¿Cómo logra el ADN evitar que la entropía destruya su relación señal / ruido durante generaciones? ¿Cómo nos las arreglamos para mantener nuestro ADN reproductivo en el orden suficiente para engendrar nuevos organismos por tiempo indefinido?

Answer 1

Otras personas han respondido “sexo”. Esa no es realmente la respuesta correcta. Hay organismos asexuales que han durado mucho tiempo, incluso en términos evolutivos. El sexo es una forma útil de combinar la variabilidad para conferir resistencia a nuevos problemas ambientales, pero no es una forma de prevenir la degradación de la información del ADN.

La pregunta es buena. Cada vez que se copia algo, la copia puede ser diferente del original, y si algo se copia muchas veces, la copia definitiva podría ser muy diferente. Entonces, ¿cómo es que el ADN se mantiene bastante bien?

Hay dos partes en la respuesta. El primero es la corrección de errores, el segundo es la selección natural. Y otro punto es que el ADN solo no es un sistema cerrado, por lo que no es necesariamente correcto considerar la entropía del ADN solo; hay que mirar todo el sistema, que incluye el Sol y la Tierra.

El ADN se copia utilizando enzimas correctoras de errores. La polimerasa que replica el ADN se revisa a medida que avanzan, y son muy buenas para identificar y corregir errores. La fidelidad de la replicación del ADN es muy, muy buena. Los errores solo ocurren en el nivel de 1 en mil millones, o inferior. (El número exacto es difícil de precisar exactamente).

Sin embargo, observará que 1 en mil millones, mientras que un número muy pequeño, está en el contexto de un tramo muy grande de ADN. Los genomas animales están generalmente en el rango de los miles de millones. Así que la replicación del ADN casi inevitablemente permite que algunos errores se filtren.

Esto es incluso más fácil de observar, por cierto, para los virus con genomas de ARN. La corrección de errores para ellos es muy pobre, y aunque los genomas en sí mismos son mucho más pequeños, están plagados de errores. Realmente no existe tal cosa como una secuencia del genoma para, por ejemplo, el VIH, los virus de la polio o los virus de la influenza; existe una secuencia promedio con una gran cantidad de secuencias relacionadas que flotan alrededor, que difieren del promedio hipotético en algunos cambios.

Entonces, la primera parte de la respuesta es realmente que el ADN cambia con cada generación, y eso es cierto si se trata de generaciones sexuales o asexuales. Entonces, ¿por qué la entropía no conduce a la pérdida completa de la información en el ADN y se convierte en una secuencia aleatoria?

De hecho, eso es lo que sucedería si permitiera que el ADN se replique en un tubo de ensayo durante generaciones suficientes. Pero en la naturaleza, esas nuevas progenies que tienen ADN se están probando a nivel del organismo. Si el ADN que se cambia no es funcional, el organismo muere y el ADN no se transmite más. Esto no es realmente una comprobación de errores, porque a la selección natural no le importa si el ADN se cambia; pero es la comprobación de funciones. La selección natural asegura que el contenido de información del ADN aún esté presente y sea apropiado para el medio ambiente.

Entonces: a lo largo del tiempo, al observar generaciones de organismos, su ADN (o, en el caso de algunos virus, su ARN) cambia. Cambia relativamente lentamente debido a la verificación de errores, pero sí cambia. Pero el contenido de la información se supervisa mediante selección natural, y en promedio solo los genomas que han mantenido su información continúan replicándose. La entropía en el ADN se mantiene, pero ese no es el nivel que se busca en la entropía.

Answer 2

La respuesta corta es que la vida en la Tierra es un sistema complicado para absorber la energía del Sol para contrarrestar los efectos de la entropía.

La energía del sol es capturada por la fotosíntesis y convertida en enlaces covalentes de alta energía. La energía en estos enlaces covalentes se sacrifica para crear los enlaces covalentes en los azúcares. Estos azúcares son consumidos por los animales y reconvertidos en enlaces covalentes de alta energía, cuya energía se sacrifica para potenciar la replicación del ADN y reparar las enzimas que reducen la entropía del ADN.

Todos los procesos mencionados en el párrafo anterior son menos que perfectamente eficientes, lo que significa que la energía se pierde en el calor. Solo el suministro continuo de energía del sol permite que estos procesos continúen indefinidamente (hasta que el sol se quede sin gas, al menos).

Si midiera la entropía del sistema Sol + Tierra, en lugar de solo la Tierra, encontrará que mientras la entropía se mantiene localmente baja en los organismos vivos, la entropía del sistema en su conjunto aumenta.

Answer 3

Sexo.

Al combinar dos copias de ADN de dos padres diferentes, cada descendencia tiene 2 copias de cada gen (una porción de ADN que se ha identificado para tener una función específica), por lo que si una copia se corrompe más allá de su uso, la segunda copia funcionará, por lo que Ningún problema se manifestará. A menos que ambos padres tengan una corrupción en este gen, en cuyo caso podría no funcionar, y la descendencia será defectuosa, lo que significa que es menos probable que transmitan el gen defectuoso, lo que garantiza que la especie siga siendo viable. Por supuesto, si el gen corrompido resulta ser útil para la descendencia; por ejemplo, ser capaz de hablar, tolerancia a la lactosa o tener caninos realmente grandes, puede hacer que esa descendencia tenga más éxito en la reproducción y se convierta en un rasgo común en la población. Esto es evolución, y con el tiempo hace que una especie sea mejor para sobrevivir en su entorno. Algunas variaciones genéticas no tienen ningún efecto sobre la aptitud física para sobrevivir y reproducirse (como calvicie, pelo de jengibre, un dedo extra o una nariz distintiva), y por lo tanto persiste en la población y se suma a la variedad de la especie. En gran parte, esta es la razón por la que todos se ven diferentes, pero las personas relacionadas suelen compartir un parecido en muchas características.

De hecho, es un poco más complejo porque cada padre tiene dos copias de cada gen, y en términos generales, la mezcla de genes que cada padre contribuye es aleatoria, por lo que algunos descendientes recibirán dos genes buenos y uno mutado y no mostrarán la mutación, pero podría pasarla a sus hijos, algunos tendrán dos buenos y no podrán transmitir la mutación, y algunos tendrán ambas versiones mutadas y el gen no funcionará de la misma manera que si tuvieran las buenas copias. Gregor Mendel es un monje número 19 que realizó experimentos para determinar exactamente cómo se heredan los rasgos.

En los hombres, algunos genes (en el cromosoma ‘Y’) solo se pueden heredar del padre (y solo se pueden transmitir a un hijo), y no hay posibilidad de una buena copia de su madre (porque no tiene el cromosoma ‘Y’) por lo que cualquier variación siempre será evidente en los hombres, pero no se puede pasar a la mujer.

Es justo decir que el ADN de los primeros mamíferos ha sido destruido por el ruido / la entropía durante generaciones para dar como resultado seres humanos, gatos y perros, y es probable que a lo largo de generaciones nuestro ADN cambie de manera igualmente espectacular en el futuro.

Para completar, también hay MDNA que se encuentra en los centros de poder de las células (que en realidad son bacterias que fueron absorbidas y secuestradas hace eones por nuestras células para metabolizar el combustible y proporcionar energía), que solo pueden heredarse de la madre. Los defectos en esto pueden causar enfermedades, y no pueden solucionarse heredando una buena copia del padre. Nuevamente, es menos probable que cualquier persona afectada con un MDNA defectuoso, o elija reproducir y transmitir su MDNA a la descendencia. Si una madre tenía MDNA defectuosa, también lo haría su descendencia. Los padres no pueden pasar el MDNA defectuoso.