¿Qué tan plausible es la evolución cuando se aplica a la biología celular y molecular?

Answer 1

Te daré un ejemplo de cómo funciona la evolución a nivel molecular. Esto se describe en el famoso experimento Luria-Delbruck , que demostró que las mutaciones genéticas surgen en ausencia de selección en lugar de en respuesta a un factor ambiental (“adaptación a un ambiente”). Esto validó la afirmación de que la teoría de la selección natural de Darwin no solo se aplica a organismos complejos, sino también a bacterias unicelulares. Luria y Delbruck ganaron el Premio Nobel de 1969 por su trabajo.

Aquí está el experimento en pocas palabras.

Luria y Delbruck comenzaron varios cultivos diferentes de E. coli y, después de un período de crecimiento, colocaron cantidades iguales en placas de agar separadas que contenían el fago T1, un virus que infecta las bacterias. Las bacterias que eran inmunes al fago T1 crecerían, y las bacterias que no eran inmunes no. Aquí operaban dos hipótesis:

1. Si la evolución se basa en la premisa de que las mutaciones se desarrollan en respuesta a la presión ambiental, entonces cada placa debe tener un número similar de bacterias resistentes al virus; Todas las placas se verían visualmente similares: cada placa debería contener aproximadamente la misma cantidad de colonias. Suponiendo una tasa constante de mutación, el número de bacterias supervivientes estaría dictado por una distribución de Poisson con la media igual a la varianza.
2. Si la evolución se basa en la premisa de que la presión ambiental selecciona mutaciones ya presentes , el número de colonias supervivientes en cada placa variará drásticamente, lo que significa que la varianza fue mucho mayor que la media.

Luria y Delbruck observaron el caso # 2, lo que se explica por el hecho de que había una tasa constante de mutación aleatoria en cada generación de bacterias que crecían en los tubos de cultivo originales antes de colocarlos en placas. Delbruck luego ideó una distribución de probabilidad que dio momentos consistentes con sus observaciones experimentales. Por lo tanto, concluyeron que las mutaciones en bacterias, como en organismos superiores, eran aleatorias en lugar de dirigidas.

Aquí está su artículo clásico: MUTACIONES DE BACTERIAS DESDE LA SENSIBILIDAD DEL VIRUS A LA RESISTENCIA AL VIRUS

Answer 2

La evolución no solo es plausible cuando se aplica a la biología celular / molecular, sino que se ha observado repetidamente. Incluso hay algunos casos en los que la evolución a nivel molecular se puede traducir en diferencias a nivel de especie.

Teoría:

1) La evolución se produce a nivel de la población y requiere mutaciones. Estas pueden ser nuevas mutaciones, o mutaciones importadas de otras poblaciones de la misma especie a través de la consanguinidad. Estas mutaciones evolucionan bajo alguna combinación de selección natural y deriva genética neutral (posibilidad aleatoria).

2) Selección natural: estas mutaciones pueden tener algún efecto funcional sobre el organismo. Esto puede ser tan sutil como cambiar el codón para un aminoácido particular para hacer que la traducción sea más eficiente, y así ahorrar energía, o tan contundente como destruir la función de una proteína como la actina que es necesaria para que el organismo sea viable. Esta diferencia en la función bioquímica puede traducirse en una capacidad diferencial para sobrevivir y reproducirse, y por lo tanto esta mutación podría ser gobernada por las fuerzas de la selección natural. En este punto, los biólogos evolutivos pueden abstraer todos los detalles moleculares y enfocarse en cuán beneficiosa / perjudicial es la mutación, llamarlo el efecto de aptitud de la mutación y conectarlo a modelos matemáticos sin preocuparse por el efecto funcional de la mutación nunca más. .

3) Deriva genética (posibilidad): todas las mutaciones, incluso aquellas que tienen efectos de aptitud no nulos, están influenciadas por la deriva genética. Las fluctuaciones en la frecuencia de los alelos que se rigen por la deriva se han resuelto hace 30 años para los casos básicos, al igual que las probabilidades de fijación y pérdida de la mutación.

Ejemplos:

Quizás las evoluciones experimentales más famosas estén a cargo del laboratorio de Rich Lenski en MSU. Vea la página del experimento aquí: E. coli Sitio del Proyecto de Evolución Experimental a Largo Plazo

La configuración es simple: tomar E. coli, propagarlos por decenas de miles de generaciones en un entorno particular y ver cómo evolucionan. Han secuenciado muchos aislamientos de las poblaciones evolucionadas en más de 50 mil generaciones, aislaron las mutaciones particulares y demostraron, mediante ensayos de competencia directa, que estas mutaciones confieren beneficios al organismo en este entorno. Incluso ven la evolución para utilizar fuentes de nutrientes en los medios que son inaccesibles para la E. coli ancestral.

En los seres humanos, algunas poblaciones han evolucionado de forma independiente la capacidad de producir la enzima lactasa más allá de la infancia. La lactasa es la enzima necesaria para descomponer la leche en azúcares utilizables, y este gen normalmente se desactiva a una edad temprana. Algunas poblaciones tienen una mutación que les permite seguir haciendo la lactasa hasta la edad adulta, lo que les permite consumir productos lácteos sin ser intolerante a la lactosa. Esto tiene beneficios claros para la supervivencia (nuevas fuentes de alimentos = más capaces de sobrevivir y reproducirse), y hay claras firmas de selección positiva en el gen de la lactasa. Sabemos exactamente cuáles son las mutaciones y por qué son beneficiosas. Ver Genética evolutiva: Genética de la persistencia de la lactasa – lecciones frescas en la historia del consumo de leche

También en humanos, hay un caso bien estudiado de anemia de células falciformes y resistencia a la malaria. Las personas que no tienen copias del alelo de células falciformes son susceptibles a la malaria, mientras que las que tienen al menos una copia tienen una susceptibilidad muy reducida. Sin embargo, las personas con 2 copias tienen anemia de células falciformes. Los científicos han identificado la mutación exacta y cómo causa la enfermedad.
Ver:
http://www.nature.com/scitable/t …

Luego están los múltiples casos de resistencia a pesticidas en moscas asignadas a algunas mutaciones: As: Evidencia de que la adaptación en Drosophila no está limitada por mutación en sitios únicos
Chkov1: Página en Stanford

La rubilidad en los melanesios se ha mapeado en un solo cambio de aminoácido en un solo gen, que es análogo a un cambio similar conocido en ratones que se sabe que tienen efectos de aclaramiento de pigmentos: el cabello rubio melanesio es causado por un cambio de aminoácido en TYRP1
Presumiblemente, esto no se debió a ninguna selección natural, sino a la posibilidad aleatoria de que uno de los fundadores de las poblaciones melanesias tuvo esta mutación y logró propagarse fácilmente debido al efecto Fundador.

Hay muchos más ejemplos en los que se conoce la naturaleza molecular de la evolución, pero la dejaré aquí. Déjeme saber si tiene alguna pregunta, y gracias de nuevo por la A2A!

Answer 3

La base misma de la evolución está en el nivel molecular, ya que la evolución se produce a través de cambios genéticos. Sin cambios en el ADN, que está en el nivel molecular, no habría evolución.

En general, observamos los efectos de la evolución a un nivel mayor simplemente porque es más fácilmente observable. Sin embargo, los cambios básicos se han producido a partir del nivel molecular, yendo al nivel celular, luego al nivel del tejido / órgano y luego al nivel del propio organismo, que es lo que vemos con mayor frecuencia.

Por ejemplo, tome el caso de anemia de células falciformes de la respuesta de los usuarios de Quora. Esta enfermedad es causada por una mutación puntual, lo que significa que exactamente un nucleótido se modifica en la secuencia de ADN de un paciente.
Este cambio de un solo nucleótido causa la producción de un ARN diferente durante la transcripción, y resulta en una proteína mutada durante la traducción. El aminoácido habitual, el ácido glutámico, se cambia a la valina del aminoácido en la sexta posición en la cadena de proteínas de la hemoglobina. Esto produce hemoglobina anormal, lo que hace que los glóbulos rojos del paciente adquieran una forma anormal de hoz.
Estas células en forma de hoz se manifiestan como capilares bloqueados, debido a su naturaleza. Entonces, lo que comenzó como el cambio de una sola molécula, ha resultado en que el paciente muestre capilares bloqueados.

Así es exactamente como funciona la evolución. Los cambios que ocurren en el nivel molecular son vistos por nosotros en el nivel macroscópico.

En cuanto a la evolución celular, respondí eso en tu otra pregunta. ¿Qué se sabe sobre la evolución de las células? ¿Son las células y las estructuras celulares relativamente estables a lo largo de los períodos geológicos o nuestras células son muy diferentes a, por ejemplo, las de los dinosaurios?

Answer 4

Sí, es complejo, increíblemente complejo, pero tu intuición de que no pudo suceder está mal. Las principales cosas que debes tener en cuenta son el tamaño pequeño de las moléculas, la alta velocidad de las reacciones químicas y la gran cantidad de años.

Los primeros mil millones o más de años probablemente no produjeron mucho que se vería muy impresionante a nuestros ojos. Pero la sofisticada maquinaria molecular estaba evolucionando, comenzando como reacciones químicas relativamente simples, que a menudo aumentaban un poco en sofisticación.

Prueba esta forma de visualizar las cosas. Digamos que podría retroceder en una máquina del tiempo varios miles de millones de años, cuando la vida recién comenzaba. Era miles de veces más simple de lo que es hoy; ni siquiera lo considerarías vida, era más como una reacción química en cadena lenta que podría haber parecido limo o óxido o algo así. Ahora imagina que puedes verlo bajo un microscopio y ver todos los detalles. Pasas semanas documentando todo lo que ves.

Ahora entra en tu máquina del tiempo y avanza en el tiempo un año, y observa cómo han cambiado las cosas. Suponiendo que sea un año típico, las cosas habrían aumentado en sofisticación en algún momento … pero ¿cuánto? Y la respuesta es probablemente muy poco para detectar, no importa qué tan cerca se vea. Es sólo una pequeña, pequeña cantidad. Algunas moléculas se ajustaron ligeramente, por lo que algunos procesos fueron un poco más eficientes o efectivos, y eso dio una ventaja muy leve, lo que resultó en un ligero aumento en la frecuencia de esa modificación. Otra cosa que podría notar es que algunas cosas que ya estaban allí el año pasado, han cambiado de frecuencia ligeramente.

El punto es que eso es todo lo que se necesita. Y eso no es tanto, considerando cuántas de estas moléculas se están copiando. Multiplíquelo por mil millones, y tendrá cosas increíblemente complejas y sofisticadas, mil millones de años más tarde.

Answer 5

Si leyeras la última obra maestra de Richard Dawkins, The Greatest Show on Earth , estarías absolutamente convencido de que, aunque no conocemos los orígenes de la autorreplicación (ADN y ARN) y muchas macromoléculas, la complejidad de la vida en la Tierra. solo es alcanzable por el mecanismo de la selección natural no aleatoria.

Answer 6

Me alegra que te des cuenta de lo absolutamente compleja que es la vida, ese es el primer paso hacia la realidad.
El creacionismo es una respuesta única a todos los problemas.

La evolución se aplica igualmente a las reacciones químicas relativamente simples que dieron lugar al origen de la vida.

Los “mecanismos moleculares subyacentes” a los que se refiere son el resultado de competiciones evolutivas anteriores, por ejemplo, el ciclo actual de Krebbs tiene probablemente millones de ancestros, cada uno de los cuales fue más o menos eficiente que sus competidores.