¿Cómo dieron lugar las mutaciones al nuevo material genético?

La respuesta corta es: tiempo. Mucho, mucho, mucho tiempo. Desde las bacterias hasta los seres humanos, tomó 3.500 millones de años , unos pocos millones de años. Este tipo de pregunta suele ser la consecuencia de que nuestros cerebros humanos tienen dificultades para comprender el tiempo profundo. Pueden pasar muchas cosas al material genético en este lapso de tiempo.

La respuesta más larga es que las mutaciones puntuales no son el único tipo de alteración del genoma, como explicó correctamente el usuario de Quora. Las mutaciones puntuales no dan lugar a genomas más grandes. Las duplicaciones, de genomas completos o genes completos o regiones cromosómicas, es lo que da lugar a genomas más grandes (ver Duplicación de genes). Este tipo de cambios ocurren como consecuencia de la recombinación del ADN y cómo ocurre (vea este video genial de Cold Spring Harbor Labs:
Además, el tamaño del genoma no es tan relevante. Algunos anfibios tienen un genoma más grande que el nuestro. Consulte este agradable sitio web para obtener una explicación de la paradoja del valor C, que es el término que usamos para describir la relación inconsistente entre el tamaño de un genoma haploide (el valor C) y la complejidad de un organismo: los tamaños del genoma

Incluso el número de genes puede no ser del todo relevante para la complejidad de un organismo, aunque la relación sea más directa. Piense, por ejemplo, que tenemos aproximadamente la misma cantidad de genes que tiene un ratón: Hoja de datos de genómica funcional y comparativa.

En resumen, el tamaño del genoma o el número de genes no son los únicos factores importantes en la complejidad de un organismo. La forma en que estos genes y productos genéticos interactúan entre sí también es extremadamente importante, y solo ahora estamos comenzando a arañar la superficie de este campo de la ciencia: la biología de sistemas

Las mutaciones genéticas pueden ser mucho más que solo copiar errores. Los errores de copia pueden producir sustituciones, inserciones y eliminaciones. Sin embargo, también hay inversiones y duplicaciones (entre otras) que ocurren como mutaciones genéticas.

Aquí hay un breve resumen de algunos ( no todos ) los mecanismos de crecimiento del genoma y la producción de “nuevo material genético”:

Por alguna casualidad de la meiosis, digamos que uno de los gametos de un organismo es poliploide (los gametos generalmente tienen 1 copia de cada cromosoma (monoploidía), pero en casos raros pueden tener más de 1 copia de cada cromosoma (poliploidía)).

Una vez más, por una casualidad de selección natural, digamos que el niño producido por este gameto no tiene una condición física reducida en relación con los organismos diploides de la misma especie (o tal vez población).

Este niño crece, y eventualmente en sus generaciones posteriores, más niños son poliploides en relación con el organismo poliploide original, y no son seleccionados en contra.

Por supuesto, dado que la poliploidía es un evento raro, y las sustituciones son mucho más comunes, podemos esparcir sustituciones en el camino de niño a tatara tatara tatara tatara tataranieto.

Debido a estas sustituciones, las cromátidas adicionales eventualmente se ven significativamente diferentes entre sí, y algunas dejan de agruparse en tétradas en la meiosis II (supongamos que la poliploidía provocó que tengan suficientes cromátidas para formar tétradas en la meiosis II, que es un evento atípico). En cambio, la tétrada se convierte en dos pares de cromátidas.

Ahora hemos formado un nuevo cromosoma (uno de los dos pares de cromátidas formadas debido a que la tétrada ya no se forma).

Nuevamente, esta no es la única forma de aumentar el tamaño del genoma .
Sin embargo, el organismo ha ganado un cromosoma y, por lo tanto, se ha producido una gran cantidad de material genético nuevo.

La polisomía también puede ocurrir (tener más de 1 copia de un cromosoma, pero tener solo 1 copia del resto de los cromosomas), y si la aptitud del organismo polisómico no se ve sustancialmente afectada, este evento puede resultar en la producción de nuevo material genético debido a la aspersión de sustituciones en el camino, al igual que con la poliploidía.

Luego llegamos a inversiones, deleciones y sustituciones, que técnicamente producen “nuevo material genético”, pero no aumentan el tamaño del genoma.
Este es un concepto difícil de entender, generalmente porque en la escala macroscópica, podemos pensar “un 2 × 4 es un 2 × 4 es un 2 × 4”. Es decir, uno puede generalizar los artículos de la misma longitud con las mismas características amplias (por ejemplo, dimensiones de 1.5 “x 3.5” en las caras finales, de madera, etc.).

Sin embargo, una manera fácil de pensar en las sustituciones que producen “nuevo material genético” es siguiendo el Dogma Central: Gen-> mRNA-> Protein.
Si una sustitución rompe el codón de parada del gen, entonces el ARNm cambia (se hace más largo), la proteína producida por el ARNm cambia (se hace más larga) y la función de la proteína producida se ve afectada.

Si el alelo que rompe el codón de detención ya no existe en la especie, entonces tiene nuevo material genético. Es decir, la proteína que produce el alelo no se ha visto en ningún otro miembro de esa especie, lo que significa que es “nueva”, ¿no?
Análogamente, piense en una canción. Si nunca lo ha escuchado antes (aunque tal vez alguien lo haya cantado hace 500 años), considera que es nuevo.
Entonces, si la sustitución cambia la proteína a una nueva forma, entonces el material genético detrás de la proteína debe ser nuevo, ¿no? Por lo tanto, una sustitución puede producir “nuevo material genético”.

Sin embargo, las sustituciones por sí solas no pueden proporcionar el “nuevo material genético” necesario para cubrir la brecha entre el genoma de 5 Mb de E. coli y el genoma de 3 Gb de H. sapiens sapiens . Lo mismo se aplica a las inversiones, donde ciertamente pueden proporcionar “nuevo material genético” (el inverso de una oración no siempre es la oración en sí misma, y ​​los palíndromos componen una proporción muy pequeña de las posibles secuencias de letras), pero no agregan pares de bases
Las eliminaciones tienen una dificultad similar, dado que están eliminando pares de bases. Sin embargo, elimine un codón de parada, y se aplica el mismo razonamiento que con la sustitución para producir “nuevo material genético”.

Por supuesto, el “nuevo material genético” puede ser simplemente una inserción de una sola base, pero eso llevaría mucho tiempo pasar de 5 Mb de E. coli a 3 Gb de H. sapiens sapiens .

Las mutaciones puntuales (por ejemplo, convertir una A en una T) no son los únicos tipos de mutaciones. Las duplicaciones y eliminaciones (llamadas indeles) también son comunes, y pueden variar en tamaño desde unos pocos pares de bases hasta el genoma completo. Por ejemplo, en el linaje de la levadura, hay evidencia de una duplicación completa del genoma en los últimos 100 millones de años de evolución, y otras duplicaciones del genoma que son más antiguas.

En los humanos, una fuente importante del gran tamaño del genoma son los elementos transponibles (genes saltadores) y otros elementos repetitivos, que se copian al azar en nuevas ubicaciones en el genoma. Más del 50% del genoma humano está compuesto de elementos repetitivos, por lo que representan una gran parte de la expansión del genoma. A medida que estas secuencias “mueren” (dejan de poder copiarse) se degeneran y pueden adquirir elementos funcionales como regiones reguladoras dentro de su secuencia.

Una respuesta más corta:

Las mutaciones son el segundo paso, no el primer paso para aumentar el contenido de información de un genoma.

El primer paso es la duplicación accidental de material genético de acuerdo con uno de los muchos mecanismos ya mencionados. Los genes redundantes son libres de mutar sin dañar la viabilidad del organismo, aumentando la diversidad genética.

Preguntar cómo las mutaciones pueden conducir a “nueva información genética” es como preguntar cómo cambiar algunas letras puede conducir a Shakespeare: es un malentendido cómo el ADN representa la “información”.

Puedo generar “nueva información” reuniendo una nueva palabra u oración de las mismas letras del alfabeto que siempre han existido.

Su computadora o dispositivo móvil con teclado T9 hace esto todo el tiempo cuando corrige automáticamente una palabra que no está en su diccionario que tiene las mismas letras que la palabra que escribió.

Los “errores de copia de ADN” pueden abarcar casi cualquier permutación al ADN y, a veces, las mutaciones también ocurren fuera de la meiosis.

Esto puede explicarse mejor por el concepto de triple codón de George Gamow, afirmó que cada aminoácido en un polipéptido está codificado por tres bases nitrogenadas (tripletes) si hay deleciones de un solo par de bases, el marco de referencia cambia
por ejemplo
un polipéptido es AUG ACG G A U GGG
considere durante la mutación de punto en GAU, el par de bases A se elimina, el marco de referencia se desplaza y aparece así
AGO ACG GUG GG
ahora, durante el procedimiento de traducción, el aminoácido para GAU es ácido aspártico, pero dado que hay un cambio en el marco de referencia, se forma la prometionina GUG y allí después de que se cambia todo el procedimiento de traducción en lugar de un cambio en un solo aminoácido, por lo tanto, es completamente nuevo la información es traducida
la mutación es de muchos tipos, mutación puntual, cambio de marco, mutación, inversión, eliminación, duplicación, transición, transición, cualquiera que sea el caso, se aplica el principio básico de traducción anterior
El punto importante a tener en cuenta es que no es la mutación sino el procedimiento de traducción lo que cambia la expresión del ADN.

En general, las mutaciones no son la causa de la formación de nuevas especies. Las mutaciones repentinas son evidentes. Los cambios repentinos en el patrón genético de un organismo. La formación de especies requiere un tiempo relativamente largo por selección natural.
no tiene sentido discutir que la forma en que los humanos se formaron a partir de E. coli porque hay muchas especies entre estas dos no podemos comparar el genoma de las criaturas más primitivas y avanzadas ya que ambos humanos se formaron mucho más tarde que ellos y hubo una tendencia evolutiva que condujo a la formación de humanos
pero E. Coli y los humanos están relacionados entre sí, ya que los codones codificaron los mismos aminoácidos en ambos (excepto los codones de iniciación), por lo tanto, estaba muy claro que E. coli y los humanos tenían algo en común que conducía a lo probable rastros de ascendencia E. coli no está mutada a los humanos directamente

Quizás porque las mutaciones se hacen a propósito:

Ingeniería genética natural