6.2: Estudio 1- Evolución de la vida en la tierra

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Este estudio [2] se inspira en una cita de Max Delbruck: “Cualquier célula viva lleva consigo la experiencia de mil millones de años de experimentación por parte de sus antepasados”. En esta dirección, es posible encontrar evidencia en los genomas de organismos vivos de cambios ambientales antiguos con grandes impactos biológicos. Por ejemplo, el oxígeno que la mayoría de los organismos utilizan actualmente habría sido extremadamente tóxico para casi toda la vida en la tierra antes de la acumulación de oxígeno a través de la fotosíntesis oxigénica. Se sabe que este suceso ocurrió hace aproximadamente 2.4 mil millones de años y provocó una dramática transformación de la vida en la tierra.

Se desarrolló un algoritmo de programación dinámica para inferir eventos de nacimiento, duplicación, pérdida y transferencia génica horizontal dada la filogenia de especies y filogenia de diferentes genes. La transferencia horizontal de genes es el evento en el que las bacterias transfieren una porción de su genoma a otras bacterias de diferentes grupos taxonómicos.

La Figura 6.1 muestra una visión general de estos eventos inferidos en un árbol filogenético enfocándose en la vida procariota. En cada nodo, el tamaño del gráfico circular representa la cantidad de cambio genético entre dos ramas y cada porción coloreada representa la tasa de un evento de modificación genética particular. Partiendo de la raíz del árbol, vemos que casi todo el gráfico circular está representado por genes recién nacidos representados por rojo. Sin embargo, hace alrededor de 2.5 mil millones de años los cortes verdes y azules se vuelven más prevalentes, lo que representa la tasa de transferencia génica horizontal y eventos de duplicación génica.

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Figura 6.1: Árbol de la vida que muestra tasas de nacimiento, duplicación, pérdida y transferencia génica horizontal en cada punto de ramificación.

En la Figura 6.2, se puede observar un pico grande durante el eón arcaico que representa una gran cantidad de cambio genético en la tierra que ocurre durante este período de tiempo en particular. Este estudio buscó la actividad enzimática de genes que nacieron en este eón diferentes a los genes que ya estaban presentes. En el lado derecho de la Figura 6.2, se muestran los niveles logarítmicos de enriquecimiento de diferentes metabolitos. Se descubrió que la mayoría de los metabolitos enriquecidos producidos por estos genes son funcionales en la reducción de oxidación y el transporte de electrones. En general, este estudio sugiere que la vida inventó la cadena moderna de transporte de electrones hace alrededor de 3.3 mil millones de años y hace alrededor de 2.8 mil millones de años, los organismos evolucionaron para usar las mismas proteínas que se utilizan para producir oxígeno también para respirar oxígeno.