¿Cómo determinan los científicos a partir de las secuencias completas del genoma de dos organismos diferentes que pertenecen al mismo género que tenían un antepasado común?

Lo más probable es la alineación por pares. Soy un novato en el campo, pero la alineación por pares te permite determinar qué tan cerca están las especies y te permite ubicarlos en el árbol filogenético y, por lo tanto, hipotetizar las relaciones evolutivas. Básicamente, observas qué parte del genoma se conserva en ambas especies y les asignas puntuaciones. Según estas puntuaciones, las colocas en un árbol filogenético. La posición en el árbol filogenético le da una idea de cuánto tiempo hace que empezaron a divergir, pero no creo que haya una manera de determinar eso con precisión.

Alineación de secuencias

Al construir una alineación por pares, literalmente alineas dos secuencias para lograr la máxima coincidencia entre las dos secuencias. Existen algoritmos de programación dinámica para calcularlos de manera eficiente en lugar de considerar todas las posibilidades.

Puede realizar la alineación de secuencias tanto con la secuencia de ADN como con la secuencia de proteínas. Según tengo entendido, hay una opinión de que las secuencias de proteínas son más útiles para determinar relaciones distantes, ya que se conservan durante un período de tiempo más largo porque es más probable que la secuencia de ADN cambie (y que diferentes codones pueden conducir a las mismas proteínas). adivinar una comparación entre la probabilidad con la secuencia de la proteína y con la secuencia del ADN podría dar una idea de cuánto hace que comenzaron a divergir?

Lo que es más informativo: un árbol filogenético basado en la alineación …

Espero que esto haya sido útil.

1. Trabajamos bajo el supuesto de que todos compartimos descendencia común. Esa pregunta no puede ser probada exactamente de la manera en que la redactaste.

2. Las alineaciones son el primer paso. Desde allí se pueden detectar polimorfismos (es decir, diferencias). Estos no están libres de errores.

3. Los polimorfismos se producen con una frecuencia conocida (estimada). Por ejemplo, un SNP (polimorfismo de un solo nucleótido; más simplemente un solo cambio de base) se produce de forma natural (en escenarios de solo mutación) a una tasa de ~ 10 ^ -9 por sitio, por cromosoma, por año. Puede volver a calcular esto para estimar el tiempo de divergencia en función del número de similitudes y diferencias observadas. Estos relojes moleculares son problemáticos porque dependen mucho de sus modelos y el modelo es incorrecto, pero la mayoría de sus estimaciones han sido bastante similares a las estimadas por la datación paleontológica de carbono fósil.

Ver más aquí:

¿Cómo estimas cuándo vivió el antepasado común más reciente de dos individuos?

Primero, algunas aclaraciones:

  • Dos especies no se colocan en el mismo género debido al ADN. Las categorías filogenéticas y los árboles son anteriores a la secuenciación del ADN por cientos de años. En muchos casos, los viejos árboles filogenéticos, basados ​​exclusivamente en la morfología, se mantienen bastante bien. Otras veces, la secuenciación de ADN ayuda a resolver las disputas de colocación; por ejemplo, la secuenciación del genoma del panda gigante resolvió los problemas restantes y colocó al panda firmemente en la familia de los osos y no en los mapaches, como se pensaba hace décadas.
  • En los detalles de la pregunta, se representan los cromosomas de los humanos y los chimpancés. Los humanos y los chimpancés no están en el mismo género; Los humanos son Homo y los chimpancés son Pan . Aunque hay algunas personas que proponen que los chimpancés y los bonobos se deben colocar en el género Homo debido a lo similares que son a los humanos, desde el punto de vista de la secuencia de ADN.

Justin Ma tiene una excelente respuesta (especialmente para los conceptos de alineación y reloj molecular ), no tengo mucho que agregar a eso, excepto tratar de usar una analogía desde dentro de una especie: los humanos. ¿Cómo saben las personas de 23 and Me y otras compañías o laboratorios cuando dos personas están relacionadas? Estar relacionado significa tener un ancestro común. Funciona de la siguiente manera: cuanto más tramos de ADN de la secuencia común se compartan entre dos personas, más cercana será la relación. Compartes más ADN con tu hermana que con tu prima. Pero usted y su primo tienen un antepasado común: su abuelo paterno (por ejemplo). Si sigue retrocediendo, se encontrará con un antepasado común entre usted y el tipo que vive en la calle, y podrá construir un árbol filogenético (también denominado árbol genealógico).

Con diferentes especies, el concepto básico es el mismo: alinear los estiramientos de ADN, ver cuántos se comparten y ver cuántos cambios han ocurrido, y deducirá un tiempo aproximado de divergencia de un antepasado común. Es aproximado pero no muy equivocado. Por ejemplo, el último ancestro común entre humanos y chimpancés probablemente vivió hace 7-10 millones de años. Si bien puede parecer que una diferencia de 3 millones de años es un gran problema, en realidad no es tan malo. Es una estimación aproximada. La parte importante es que la divergencia no fue hace 100 millones de años, o hace 1 millón de años. Cuando hablamos de tiempo profundo , lo único que nos importa es la escala.

No funciona tan bien como eso. Suponemos que dos organismos con genomas similares los obtuvieron de un ancestro común, en lugar de evolucionarlos de forma independiente. Esta es la situación más probable, pero no podemos estar absolutamente seguros de que sea correcta.

A continuación, asumimos que la tasa de producción de mutaciones (no propagación o selección, sino creación) es puramente química: la probabilidad de que un par de bases mute es constante. Eso significa que podemos observar las mutaciones de un grupo de organismos y decir “A y B difieren en las ubicaciones X, al igual que C y D, pero A y C (o D) difieren en las ubicaciones 2X, así que A y B comparten una Ancestro hace tanto tiempo como C y D, pero los 4 de ellos tienen un ancestro común aproximadamente el doble que hace tiempo. Esto le permite construir uno de esos árboles de ramificación, pero no se coloca y se escala en la línea de tiempo, es decir, no lo hacemos. saber si los eventos en nuestro escenario ABCD son 5000 años y 10000 años o 500,000 años y un millón de años.

En el laboratorio, puede estudiar las tasas de mutación en las células y tener una idea de qué tan rápido es probable que sea la mutación. Esto le permite asignar una escala de “primera estimación” a su línea de tiempo, en función de esta tasa y el número de mutaciones requeridas. Supongo que ahora que estamos obteniendo ADN de criaturas fósiles podemos intentar alinear la escala de tiempo molecular “genética” con la escala de tiempo evolutiva “geológica”. No me sorprendería descubrir que la longitud de nuestras escalas es un poco, pero la secuencia probablemente no sea tan mala.

Ni siquiera necesitamos ser del mismo género para compartir un antepasado común, pero trataré de darte una respuesta simple basada en mi conocimiento limitado. Para aquellos de ustedes que entienden este tema mejor que yo, siéntanse libres de corregir mi entendimiento.

La respuesta a su pregunta es muy parecida a la manera en que podemos saber que usted y sus hermanos comparten un antepasado común, su padre o su abuelo. También hay varias formas de hacer esta determinación, por lo que no será breve.

Comencemos antes de Darwin y antes de secuenciar un genoma.

Incluso antes de que Darwin, los zoólogos reconocieran la homología, digamos que el ala de un murciélago y las manos humanas tienen los mismos huesos, solo que difieren en el tamaño de cada hueso que los hace diferentes.

En la era post-darwiniana, ahora podemos inferir que las semejanzas homólogas se heredan de ancestros compartidos.

Los paleontólogos han tenido la suerte de desenterrar suficientes fósiles de homínidos tempranos para construir un árbol genealógico bastante preciso que se remonta a unos pocos millones de años.

Por medio de semejanzas homólogas a primates existentes, podemos inferir una relación familiar cercana, pero la homología no nos dice qué tan cerca estamos relacionados genéticamente o cuándo divergimos en el árbol familiar.

¿Cómo determinamos que nosotros y los chimpancés compartimos el 98% del ADN?

Veamos la ciencia y luego cómo podemos estimar que nos separamos de nuestro ancestro común hace unos 5 millones de años.

Darwin sabía que había comparaciones anatómicas con los chimpancés, pero no podía saber acerca de la genética molecular.

Si me extrae una muestra de sangre y la analiza para detectar anticuerpos, podrá saber que recibí una vacuna contra la gripe hace unas semanas, podría saber si tengo anticuerpos contra la hepatitis porque recibí una vacuna para eso. Si me expongo al virus de la vida real, mi sistema inmunológico podrá combatir mejor la infección porque ya tengo anticuerpos contra estos antígenos extraños.

Si inyecta una proteína en un conejo, los anticuerpos que produce atacarán la misma proteína si se inyecta nuevamente. ¿Pero qué pasa si inyectas una proteína de un gorila? Los anticuerpos que el sistema inmunitario del conejo produjo contra la proteína del chimpancé le brindarán cierta protección, ya que la proteína del gorila se “verá” muy similar al chimpancé debido al hecho de que están muy relacionados.

Fue con este método, utilizando conejos, que Vincent Sarich y Allan Wilson, en la Universidad de California en Berkeley, demostraron en la década de 1960 que los humanos y los chimpancés están mucho más relacionados entre sí que lo que nadie se había dado cuenta.

Desde el trabajo de Sarich y Wilson, hemos aprendido a hibridar el ADN. Es a través de la hibridación del ADN que primero estimamos que los humanos y los chimpancés comparten el 98 por ciento de sus genes.

El ADN es una molécula muy larga formada por dos cadenas de “pares de bases” que se unen entre sí mediante enlaces químicos. Si calientas el ADN a aproximadamente 85 grados centígrados, los enlaces comenzarán a romperse y las dos cadenas se separarán como una cremallera. Cuando el ADN se enfríe, las hebras volverán a encontrar un segmento de pares de bases y se unirán nuevamente. Si agrega ADN de otra especie, los segmentos de ADN coincidentes estarán felices de unirse al ADN de una especie extraña siempre que las bases puedan encontrar su base complementaria con la que se emparejan. Pero, por supuesto, el ADN de dos especies diferentes tendrá menos secuencias de bases idénticas y la unión química entre los segmentos será más débil y la temperatura a la cual la separación será menor. Cuando una hebra humana se ha unido con una hebra de chimpancé, una temperatura ligeramente más baja romperá los enlaces, pero cuando el ADN humano se haya enlazado con un pariente más lejano como un pez, los enlaces serán mucho más débiles y se separarán a una temperatura proporcionalmente más baja.

Resulta que, por cada 1 grado de disminución en la temperatura de unión, representa aproximadamente un 1% de disminución en el número de pares de bases correspondientes.

Mientras que el anticuerpo de conejo nos dio una comparación relativa entre las especies, la hibridación de ADN fue la primera forma en que un científico utilizó para estimar cifras como 98% de similitud entre humanos y chimpancés.

Ahora que el genoma humano y el chimpancé han sido secuenciados, podemos medir estas diferencias directamente y podemos ver exactamente dónde se encuentran esas diferencias en el genoma.

Todos los párrafos anteriores han intentado explicar cómo sabemos qué tan cercanos están los humanos a los chimpancés, pero no dice nada sobre cuándo nos separamos de ese ancestro común. ¿Cuándo compartió eso gran gran gran gran ………… abuelo en vivo? Para la respuesta a eso, necesitamos mirar el “reloj molecular”.

Mire al menos los primeros 20 minutos de “The Journey of Man” por el Dr. Spencer Wells. En el video él explicará cómo usamos marcadores genéticos para líneas de descendencia.

Sabemos que la mayoría de las mutaciones son neutrales, es decir, no están sujetas a la selección natural, ya sea positiva o negativa. Casi el 95% del genoma humano podría no estar allí, por toda la diferencia que hace. Pero, a medida que pasa el tiempo geológico, el genoma se ve sometido a una lluvia de desgaste en forma de mutaciones. Las mutaciones neutrales simplemente se acumulan, no afectadas por las presiones de selección evolutivas. Eventualmente, estas mutaciones serán heredadas lo suficiente por la especie para que casi el 100% de los individuos dentro de la especie tengan el gen mutado, esto se conoce como fijación y es una de las definiciones de especie. Ya no es una mutación sino que es la norma.

Los genes fijos son los que observamos cuando comparamos dos animales modernos y tratamos de estimar cuánto tiempo hace que sus ancestros se separaron. Podemos comparar los genes que se han fijado en una especie con genes fijos en otra. Resulta que las mutaciones genéticas se fijan a un ritmo bastante regular. Lo suficientemente regular como para que podamos usarlo como reloj. Al igual que los isótopos radioactivos tienen una vida media y se pueden usar como un reloj, de manera similar, la fijación de genes tiene una vida media. Los genes de histonas se vuelven a una tasa de una mutación por mil millones de años. Los genes de fibrinopetida son mil veces más rápidos, con una rotación de una nueva mutación fija por millón de años. Los genes del citocromo-C y de la hemoglobina tienen cambios intermedios, con tiempos de fijación medidos en millones a decenas de millones de años.

Así es como ahora sabemos que el ancestro común más reciente para chimpancés y humanos vivió hace entre 5 y 7 millones de años.

Cuando los humanos y los chimpancés se dividen

La pregunta principal que tuvo fue realmente solo una cuestión de hacer una comparación (con la ayuda de las computadoras) y suponer que una genética muy similar equivale a relaciones muy similares. Este es un razonamiento lógico y parece encajar en la homología general de todos modos.

La segunda pregunta que tuvo es un poco más complicada, especialmente cuando usa la palabra “precisamente”. Algunos intentan tomar una tasa promedio de mutación y calculan asumiendo que esta tasa es estándar y confiable como un “reloj”, pero eso realmente no funciona bien. Las tasas de mutación se ven afectadas por el estrés ambiental y pueden aumentar en momentos en los que quizás no estemos conscientes en nuestra retrospectiva millones de años más tarde.

Así que podemos obtener una buena idea de la relación e incluso la secuencia (orden de aparición), pero el tiempo en años es algo impreciso.

Dado que las bacterias no son organismos sexuales (entre otras razones también), las especies generalmente se consideran bacterias que son menos del 1.5% diferentes en función de la identidad del genoma completo y comparten el mismo nicho ecológico. Si no se conoce la secuencia completa del genoma, entonces usan la secuencia de un pequeño número de genes altamente conservados. Más allá de eso, es un juego de análisis: el análisis es el análisis filogenético basado en los mismos genes conservados.