La mioglobina, molécula que almacena oxígeno en los músculos, consiste de una cadena de 153 aminoácidos envueltos alrededor de una molécula de oxígeno. La secuencia de aminoácidos en la mioglobina varía de especie a especie, revelando la relación evolutiva entre los organismos.

Similitudes durante el desarrollo

La embriología, el estudio del desarrollo biológico desde la concepción, es otra fuente de evidencia independiente para la descendencia común. Los percebes, por ejemplo, son crustáceos sedentarios con pequeñas similitudes aparentes con otros crustáceos tales como las langostas, camarones o copépodos. Sin embargo, los percebes, pasan a través de una etapa larvaria en la cual lucen como otras larvas de crustáceos. La similitud de las etapas larvarias da soporte la conclusión de que todos los crustáceos tienen componentes homólogos y un ancestro común.

Similarmente, una amplia variedad de organismos desde la mosca de las frutas a los gusanos, o los ratones a los humanos, tienen una secuencia de genes muy similar, que están activos en las etapas primarias del desarrollo. Estos genes influencian en la segmentación del cuerpo o en la orientación de los diversos grupos. La presencia de genes similares realizando funciones similares a través de un amplio rango de organismos es la mejor explicación acerca de que las especies actuales tuvieron ancestros comunes.

Nueva evidencia de la biología molecular

El principio unificador de la descendencia común que emergió de todas las líneas de evidencia precedentes esta siendo reforzada por los descubrimientos de la bioquímica moderna y la biología molecular.

El código utilizado para traducir las secuencias de nucleótidos en secuencias de aminoácidos es esencialmente la misma en todos los organismos. Es más, las proteínas en todos los organismos están compuestas invariablemente del mismo conjunto de 20 aminoácidos. Esta unidad de composición y funciones es un argumento poderoso a favor de la descendencia común de los más diversos organismos.

En 1959, científicos de la Cambridge University, en el Reino Unido, determinaron la estructura tridimensional de dos proteínas encontradas en casi todos los animales multicelulares: la hemoglobina y la mioglobina. La hemoglobina es la proteína que transporta el oxígeno en la sangre. La mioglobina recibe oxígeno de la hemoglobina y lo almacena en el tejido hasta que se necesita. Estas fueron las primeras estructuras proteínicas tridimensionales desveladas, y redituaron en algunas revelaciones clave. La Mioglobina tiene una cadena simple de 153 aminoácidos envueltos alrededor de un grupo de hierro y otros átomos (Llamados “Hemo”), los cuales ‘atan’ al oxígeno. La hemoglobina, en contraste, está compuesta de cuatro cadenas: dos idénticas consistentes de 141 aminoácidos y otras dos (Idénticas también) consistentes de 146 aminoácidos. Sin embargo, cada cadena tiene un hemo exactamente como el de la mioglobina y cada una de las cuatro cadenas está plegada como la mioglobina. Así que fue obvio de inmediato concluir, que ambas moléculas estaban relacionadas de forma muy cercana.

Durante las siguientes dos décadas, fueron determinadas las secuencias de mioglobina y hemoglobina para mamíferos, aves, reptiles, anfibios, peces, gusanos y moluscos. Todas esas secuencias estaban relacionadas de manera tal que se pudieron comparar con confianza con las estructuras tridimensionales de los dos estándares seleccionados (Mioglobna de ballena y hemoglobina de caballo). Aún más significativo, las diferencias entre las secuencias de los diferentes organismos puede ser utilizada para construir un árbol genealógico de la variación de la hemoglobina y la mioglobina entre los organismos. Este árbol concuerda por completo con las observaciones derivadas de la paleontología y la anatomía acerca de la descendencia común de los organismos correspondientes.

Historias familiares similares se han obtenido de estructuras tridimensionales y secuencias de aminoácidos de otras proteínas, tales como el citocromo c (Una proteína que participa en la transferencia de energía) y la proteínas digestiva, tripsina. La revisión de la estructura molecular ofrece una extremadamente poderosa herramienta para estudiar las relaciones evolutivas. La cantidad de información es potencialmente enorme (Tan grande como las miles de proteínas diferentes contenidas en los organismos vivos, y limitado solamente por el tiempo y los recursos de los biólogos moleculares.

Como la habilidad para secuenciar los nucleótidos que conforman el ADN ha mejorado, es también posible utilizar los genes para reconstruir la historia evolutiva de los organismos. Debido a las mutaciones, la secuencia de nucleótidos en un gen cambia gradualmente con el tiempo. Cuanto más estrechamente relacionados son dos organismos, cuando menos, su ADN será diferente. Dado que hay decenas de miles de genes en el ser humano y otros organismos, el ADN contiene una cantidad tremenda de información acerca de la historia evolutiva particular.

Los genes evolucionan a diferente ritmo porque, aunque la mutación es un evento al azar, algunas proteínas son más tolerantes a los cambios en su secuencia de aminoácidos que otras. Por esta razón, los genes que los codifican son más tolerantes, que aquellas proteínas con menos restricciones que evolucionan más rápido. La velocidad promedio a la cual un gen particular o proteína evoluciona da lugar al concepto “Reloj molecular”. Este ‘reloj’ rápidamente para aquellas proteínas con pocas restricciones y más lentamente para aquellas que toleran el cambio más fácilmente.

La figura 2 compara tres relojes moleculares: 1) Citocromo c (La cuál interactúa íntimamente con otras macromoléculas y es muy limitado en sus secuencias de aminoácidos); 2) Hemoglobinas (Las cuales interactúan principalmente con oxígeno y otras moléculas pequeñas); 3) Fibrinopéptidos (Son fragmentos de proteínas obtenidos a partir de proteínas grandes – fibrinógenos – cuando la sangre se coagula). El reloj para los fibrinopéptidos corre rápidamente, 1% de los aminoácidos cambia en un periodo aproximado de un millón de años. En el otro extremo, el reloj molecular corre muy lentamente para el citocromo c, un cambio de 1% en su secuencia de aminoácidos requiere 20 millones de años. El reloj de la hemoglobina es intermedio.

El concepto del reloj molecular es conveniente por dos propósitos, determina la relación evolutiva de los organismos e indica el momento en el pasado cuando las especies comenzaron a diferenciarse unas de otras. Una vez se ha calibrado el reloj para un gen o proteína particular como referencia para algún evento cuyo tiempo es conocido, el tiempo cronológico actual cuando otros eventos ocurran puede ser determinado examinando la proteína o el árbol genealógico.

Una línea interesante adicional de evidencia que dé soporte a la evolución involucra secuencias de ADN conocidas como “pseudogenes”, estos son remanentes de genes que ya no tienen ninguna función pero continúan transmitiéndose con el ADN como un ‘excedente de equipaje’. Los pseudogenes también cambian a través del tiempo, conforme van pasando de los ancestros a los descendientes y ofrecen una útil vía de reconstrucción de relaciones evolutivas.

Con genes funcionales, una explicación posible para la similitud relativa entre genes de organismos diferentes es que sus formas de vida son similares (Por ejemplo, los genes de un caballo y una cebra pueden ser más similares porque su hábitat y conducta son más similares que los genes de un caballo y un tigre). Pero esta posible explicación no funciona para los pseudogenes, dado que no desempeñan ninguna función. Más bien, el grado de similitud entre los pseudogenes debe simplemente reflejar su relación evolutiva. Entre más remoto sea el ancestro común de dos organismos, más distintos serán sus pseudogenes.

La evidencia para la evolución, desde el punto de vista de la biología molecular es abrumadora y está creciendo rápidamente. En algunos casos, esta evidencia molecular hace posible ir más allá en la evidencia paleontológica. Por ejemplo, ya tiene tiempo que se postuló que las ballenas descienden de mamíferos terrestres que optaron por regresar al mar. La evidencia paleontológica y anatómica, los parientes más cercanos a las ballenas que aún moran la tierra, podrían ser los mamíferos ungulados artiodáctilos (ganado moderno, ovejas, camellos, cabras, etc.). Comparaciones recientes de algunos genes de proteína de leche (Beta-caseína y Kappa-caseína) han confirmado esta relación y sugieren que pariente terrestre más similar a la ballena sería el hipopótamo. En este caso, la biología molecular ha aumentado el registro fósil. 

 

Las especies que se han diversificado desde hace tiempo tienen más diferencias en sus proteínas correspondientes, reflejando cambios en los aminoácidos a través del tiempo.

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