Diversidad del Genoma

Los organismos vivos no están limitados por las temperaturas habituales de la tierra, el agua y la luz del sol. Podemos encontrar organismos vivos en las oscuras profundidades del océano, en las abrasivas lavas volcánicas, por debajo de la superficie helada del Antártico o enterrados varios kilómetros bajo la corteza de la Tierra. Las criaturas que viven en estas condiciones extremas generalmente son poco conocidas, no solo por su inaccesibilidad, sino porque muchas de ellas son microscópicas.

Las células pueden alimentarse de una variedad de fuentes de energía

Los organismos vivos obtienen su energía libre de diferentes maneras:

• ORGANOTROFOS: Algunos animales, hongos o bacterias que viven en el intestino humano obtienen energía alimentándose de otros seres vivos o de los compuestos orgánicos que estos vivos producen. Otros organismos obtienen su energía directamente del mundo inanimado (no vivo), estos son:
  
  
  > FOTÓTROFOS: obtienen la energía de la luz solar. Incluyen diversos tipos de bacterias, así como las algas y las plantas. De estos organismos dependemos nosotros y casi todos los organismos vivos que podemos observar a nuestro alrededor. Estos organismos cambiaron totalmente las características químicas de nuestro entorno: el oxígeno presente en la atmósfera de la Tierra es el producto final de sus actividades biosintéticas.
  
  
  > LITOTROFOS: que se alimentan de las piedras. Estos organismos no constituyen un elemento obvio de nuestro mundo, ya que son microscópicos y la mayoría de ellos habitan lugares que los humanos no frecuentan, como la profundidad de los océanos, el interior de la corteza terrestre u otros ambientes inhóspitos. Sin embargo, constituyen una parte importante del mundo vivo y son especialmente importantes bajo cualquier consideración que realicemos de la historia de la vida en nuestro planeta. Algunos organismos litotrofos obtienen la energía a partir de reacciones aeróbicas, que utilizan el oxígeno molecular del ambiente. Debido a que el O2 atmosférico es el producto final de los organismos vivos, estos litotrofos aeróbicos, en algún sentido se alimentan de los productos de la vida anterior. Sin embargo, existen otros litotrofos que viven anaeróbicamente en lugares en los que el oxígeno molecular es escaso o no existe, en circunstancias similares a las que debieron existir en los primeros días de la vida sobre la Tierra, antes que el oxígeno se acumulase.

El árbol de la vida tiene tres ramas principales que a su vez esta dividida por dominios

Errores en el copiado genético

El análisis del genoma de un organismo ha proporcionando una vía sencilla, más directa y potente para determinar relaciones evolutivas. La secuencia completa del DNA define su naturaleza con una precisión casi perfecta, completa y con un detalle exhaustivo. Además, esta especificación está en forma digital -una serie de letras- que puede ser introducida directamente en un ordenador y comparada con la información correspondiente a otro ser vivo. El DNA está sujeto a cambios aleatorios que se han acumulando durante largos periodos de tiempo, por lo que el número de diferencias entre las secuencias de DNA de dos organismos proporciona una indicación directa, objetiva y cuantitativa de la distancia evolutiva entre ellos.

Tanto durante el almacenaje como durante el copiado del material genético se pueden producir accidentes y/o errores aleatorios que pueden alterar la secuencia de nucleótidos, es decir, generar mutaciones. Como consecuencia de ello, cuando una célula se divide, a menudo sus dos células hijas no son idénticas entre sí o a su progenitor. Pueden ocurrir tres tipos de errores:

• Algunas veces poco frecuentes, el error puede representar un cambio favorable. En estos casos las variaciones tenderán a perpetuarse, ya que la célula alterada tendrá una mayor probabilidad de reproducirse.
• Más probablemente el error no supondrá diferencias importantes en las capacidades de la célula. Estos cambios selectivamente neutros pueden ser o no perpetuados, depende de si la célula o sus familiares tendrán o no éxito en la competencia por los recursos limitados.
• En muchos casos, el error causará daños importantes, por ejemplo, alterando la secuencia de una proteína clave. Estos cambios no conducen a la célula a ninguna parte, por lo general provocan su muerte y, por tanto, no dejan descendencia.

Mediante la repetición de este ciclo de ensayo y error -de mutación y selección natural- los organismos evolucionan y sus especificaciones genéticas cambian proporcionándoles nuevas vías de aprovechamiento del entorno más eficaces para poder sobrevivir en competencia con otros organismos, reproduciéndose con más éxito.

Existen diferentes vías que hacen posible que los genes se generen a partir de otros existentes

El material básico de la evolución es la secuencia de DNA que ya existe. No hay ningún mecanismo natural por el que se generen grandes cadenas de DNA de secuencia nueva aleatoria. Así, ningún DNA es completamente nuevo. La innovación puede ocurrir por diversas vías:

• Mutación intragénica: un gen ya existente puede ser modificado por cambios en su secuencia de DNA mediante diferentes tipos de errores que fundamentalmente ocurren en el proceso de replicación del DNA.
• Duplicación génica: un gen existente puede ser duplicado generando así en una misma célula un par de genes que inicialmente son idénticos y que a partir de este momento pueden divergir en el transcurso de la evolución.
• Barajado de fragmentos: dos o más genes existentes pueden romperse y reagruparse generando un gen híbrido formado por segmentos de DNA que originariamente pertenecían a genes independientes.
• Transferencia horizontal (intracelular): un fragmento de DNA puede ser transferido desde el genoma de una célula al de otra célula, incluso de una especie diferente. Este proceso contrasta con la transferencia vertical de información génica habitual entre los progenitores y la progenie.

Cada uno de estos tipos de cambios deja una huella característica en la secuencia de DNA de un organismo y proporcionan una clara evidencia de que se han producido los cuatro tipos de procesos.

¿Cómo pueden ser transferidos los genes entre los organismos?

La transferencia genética horizontal (TGH), es un proceso en el que un organismo transfiere material genético a otra célula que no es descendiente. Por el contrario, la transferencia vertical ocurre cuando un organismo recibe material genético de sus ancestros, por ejemplo de sus padres o de un ancestro de la que ha evolucionado. La mayoría de los estudios sobre genética se han centrado en la prevalencia de la transferencia vertical, pero actualmente existen evidencias que indican que la transferencia horizontal es un fenómeno significativo.

Las células procariotas proporcionan ejemplos de transferencia horizontal de genes de una especie a otra. El ejemplo más claro lo constituyen las secuencias que sabemos que derivan de virus bacterianos, también denominados bacteriófagos. Los virus no son células vivas, pero pueden actuar como vectores para la transferencia de genes: son pequeños paquetes de material génico que han evolucionado como parásitos de la maquinaria biosintética y reproductiva de células huésped. Se replican en una célula, emergen de ella con una cubierta de protección y entran en otra célula, infectándola. Esta segunda célula puede ser o no de la misma especie que la primera. A menudo, la célula infectada morirá debido a la proliferación masiva de partículas virales en su interior, pero a veces el DNA viral en lugar de generar de forma directa estas partículas puede permanecer en el huésped durante muchas generaciones de la célula como un pasajero relativamente inocuo, bien como un fragmento intracelular independiente de DNA, conocido como plásmido, o como una secuencia que se inserta en el DNA de la célula huésped. En algunos casos los virus también pueden llevarse consigo accidentalmente algunos fragmentos del DNA del genoma de la célula huésped y transportarlos a otra célula. Estas transferencias de material génico ocurren con frecuencia en procariotas y también pueden producirse entre células eucariotas de la misma especie.

La transferencia horizontal de genes entre células eucariotas de especies diferentes es poco frecuente y no parece que haya resultado demasiado relevante en la evolución de los eucariotas. Por el contrario, la transferencia horizontal de genes ocurre mucho más frecuentemente entre especies diferentes de procariotas. Muchos procariotas tienen la destacable capacidad de captar de su ambiente incluso moléculas de DNA no vírico, capturando así la información genética que contienen. Por esta vía, o por la transferencia mediada por virus, las bacterias y las arqueas han adquirido genes de células vecinas con relativa facilidad. De esta forma, se ha observado que han evolucionado nuevas y en ocasiones peligrosas especies de bacterias en ecosistemas bacterianos que habitan hospitales o varios nichos del cuerpo humano. 

El intercambio horizontal de la información genética entre especies se ha hecho realidad a través del sexo. Además de la habitual transferencia vertical de material genético de los padres a la descendencia, la reproducción sexual genera una transferencia horizontal de información génica a gran escala entre dos linajes celulares inicialmente separados: los de la madre y del padre. una característica fundamental del sexo es que el intercambio genético normalmente sólo ocurre entre miembros de la misma especie. Pero independientemente de si se produce entre especies o dentro de una misma especie, la transferencia horizontal de genes deja una huella característica: genera individuos que están más relacionados con un conjunto de parientes con respecto a determinados genes y más relacionados con otro conjunto de parientes con respecto a otros grupos de genes.

La reproducción sexual se ha generalizado especialmente entre los eucariotas. Incluso las bacterias realizan de vez en cuando intercambios sexuales controlados de DNA con otros miembros de su especie. La selección natural ha favorecido claramente a los organismos que se podían reproducir sexualmente, aunque los evolucionistas teóricos discuten sobre las ventajas selectivas del sexo.

Escherichia Coli: organismo modelo para los biólogos

Los organismos vivos son muy complejos, por lo que cuanto más aprendemos acerca de una especie cualquiera, más atractiva se vuelve como objetivo de estudios posteriores. Por esta razón muchos grupos de investigación han dirigido sus esfuerzos a analizar diferentes aspectos de un mismo organismo modelo. Dentro de todas las bacterias, los biólogos tomaron a la Escherichia coli. Se la toma como modelo ya que, esta pequeña bacteria con forma de bastoncillo vive por lo general en el tracto digestivo del hombre y de otros vertebrados, pero puede crecer fácilmente en el medio nutritivo de un frasco de cultivo. Además se adapta a condiciones químicas variables, se reproduce rápidamente y puede evolucionar con rapidez por mutación y selección.