La disciplina conocida como "evolución molecular" estudia el proceso evolutivo, como su propio nombre indica, a nivel de las moléculas portadoras de la información genética, es decir DNA y RNA (y por extensión, también las proteínas a las que estas codifican). El origen de esta disciplina se remonta a la década de 1960, una vez determinadas la naturaleza y estructura del material genético hereditario. El desarrollo posterior de tecnologías capaces de descifrar las secuencias moleculares (secuenciación de ácidos nucleicos y proteínas) en un amplio abanico de seres vivos facilitó el florecimiento de la evolución molecular, mediante el estudio comparativo de genes y genomas. Desde entonces hasta la actualidad, la cantidad de información molecular descifrada ha crecido de modo exponencial, generando un universo de datos que encierra una información biológica de gran valor. Destaca sin embargo el potencial que esta información posee para explicar cómo el material genético ha ido cambiando a lo largo del tiempo, y cómo dichos cambios han resultado en la biodiversidad que nos rodea.

Desde los albores del siglo XX, multitud de investigadores han contribuido al estudio de la evolución de los seres vivos. Sin embargo, muy pocos pueden compararse a dos "gigantes" de la genética evolutiva que nos abandonaron a lo largo del pasado año. Ambos científicos han tenido en común muchas características, no sólo científicas, sino también de gran calado humano. Han desarrollado una dilatada y prestigiosa carrera que ha durado (literalmente) hasta el último día de sus vidas. Ambos han compartido el compromiso con la formación, instruyendo a futuros y prestigiosos científicos a lo largo de los años, siendo hoy en día herederos y también diseminadores de su legado. Sin embargo, en el aspecto puramente científico, ambos comparten un papel fundamental en el nacimiento y expansión de evolución molecular. Pero antes de revelar su identidad, recapitulemos un poco de historia de la genética y la evolución.

Los comienzos del siglo XX fueron excitantes para la biología evolutiva. La Genética nace como disciplina en el año 1900 al amparo del redescubrimiento de los trabajos de Gregor Mendel en los que se describen las leyes de la herencia. Entre los años 1918 y 1932, R.A. Fisher, J.B.S. Haldane y S. Wright establecen las bases teóricas de la genética de poblaciones, es decir, el estudio de la variación genética dentro y entre poblaciones a lo largo de las generaciones. La genética de poblaciones permitió vertebrar la Teoría de la Evolución de Charles Darwin y la Genética en un marco común, resultando en la Teoría Sintética de la Evolución en las décadas de 1930 y 1940. Dicha teoría postula que la variación genética observada en las poblaciones es, fundamentalmente, consecuencia de la selección natural. El papel omnipresente de la selección sobre la variación genética prevaleció hasta bien entrada la década de 1960. En este período, y como consecuencia del inicio del estudio de la evolución molecular de proteínas (y posteriormente DNA), diferentes voces comenzaron a cuestionar el papel totalmente determinista de la selección sobre la variación genética en las poblaciones. Es en este punto donde desvelaremos la identidad del primer "gigante" de la genética evolutiva.

El Profesor James F. Crow (18 Enero 1916 - 4 Enero 2012) desarrolló la mayor parte de su carrera en la Universidad de Wisconsin (Estados Unidos), en la que durante más de 50 años formó a multitud de genéticos de poblaciones. Entre sus contribuciones más relevantes al estudio de la evolución molecular nos quedaremos con sus trabajos junto al prominente científico japonés Motoo Kimura. Juntos desafiaron al pensamiento establecido por la Teoría Sintética de la Evolución, ya que propusieron y demostraron que (lejos del papel absoluto de la selección natural), la mayor parte de la variación molecular que existe en las poblaciones naturales es debida a cambios aleatorios en las frecuencias de diferentes variantes que son selectivamente neutras (es decir, son "igual de buenas" ante los ojos del proceso selectivo). El cambio aleatorio de dichas variantes neutras a lo largo de las generaciones se denomina deriva genética. Junto a la mutación, la selección y el flujo génico entre poblaciones (migración), el papel de la deriva genética fue reconocido como fundamental en la evolución de la diversidad molecular. Jim Crow dirigió la tesis doctoral de Motoo Kimura, teniendo por tanto un papel definitivo en la concepción formal de la Teoría Neutralista de la Evolución Molecular por parte de este último.

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Jim Crow (izquierda) conversa con Motoo Kimura en la estacion de tren de Mishima (Japón, 1972). Imagen cortesía de Joe Felsenstein.

Ya a finales de la década de 1960, el rápido incremento en la cantidad de información molecular existente hacía prácticamente imposible su estudio "manual", es decir, sin la asistencia de métodos computacionales. No debemos olvidar que cada secuencia de DNA puede poseer decenas, miles o millones de nucleótidos o "letras" (A, G, C, T) que deben ser examinados individualmente dentro o entre diferentes poblaciones. Dicha complejidad motivó el desarrollo de metodologías específicas para el análisis de secuencias moleculares, así como su implementación en programas informáticos capaces de llevarlas a cabo. Fue precisamente en esta faceta en la que el segundo "gigante" de la genética evolutiva tuvo un papel pionero y decisivo.

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La deriva genética puede causar efectos inesperados en la evolución de las especies. Si el proceso evolutivo está únicamente guiado por el proceso selectivo, los mutantes muy ventajosos (rojos) terminarán desplanzando a los mutantes menos ventajosos (tal y como se muestra en la parte superior de la ilustración). Sin embargo, el efecto del azar puede cambiar este resultado evolutivo. En la parte inferior se representa el mismo proceso evolutivo, sin embargo, en un momento determinado y como consecuencia de una catástrofe natural (por ejemplo una erupción volcánica en una isla) los mutantes muy ventajosos desaparecen, siendo así los mutantes ventajosos (negros) los que terminarán dominando la población.


El Prof. Walter M. Fitch (21 Mayo 1929 - 10 Marzo 2011) es uno de los padres fundadores de la evolución molecular y curiosamente compartió institución de trabajo con Jim Crow (la Universidad de Wisconsin) durante la primera parte de su carrera, si bien se trasladó a la Universidad de Southern California y posteriormente a la Universidad de California en Irvine (Estados Unidos) en los años siguientes. Fue durante este período cuando sus innovadores trabajos contribuyeron a sentar las bases del análisis de secuencias moleculares, desarrollando algoritmos computacionales capaces inferir relaciones evolutivas (filogenias) entre diferentes organismos en función de dichas secuencias. Además de sus contribuciones científicas, Walter Fitch impulsó el desarrollo de la evolución molecular mediante la fundación (junto a Masatoshi Nei) de la Society for Molecular Biology and Evolution (SMBE), así como la revista Molecular Biology and Evolution (MBE) la cuál se ha convertivo en la publicación más importante del mundo en este campo. El legado formativo de Walter Fitch es muy extenso y su excelencia se conmemora en el "Walter M. Fitch Award", un premio anual que reconoce al mejor investigador joven en el campo de la evolución molecular.

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Walter Fitch haciendo gala de su clásico estilo distendido, típico de la costa oeste norteamericana. Imagen cortesía Chung Cha Fitch.

La presencia de Jim Crow y Walter Fitch, así como sus valiosas contribuciones, serán extrañadas en el laboratorio, en las reuniones científicas así como en las publicaciones especializadas. Sin embargo, la transcendencia y actualidad de su inmenso legado garantiza su perdurabilidad y transmisión, generación tras generación, a los jóvenes científicos que redefinirán el campo de la evolución molecular en el futuro.

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La reconstrucción de árboles filogenéticos ha permitido utilizar la información contenida en las secuencias moleculares para estudiar la evolución de los genes y las especies. En esta figura se muestra la filogenia del gen codificante para la histona H2A en plantas y animales. La longitud de las ramas del árbol filogenético son proporcionales a la distancia evolutiva que separa las secuencias de DNA de este gen entre diferentes especies.

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José María Eirín-López
José María Eirín-López

Investigador y profesor en la Florida International University (Miami, Estados Unidos) y en la Universidad de La Coruña, director del grupo de investigación CHROMEVOL, centrado en el estudio de la estructura, función y evolución de la cromatina.

Sobre este blog

Las alteraciones en el material hereditario son, en última instancia, responsables de la abrumadora diversidad natural que nos rodea.

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