonces buenos candidatos como posiciones en las cuales uno puede testar
un reloj molecular. El resultado intrigante es que la tasa sinónima de sustitución en la
mayoría de los sitios sinónimos en estas bacterias es cerca del 0.7% por millones de años no lejos de los valores reportados para los genes nucleares de mamíferos (fig. 8), ranas,
insectos, erizos de mar y plantas, que típicamente son cercanas a 1% por millones de años
(Ref. 11; E.M. Prager, H. Ochman y A.C. Wilson, no publicado). Los hominoideos son el
único grupo para el cual parece posible que la tasa de sustitución evolutiva del ADN
nuclear sea menor que la del ADN de bacterias, pero es necesaria más evidencia (tanto
molecular como fósil) para probar este punto y evaluar la magnitud de la disminución, que
parece ser cerca del doble.
La evidencia de que tasas de sustitución evolutiva son casi las mismas por año en
sitios correspondientes en criaturas tan diversas ofrece un desafío y una oportunidad.
El desafío
Un desafío pendiente es explicar el reloj molecular, y muchos genéticos de la evolución se
han dedicado a esa tarea. Una forma de alcanzar una explicación puede ser adoptar las
siguientes asunciones (11, 34).
(1) La mayoría de las sustituciones evolutivas son debidas a la fijación de
mutaciones neutrales.
(2) La tasa de mutación por año es mayor en individuos de especies con
generaciones cortas.
(3) La fracción de mutaciones que son efectivamente neutrales es menor en
poblaciones grandes.
(4) Especies con cortas generaciones tienen grandes poblaciones.
Sobre la base de estas asunciones, uno espera que las especies con cortas
generaciones tengan mayores tasas de mutación por año pero una fracción de mutaciones
neutrales menor. Intrigantemente, la observación de que el reloj molecular pulsa a casi la
misma tasa por año en especies que difieren mucho en sus tiempos de generación, puede ser
explicado por un modelo invocando esta diferencia.
Este modelo puede guiarnos en la búsqueda de ejemplos convincentes de
excepciones a la regla del reloj molecular. Evidencias empíricas sugieren que los primates
superiores son los mejores candidatos para una excepción y el modelo lo hace inentendible,
porque la evolución molecular debería ser menor en estas criaturas. Los primates superiores
parecen tener un número de generaciones por unidad de tiempo anormalmente bajo en
relación a su tamaño efectivo de población (11, 12). Más estudios deben ser dedicados a
estudios de este grupo de especies aparentemente excepcional y a encontrar otras especies
en las cuales la tasa de sustitución evolutiva sea anormal. Mediante el estudio intensivo de
las excepciones, deberíamos ganar conocimientos dentro de aquellos factores que
determinan la tasa a la que el reloj molecular pulsa en genomas celulares.
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La oportunidad
La oportunidad dada a los biólogos evolutivos por el descubrimiento del reloj
molecular puede probar ser más importante que el desafío. Antes que los datos moleculares
estuvieran disponibles, los genéticos estaban generalmente forzados a construir hipótesis
acerca de los mecanismos de la evolución sin un marco temporal porque el registro fósil es
demasiado pobre. Menos del 1% de las especies vivientes tienen un registro fósil accesible.
Para un par tan bien estudiado como E. coli y S. Typhimurium, el tiempo de ancestralidad
común basado en criterios no moleculares es muy incierto; podría haber sido tan corto
como 104 años o mayor a 108 años. Por el contrario, las escalas de tiempo molecular tienen
un error mucho menor. De las comparaciones moleculares de estas bacterias sabemos que
ellas tienen un ancestro común hace aproximadamente 140 millones de años. La
incertidumbre temporal ha sido reducida en muchos órdenes de magnitud.
La incertidumbre sobre la escala de tiempo de la evolución fue tan grande en la era
anterior a la teoría del reloj, que desalentó la búsqueda de leyes universales que explicaran
el ritmo y por lo tanto el modo de evolución. De hecho, la carencia de un marco temporal
condujo a los naturalistas a adoptar una aproximación peculiar en el estudio de la evolución
biológica, sólo enfatizando la singularidad de todas las características, individuos,
poblaciones y especies. La filosofía subyacente a esta aproximación difiere de aquella que
subyace a las ciencias fisico-químicas (12, 35, 36). Los bioquímicos pueden coincidir con
los naturalistas en que toda posición nucleotídica tiene una historia única, como tiene cada
átomo de un gas. Pero ellos reconocen también que la ley general de los gases (PV = nRT)
no fue descubierta por análisis detallados del comportamiento de átomos individuales.
Avanzar juntas la biología molecular y la historia natural en la búsqueda de leyes generales
de la evolución requiere, como muchos naturalistas lo reconocen ahora, una buena voluntad
de trascender el análisis “microscópico” (37).
Hasta los sesenta, la tarea que encararon la mayoría de los biólogos evolutivos fue
como aquella que los bioquímicos habrían enfrentado, si se les pidiese que resolvieran los
mecanismos de acción de las enzimas sin permitirles acceder a relojes. Negadas las
posibilidades de medir los tiempos de reacciones catalizadas por enzimas bajo varias
condiciones ambientes, los bioquímicos habrían estado severamente obstaculizados de
testar cuantitativamente las explicaciones del poder catalítico de las enzimas. El progreso
en la enzimología fue totalmente dependiente de muchas décadas de estudios cuantitativos
de cinética enzimática. De la misma forma, sospechamos, el estudio de las tasas de
evolución se probará esencial para el progreso de la biología evolutiva.
La escala de tiempo aportada por los genetistas moleculares brinda posibilidades de
medir el ritmo y analizar el modo de evolución a todos los niveles de organización
biológica. Considérese, por ejemplo, la comparación de tasas de evolución no-molecular en
ranas y mamíferos. Para cualquier par de ranas y mamíferos, uno puede medir la cantidad
de diferencias en una característica no-molecular y, mediante comparación con
macromoléculas, también estimar el tiempo aproximado desde su ancestro común. La
cantidad de diferencias dividida por el tiempo da una estimación de la tasa de divergencia
media en esa característica no molecular. Esto fue hecho para cientos de pares de especies
de mamíferos y ranas. Se encontró que los mamíferos han evolucionado cerca de diez veces
más rápido que las ranas a nivel cromosómico bruto y con respecto a la pérdida de habilidad
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de cooperar con especies hermanas en el desarrollo embrionario de un cigoto
interespecífico; las tasas de evolución y de cambio anatómico también mostraron ser más
rápidas en mamíferos que en anfibios (8, 38). Más aún, tanto como se ha sabido, las bases
son sustituidas igualmente rápido en ranas como en mamíferos.
Un paso hacia el entendimiento de las diferencias entre tasas de evolución no
molecular de ranas y mamíferos surgió cuando fue observada una correlación entre la tasa
de evolución anatómica y el tamaño relativo del cerebro (40). En efecto, sobre el linaje que
conduce de los primeros anfibios a los humanos, el tamaño relativo del cerebro ha
aumentado autocatalíticamente por un factor de 100 y el ritmo de evolución anatómica
parece haberse acelerado al unísono, mientras paradójicamente la tasa de sustitución de
bases no se ha acelerado para nada. Hallazgos como estos han conducido a nuevas
preguntas acerca del nexo entre la evolución genética y la evolución anatómica, como
también a la idea de que la mayoría de las presiones que evolucionan fenotípicamente en los
vertebrados superiores resultan de la capacidad del cerebro para la propagación social de
nuevas formas de interacción con el ambiente.
Puede ser discutido si estos intentos particulares de usar escalas de tiempo molecular
para elucidar mecanismos de evolución han sido fructíferos. No obstante, han destapado un
nuevo camino de progreso potencial hacia un entendimiento cuantitativo de los procesos
evolutivos. Nuestra habilidad de progresar sobre este camino es probablemente expandirse
como la genética molecular comparada provee un marco temporal más preciso dentro del
cual organizar el conocimiento de la diversidad biológica.
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