Evoluția moleculară

Evoluția moleculară se referă la procesul evolutiv aplicat ADN-ului , ARN-ului și proteinelor . Evoluția moleculară s-a născut ca disciplină științifică în anii 1960 , când oamenii de știință din diferite discipline ( biologie moleculară , biologie evolutivă și genetică a populației ) au început să interpreteze descoperirile recente în structura și funcția acizilor nucleici și a proteinelor. Unele subiecte care au stimulat în mod deosebit dezvoltarea acestui domeniu au fost evoluția funcției enzimelor, utilizarea divergenței dintre acizii nucleici ca ceas molecular pentru a studia divergențele dintre specii și originea ADN-ului nedorit .

Evoluțiile recente în genomică , inclusiv secvențierea genomului întreg, caracterizarea proteinelor cu un randament ridicat și bioinformatica au condus la o creștere imensă a studiului subiectului. În ultimii ani, unele dintre cele mai dezbătute subiecte sunt rolul duplicării în dezvoltarea de noi funcții genetice, limita evoluției moleculare adaptive în comparație cu neutrele și identificarea modificărilor moleculare responsabile de diferite caracteristici umane, în special cele asociate cu infecțiile. boli și cunoaștere .

Principiile evoluției moleculare

Mutații

Același subiect în detaliu: Mutația genetică .

Mutațiile sunt modificări ale materialului genetic ( ADN și mai rar ARN ) al unui organism; ele pot apărea spontan sau pot fi induse de agenți fizici sau chimici anumiți numiți mutageni . Dacă nu sunt recunoscute și reparate corect de sistemele de reparare a ADN-ului , acestea devin fixate permanent în genom și sunt moștenite de generațiile următoare. Mutațiile pot avea fie un efect pozitiv, fie (mai frecvent) negativ, fie pot fi neutre .

Mutațiile furnizează în esență „materia primă” asupra căreia acționează evoluția ; de fapt, ele creează condiția necesară a variabilității genetice într-o populație, procesele de recombinare genetică operează asupra acesteia, formând diferitele combinații alelice ale fiecărui individ; în cele din urmă aceste combinații pot fi supuse diferitelor procese evolutive care modifică frecvențele diferitelor alele.

Cauzele modificării frecvenței alelice

Același subiect în detaliu: Genetica populației .

După ce mutațiile au schimbat secvența genelor, creând noi forme alelice , există trei procese care determină și schimbă frecvența unei alele:

selecție, în special selecție naturală și sexuală . Primul este produs de diferitele mortalități și fecundități ale diferitelor organisme. Mortalitatea diferențială este definită ca rata de supraviețuire a indivizilor înainte de vârsta lor de reproducere; persoanele cu mortalitate mai mică vor fi mai susceptibile de a intra în vârstă fertilă și vor fi, în acest moment, selectate pe baza fertilității diferențiale; cu cât fertilitatea diferențială este mai mare, cu atât este mai probabil să transmiteți genele următoarei generații. Ca urmare, alelele care oferă o mortalitate mai mică și o fertilitate mai mare vor crește în frecvență în populație.
deriva genetică , care determină variații ale frecvenței alelice care nu pot fi urmărite înapoi la acțiunea de selecție, dar se datorează unor evenimente care nu au legătură cu caracterul ereditar . Fenomenul este în general o consecință a încrucișărilor în cadrul populațiilor mici; în special de asemenea dimensiuni încât să nu poată obține o descendență suficient de mare pentru a menține aceeași distribuție genică a generației parentale.
migrarea ( fluxul de gene ), care este singurul agent capabil să mărească și să „amestece” bazele genetice ale diferitelor populații.

Forțele motrice ale evoluției moleculare

Pe baza importanței atribuite diferitelor forțe care mișcă evoluția, au fost dezvoltate trei explicații diferite pentru evoluția moleculară. ^[1]

Chiar dacă recunosc importanța derivei genetice pentru mutațiile silențioase ^[2], susținătorii ipotezei selecției afirmă că motorul real al evoluției este selecția și echilibrarea mutațiilor pozitive. Aceste ipoteze se bazează adesea pe conceptul mai larg de panselecționism , adică pe ideea că selecția este singura forță suficient de puternică cu care poate explica evoluția, relegând astfel deriva genei și mutațiile pe un rol minor. ^[1]

Ipoteza neutralistă , pe de altă parte, se concentrează pe importanța mutațiilor, mai degrabă decât pe derivă și selecție. ^[3] Introducerea teoriei neutre a evoluției , de către Motoo Kimura , ^[4] urmată rapid de concluziile obținute independent de Jack L. King și Thomas H. Jukes , ^[5] au condus la dezbateri aprinse cu privire la relevanța neo - Darwinismul la nivel molecular. Cea mai recentă expunere a teoriei neutre a evoluției a extins perspectiva neutralistă, sugerând că mai multe mutații sunt aproape neutre; ceea ce înseamnă că atât deriva aleatorie, cât și selecția naturală sunt relevante pentru dinamica lor. ^[6] ^[7]

În cele din urmă, ipoteza mutaționalistă subliniază rolul derivării genelor și a altor efecte distorsionante în modul în care răspândirea și distribuția mutațiilor variază. ^[8] Suedoka a fost primul care a propus un punct de vedere mutaționist modern. El a propus că variabilitatea conținutului de GC nu a fost rezultatul selecției pozitive , ci o consecință a presiunii mutaționale a GC. ^[9]

Aplicații și discipline conexe

De-a lungul timpului, evoluția, care funcționează la nivel molecular, a generat marea variabilitate genotipică (și, prin urmare, fenotipică ) pe care o avem astăzi între diferite organisme. În general, se poate spune că multe secvențe de ADN (atât de codificare, cât și de reglare) au fost păstrate în diferitele ramuri în care sunt împărțite speciile și acest lucru se datorează faptului că le sunt favorabile (stabilizarea selecției); alte secvențe, pe de altă parte, s-au schimbat în timp și, în multe cazuri, prin selecție pozitivă : adică au „evoluat” în așa fel încât să confere avantaje evolutive speciilor care le-au moștenit. Acest set de similitudini și diferențe este utilizat în diferite domenii de cercetare, dintre care cele mai importante sunt sistematica moleculară și genomica comparativă . În toate cazurile, relațiile dintre genomurile diferitelor organisme au fost scoase la lumină mai ales datorită secvențierii unui număr din ce în ce mai mare de genomi (sau porțiuni din acesta) ale diferitelor specii și datorită tehnicilor precum cercetarea BLAST .

Studii moleculare de filogenie

Același subiect în detaliu: Filogenetica .

Sistematica moleculară este o ramură care provine din domeniile tradiționale ale sistematicii și geneticii moleculare . Scopul său este de a utiliza date despre constituția moleculară (a ADN-ului sau ARN-ului) organismelor biologice și a le aplica pentru rezolvarea problemelor sistematice; de exemplu, oferă informații suplimentare, folosind punctul de vedere al biologiei evoluției, pentru clasificare științifică și taxonomie . În practică, diferențele și asemănările dintre genomi sunt utilizate pentru a cuantifica (într-un mod aproximativ) gradul de rudenie a celor două specii de care aparțin și momentul din istoria evoluției în care s-au divizat. Adesea acest rezultat se obține luând în considerare așa-numitul ceas molecular : acest model matematic face posibilă determinarea „distanței” evolutive pe baza numărului și tipului diferențelor dintre genomi. Analizele sistematice moleculare necesită de obicei secvențierea a aproximativ o mie de perechi de baze .

Genomică comparativă

Genomica comparativă este studiul relațiilor dintre genomurile diferitelor specii . Această disciplină s-a dezvoltat pentru a găsi ADN funcțional (așa-numita descoperire a genei ) în genomii complecși prin studierea celor mai simple. Și aici, secvențe analoage sau similare sunt identificate în genomi diferiți: dacă izolezi o genă cu o funcție nouă într-un organism, poți căuta secvențe similare la alte specii (de exemplu omul) și, dacă sunt găsite, ar putea avea același scop și în ele. Sau prin studierea secvențelor parțial analoage este posibil să se studieze modul în care evoluția a funcționat asupra genomului și cu ce efecte biochimice și morfologice, de exemplu evoluția acțiunii și funcției proteinelor.

Cercetători cheie ai evoluției moleculare

Unii savanți care au adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea acestui domeniu:

Motoo Kimura - Teorie neutră
Masatoshi Nei - Adaptationism
Walter M. Fitch - Reconstrucție filogenetică
Joe Felsenstein - Metode filogenice
Susumu Ohno - Dublarea genelor
John H. Gillespie - Matematica adaptării

Ziare și societate

Jurnalele dedicate evoluției moleculare includ: Biologie moleculară și evoluție , Jurnal de evoluție moleculară și Moleculară și filogenetică și evoluție . Cercetările în acest domeniu sunt publicate și în reviste de genetică , biologie moleculară , genomică , sistematică și biologie evolutivă . Society for Molecular Biology and Evolution publică revista „Molecular Biology and Evolution” și organizează în fiecare an o întâlnire internațională pe această temă.

Notă

^ ^a ^b Graur, D. și Li, W.-H., Fundamentals of molecular evolution , Sinauer, 2000.
^ Gillespie, J. H , Cauzele evoluției moleculare , Oxford University Press , New York, 1991, ISBN 0-19-506883-1 .
^ Kimura, M. , The Neutral Theory of Molecular Evolution , Cambridge University Press , Cambridge, 1983, ISBN 0-521-23109-4 .
^ Motoo Kimura, Rata evolutivă la nivel molecular ( PDF ), în Nature , vol. 217, 1968, pp. 624-626 (arhivat din original la 5 iulie 2007) .
^ King, JL și Jukes, TH, Non-Darwinian Evolution ( PDF ), în Știință , vol. 164, 1969, pp. 788-798.
^ Ohta, T, Teoria aproape neutră a evoluției moleculare , în Revista anuală de ecologie și sistematică , vol. 23, 1992, pp. 263-286.
^ Ohta, T. , Aproape de neutralitate în evoluția genelor și reglarea genelor , în Proceedings of the National Academy of Sciences , vol. 99, 2002, pp. 16134-16137.
^ Nei, M. , Selecționismul și neutralismul în evoluția moleculară , în Biologia și evoluția moleculară , 22 (12), 2005, pp. 2318-2342.
^ Sueoka, N., Despre evoluția macromoleculelor informaționale , în In: Bryson, V. și Vogel, HJ (eds), Evolving gene and protein , Academic Press, New-York, 1964, pp. 479-496.

Bibliografie

( EN ) Li, W.-H. , Molecular Evolution , Sinauer, 2006, ISBN 0-87893-480-4 .
(EN) Lynch, M. , The Origins of Genome Architecture, Sinauer, 2007, ISBN 0-87893-484-7 .

Elemente conexe

linkuri externe

(EN) Molecular Evolution , of Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tesauro BNCF 49542 · LCCN (EN) sh85022912 · BNF (FR) cb11965244g (dată)

Portalul de biologie : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie

[Graur00-1] Graur, D. și Li, W.-H., Fundamentals of molecular evolution , Sinauer, 2000.

[Gillespie91-2] Gillespie, J. H , Cauzele evoluției moleculare , Oxford University Press , New York, 1991, ISBN 0-19-506883-1 .

[Kim83-3] Kimura, M. , The Neutral Theory of Molecular Evolution , Cambridge University Press , Cambridge, 1983, ISBN 0-521-23109-4 .

[Kimura68-4] Motoo Kimura, Rata evolutivă la nivel molecular ( PDF ), în Nature , vol. 217, 1968, pp. 624-626 (arhivat din original la 5 iulie 2007) .

[KingJukes69-5] King, JL și Jukes, TH, Non-Darwinian Evolution ( PDF ), în Știință , vol. 164, 1969, pp. 788-798.

[Ohta92-6] Ohta, T, Teoria aproape neutră a evoluției moleculare , în Revista anuală de ecologie și sistematică , vol. 23, 1992, pp. 263-286.

[Ohta02-7] Ohta, T. , Aproape de neutralitate în evoluția genelor și reglarea genelor , în Proceedings of the National Academy of Sciences , vol. 99, 2002, pp. 16134-16137.

[Nei05-8] Nei, M. , Selecționismul și neutralismul în evoluția moleculară , în Biologia și evoluția moleculară , 22 (12), 2005, pp. 2318-2342.

[Sueoka64-9] Sueoka, N., Despre evoluția macromoleculelor informaționale , în In: Bryson, V. și Vogel, HJ (eds), Evolving gene and protein , Academic Press, New-York, 1964, pp. 479-496.

[1]

[2],

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]