¿Por qué las mutaciones dañinas son más comunes que las mutaciones beneficiosas?

Las mutaciones se clasifican en tres tipos según sus fenotipos:

  1. Ganancia de función: (i) ectópico (diferente ubicación o tiempo de transcripción y traducción o localización de proteínas), (ii) neomórfico (función totalmente nueva) o (iii) hipermórfico (actividad o traducción de proteínas hiperactiva)
  2. Pérdida de función: (i) nula (sin producción de proteínas) o (ii) hipomórfica (número insuficiente de proteínas)
  3. Neutral . No hay cambio en el fenotipo

Ya puede ver que 4 de 5 de estos subtipos no son beneficiosos.

Además de eso, creo que las inserciones o deleciones de pares de bases individuales en nuestro genoma causan un daño significativo a las proteínas debido a la mutación “framehift” en la que los codones triples ya no tienen sentido y codifican aminoácidos incorrectos después del punto de mutación.

Como Sam Wiegand menciona, un nuevo fenotipo beneficioso es a menudo una suma de mutaciones más pequeñas durante períodos muy largos de tiempo, más de ~ 10 generaciones.

En pocas palabras, es más fácil romper algo que mejorarlo. Es por eso que la evolución requiere muchos generadores para introducir un rasgo novedoso y por qué es más fácil observar cambios evolutivos en organismos como las bacterias que se reproducen rápidamente frente a organismos como los humanos que se reproducen lentamente.

La evolución es solo un proceso, de hecho es parte de la adaptabilidad compleja, que es un modelo matemático que explica cómo surge la estructura compleja diversa de los sistemas menos complejos. Matemáticamente hablando, la evolución también es un teorema y se explica en George Prices Equation y el Teorema fundamental de la selección natural de Hamilton.

Dado que es solo un proceso, como la gravedad o la intemperie o cualquier otro proceso, nunca planifica nada, es ciego. Por lo tanto, las modificaciones son completamente aleatorias y, por esta razón, es más probable que los cambios ‘no coincidan’ con el entorno como beneficioso que lo igualen. El entorno es específico, es estacionario en cualquier momento dado. Por lo tanto, hay más posibles ‘coincidencias fallidas’ que posibles ‘buenas coincidencias’. Sin embargo, esto no significa que los genomas estadísticamente humanos deban fallar con el tiempo. Porque no todos transmiten su genoma, y ​​algunos lo hacen con más frecuencia que otros.

Entonces, esta “selección” de quién tiene descendencia y quién no, es automática. Un niño nacido con una enfermedad que es perjudicial para el ser humano, los mata en los primeros años, simplemente no se reproducirá. Entonces, desde la perspectiva del proceso, esto está perfectamente bien y el sistema produce un cambio gradual y permite que todos los agentes dentro de él se adapten lentamente al entorno para alcanzar un óptimo. Todos los descendientes que mueren antes de reproducirse eliminan los cambios que serían totalmente perjudiciales. Lo cual es mucha descendencia. Con otros animales además de los humanos es un número muy grande. Con las tortugas es más del 99.9% que muere antes de que tengan unos pocos meses. Las hembras superan esto poniendo cientos de huevos cada año durante un siglo.

Ahora, la aptitud óptima para cualquier individuo en cualquier entorno nunca se puede alcanzar realmente, el terreno debajo de la evolución está cambiando demasiado rápido para eso. Entonces, antes de que una población pueda alcanzar cualquier forma de condición física óptima, todo el entorno ha sido alterado y ha vuelto al punto de partida.

Piense en los efectos perjudiciales como un escenario ‘y qué’.

Imagínese que se inventaron cosas concretas, como automóviles o computadoras, y las usamos. ¿También considera que el 99% de estos automóviles o computadoras produjeron descendientes que nos fueron menos útiles que los anteriores? Bueno, ¿qué haríamos nosotros como humanos haciendo la selección en realidad? Bueno, ¡elegiríamos del 1% que MEJOR! Ignoraríamos el otro 99%. NO serían elegidos por nosotros.

Ese es el mismo proceso en la naturaleza. La gran mayoría de los rasgos fallidos se eliminan de la población a medida que la naturaleza los elimina al garantizar que nunca puedan reproducirse y transmitir esos rasgos perjudiciales. Sin embargo, en realidad también podría tomar varias generaciones para que esto ocurra. Eso es porque no es el caso de que cada persona con un rasgo perjudicial o anormalidad genética que sea perjudicial no se reproduzca. Por ejemplo, la enfermedad cardíaca es bastante frecuente. ¿Cómo está todavía aquí si se eliminan lentamente los malos rasgos? Bueno, la enfermedad del corazón afecta a la mediana edad principalmente. En esa etapa, la mayoría de las personas están a punto de ser abuelos. Ya se han reproducido. Por lo tanto, puede llevar muchas generaciones eliminar lentamente, muy lentamente a aquellos que tienen una disposición genética a la enfermedad cardíaca que se activa después de la edad promedio de reproducción.

Además, muchos rasgos útiles también son víctimas del azar. Una población entera de animales con un rasgo que les da una ventaja podría simplemente morir en un terremoto o tifón.

Pero en general, estamos viendo ‘promedios’ aquí y una vez que el puntero está muy ligeramente del lado de ‘seleccionar para estar en forma’, eso es todo lo que necesita.

De hecho, los modelos de computadora que aumentan los rasgos perjudiciales a menudo aumentan la tasa de adaptación.

Además de esto, muchos rasgos perjudiciales no son tan perjudiciales como uno podría pensar. Piense en la anemia de células falciformes. Es bastante frecuente en África. PERO una ventaja de esta enfermedad es que un efecto secundario de tenerla lo hace inmune a la malaria. Puede que eso no sea un beneficio en Nueva York, pero es un gran beneficio vivir en África, donde abunda la malaria. La anemia de células falciformes puede matar a una gran proporción de las personas que padecen la enfermedad, pero no antes de que alcancen la madurez sexual y se reproduzcan, transmitiéndola. La malaria, por otro lado, ciertamente matará a poblaciones enteras ‘antes’ de que se reproduzcan. La malaria y la sífilis son las dos enfermedades que han matado a más humanos que todas las demás enfermedades y toda guerra en la historia. Un rasgo perjudicial que lo hizo inmune a uno de ellos es muy beneficioso para el sistema en su conjunto. ¡Por lo tanto, existe una presión selectiva PARA la anemia falciforme!

Como otros dijeron, es mucho más fácil romper algo por accidente que hacer algo por accidente.

Sin embargo, es una mutación beneficiosa o no está determinada únicamente por su efecto sobre el número y la tasa de supervivencia de la descendencia del “propietario”. Por ejemplo, una de las mutaciones recientes más beneficiosas en humanos, que para la tolerancia a la lactosa [1] [2], en realidad rompió el gen MCM6, que se supone que apaga el mecanismo genético que termina en la producción de lactasa, la enzima que hace que la lactosa sea digerible . Entonces, en este caso la rotura resultó ser beneficiosa.

Notas al pie

[1] Persistencia de lactasa – Wikipedia

[2] ¿Por qué “tenemos leche”?

Primero, la premisa está mal. La gran mayoría de las mutaciones son NEUTRALES. No tienen efecto sobre el fenotipo. Que la mayoría de las mutaciones son dañinas es un mito creacionista.

En segundo lugar, “beneficioso” o “perjudicial” están en relación con el medio ambiente. Solo alrededor de 2.6 por mil mutaciones son absolutamente dañinas; Causan la muerte o un daño significativo al organismo.

Por lo tanto, depende de qué tan bien se adapte al entorno de una población. Varias personas han señalado que, cuando una población está bien adaptada, la mayoría de los cambios fenotípicos serán menos adaptativos. Este es un tipo poco conocido de selección natural llamada “selección estabilizadora”. Esto tiende a mantener a la población igual, bien adaptada

Sin embargo, si el entorno está cambiando, muchos más cambios fenotípicos serán ventajosos hasta cierto punto (generalmente un grado muy pequeño).

Otros ya han señalado el núcleo de la respuesta, a saber. que es más fácil distorsionar que mejorar un mensaje codificado complejo si realiza cambios aleatorios. Pero para agregar a esto: tenga en cuenta que el genoma de cualquier criatura que realmente sobreviva lo suficiente como para reproducirse debe ser un genoma bastante bueno. Cualquiera que sea el nicho ecológico que habita, debe ser una buena opción, o alguien más habría comido o superado al individuo que lleva ese genoma antes de tener la oportunidad de producir descendencia (mutada).

Aquí me gusta mucho la analogía de Richard Dawkins: dado que un genoma se ajusta muy bien (pero no necesariamente perfecto) a su entorno, podemos compararlo con un microscopio que se ajusta bien, pero no con un enfoque perfecto. Si realiza un pequeño ajuste en el enfoque, lo mejorará (si está en la dirección correcta) o lo empeorará (si está mal); pero cualquier cambio importante probablemente sea para peor, independientemente de si está en la dirección incorrecta (lo que, por supuesto, lo empeora) o la correcta (que supera el objetivo: aplastar la muestra, en el caso del microscopio).

Entonces, una mutación, para ser beneficiosa, debe ser una modificación aleatoria a una especificación ya muy efectiva . Y, además, debe ser una modificación que sea compatible con el programa embriológico / de desarrollo existente, y que funcione bien con los otros rasgos del organismo (la mejor digestión de celulosa en la Tierra no sería una mutación ventajosa para un tiburón tigre).

Pero, por supuesto, una gran cantidad (¿probablemente la mayoría?) De mutaciones no son beneficiosas ni perjudiciales, sino neutrales, ya que reorganizan el ADN basura cuya estructura es irrelevante, o tal vez realizan sustituciones en regiones de codificación que todavía no hacen ninguna diferencia, como sustituir bases sinónimas.

Porque hay muchas más formas en que una mutación puede ser dañina (o no hacer nada) que las que pueden ser beneficiosas.

Y un solo cambio a menudo no es suficiente para hacer que aparezcan nuevos rasgos. Muchos cambios y adiciones a los genes de las criaturas vivientes ocurrieron primero por una duplicación accidental de un gen o conjunto de genes que inicialmente era probablemente neutral o incluso ligeramente dañino. Por otras razones, la criatura con esos genes duplicados persistió, luego las mutaciones posteriores, más dañinas o neutrales, finalmente causaron cambios beneficiosos.

Los perros, por ejemplo, son mucho más capaces de digerir las plantas, específicamente los almidones, que los lobos.

Digestión de almidón en perros versus lobos: cómo los perros se adaptaron a la dieta humana – Science Meets Food

Hay más combinaciones de nucleótidos que codifican proteínas malas que las mejores. Los genomas de varios organismos están adaptados para este hecho.

Las bacterias a menudo tienen más del 90% de ADN codificante (el resto no codifica directamente para el fenotipo). La mayoría de las mutaciones los afectarán directamente, pero tienen tantos y se dividen tan rápido que las mutaciones dañinas no son tan malas para su acervo genético (esto también los hace resistentes a los antibióticos).

Las plantas no pueden migrar si el entorno cambia para peor, por lo que deben poder adaptarse rápidamente. Para permitir esto, tienen una gran cantidad de genes (mucho más que, por ejemplo, los humanos). De esta manera, las mutaciones los afectan directamente, pero las dañinas no son demasiado dañinas porque tienen muchos genes.

Los animales tienen un pequeño porcentaje de genes codificadores (+ – 1% en humanos), donde las mutaciones son raras. La parte no codificante tiene una tasa de mutación más alta, posiblemente desarrollando soluciones para futuros cambios en el medio ambiente.

Las mutaciones son, por definición, errores. Los errores en cualquier cosa, especialmente algo tan complejo como el código genético, casi siempre serán malos, pero existe la rara ocasión en que algo bueno puede salir de un error. Mira el albinismo como un ejemplo. En prácticamente todos los casos, el albinismo va a disminuir la supervivencia del animal que lo tiene. Pero en realidad puede ser beneficioso para cierto género de peces de las cavernas.

Un beneficio potencial del albinismo en el pez cueva de Astyanax: la regulación negativa del gen oca2 aumenta los niveles de tirosina y catecolamina como alternativa a la síntesis de melanina

Las mutaciones beneficiosas casi siempre involucran muchas partes más pequeñas, que juntas pueden producir una función deseable. Sin embargo, incluso un solo error puede hacer que una proteína funcione incorrectamente y, por lo tanto, no haga su trabajo correctamente, generalmente algo malo.

Hay muchas más secuencias de ADN posibles que son perjudiciales que beneficiosas.

Stacey Lindsey es la más cercana a corregir hasta ahora.

Agregaría que la razón por la cual la mayoría de las mutaciones son dañinas o no funcionan, es porque no ocurren MINDULAMENTE. Ocurren AL AZAR.

Es como una lotería. ¿Sabes cómo es pequeña la posibilidad de que las bolas numeradas sorteadas al azar coincidan con los números que elegiste por adelantado?

Lo mismo con las mutaciones.

Desde un punto de vista evolutivo, los organismos con mutaciones dañinas no eran aptos en términos de selección natural y, por lo tanto, no podían transferir sus mutaciones a sus descendientes. Por otro lado, aquellos con mutaciones útiles se adaptaron mejor a sus entornos y fueron favorecidos en la selección natural para producir y transferir sus genes.

Tome cualquier texto y sustitúyalo por palabras elegidas al azar por palabras elegidas al azar de un diccionario. Lo más probable es que haya hecho que el texto sea menos lógico o incluso legible. Ser o no ser, eso es nadar.

Las mutaciones son como errores de tipeo. Por lo general, degradan ligeramente el texto, a veces son neutrales: “el mar que canta” y “el mar que se balancea” son igualmente buenos, y en ocasiones lo mejoran. Famoso, WH Auden escribió un poema con la línea “los poetas tienen nombres para el mar”, pero las máquinas tipográficas que lo configuraron para imprimir lo hicieron “los puertos tienen nombres para el mar”, y Auden, aunque eso fue una mejora, y Quédatelo.

Por la misma razón, los cambios aleatorios en el código de su computadora tienen más probabilidades de generar un error que una mejora.