Como esta visto y comprobado que mucha de la gente del grupo no tiene ni idea de lo que es la evolución, voy a intentar explicarlo de forma que se entienda. Sera complejo, pero alla vamos.

PRIMER PASO: MUTACIÓN

Una mutación no es mas que un cambio en la secuencia de nucleótidos original de un gen. Da igual qué tipo de cambio. Es sólo un cambio. Entre las razones mas habituales podemos encontrar mutagenos externos, como la radiación electromagnética, la radiación ultravioleta o los teratógenos. Pero la razón de la mutación por excelencia son los fallos en la ADN polimerasa, la enzima que copia el ADN y lo duplica durante la fase S del ciclo celular.

TIPOS DE MUTACIONES

¿Qué tipo de mutaciones puede provocar la ADN polimerasa? Principalmente son tres

A.- Sustituciones:

Consisten en el cambio de un nucleótido por otro. Vamos a tomar la siguiente secuencia de nucleótidos, separados de tres en tres (que es como se lee el ADN en el ribosoma; cada grupo de tres nucleótidos se llama codón). Acordaos bien de ella porque es la que vamos a utilizar durante todo el ejemplo

ATG-AAA-TGG-AGT-GTT-TGA

Tras la transcripción y traducción, la secuencia de la proteína sería:

Met-Lys-Trp-Ser-Val (TGA es un codón de paro de la traducción).

Vamos a ver qué pasaría si la ADN polimerasa copiase mal la secuencia y nos diera

ATG-AAG-TGG-AGT-GTT-TGA

Se produciría esta secuencia deproteína:

Met-Lys-Trp-Ser-Val

En este caso, la sustitución no ha producido ningún cambio en la secuencia aminoacídica de la proteína, pero sí en la secuencia nucleotídica del gen.

Otro ejemplo. Si la ADN polimerasa provoca una sustitución, tendremos

ATG-AGA-TGG-AGT-GTT-TGA

Que se traduce como:

Met-Arg-Trp-Ser-Val.

Como veis se ha producido un cambio de la Lys 2 a Arg. De los efectos hablaremos luego.



Pongamos otro ejemplo de sustitución

ATG-UAA-TGG-AGT-GTT-TGA

En este caso la proteína sería:

Met (UAA es un codón de paro).

Esta mutación también es una sustitución, pero el efecto es mas drastico que el anterior, puesto que, como véis, hemos pasado de tener una secuencia que codifica para 5 aminoacidos a tener una secuencia que codifica para tan sólo 1.

B.- Duplicaciones

Esto ocurre cuando la ADN polimerasa introduce dos veces el mismo nucleótido por un error en el mecanismo de avance de la misma.

Vamos a tomar un ejemplo sencillo de una hipotética proteína que controlara la forma y el color del cuerpo de una salamanquesa. Así, partiendo de nuestra misma secuencia inicial

ATG-AAA-TGG-AGT-GTT-TGA

Una duplicación sería lo siguiente:

ATG-AAA-ATG-GAG-TGT-TTG-A

La ADN polimerasa ha incluido un cuarto nucleótido de adenina donde debería haber sólo tres. Asi, nuestra nueva proteína quedaría

Met-Lys-Met-Glu-Cys-Leu- y lo que viniera detras.

Este tipo demutación provoca que la proteína pueda ser mas larga en este caso, cambiando por completo la secuencia. Pero también podría hacerla mas corta, si la duplicación creara un codón de paro en la secuencia.

C.- Deleciones:

En este caso, lo que hace la ADN-pol es eliminar un nucleótido, como si se le olvidara ponerlo, vaya. Se lo salta al leer. Volvemos a nuestro caso

ATG-AAA-TGG-AGT-GTT-TGA

Una deleción sería:

ATG-AAT-GGA-GTG-TTT-GA

Que se traduciría como:

Met-Asn-Gly-Val-Phe-y lo que viniera detras.

Otra vez la secuencia ha cambiado completamente. En este caso, la proteína se ha alargado, puesto que al cambiar la secuencia, el codón de paro ya no existe. Pero podría acortarse si la deleción crease un nuevo codón de parada que no existiera previamente.

En resumen, las mutaciones no son mas que cambios en la secuencia de nucleótidos original que produce un cambio en las proteínas.

Estos tres tipos anteriores de mutación cambian un único nucleótido. Pero, ¿pueden cambiarse mas a la vez? Sí. De hecho esto nos añadiría un nuevo tipo de mutación llamado INSERCIONES. Imaginad esto

ATG-AAA-TGG-AGT-GTT-TGA

Si se realiza una inserción:

ATG-AAA-AAA-TGG-AGT-GTT-TGA

Tendríamos:

Met-Lys-Lys-Trp-Ser-Val

La ADN polimerasa ha leído todo un codón dos veces seguidas, dando lugar a una nueva Lys que no aparecía en la secuencia original.

En este caso es sólo un aminoacido lo que seinserta, pero pueden insertarse a veces hasta proteínas enteras. En el caso de las duplicaciones y las deleciones, puede hasta duplicarse y delecionarse un gen completo, clusters (o grupos) de los mismos e incluso fragmentos de cromosomas.

EFECTOS DE LAS MUTACIONES

Bien, ahora ya sabemos que las mutaciones sólo son cambios en la secuencia del ADN. Pero, ¿qué efectos tienen?

A.- Silenciosos:

Son los dos primeros casos que hemos puesto. En el primero, nuestra proteína modelo

Met-Lys-Trp-Ser-Val

se quedaba tal cual, a pesar de que en la secuencia de aminoacidos se había producido un cambio. En el segundo caso, obteníamos esto

Met-Arg-Trp-Ser-Val

La naturaleza química de la Arg y la Lys permite cambiarlas sin que la estructura y la función de la proteína cambie en absoluto. ¿Esto es siempre así? No. En ocasiones, se afecta a un punto estructural de la proteína o a un punto funcional de la misma (por ejemplo, el centro activo) y la proteína se pierde.

B.- Malignos.

Imaginad nuestro segundo caso. El de la mutación

Met-Arg-Trp-Ser-Val

Si la Lys2 de la proteína original formaba parte de su centro activo, la nueva proteína habra perdido su función y dicha mutación provocara un descenso en la capacidad de supervivencia del individuo que la posea. Hablaremos después, en otro sitio, de lo que es la selección.

C.- Benignos.

¿Qué pasaría si, por el contrario, el mutante:Met-Arg-Trp-Ser-Val

tuviera una actividad mayor, dandole al individuo que la posee una mayor capacidad de supervivencia? Pues que la mutación resultaría ventajosa. Esto es lo que llamamos una mutación benigna.

*PREGUNTAS Y RESPUESTAS*

- ¿Se producen las mutaciones al azar?

Es obvio que sí. La ADN polimerasa tiene que trabajar a un ritmo bastante apresurado para poder duplicar el ADN celular antes de que la célula entre en fase G2 y se divida. Así que cada X nucleótidos, mete la pata. En E. coli, dicha tasa es de 1 nucleótido cada 100.000 leídos; en Homo sapiens, la tasa es de 1 nucleótido cada cien millones de nucleótidos leídos. Es decir, mil veces mas exacta.

Cuando la ADN polimerasa “se equivoca” no se equivoca de forma dirigida. Simplemente coloca en la cadena naciente un nucleótido al azar, en lugar de colocar el nucleótido que le tocaba (sustitución). O no “recuerda” haber leído un nucleótido y coloca dos veces el mismo (duplicación). O bien considera que ya ha colocado el nucleótido y no es así (deleción). Esto ocurre aleatoriamente. Esto no significa 'por casualidad'.

TRANSMISIÓN DE LAS MUTACIONES

Como digo, estos señores tienen razón en que las mutaciones deben encontrarse en las células que originan espermatozoides y óvulos o en estas propiamente dichas. El problema esta en que estos piensan que es la generación progenitora la que tiene la mutación y quiere que pasea la generación descendiente. Este es el fallo. Vamos a intentar explicarlo con mucha claridad y despacito. Para esto vamos a dar unas siglas y una notación para que la cosa se entienda.

P – generación parental.
G1 – generación 1.
G2 – generación 2.

EP – espermatozoide de P
OP- óvulo de P.
EG1 – espermatozoide de la G1.
OG1 – óvulo de la G1.
EG2 – espermatozoide de la G2.
OG2 – óvulo de la G2.

Si cruzamos un individuo P por otro P’, obtendremos un individuo de la G1. Una vez se produce el cruce, obtenemos lo siguiente.

P x P’ -------> G1-A

Es decir, es en la generación parental en la que ha de producirse la mutación para que la G1 la lleve. ¿Cómo es esto posible? Por el hecho de que en las gónadas las espermatogonias y las oogonias (que son las células precursoras de espermatozoides y óvulos, respectivamente) se dividen y maduran. Son las células con mayor tasa de división del organismo y, por tanto, las células en las que mas mutaciones se producen.

Volvemos a nuestras siglas

P produce espermatozoides EP-A
P’ produce óvulos OP’

Así:

EP-A x OP’ -----> G1-A

O también:

EP x OP’-A -----> G1-A

Hete aquí que hemos obtenido un individuo mutante a partir de padres que no lo son. ¿Por qué? Precisamente porque los procesos de división, proliferación y diferenciación conllevan muchos procesos de copia y duplicación del ADN, susceptibles de llevar, por lo tanto, muchasmutaciones. Así, son los espermatozoides u óvulos mutantes provenientes de la generación P los que son “portadores” de la mutación, pero son los individuos de la G1 quienes la expresan.

ACUMULACIÓN DE MUTACIONES.

Visto este proceso, es facil saber cómo podemos llegar a acumular mutaciones. Vamos a seguir con nuestras siglas y vamos ahora a cruzar individuos de la G1. Y vamos a escoger uno de los individuos mutantes que, como hemos visto en otros hilos, han recibido una mutación muy ventajosa, la mutación A del ejemplo anterior. Vamos a ello

G1-A x G1’ -----> G2AB

Es decir, que un individuo de la G2 es un doble mutante. ¿Cómo es posible? Pues este diagrama os lo puede explicar

EG1-A x OG1-’B -----> G2-AB
EG1-AB x OG1’ -----> G2-AB
EG1-B x OG1’A -----> G2-AB
EG1 x OG1’-AB -----> G2-AB

Es decir, en los espermatozoides y óvulos de la G1 también se dan mutaciones. Pueden darse en individuos G1-A o en individuos G1, es decir, en individuos ya mutantes o en individuos no mutantes aún, que se llaman ‘wild-type’.

*PREGUNTAS Y RESPUESTAS*

- PERO, ¿CÓMO ES POSIBLE QUE LA MUTACIÓN A HAYA LLEGADO A LOS ESPERMATOZOIDES DE LA G1?

Todas las células de cada individuo poseen un genoma único. Así pues, las espermatogonias y las oogonias también tendran esa mutación A, como el resto del individuo. Y al dividirse la transmitiran a los espermatozoides y óvulos, que la poseeran cuandomaduren.


- PERO YO HE LEÍDO NO SÉ QUÉ DE DOMINANCIA, HETEROCIGOSIS Y DEMAS.

Sí, pero eso es para otro hilo, llegado el caso. Vamos a dejarlo aquí tal cual, sin complicarlo mas. Porque si nos metemos con la genética mendeliana clasica, esto puede ser un pitote acojonante.

- BEEEGH… PERO… PERO ESO ES ¡INCESTO! O COSANGUINEIDAD, COMO MÍNIMO

No necesariamente. Si os dais cuenta, he cruzado dos individuos P y P’ y dos individuos G1 y G1’. Pero los padres de G1’ pueden haber sido P’’ y P’’’. Sólo utilizo la notación P y G1 como indicador de la generación, no del individuo en sí.

- ENTONCES, ¿LAS MUTACIONES SE ACUMULAN?

Sí. Si las mutaciones confieren una mayor probabilidad de supervivencia, por la razón que sea, la mutación permanece. Esto quiere decir que, si en la siguiente generación, o en la siguiente o en la generación n se da otra mutación ventajosa, se acumulara a la anterior.

- PERO ESO QUIERE DECIR QUE, DURANTE MILES DE MILLONES DE AÑOS, PUEDEN ACUMULARSE MUCHAS MUTACIONES.

Y esto es la teoría de la evolución en su estado puro.

CORRECCIÓN DE ERRORES DE LA ADN POLIMERASA

Como ya hemos visto anteriormente, la ADN polimerasa es una enzima que comete errores. Si tomamos la enzima humana, 1 error cada 100 millones de nucleótidos copiados. Teniendo un genoma de tres mil millones de pares de bases, eso significa 30 errores por cadena. En total, 60 errores por genoma copiado sitenemos en cuenta que cada hebra de ADN es bicatenaria y no monocatenaria.

Esto supondría un sistema de copia tremendamente ineficiente. Así, la propia ADN-polimerasa lleva un sistema de corrección de errores. Y existen otros sistemas, ademas, como la llamada “guardian del genoma”, la proteína p53.

A.- ¿CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA?

Al sistema propio de la ADN-polimerasa se le llama “sistema de comprobación de lectura. Lo que hace la enzima es volver atras en su copia y volver a comprobar que el nucleótido que ha introducido es el correcto. Si no lo es, lo corta, lo coloca correctamente y después continúa copiando.

En el caso de la p53 el mecanismo es mas complejo. La p53 sólo accede a la parte que llamamos “eucromatina” que son partes del genoma que no estan condensadas. Merece la pena comentar aquí que, durante el tiempo de reposo, los cromosomas no estan formando las “X” clasicas que todos tenéis en mente, sino que estan desorganizados, desenrollados, introducidos como madejas de lana desenrolladas en el núcleo. Para que todo ese material se introduzca en el núcleo hay zonas que estan mas condensadas, mas enrolladas y zonas que estan menos enrolladas. Las zonas mas enrolladas se llaman “heterocromatina” que son zonas inactivas. Y las zonas mas activas se denominan “eucromatina”. A éstas podra acceder la p53 para comprobar los errores y corregirlos.

Con esto conseguimos que los errores se hayancorregido y reducido hasta 1/10 de su valor inicial. Es decir, 6 errores por división celular.



*PREGUNTAS Y RESPUESTAS*

6 ERRORES NO SUPONEN EVOLUCIÓN

Seguramente esos seis errores no lo supongan porque, ademas, la mayoría de esos errores provocaran mutaciones silenciosas. Pero recordemos una cosa: para que estos errores de copia se transmitan han de producirse en los espermatozoides y en los óvulos.

Puesto que en los seres humanos los óvulos son limitados (por razones que no tienen que ver con la evolución, puesto que otros animales como los roedores son fértiles todo el año), vamos a tomar como ejemplo los espermatozoides. En una eyaculación humana media se producen entre 3 y 5 ml de semen con un recuento mínimo para producir la fecundación de 20 millones de espermatozoides por ml. Aunque se sabe que el número de espermatozoides en un varón normoespermatico es de 50 a 150 millones por ml, vamos a tomar el mínimo para nuestro ejemplo.

En una eyaculación mínima, de 3 ml con 20 millones de espermatozoides por ml tendremos un total de 60 millones de espermatozoides por ml. Si tenemos en cuenta que, de media, podemos obtener 6 mutaciones por espermatozoide, ¿cuantas mutaciones puede contener una eyaculación mínima suficiente para fecundar un óvulo? 360 millones de mutaciones en total. Que es mas de un 10% del genoma mutado.

PERO SON MUCHAS, ¿POR QUÉ NO VEMOS EVOLUCIÓN EN LA ACTUALIDAD?En el ejemplo que nos ocupa, tenemos 1 posibilidad entre 60 millones de que un espermatozoide concreto fecunde al óvulo. Teniendo en cuenta que teníamos 360 millones de mutaciones totales, la posibilidad de que un espermatozoide con la mutación seleccionable ventajosa sea el que fecunde el óvulo es de 1 entre 360 millones.

¡JA! ¡OS TENGO EVOLUCIONISTAS! ES PRACTICAMENTE IMPOSIBLE QUE LA MUTACIÓN SEA EL INICIO DE LA EVOLUCIÓN

No te rías tan pronto. Recuerda que los seres vivos han tenido muchos millones de años para llegar hasta donde estan. En los seres humanos no vas a ver dicha evolución porque entre que nosotros adaptamos el medio a nosotros mismos y no al revés y que nuestras generaciones son muy largas, necesitamos mucho mas tiempo para comprobar un paso evolutivo.

¿QUIERE ESO DECIR QUE NO EXISTE LA EVOLUCIÓN?

Para nada. Una cosa es que haya una probabilidad baja de que se produzca y otra que no se produzca. ¿Cuantos huevos podría poner una Drosophila melanogaster a lo largo de su vida? ¿Cuantos huevos viables? Teniendo en cuenta que el tamaño de su genoma en pares de bases y su sistema de copia y corrección de errores es similar al nuestro, tendremos una probabilidad de obtener una mutación seleccionable muy parecida. Pero el número de descendientes es mucho mayor. Mientras que en seres humanos el número de descendientes es de una media de 2, en las Drosophilas el número dedescendientes puede ser de varios cientos. Lo que nos pondría en una probabilidad de dos o tres órdenes de magnitud mayor.

VALE, LO ENTIENDO. ENTONCES, ¿POR QUÉ LA DROSOPHILA NO SE CONVIERTE EN UNA ABEJA?

Porque en primer lugar la mutación debe seleccionarse de forma positiva. Pueden y de hecho nacen muchos mutantes en la G1 de una pareja P no mutante. Pero de ahí a que suponga una ventaja evolutiva, hay un trecho. Y no sólo eso. Sino que fenotípicamente podremos no notar un cambio en la morfología de la Drosophila, pero seleccionarse el mutante mas viable porque tenga un par de horas mas de vida. Recordemos que la evolución no se produce sino por acumulación de mutaciones.

CLARO, PERO ENTONCES LA EVOLUCIÓN SIGUE SIENDO IMPOSIBLE.

No si se tienen millones de años para asentar unas mutaciones y otras.

ESO ES UN CLAVO ARDIENDO, LO DE LOS MILLONES DE AÑOS ES UN ARGUMENTO QUE NO TIENE SENTIDO

No, no lo es. ¿Por qué? Porque la Tierra no tiene los 6000 años que dice la Biblia que tiene. La datación de materiales nos dice que tiene muchísimos millones de años. Si se calcula la aparición de la vida en unos 3000 millones de años, a una Drosophila, por ejemplo, que tenga una antigüedad de 500 millones de años le ha dado tiempo a cambiar, mutar y seleccionar muchas veces. Hasta 3 millones de veces por generación. Si tenemos una generación cada tres-cuatro días… ¿cuantas mutaciones se habran acumulado yseleccionado?

VALE, ADMITAMOS QUE SE PRODUCEN SUFICIENTES MUTACIONES. ¿POR QUÉ NO VEMOS LOS CAMBIOS?

Porque os olvidais de la segunda parte de la evolución: la selección. Esta la realiza el medio. Y si el medio no cambia, si las condiciones del mismo permanecen basicamente constantes, las posibles mutaciones no se van a seleccionar como para producir especiación, sino que el organismo adaptado a dicho medio va a ser el que mejor sobreviva y mas se reproduzca. Y, aunque la ventaja evolutiva sea evidente, el número de individuos que la posean sera pequeño y se diluira, dejando dicha mutación “latente” hasta el momento en que la acumulación con otra provoque un salto suficiente.

SEGUNDO PASO: SELECCIÓN

Ya tenemos nuestra mutación en el individuo. Tenemos nuestra proteína mutada. ¿Qué le ha pasado a nuestro individuo? Pues que en lugar de tener una forma y color de “lagartija”, lo que tiene es forma y color de “hoja seca”.

Ahora nuestra salamanquesa mutante tiene que sobrevivir. Esta en un medio en el que hay depredadores como el aguila culebrera. Ésta rapaz tiene una vista impresionante y ve algo tan pequeño como una lagartija a varios cientos de metros de altura. Y falla sólo uno de cada doscientos ataques que produce. Es una perfecta maquina de matar.

Nuestra salamanquesa “hoja seca” vive en una comunidad de salamanquesas “lagartija” que esta siendo diezmada por el aguila culebrera. Peronuestra amiga, encogida por el miedo que le produce la sombra del aguila se queda quietecita en su lecho de hojas. El aguila, que no la ve, pasa de su culo y se va a comiendo a las salamanquesas “lagartija”. Poco a poco, las salamanquesas van siendo diezmadas.

Imaginad que nuestra salamanquesa “hoja seca” es un macho. Y que según se van eliminando salamanquesas “lagartija”, se van quedando sólo las hembras. Nuestro macho mutante podra reproducirse mucho mas y dejarles su mutación “hoja seca” a mas descendientes. Poco a poco, ira habiendo sólo salamanquesas “hoja seca” porque las que nazcan salamanquesas “lagartija” las vera el aguila culebrera y se las llevara para alimentar a sus crías.

Así, la población inicial ha desaparecido, para dar paso a la salamanquesa “hoja seca” que conocemos hoy.

*PREGUNTAS Y RESPUESTAS*

PERO, ¿TODO ESTO ES ASÍ DE FACIL?

No, no lo es. Éste es un ejemplo extremo de cómo funciona, confiriéndole a un único y sencillo gen la capacidad de controlar la forma y color del cuerpo de una salamanquesa. Debéis saber que el ejemplo tan drastico que se ha puesto equivale a la suma de muchas pequeñas mutaciones que producen colores y formas progresivas hasta llegar a la forma de “hoja seca”. A veces son cambios tan, tan pequeños que no se ven. Otras, los cambios son tan drasticos que las poblaciones originales desaparecen sin dejar rastro. Ni siquiera fósiles.

ENTONCES, ¿QUÉDEBEMOS SACAR EN CLARO DE AQUÍ?

En primer lugar, que las mutaciones se producen aleatoriamente, no por casualidad, pero que la selección no lo es. En el nicho ecológico de un individuo mutante, sólo aquellas mutaciones que le permiten sobrevivir mejor se seleccionan. ¿Qué significa sobrevivir mejor? Pues huir mejor de los depredadores, aprovechar mejor el alimento, poder tomar un alimento distinto, ser mas rapido en conseguir el alimento, tener acceso a mas cantidad de alimento… Todo esto produce individuos que escapan de sus depredadores y que son fuertes. En la competencia por los compañeros de reproducción, los individuos mas fuertes se aparean mas. En el caso de la depredación, si te depredan, no te reproduces…

PERO, ¿ESTO ESTA COMPROBADO CIENTÍFICAMENTE?

Sí, lo esta. Un ejemplo es el desarrollo de resistencias a antibióticos en E. coli que se comprueba al cultivar dichas células en presencia de diversos de aquellos compuestos. Y se demuestra que las poblaciones cambian y se seleccionan en función del medio que las rodea. Y sólo sobreviven aquellos individuos que son capaces de sobreponerse al medio. O mejor dicho, a la presión que ejerce el medio.

Me imagino que esta explicación caera en saco roto de nuevo y que algún gilipollas volvera a salir con los mismos argumentos circulares de siempre. Pero igual a alguno le sirve para entender mejor qué es la evolución y cómo funciona.