TEORÍA NEUTRALISTATEORÍA NEUTRALISTA

Teoría de la evolución molecular al azar

TNEM

TNEMTNEM

A nivel molecular la mayor parte de los A nivel molecular la mayor parte de los cambios evolutivos y de variabilidad dentro cambios evolutivos y de variabilidad dentro de una especie no se deben a la selección de una especie no se deben a la selección sino a la deriva genética de genes sino a la deriva genética de genes mutantes selectivamente equivalentes.mutantes selectivamente equivalentes.

TEORIAS EVOLUTIVASTEORIAS EVOLUTIVAS

ANTECEDENTESANTECEDENTES

R. A. Fisher y J. B. S. Haldane desarrollaron R. A. Fisher y J. B. S. Haldane desarrollaron modelos para predecir el destino de alelos modelos para predecir el destino de alelos mutantes sujetos a selección.mutantes sujetos a selección.

S. WrightS. Wright

T. Dobzhanski (heterocigóticos en la T. Dobzhanski (heterocigóticos en la mayoría de los loci)mayoría de los loci)

Morgan y Muller (homocigóticos)Morgan y Muller (homocigóticos)

Aplicación de la técnica de Aplicación de la técnica de electroforesis que hace electroforesis que hace posible el análisis del ADN, posible el análisis del ADN, que reveló que las que reveló que las poblaciones naturales poblaciones naturales tienen una alta variabilidad tienen una alta variabilidad genética, que comprobaba genética, que comprobaba el punto de vista el punto de vista equilibrado.equilibrado.

Variabilidad genética Variabilidad genética adaptativamente neutra,adaptativamente neutra,

deriva génica fuerza evolutiva principal.deriva génica fuerza evolutiva principal.

Biometristas, enfoque estadístico para Biometristas, enfoque estadístico para estudio de la herencia (Galton, Pearson y estudio de la herencia (Galton, Pearson y Weldon).Weldon).

Discrepancia con las ideas de los Discrepancia con las ideas de los genetistas mendelianos.genetistas mendelianos.

Principio de Hardy – Weinberg.Principio de Hardy – Weinberg.

R. A. Fhisher “On the Correlation between R. A. Fhisher “On the Correlation between Relatives on the Suppositions of Mendelian Relatives on the Suppositions of Mendelian Inheritance”Inheritance”

Experimentos con Experimentos con Drosofhila melanogasterDrosofhila melanogaster

Fisher: Genetical Theory of Natural Fisher: Genetical Theory of Natural Selection, 1930Selection, 1930

Haldane: The Causes of Evolution, 1932Haldane: The Causes of Evolution, 1932

Estos modelos, tomaban en cuenta poblaciones muy Estos modelos, tomaban en cuenta poblaciones muy grandes con apareamiento aleatorio.grandes con apareamiento aleatorio.

Cambio evolutivo unidireccional, sin Cambio evolutivo unidireccional, sin ramificaciones, lo que no dio oportunidad para ramificaciones, lo que no dio oportunidad para establecer asociaciones con otros fenómenos establecer asociaciones con otros fenómenos evolutivos.evolutivos.

TEORÍA NEUTRALISTATEORÍA NEUTRALISTA

Tesis fundamental, que el cambio evolutivo en el nivel molecular, en el material genético, se debe a la fijación de mutantes selectivamente neutros o casi neutros, más que a la selección positiva darwiniana.

MOTOO KIMURAMOTOO KIMURA

1924- 1994

Biólogo matemático japonés, desarrollo sus Biólogo matemático japonés, desarrollo sus investigaciones en el campo de la investigaciones en el campo de la genética poblacional, siendo célebre por genética poblacional, siendo célebre por desarrollar la TNEM.desarrollar la TNEM.

En genética Kimura es conocido por el uso En genética Kimura es conocido por el uso de las ecuaciones de difusión para de las ecuaciones de difusión para calcular la probabilidad y el tiempo de calcular la probabilidad y el tiempo de fijación de los alelos beneficiosos, fijación de los alelos beneficiosos, deletéreos y neutros.deletéreos y neutros.

Combino la genética de las poblaciones con Combino la genética de las poblaciones con los datos de la evolución molecular.los datos de la evolución molecular.

Otros científicos que apoyaron para el Otros científicos que apoyaron para el desarrollo de la teoría fueron:desarrollo de la teoría fueron:

King yJukes midieron la tasa de King yJukes midieron la tasa de substitución de aminoácidos en siete substitución de aminoácidos en siete proteínas. Según sus cálculos, esta tasa proteínas. Según sus cálculos, esta tasa varía de 0.33 x 10varía de 0.33 x 10-10-10 en insulina a 4.29 x en insulina a 4.29 x 10 10 -9-9 en fibrinopéptido A. en fibrinopéptido A.

evolución molecular, se hace referencia a la evolución molecular, se hace referencia a la evolución de las moléculas, y más evolución de las moléculas, y más concretamente a la evolución de los ácidos concretamente a la evolución de los ácidos nucleicos y de las proteínas.nucleicos y de las proteínas.Comparando la secuencia de aminoácidos de Comparando la secuencia de aminoácidos de una determinada proteína en especies una determinada proteína en especies diferentes, o entre individuos de una misma diferentes, o entre individuos de una misma especie, se detectan cambios. La constatación especie, se detectan cambios. La constatación de que a nivel molecular hay diferencias de que a nivel molecular hay diferencias interespecíficas (divergencia) e intraespecíficas interespecíficas (divergencia) e intraespecíficas (polimorfismo) hace que nos preguntemos por el (polimorfismo) hace que nos preguntemos por el motivo de los cambios observados y que motivo de los cambios observados y que intentemos distinguir qué factores evolutivos son intentemos distinguir qué factores evolutivos son responsables responsables

A) Comparación de A) Comparación de secuencias secuencias aminoacídicas de un aminoacídicas de un fragmento de la proteína fragmento de la proteína Acp26Aa entre Acp26Aa entre individuos de una misma individuos de una misma especie de especie de Drosophila Drosophila (D. melanogaster)(D. melanogaster) y de y de una especie diferente una especie diferente (D. Simulans)(D. Simulans). B) . B) Comparación de Comparación de secuencias secuencias nucleotídicas de una nucleotídicas de una región no codificadora región no codificadora entre individuos de una entre individuos de una misma especie de misma especie de Drosophila (D. Drosophila (D. subobscura)subobscura) y de una y de una especie diferente especie diferente (D. (D. guanche)guanche). Un punto . Un punto indica el mismo indica el mismo aminoácido o nucleótido aminoácido o nucleótido que la primera que la primera secuencia.secuencia.

Teoría Neutral Evolución MolecularTeoría Neutral Evolución MolecularLa mayoría de los genes mutantes que sólo La mayoría de los genes mutantes que sólo

se detectan por medio de las técnicas se detectan por medio de las técnicas químicas de genética molecular son químicas de genética molecular son selectivamente neutros, es decir; no selectivamente neutros, es decir; no tienen adaptativamente ni más ni menos tienen adaptativamente ni más ni menos ventajas que los genes a los que ventajas que los genes a los que sustituyen: a nivel molecular, la mayoría sustituyen: a nivel molecular, la mayoría de los cambios evolutivos se deben a la de los cambios evolutivos se deben a la deriva genéticaderiva genética de genes mutantes de genes mutantes selectivamente equivalentes.selectivamente equivalentes.

Kimura empezó a calcular la probabilidad de Kimura empezó a calcular la probabilidad de mutación de un mutante que aparece en mutación de un mutante que aparece en una población finita y muestra cierta una población finita y muestra cierta ventaja selectiva. Es decir, ¿cuál es la ventaja selectiva. Es decir, ¿cuál es la probabilidad de que ese gen se propague probabilidad de que ese gen se propague por toda la población?por toda la población?

Kimura llegó a tres hallazgos Kimura llegó a tres hallazgos que dan apoyo a su teoría: que dan apoyo a su teoría:

1. Para una proteína 1. Para una proteína determinada, la tasa de determinada, la tasa de sustitución de un aminoácido sustitución de un aminoácido por otro es aproximadamente por otro es aproximadamente igual en muchas líneas igual en muchas líneas filogenéticas distintas. filogenéticas distintas.

2. Estas sustituciones, en vez 2. Estas sustituciones, en vez de seguir un modelo, de seguir un modelo, parecían ocurrir al azar. parecían ocurrir al azar.

3. La tasa total de cambio a nivel 3. La tasa total de cambio a nivel de ADN era muy alta, del orden de ADN era muy alta, del orden de la sustitución de por lo de la sustitución de por lo menos una base nucleotídica menos una base nucleotídica por genoma cada dos años en por genoma cada dos años en una línea evolutiva de una línea evolutiva de mamíferos.mamíferos.

En cuanto a la variabilidad dentro de la En cuanto a la variabilidad dentro de la especie, se vio que la mayor parte de las especie, se vio que la mayor parte de las proteínas eran polimórficas, es decir, que proteínas eran polimórficas, es decir, que existían en diferentes formas, y en existían en diferentes formas, y en muchos casos sin efectos fenotípicos muchos casos sin efectos fenotípicos visibles ni una correlación con el medio visibles ni una correlación con el medio ambiente. ambiente.

Relación entre el número estimado de sustituciones Relación entre el número estimado de sustituciones aminoacídicas en la cadena a de la globina entre parejas de aminoacídicas en la cadena a de la globina entre parejas de especies de vertebrados y su tiempo de divergencia especies de vertebrados y su tiempo de divergencia (adaptado de Kimura, 1983).(adaptado de Kimura, 1983).

Kimura llegó a dos Kimura llegó a dos conclusiones:conclusiones:

Primera conclusiónPrimera conclusión

La mayoría de las sustituciones de La mayoría de las sustituciones de nucleótidos debían ser el resultado de la nucleótidos debían ser el resultado de la fijación al azar de mutantes neutros, o casi fijación al azar de mutantes neutros, o casi neutros, más que el resultado de una neutros, más que el resultado de una selección darwiniana. selección darwiniana.

Segunda conclusiónSegunda conclusión

Muchos de los polimorfismo proteínicos Muchos de los polimorfismo proteínicos debían ser selectivamente neutros o casi debían ser selectivamente neutros o casi neutros y su persistencia en la población neutros y su persistencia en la población se debería al equilibrio existente entre la se debería al equilibrio existente entre la aportación de polimorfismo por mutación y aportación de polimorfismo por mutación y su eliminación al azar. su eliminación al azar.

Los Los seleccionistas seleccionistas sostienen que para sostienen que para que un alelo mutante se difunda en una que un alelo mutante se difunda en una especie, debe poseer alguna ventaja especie, debe poseer alguna ventaja selectiva. selectiva.

para los para los neutralistasneutralistas, algunos mutantes , algunos mutantes pueden difundirse en una población sin pueden difundirse en una población sin tener ninguna ventaja selectiva, su suerte tener ninguna ventaja selectiva, su suerte dependería del azar.dependería del azar.

Para los neutralistasPara los neutralistas

su frecuencia fluctúa, incrementándose o su frecuencia fluctúa, incrementándose o decreciendo fortuitamente con el tiempo, decreciendo fortuitamente con el tiempo, porque sólo se escoge un número porque sólo se escoge un número relativamente pequeño de gametos, de relativamente pequeño de gametos, de entre el amplio número de gametos entre el amplio número de gametos masculinos y femeninos. En el curso de masculinos y femeninos. En el curso de esta deriva aleatoria, la inmensa mayoría esta deriva aleatoria, la inmensa mayoría de los alelos mutantes se pierden por de los alelos mutantes se pierden por azar, pero la fracción restante termina por azar, pero la fracción restante termina por fijarse en la población. fijarse en la población.

Deriva GenéticaDeriva Genética

Es uno de los mecanismos básicos de la Es uno de los mecanismos básicos de la evolución, se presenta porque las evolución, se presenta porque las poblaciones naturales son limitadas. poblaciones naturales son limitadas. Mientras más pequeña sea la población Mientras más pequeña sea la población más importante será la deriva. Lo anterior más importante será la deriva. Lo anterior ocurre porque se presenta lo que se llama ocurre porque se presenta lo que se llama errores de muestreo y mientras más errores de muestreo y mientras más pequeña sea la población más drásticos pequeña sea la población más drásticos son estos errores y con mayor rapidez son estos errores y con mayor rapidez cambian sus frecuencias alelícas.cambian sus frecuencias alelícas.

DERIVA DERIVA GENÉTICAGENÉTICA

Es un ejemplo del cambio genético Es un ejemplo del cambio genético aleatorio en las poblaciones aleatorio en las poblaciones pequeñas, ya que tiende a reducir pequeñas, ya que tiende a reducir la variabilidad genética de la la variabilidad genética de la población y aumentar la población y aumentar la variabilidad genética entre las variabilidad genética entre las poblaciones.poblaciones.

Es el cambio en el Es el cambio en el reservorio génico que reservorio génico que ocurre como resultado ocurre como resultado del azar.del azar.

Cambio aleatorio de la frecuencia de Cambio aleatorio de la frecuencia de los alelos en una población. Estos los alelos en una población. Estos cambios pueden generarse por cambios pueden generarse por errores de muestreo, cuya errores de muestreo, cuya importancia es mayor en poblaciones importancia es mayor en poblaciones pequeñas o por cuellos de botella, en pequeñas o por cuellos de botella, en los cuales el tamaño de la población los cuales el tamaño de la población se reduce repentinamente a unos se reduce repentinamente a unos pocos individuos.pocos individuos.

Es un proceso que ocurre Es un proceso que ocurre generalmente en generalmente en poblaciones pequeñas, por poblaciones pequeñas, por lo cual ciertos alelos lo cual ciertos alelos aumentan o disminuyen en aumentan o disminuyen en frecuencia y, a veces, frecuencia y, a veces, incluso desaparecen como incluso desaparecen como resultado del azar.resultado del azar.

ERROR DE MUESTREOERROR DE MUESTREO

FORMAS DE LA DERIVA GÉNICAFORMAS DE LA DERIVA GÉNICA

Efecto del cuello de botellaEfecto del cuello de botella

Efecto del fundadorEfecto del fundador

Efecto del cuello de botellaEfecto del cuello de botella

Una especie sufre una reducción drástica Una especie sufre una reducción drástica en el tamaño de la población, por lo que en el tamaño de la población, por lo que solo algunos individuos contribuyen con solo algunos individuos contribuyen con genes para la población futura de la genes para la población futura de la especie.especie.

Causado por fluctuaciones ambientales, Causado por fluctuaciones ambientales, agotamiento de alimento o por alguna agotamiento de alimento o por alguna enfermedad.enfermedad.

EFECTO DEL FUNDADOREFECTO DEL FUNDADOR

se presenta cuando uno o pocos se presenta cuando uno o pocos individuos de una población grande individuos de una población grande establecen o fundan una colonia, llevando establecen o fundan una colonia, llevando consigo solo una pequeña parte de la consigo solo una pequeña parte de la variación genética presente en la variación genética presente en la población original. Como consecuencia los población original. Como consecuencia los únicos alelos presentes en sus únicos alelos presentes en sus descendientes son los que portaban los descendientes son los que portaban los colonizadores.colonizadores.

SÍNDROME DE ELLIS-VAN CREVELD

POLÉMICA POLÉMICA

NEUTRALISMO- SELECCIONISMONEUTRALISMO- SELECCIONISMO

SELECCIONISMOSELECCIONISMO

La defensa de la selección natural como La defensa de la selección natural como única fuerza evolutiva que dirige la única fuerza evolutiva que dirige la evolución.evolución.

La mayor parte de los que sostienen la La mayor parte de los que sostienen la teoría sintética no son seleccionistas.teoría sintética no son seleccionistas.

Ni los neutralistas niegan que pueda Ni los neutralistas niegan que pueda haber selección darwiniana positivahaber selección darwiniana positiva

Seleccionistas para Seleccionistas para que un alelo mutante que un alelo mutante se difunda en una se difunda en una especie, debe poseer especie, debe poseer alguna ventaja alguna ventaja selectiva, aunque un selectiva, aunque un alelo neutro puede alelo neutro puede ser arrastrado por un ser arrastrado por un gen que se este gen que se este seleccionando.seleccionando.

NeutralistasNeutralistas

La mayoría de los mutantes La mayoría de los mutantes pueden difundirse en una pueden difundirse en una población sin tener ninguna población sin tener ninguna ventaja selectiva, sin ventaja selectiva, sin representar una representar una característica perjudicial.característica perjudicial.

La suerte del mutante La suerte del mutante dependerá del azar y del dependerá del azar y del tiempo.tiempo.

SeleccionistasSeleccionistas

TNEM es una útil TNEM es una útil hipótesis nula, que hipótesis nula, que les permite les permite desarrollar sus desarrollar sus programas empíricosprogramas empíricos

NeutralistasNeutralistas

La teoría describe el La teoría describe el proceso de evolución proceso de evolución molecular de las molecular de las poblaciones y linajes.poblaciones y linajes.

El debate causo una ruptura disciplinaria, El debate causo una ruptura disciplinaria, entre evolucionistas organísmicos y entre evolucionistas organísmicos y moleculares.moleculares.

Inconmesurabilidad socioprofesional, lo Inconmesurabilidad socioprofesional, lo que condujo a una especiación de que condujo a una especiación de disciplinas.disciplinas.

Las disciplinas van a tener diferentes Las disciplinas van a tener diferentes dosis de prestigio y credibilidad.dosis de prestigio y credibilidad.

Los neutralistas no tienen la necesidad de Los neutralistas no tienen la necesidad de validar la cientificidad de sus métodos y validar la cientificidad de sus métodos y explicaciones. explicaciones.

(modelo matemático, carácter (modelo matemático, carácter probabilístico y experimentos)probabilístico y experimentos)

Especialización y a una ruptura con Especialización y a una ruptura con biología evolutiva organísmica.biología evolutiva organísmica.

Los evolucionistas moleculares, se les Los evolucionistas moleculares, se les veía con superioridad, por las ventajas veía con superioridad, por las ventajas obtenidas del prestigio de la biología obtenidas del prestigio de la biología molecular.molecular.

Taxonomías moleculares más completas, Taxonomías moleculares más completas, complementan sus resultados con datos complementan sus resultados con datos provenientes de la taxonomía provenientes de la taxonomía organísmica.organísmica.

Árbol filogenético de seis especies del Árbol filogenético de seis especies del género Drosophila.género Drosophila.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Las predicciones derivadas de la TNEM, Las predicciones derivadas de la TNEM, están en desacuerdo con las están en desacuerdo con las observaciones empíricas en observaciones empíricas en DrosophilaDrosophila..

Pero la TNEM es una contribución Pero la TNEM es una contribución importante para los estudios evolutivos.importante para los estudios evolutivos.