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Borja TosarIgnacio CrespoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetquímica prebiótica origen vidaanálisis filogenético organismos genessecuencias adn aminoácidos relación directainferencia estadistica relaciones evolutivasestromatolitos hace 3500 millones añosgenes parálogos duplicación en el adnevolución independiente genes parálogosmanuscritos antiguos genes parálogosgenes parálogos evolucionan independientementeproteínas parálogas codifican funciones diferentesduplicación gen ancestral genera parálogosMoodyADNJuan Carlos GilOparínLucaFrancis Villatorogen AIgnacio CrespoCristina Hernández GarcíaADN mitocondrial
Análisis filogenético organismos genes
Con
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Juan Carlos Gil explica las diferentes formas de acceder al origen de la vida, incluyendo estudios químicos, simulaciones y análisis filogenéticos para reconstruir relaciones evolutivas entre organismos.
…el ácido acético. O sea, la evolución ya había hecho bastantes cosas cuando llegó Luca, y a pesar de que fue 300 millones de años después de que esto fuese una bola de fuego, por simplificar, o sea, es fascinante lo rápido que surgió. Pero ¿qué había antes? Pues en general podemos acceder al origen de la vida de varias formas: estudios de química prebiótica, simulaciones, indicios geológicos, indicios geoquímicos y bueno, fósiles cuando ya los hay, que no es hasta muchísimo más tarde. Pero una herramienta que es especialmente útil y poderosa es el análisis filogenético, el conjunto de métodos que permite reconstruir relaciones evolutivas entre organismos, genes e incluso proteínas, normalmente comparando sus secuencias de ADN o también de aminoácidos, entre los que hay una relación bastante directa. Y cuando hablamos específicamente de inferencia filogenética, pues enfatizamos eso, la palabra inferencia, porque no se trata de observar a los organismos directamente ni al árbol, sino que inferimos estadísticamente a partir de sus descendientes actuales lo que pudo haber entonces. Insisto en que no hay fósiles, ¿vale? Los primeros fósiles son estromatolitos de hace 3.500 millones de años, estamos hablando de 800 millones de años antes. Bueno, pues este trabajo de Moody de 2024 utilizó unos genes muy particulares que son los genes parálogos, que os recuerdo rápidamente que son Imaginemos un organismo que tiene un gel cualquiera, llamémoslo gen A, y a lo largo de los millones de años, pues ese gen por error, típicamente por error, se duplica en el ADN Se fijan dos copias, A y B, y a partir de entonces sigue pasando el tiempo y pueden evolucionar de forma independiente Es como si nos encontramos dos manuscritos antiguos, que son dos copias de un mismo original, pero que cada uno sigue una vida de copia y requetecopia distinta y van acumulando errores y sus propias variaciones En biología, muchas veces una de estas dos copias acaba desapareciendo. Otras veces se conservan las dos y se diferencian. Esto es fascinante, ¿dos cosas que servían para lo mismo? Siguen evolucionando y acaban haciendo cosas distintas, funciones diferentes. Bueno, pues esos dos genes que proceden de una duplicación de un mismo gen ancestral es lo que se llama genes parálogos y por extensión las proteínas que permiten codificar se llaman proteínas parálogas. Juan Carlos, un ejemplo más famoso, el ejemplo quizás más famoso de toda la biología: la hemoglobina. Que tienes la globina A y la globina B, que son parálogas tal cual, están codificadas por genes diferentes que en su día correspondían a un mismo gen…
Significado #1 · Palabras #2
Juan Carlos Gil explica las diferentes formas de acceder al origen de la vida, incluyendo estudios químicos, simulaciones y análisis filogenéticos para reconstruir relaciones evolutivas entre organismos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2química prebiótica origen vidaanálisis filogenético organismos genessecuencias adn aminoácidos relación directainferencia estadistica relaciones evolutivasestromatolitos hace 3500 millones añosgenes parálogos duplicación en el adnevolución independiente genes parálogosmanuscritos antiguos genes parálogosgenes parálogos evolucionan independientementeproteínas parálogas codifican funciones diferentesduplicación gen ancestral genera parálogos…el ácido acético. O sea, la evolución ya había hecho bastantes cosas cuando llegó Luca, y a pesar de que fue 300 millones de años después de que esto fuese una bola de fuego, por simplificar, o sea, es fascinante lo rápido que surgió. Pero ¿qué había antes? Pues en general podemos acceder al origen de la vida de varias formas: estudios de química prebiótica, simulaciones, indicios geológicos, indicios geoquímicos y bueno, fósiles cuando ya los hay, que no es hasta muchísimo más tarde. Pero una herramienta que es especialmente útil y poderosa es el análisis filogenético, el conjunto de métodos que permite reconstruir relaciones evolutivas entre organismos, genes e incluso proteínas, normalmente comparando sus secuencias de ADN o también de aminoácidos, entre los que hay una relación bastante directa. Y cuando hablamos específicamente de inferencia filogenética, pues enfatizamos eso, la palabra inferencia, porque no se trata de observar a los organismos directamente ni al árbol, sino que inferimos estadísticamente a partir de sus descendientes actuales lo que pudo haber entonces. Insisto en que no hay fósiles, ¿vale? Los primeros fósiles son estromatolitos de hace 3.500 millones de años, estamos hablando de 800 millones de años antes. Bueno, pues este trabajo de Moody de 2024 utilizó unos genes muy particulares que son los genes parálogos, que os recuerdo rápidamente que son Imaginemos un organismo que tiene un gel cualquiera, llamémoslo gen A, y a lo largo de los millones de años, pues ese gen por error, típicamente por error, se duplica en el ADN Se fijan dos copias, A y B, y a partir de entonces sigue pasando el tiempo y pueden evolucionar de forma independiente Es como si nos encontramos dos manuscritos antiguos, que son dos copias de un mismo original, pero que cada uno sigue una vida de copia y requetecopia distinta y van acumulando errores y sus propias variaciones En biología, muchas veces una de estas dos copias acaba desapareciendo. Otras veces se conservan las dos y se diferencian. Esto es fascinante, ¿dos cosas que servían para lo mismo? Siguen evolucionando y acaban haciendo cosas distintas, funciones diferentes. Bueno, pues esos dos genes que proceden de una duplicación de un mismo gen ancestral es lo que se llama genes parálogos y por extensión las proteínas que permiten codificar se llaman proteínas parálogas. Juan Carlos, un ejemplo más famoso, el ejemplo quizás más famoso de toda la biología: la hemoglobina. Que tienes la globina A y la globina B, que son parálogas tal cual, están codificadas por genes diferentes que en su día correspondían a un mismo gen…
Juan Carlos Gil explica cómo Moody y sus colaboradores utilizaron pares de parálogos presentes en Luca para datar a este último antepasado común de toda la vida.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #4luca antepasado común vidaparálogos presentes en lucaárbol del gen a bacterias arqueasárboles filogenéticos convergiendo paralelomarcas especiación árbol filogenético…la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución, bacterias y arqueas. Así que podemos reconstruir el árbol del gen A hacia atrás que llega al gen A de Luca por dos caminos, bacterias y arqueas, y lo mismo para el otro gen B. Con lo cual tenemos dos árboles filogenéticos convergiendo en paralelo y como todos han evolucionado en el mismo contexto, en ellos quedan marcas de acontecimientos de especiación, lo que nos van poniendo mojones en la carretera, marcas de tiempo Bueno, pues con esos árboles hacia atrás y esas marcas de tiempo somos capaces de extrapolar. Es lo que hicieron Moody en colaboradores y llegaron a estos sorprendentes 4.200 millones de años. No he repasado si este estudio se ha revisado porque a mí me explota la…
Juan Carlos Gil explica cómo la transferencia horizontal de genes complica la reconstrucción filogenética al hacer que organismos distantes parezcan compartir genes comunes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1transferencia horizontal de genes bacteriasgenes plásmidos linajes no emparentadosadn circular bacterias y virustransferencia horizontal de genesgenes resistencia antibióticos bacteriaslinajes árboles selva monosreconstrucción filogenética complicadaorganismos distantes genes comunesgenes compartidos transferencia reciente…estaba presente en Luca. Segundo, lo que se llama divergencia de secuencia; claro, dos proteínas pudieron ser, han sido homólogas en el pasado, pero durante todo este tiempazo han ido evolucionando y ahora es que no hay forma ni de reconocer que viniesen de La misma y la tercera, súper chulo, la transferencia horizontal de genes, que es un mecanismo fascinante que no se suele contar en cursos de biología de introducción y que me gustaría tener eso en ella un pelín. Afecta sobre todo a bacterias y arqueas en los que los genes no se heredan únicamente entre antepasados a descendientes, sino que pueden recibirlos de otros linajes no emparentados por transferencia de plásmidos. En bacterias el ADN es circular y pequeñito, cuando se desmonta una bacteria puede que ese ADN quede por ahí y pueda ser ingerido por otra o incluso transportado por virus. Hay virus que pasan de un organismo a otro y se puede llevar un cachito de ADN con él. Se me ocurría que es parecido a los monos en la selva, ¿no? La mayor parte del tiempo lo pasan subiendo y bajando por su propio árbol, pero de repente uno valiente salta de una rama a otra, ¿no? Los árboles serían linajes y los monos saltarines, transferencia horizontal y es algo que ocurre a lo largo de toda la historia, sigue pasando hoy; esto no se ha acabado. Por ejemplo, con genes de resistencia antibióticos, un problema de primer orden que nos afecta y que las bacterias en particular luchan contra nosotros, haciendo esta transferencia horizontal que nos viene fatal. En general, la transferencia horizontal, como podéis imaginar, complica muchísimo la reconstrucción filogenética porque puede haber dos organismos que realmente sean muy alejados pero que en determinados genes nos parecen comunes, pero no porque fuesen parálogos hace muchísimo tiempo sino porque se los han transferido hace 20 minutos en términos evolutivos, ¿vale? Así que esto produce un emborronamiento del árbol genealógico que, claro, a lo largo de 4.000 millones de años ponte tú a buscar; ese es el problema. Bueno, a pesar de todo este lío hemos conseguido identificar algunos parálogos universales y reconstruir…
Juan Carlos Gil, continuando una explicación sobre parálogos, introduce el concepto de ortólogos como genes similares con un ancestro común presente en distintas especies.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5genes evolucionan desde ancestro comúnfamilias de genes parálogos lucaanalogía genes descendientes comunesgenes ortólogos ancestro comúnluca primer organismo duplicación genéticaduplicación antes de ortólogos…color de ojos azules, pero la evolución sigue su curso y se vuelven a producir errores, cambios de letras, errores en la traducción y esas dos copias que inicialmente eran idénticas divergen, acaban siendo ligeramente distintas. Esos son dos genes para los. Y a partir de ahí uno se puede perder, uno puede desarrollar una función y ya no te da color de ojos azules, sino las orejas grandes. Son pares o familias, tríos, cuartetos de genes que inicialmente provenían de un gen común. Es como si los genes también tuviesen familias o descendientes, que bueno, estamos estirando mucho el lenguaje, pero es que es bastante directa la analogía. Entonces, algunos de estos genes parálogos de hoy estaban antes de Luca. Luca es el primer organismo del que derivamos todos, pero hay genes que él tenía ya duplicados, por tanto se produjo antes la duplicación. Si me permites un detalle, Juan Carlos, quizás también habría que recordar el tema de ortólogos, que son los genes que son muy parecidos entre sí, que tienen un ancestro común, pero que están en especies diferentes. Los parálogos están dentro de la misma especie, de los individuos de la misma especie; los ortólogos son los que están en especies distintas, aunque provienen de un ancestro común, que era una especie ancestral a esas dos especies. Y así ocurre, gracias…
Juan Carlos Gil resume la información sobre la herencia de Luca y explica cómo los autores esperan encontrar más rastros preluca en el futuro gracias a nuevos genomas y métodos filogenéticos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #18arqueas conservan gen prelucatransferencia horizontal linaje anterior lucaextinción organismo linaje prelucagen sobrevivió a la extinciónrastros preluca nuevos genomasmétodos filogenéticos linajes ocultosanálisis microorganismos ramas poco muestreadasparentescos luca nueva búsqueda…muy rara de la serila RNT, ARN de transferencia sintetasa, la ser RS, que encontramos en algunas arqueas y si se ve en el detalle de abajo es muy extraño porque esta rama aparece muy pronto, muchísimo más atrás de donde esperaríamos y la interpretación es Esa, que estas arqueas recibieron el gen no mediante descendencia directa sino mediante transferencia horizontal de algo que había ahí de algún linaje anterior a Luca y que luego se extinguió y por tanto solo la vemos ahí. Así que, fijaos, la transferencia horizontal que antes definía como un problema, como un emborronamiento, como una puñeta, pues aquí hace justo lo contrario: ha conseguido conservar una pista de un bichito pre-Luca que ya no existe ni ha dejado otras señales más que esa sutil. El organismo se extinguió, su linaje se extinguió, pero uno de sus genes pudo sobrevivir. Es como si en el ajuar, como si en la herencia de Luca, una rama de otra familia hubiera donado algún elemento para la herencia, un linaje antiguo que después desapareció y solo ha quedado ahí un anillo. Como parte de la herencia de otra familia, bueno pues este es el resumen de lo que había y a partir de aquí los autores miran hacia el futuro. Con toda probabilidad, argumentan: vamos a tener, hay mogollón de rastros preluca que quedan por descubrir y como tenemos dos cosas que nos van a permitir descubrirlos en los próximos años. Primero, mucho más genomas. Estamos haciendo ahora análisis de muchísimas ramas de microorganismos, incluso estaños, que estaban poco muestreadas. Y mejores, además, métodos filogenéticos. Esto permitirá que surjan copias raras que sobrevivieron en pocos linajes, de los cuales hay poca señal, que están ocultos en el ruido y que con estas herramientas aflorarán. Y es que además podemos buscar parentescos de otra manera. ¿recordáis uno de los problemas que también mencioné? Que era la divergencia de secuencia, donde al evolucionar van modificándose y es difícil reconocernas Bueno, pues resulta que la propia secuencia de aminoácidos en la proteína es más robusta, se suele…
Juan Carlos Gil explica que los parálogos universales no permiten rastrear el origen químico de la vida hasta los coacervados de Oparín, sino que se limitan al código genético, pero sí ayudan a extender la filogenia más allá de Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2coacervados de opari n origen vidafilogenia más allá de lucaparálogos universales código genético…Obviamente, no podemos ir para atrás hasta los 4.540 millones de años, hay una frontera y es la existencia del propio código genético. Si no hay código genético no hay nada que heredar que haya llegado hasta nuestros días y por tanto no hay nada donde mirar. Además, os decía: las pérdidas pueden haber borrado estos indicios y demás. Así que estos parálogos universales no nos llevan hasta el origen químico, si queréis, de la vida. Hasta los coacervados de Oparín, ¿no es así? Se queda en el código genético, claro, pero sí nos permite empujar la filogenia un poquito más allá de Luca y eso ha sido brutal. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Héctor, como te decía, porque demuestra o aclara o deja claro que Luca no es el principio de la vida. Cuando apareció ya había una maquinaria molecular que llevaba una razonablemente…
Ignacio Crespo continúa la conversación sobre el concepto de 'Luca', el último ancestro común universal, y cómo los estudios genéticos ofrecen pistas sobre lo que existió antes de él.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #5 · Palabras #14luca ancestro común universalgenes parálogos funciones celulareslínea filogenética único origencélula antes de luca…vivo como entendemos ahora, sino un metabolismo complejo, autorreplicable, que se encontraba en fumarolas hidrotermales, en el fondo de los océanos, en las alcalinas, que tienen como cavidades pequeñitas que pueden hacer también de frontera con el espacio. O sea, había muchas preguntas ahí no tan antiguas abiertas y este tipo de estudios nos da buenas pistas porque si realmente estos genes parálogos nos dicen esas funciones que estás comentando apuntan a que bueno al menos durante un tiempo previo a esa frontera sí que hablamos de una única línea filogenética por decirlo así un único origen y que ya había una célula como tal. Entonces todo eso son como aportes extras que ayudan a podar esas ramas de las especulaciones en torno al origen de la vida. Vale, pues muchas gracias Juan Carlos. Y después eso, que recordar a todos los oyentes que todo lo que digamos sobre Luca y más lo que digamos de antes de Luca, que hay que cogerlo muy entre comillas, ¿vale? Que estamos hablando de cosas que conforme avance…
Cristina Hernández García pregunta sobre cómo se miden las relaciones de parentesco entre seres vivos utilizando genes y moléculas. Héctor Socas explica que se emplean diferentes métodos según el grado de parentesco que se busca determinar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20genes y moléculas miden parentescoadn mitocondrial parientes cercanosribosomas conservados parentescos antiguoscristina hernández garcía pregunta genes…Bien. De las de hoy, pregunta Cristina Hernández García: ¿se podría explicar cómo se manejan tipos de genes iguales y moléculas para medir el parentesco entre seres vivos y con esto si la distinción entre micro y macroevolución tiene sentido? De forma muy compacta, no usamos las mismas cosas para medir; para parientes cercanos podemos usar regiones que evolucionan bastante rápido o cosas cercanas en el tiempo evolutivo como el ADN mitocondrial, que es un evento relativamente cercano. Si queremos irnos a parentescos muy antiguos, necesitamos cosas que estén muy bien conservadas como las que describía yo hoy, por ejemplo, los ribosomas, que son realmente antiquísimos y la relación entre micro y macroevolución, de la que se ha escrito mucho, puede ser útil para hablar de escalas distintas, pero obviamente no son fenómenos objetivamente distintos. No hay una frontera donde se pase de micro a macro, es simplemente que la macro emerge de muchas micros…
Francis Villatoro explica que la construcción de árboles filogenéticos es un proceso aleatorio y dependiente de los datos genéticos o fósiles seleccionados.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #3árboles filogenéticos proceso aleatoriogenes seleccionados distribución de árbolesexploración paleontológica caracteres huesosfilogenia molecular depende genes proteínasárboles filogenéticos información suplementariagenes proteínas árboles filogenéticoselección caracteres árboles filogenéticoscuestión estadística árboles filogenéticos…no son fenómenos objetivamente distintos. No hay una frontera donde se pase de micro a macro, es simplemente que la macro emerge de muchas micros cuando se acumulan durante muchísimo tiempo. Evolución atendida de forma micro, muchos linajes a la vez. La gracia es: tenemos que mirar señales genéticas distintas y nos queremos ir muy atrás en el tiempo, que estén muy bien conservadas. Y un punto clave que a veces se olvida: esto de los árboles filogenéticos es completamente una cosa torcástica y aleatoria. Depende de qué genes elijas, tienes una distribución de árboles diferente. Y esa distribución de árboles es evolutivamente significativa, semánticamente relevante a nivel evolutivo o no. Entonces tú tienes que elegir adecuadamente los genes o las proteínas o los caracteres de los huesos que has obtenido en una exploración paleontológica porque en función de los caracteres o de los genes o de las proteínas que tú elijas, los árboles son distintos y la filogenia molecular que reconstruyes es completamente distinta. ¿Es creíble o no es creíble? Y eso hace que muchos artículos de filogenia molecular te presentan en el paper principal uno o dos árboles y en la información suplementaria te presentan unos cientos de árboles. Luego han calculado decenas de miles de árboles. Realmente decidir qué árboles son los buenos y cuáles son malos es una cuestión puramente estadística y aplicar tu intuición y aplicar ciertas ideas y la clave es la buena elección de los caracteres, de los genes, de las proteínas que tú quieras usar para construir esos árboles Y por eso está creciendo de forma exponencialmente porque necesitas explorar tal cantidad de datos que son los últimos años empiezamos a acercarnos a la capacidad de cómputo necesaria Una pregunta de Spinn, en concreto…