Dovezile moleculare ale evoluției

Moleculele păstrează urme ale istoriei evolutive. ADN-ul, ARN-ul și proteinele pot fi comparate între organisme. Secvențele asemănătoare ale unor gene omoloage sugerează moștenirea de la un strămoș comun; diferențele acumulate pot ajuta la estimarea relațiilor dintre linii. Codul genetic aproape universal și mecanismele celulare comune sunt alte indicii ale originii comune a vieții. Totuși, două secvențe asemănătoare nu oferă singure o cronologie exactă sau un arbore complet.

Pentru o comparație corectă, cercetătorii aleg gene potrivite, aliniază secvențele și folosesc mai multe surse de date. Unele gene evoluează repede, altele lent, iar transferul orizontal de gene la microorganisme poate complica arborele. O „asemănare de 90%” nu are aceeași semnificație pentru orice regiune a genomului. Când interpretezi un tabel, întreabă ce secvență a fost comparată, cât este de lungă și dacă este într-adevăr omoloagă. Completează comparația moleculară cu fosile, anatomie și distribuție geografică. Lecțiile Dovezile evoluției, Genomica și Evoluția omului arată imaginea de ansamblu, metoda și un exemplu de aplicare.

Compararea aceleiași proteine la specii diferite poate arăta gradul de înrudire. De exemplu, la hemoglobină sau la citocromul c se compară aminoacizii din poziții corespunzătoare la om, cimpanzeu, cal și pește; mai puține diferențe susțin o înrudire mai apropiată. O estimare a timpului de separare prin „ceas molecular” folosește ritmul schimbărilor și se calibrează cu fosile, nu se deduce direct dintr-un singur procent de asemănare.

Procesele metabolice comune oferă și ele dovezi ale originii comune. Organismele folosesc ATP în transferul energiei, iar proteinele lor se construiesc din aceleași 20 de tipuri uzuale de aminoacizi. Glicoliza este o cale metabolică întâlnită în linii foarte diferite de organisme. Asemănarea codului genetic și a sintezei proteinelor completează comparația secvențelor ADN și ARN.

Dovezile moleculare se bazează pe universalitatea codului genetic: aceleași codoni specifică aceiași aminoacizi la bacterii, plante și animale, cu mici excepții. Genele omoloage sunt gene cu origine comună. Pseudogenele sunt gene care și-au pierdut funcția prin mutații. Exemplu: gena GULO, necesară sintezei vitaminei C, este nefuncțională la om și la alte primate, de aceea vitamina C trebuie luată din hrană; la majoritatea mamiferelor ea funcționează. Retrovirusurile endogene sunt secvențe virale integrate în genom; poziții identice la om și la cimpanzeu indică moștenirea de la un strămoș comun. Ceasul molecular estimează timpul de separare a două linii pornind de la numărul diferențelor și de la ritmul mutațiilor.

Exemplu rezolvat 1: compararea citocromului c. Citocromul c are 104 aminoacizi. Valorile de mai jos sunt rotunjite, didactice, pentru numărul de poziții diferite față de omul actual.

1. Cimpanzeu: 0 diferențe, adică $\frac{0}{104}=0\%$.
2. Macac rhesus: 1 diferență, $\frac{1}{104}\approx 1\%$.
3. Cal: 12 diferențe, $\frac{12}{104}\approx 11,5\%$.
4. Ton: 21 diferențe, $\frac{21}{104}\approx 20\%$. Drojdie de bere: 44 de diferențe, $\frac{44}{104}\approx 42\%$.
5. Concluzia: numărul diferențelor crește cu depărtarea evolutivă. Omul este cel mai apropiat de cimpanzeu și cel mai îndepărtat de drojdie, ordine care coincide cu cea dată de anatomie și de fosile.

Exemplu rezolvat 2: ceasul molecular. Două secvențe ale aceleiași gene diferă în 2% din poziții. Fiecare linie acumulează mutații cu viteza de 0,1% la un milion de ani.

1. Cele două linii evoluează independent de la separare, deci diferența se adună pe ambele: viteza totală este $2\cdot 0,1\%=0,2\%$ la milion de ani.
2. Timpul de separare: $T=\frac{2\%}{0,2\%/\text{milion ani}}=10$ milioane de ani.
3. Rezultatul este o estimare. Ritmul se calibrează cu fosile datate, iar valoarea este valabilă numai dacă ritmul a fost constant.

Rezultatele moleculare se confruntă cu cele din anatomie și paleontologie. Când arborele construit din secvențe coincide cu cel construit din fosile, concluzia este mai sigură.

Greșeli frecvente

• Greșit: Un procent de asemănare stabilește singur data separării a două linii.
  Corect: Datarea cere modele, rate calibrate și alte dovezi.
• Greșit: Orice două gene cu nume asemănător pot fi comparate ca omoloage.
  Corect: Omologia secvențelor trebuie stabilită prin criterii biologice și analitice.
• Greșit: Pseudogenele sunt gene care funcționează mai slab decât cele normale.
  Corect: Pseudogenele sunt gene nefuncționale, care păstrează urme ale funcției avute de la strămoși.

Înainte și după