En biología, ¿las mutaciones que crean evolución son básicamente aleatorias?

Mira mi respuesta aquí:

¿Por qué las mutaciones aleatorias serían la mejor explicación para los cambios en el material genético?

Algunas notas Y me disculpo, es difícil no ser técnico y un poco pedante al responder esta pregunta con precisión.

  1. La mayor parte de la evidencia empírica no respalda la necesidad de tener factores no aleatorios o deterministas en la mutación. A menudo se olvida que se realizaron muchos experimentos cuando la evolución se estaba generalizando por primera vez y que la pregunta que se estaba haciendo fue muy debatida (y de alguna manera todavía lo es). La clave entre estos fueron los experimentos para comprender la generación de variación y herencia (el enlace es al artículo sobre el Lamarkismo, pero se sobreestima la importancia específica de Lamarck). Señalaría en particular que, como criador aplicado, aunque la mayoría de nosotros no realizamos experimentos estrictos para responder preguntas evolutivas, desarrollamos nuestras técnicas utilizando modelos de mutación aleatorios (y recombinación aleatoria, más sobre eso en un segundo). La reproducción es relevante porque proporciona los conjuntos de datos más grandes, aunque defectuosos, para comprender la herencia evolutiva, y no ha habido nada en nuestras experiencias que sugiera que las mutaciones no sean aleatorias. De hecho, los experimentos de reproducción de Lysenko en la Unión Soviética son el ejemplo clásico de un fracaso cuando se trata de usar un modelo diferente.
  2. La genética molecular moderna ha reforzado en gran medida la aleatoriedad en los modelos (aunque también se muestran cosas interesantes como CRISPR). Ahora podemos rastrear mutaciones individuales en poblaciones enteras utilizando técnicas como la secuenciación profunda.
  3. Vale la pena tomarse un momento para definir “aleatorio”. En el habla común, aleatorio regularmente significa distribuido uniformemente o no dirigido. Pero en estadística (y en este contexto de mutaciones), aleatorio se refiere a venir de una distribución de probabilidad. No todas las mutaciones son iguales en el lugar donde ocurren o sus efectos. En otras palabras, siguen una distribución y son, por definición, aleatorios. Hay puntos calientes mutacionales y hay factores desencadenantes que pueden alterar la varianza, pero siempre sigue una distribución aleatoria. La mayoría de las mutaciones son casi neutrales (casi sin efecto), y el resto son altamente nocivas; solo un pequeño número de mutaciones son positivas. Dado que todo comienza a ser aleatorio de esta manera, si desea una respuesta clara, es mejor proporcionar la Hipótesis A y la Hipótesis B opuesta.
  4. Los “cambios en el material genético” incluyen la recombinación … que es más complicada. Estos ya no son predominantemente perjudiciales. La recombinación sigue siendo aleatoria en la forma en que acabo de definir “aleatorio”. Lo más relevante es que a veces es difícil separar la mutación y la recombinación, porque la recombinación puede causar mutaciones.
  5. La deriva genética, la migración y la selección natural son en gran medida fenómenos a nivel de población, en contraste. Sin embargo, la selección puede ocurrir a nivel celular / individual. Separar la selección, la recombinación y la mutación se vuelve más complicado. Algunos ejemplos a seguir …
  6. La transformación bacteriana implica clásicamente la absorción de plásmidos completos, que confieren todo tipo de rasgos a granel. Esto sucede durante un ciclo de vida de una bacteria, por lo que, de alguna manera, se adquiere (pero, de nuevo, algunos consideran que las bacterias son inmortales, no voy a entrar en eso).
  7. CRISPR. Estos son sistemas inmunes adaptativos que claramente involucran características adquiridas. Es difícil no llamarlos mutaciones porque el ADN está alterado.
  8. Desde un punto de vista parasitario, los virus, los transposones y algunas bacterias pueden alterar los genomas del huésped, y en algunos casos esto se hereda. En cierto modo, esto implica una forma de mutación dirigida.
  9. Sin embargo, estos procesos aún están mediados por la destrucción creativa de la selección natural. No hay conciencia involucrada.
  10. Para unirlo, en ciertos ejemplos y en cierto punto, la mutación, la selección y la recombinación se vuelven difíciles de demarcar. Hay casos claros de mutación selectiva y mutación recombinacional. La selección puede alterar la mutación y la recombinación a nivel de proceso, no solo los resultados, sino que estos cambios representan cambios en la distribución, no mejoras dirigidas uniformemente. Cuando las fuerzas selectivas impulsan la mutación o la recombinación, vale la pena señalar que esto aumenta inherentemente la variación (también obtendrá más productos malos junto con las cosas buenas).
  11. * Incluso la ingeniería genética se basa principalmente en la selección cuando se trata de dirección. Todavía selecciono de una distribución cuando estoy criando o haciendo experimentos de ingeniería. La mayoría de los elementos siguen siendo fallas.

Sí y no, principalmente no de alguna manera en humanos. Las mutaciones aleatorias generalmente se descartan o a veces provocan cáncer. Raramente resultan en algo útil o incluso inútil, pero incorporado en el ADN normal.

La mayoría de los cambios genéticos son de naturaleza algo deliberada en respuesta al medio ambiente. Algunos de estos pueden comenzar como una mutación aleatoria, pero el cuerpo decidirá conservarla en lugar de descartarla porque reconoce el beneficio. También se podría argumentar que muchas de estas mutaciones son “ideas” que surgen en las células individuales sobre la mejor manera de lidiar con un desafío que se les presenta. Por ejemplo, cuando una sola célula aprende a metabolizar algo previamente no digerible o tóxico y esta habilidad está en demanda. El cuerpo impulsará el crecimiento (división) de esta célula o incluso puede tener un método para transmitir la técnica a otras células.

Los ejemplos de cambios genéticos deliberados observables visualmente incluyen:

  • Desarrollar o catabolizar tus músculos. Todos los músculos son genéticos, pero cualquier persona con un cuerpo funcional normal puede cambiar los patrones de crecimiento muscular o la falta del mismo. Básicamente, esto solo requiere ejercicio y un exceso o déficit de calorías. Puede ser un poco complicado en detalles, pero la teoría general es bastante simple. Todo lo que alimente y haga ejercicio crecerá si lo alimenta lo suficiente. Tenga cuidado porque puede desequilibrar su cuerpo de esta manera incluso hasta el punto de causar problemas de salud o la muerte. Del mismo modo, si se está muriendo de hambre, sus músculos se encogerán, pero los que haga más ejercicio durante la inanición probablemente se encogerán menos proporcionalmente. La musculatura puede ser heredable aunque, por supuesto, los genes provienen de ambos padres. Sin embargo, si ambos tuvieran exactamente la misma musculatura única, el bebé probablemente la heredaría siempre que tuvieran suficientes nutrientes durante el desarrollo y la infancia y no sufrieran catabolismo.
  • La flexibilidad es muy similar a la de los músculos, excepto que se trata de construir o catabolizar articulaciones, tendones, ligamentos, cartílagos, etc. Puede desarrollar su flexibilidad al estirar al igual que desarrolla músculos al hacer ejercicio. Puede desarrollar músculos estirando y también puede aumentar la flexibilidad haciendo ejercicio, por lo que definitivamente hay cierta superposición, pero no está garantizado. Tiene que ser los tipos correctos de ejercicio o estiramiento o combinaciones de ambos para hacer ambos. La flexibilidad puede ser heredable.
  • Puede crecer o al menos engrosar sus huesos en las circunstancias adecuadas. Personalmente tengo muñecas de 8,5 pulgadas que son excepcionalmente grandes y no son heredadas de nadie en mi familia. Los construí yo mismo. Lo que hice fue construir una capa de grasa subcutánea lo suficientemente gruesa como para cubrir todas mis venas y arterias (sin grasa visceral porque tenía muy buenos músculos abdominales y centrales) incluso en el dorso de mis manos y hacer que mis dedos estuvieran gorditos. Luego aplique estrés a mis antebrazos. Hice muchos ejercicios como flexiones, flexiones de planche, flexiones de palmas, otra variedad de flexiones, paradas de manos, escalada, dominadas, flexiones y más. Con el tiempo, el exceso de nutrientes y los repetidos ejercicios y tensiones hicieron que mis huesos se volvieran más gruesos. Por lo general, también tuve un peso corporal relativamente pesado y probablemente pesaba varios cientos de libras o superaba los 100 kg cuando mis muñecas crecían más. Este crecimiento es genético y se ha quedado conmigo incluso a través de lo que considero una hambruna relativamente extrema donde había perdido más de 1/3 o más de mi peso corporal. Explico esto como una combinación de algo como el mosaicismo genético y también que los huesos son los más difíciles de construir y los más difíciles de descomponer. Por mosaicismo genético quiero decir que cuando estaba muriendo de hambre, mi cuerpo básicamente respaldaba mi antiguo perfil genético en un cultivo celular minoritario como un archivo, a pesar de que tenía que adaptar la mayoría de mis células a un peso corporal más bajo para una supervivencia inmediata. Cuando pude recuperar peso, parte de ese archivo pudo despertarse y reintegrarse a mi patrón genético dominante y mis muñecas volvieron a crecer sin hacer mucho ejercicio. Eran relativamente grandes incluso cuando estaba muriendo de hambre, pero no tan grandes como habían sido y no tan grandes como lo son ahora y estoy bastante seguro de que los huesos realmente cambiaron de tamaño. Para obtener más información sobre el mosaicismo genético que está poco investigado y poco entendido hasta la fecha: Mosaico (genética) – Wikipedia.
  • Desarrollando su resistencia al frío. Al exponerse repetidamente al frío puede inducir a su cuerpo a acumular grasa marrón: tejido adiposo marrón – Wikipedia. Un ejemplo de esto es Wim Hof: Wim Hof ​​- Wikipedia, The Wim Hof ​​Method – Become Strong, Happy & Healthy. Creo que sus ejercicios de respiración son principalmente una ayuda de concentración para lidiar con el dolor, pero ciertamente tiene mucha grasa marrón. La grasa marrón quema energía y calienta el cuerpo mucho mejor que la grasa blanca normal, pero también sirve como un buen aislamiento, aunque la grasa blanca es ligeramente mejor. La grasa marrón aparentemente tiene más flujo de nutrientes y tal vez más capilares, lo que puede ser parte de lo que le permite quemar más energía para calentar. Sin embargo, es probable que haya cambios mitocondriales y otros cambios celulares para mejorar la generación de energía celular. La distribución del cuerpo de la grasa marrón es genética. La exposición al frío provoca cambios genéticos. Tenga cuidado con el frío, es posible que se produzcan lesiones reales permanentes o la muerte e incluso es probable en temperaturas bajo cero. Es probable que estos cambios sean heredables.
  • Color de la piel humana: bronceado solar, al menos para aquellos con un color de piel lo suficientemente pálido para que tenga algún efecto visible. El bronceado solar cambia sus genes o al menos su activación. Tenemos ejemplos en todo el espectro entre negro y pálido para demostrar que puede quedar atrapado con un cierto nivel de activación de estos genes. El bronceado generalmente no se queda solo porque las personas no lo hacen por el tiempo suficiente. Los cambios genéticos son profundos y no van más allá de los tejidos más profundos, por lo que después de las vacaciones, el bronceado se desvanecerá. Si el bronceado ocurre lo suficiente en todo el cuerpo desnudo hasta el punto de que los cambios genéticos incluso penetran en la médula ósea, entonces probablemente será permanente. Habrás cambiado permanentemente el color de tu piel de una manera heredable. Mientras tanto, las personas con piel pálida probablemente hayan heredado genes de antepasados ​​que sufrieron frío extremo y falta de luz debido a la ropa. Finalmente, con el tiempo, esto les provocó quemar su melanina en la piel por incluso unas pocas calorías adicionales de calor corporal y dejar de producirla para conservar energía. Ni broncearse ni “ponerse pálido” es un proceso totalmente seguro o cómodo y no recomendaría a nadie que intente cambios cosméticos deliberados en el color de su piel sin una buena razón. El bronceado puede causar ardor y cáncer de piel, aunque una vez que esté lo suficientemente marrón, los riesgos comienzan a desvanecerse y tomar el sol puede ser muy cómodo. El frío nunca ha sido cómodo, pero aún conlleva riesgos extremos como congelación e incluso la muerte. Los antepasados ​​de las personas pálidas probablemente hicieron lo que pudieron para evitarlo, incluida la ropa y el refugio. Sin embargo, trabajar duro en ropa con frío extremo puede haber provocado el cambio genético en la piel pálida en los sobrevivientes de este proceso brutal e incómodo. El ejercicio puede ser un poco divertido, pero repetir el frío prolongado durante años o décadas no es tomar el sol en términos de una experiencia agradable. Aún así, como todos pueden ver, obviamente, el color de la piel es heredable y también es un único cambio genético común compartido por toda la humanidad. Como lo demuestra la mezcla de coloración en niños que tienen padres con diferente color de piel. Lo cual es la mayoría de las personas en algún grado u otro, ya que pocos padres son exactamente iguales. También me gustaría mencionar que hay un tercer color de piel posible que también sospecho que es común en la raza humana. Esa es la piel roja debido a la feomelanina: melanina – Wikipedia. Se encuentra principalmente en lugares como nuestros labios o pezones en cada ser humano. Sin embargo, creo que también es posible que pigmente toda la piel hasta cierto punto. Encontrado en los tiempos modernos en combinación con melanina marrón o negra regular, creo que tiene que ver con la exposición ancestral a largo plazo al calor y la radiación solar infrarroja, pero a la falta de luz solar directa como se encuentra debajo del dosel de una selva tropical. El mejor ejemplo de esto que conozco en la humanidad son algunas tribus de aborígenes sudamericanos en la selva amazónica. Algunos de ellos tienen un tinte rojo distintivo en su piel que no se explica completamente por la melanina (o tinte) solo. No todas las tribus o individuos parecen poseer esto, pero algunos ciertamente parecen ser tan rojos como marrones. Por lo tanto, nuestro “cambio” genético de coloración es en realidad al menos un cambio de 3 vías entre rojo, negro y blanco en lugar de solo 2 formas entre negro y blanco. Más información: Color de piel humana – Wikipedia.

En resumen, muchos de nuestros rasgos genéticos únicos pueden estar relacionados con el estilo de vida y las adaptaciones genéticas deliberadas que se producen en respuesta al medio ambiente en más de una persona a la vez, en lugar de solo la supervivencia del más apto. Cuando el problema es 1 + 1, la mayoría de las personas puede encontrar que la respuesta es 2 independientemente. Aunque los desafíos y las respuestas genéticas son mucho más complejas, algunos de ellos ciertamente han ocurrido como casos de evolución paralela que encuentran el mismo resultado y lo refuerzan al reproducirse juntos.

Editar debido a comentarios:

Para aquellos que desean un enfoque más redactado científicamente como en los comentarios: estoy avanzando la hipótesis de que los cambios epigenéticos heredables a pequeña escala pueden eventualmente sumarse a un cambio genético deliberadamente permitido a mayor escala. ¿De qué otra manera decide el cuerpo qué mutaciones eliminar y cuáles permitir?

Por ejemplo: las aves no voladoras deben tener una diferencia de secuencia genética relacionada con sus alas en comparación con las aves voladoras. Al principio, puede haber comenzado solo como un cambio epigenético relacionado con la atrofia muscular por el desuso, pero con el tiempo se hizo más profundamente arraigado genéticamente y más difícil de revertir.

La evolución no sucede de la noche a la mañana. Es un proceso lento, un pequeño paso a la vez.

Los epigenéticos obviamente prueban que la transferencia de células somáticas a la línea germinal es posible. Por favor, no me des la teoría obsoleta de que tales cosas no pueden suceder.

Lecturas adicionales para confirmar la naturaleza heredable del cambio deliberado a pequeña escala:

Mutagénesis – Wikipedia

Epigenética – Wikipedia

Epigenética del ejercicio físico – Wikipedia

Cómo la dieta puede cambiar tu ADN

Cómo las elecciones de salud y estilo de vida pueden cambiar su composición genética

En la mayor parte. Están saliendo algunos datos de que las tasas de mutación pueden variar según los factores ambientales. Las mutaciones son seleccionadas, no por el individuo o la especie, sino por la Madre Naturaleza, dando a aquellos con las mutaciones más adaptativas la capacidad de tener bebés, y seleccionando contra aquellos con mutaciones desadaptativas.

Algunos estudios que salen parecen mostrar que las mutaciones pueden ser “dirigidas”, como en la mutación en respuesta a una situación en el medio ambiente. Sin embargo, esto todavía está en la etapa especulativa.

Las tasas de mutación son generalmente bastante constantes en la mayoría de las especies, y en su mayor parte son benignas. Los experimentos de mutación llevados a cabo en la década de 1950, que decían que las mutaciones eran “casi todas malas”, se hicieron con radiación, lo que (duh) causará mutaciones malas. No es así con las mutaciones más o menos aleatorias en la mayoría de las especies.

Además, comprenda que si no hay cambios en el medio ambiente, es poco probable que haya un cambio en una especie que se haya adaptado a él, ya que es probable que cualquier mutación que se aleje de la norma (a menos que sea neutral, consulte “Deriva genética”) con presiones selectivas que lo eliminan rápidamente de la población.

Ahora, para hablar de las premisas de Noah de ejercicio y bronceado para cambiar sus genes. No puedes El cambio genético proviene de un lugar; el óvulo y los espermatozoides. Es posible que tenga una mutación en su brazo, que lo fortalezca de alguna manera (muy poco probable), y puede ser una rata de gimnasio y desarrollar sus músculos, pero no puede transmitirlos. Nada de esto ingresará a sus células de esperma (u óvulos, si es mujer), por lo tanto, no es heredable.

Hay una respuesta a “cuál vino primero, la gallina o el huevo: – el huevo. Ese es el único lugar donde el cambio genético podría tener lugar para sacar al pollo del Red Jungle Fowl.

Las mutaciones son aleatorias.

El resultado de la evolución está lejos de ser aleatorio. La selección natural es un proceso de investigación que examina las mutaciones aleatorias en beneficio del nuevo gen. El resultado es que existe un cambio beneficioso para el organismo en el futuro. Una mutación aleatoria que proporciona un mal resultado al organismo que se extingue.