Relojes moleculares y datación de divergencias

El reloj molecular es la observación de que las diferencias moleculares entre linajes se acumulan aproximadamente con el tiempo, lo que permite que los datos genéticos daten las divergencias evolutivas cuando se calibran con fósiles o eventos geológicos.

Definition

Un reloj molecular es la tasa aproximadamente constante a la que se acumulan los cambios moleculares a lo largo de los linajes con el tiempo. La datación de divergencias utiliza este principio, combinado con puntos de calibración del registro fósil o la geología, para estimar cuándo se separaron los linajes.

Scope

Este tema abarca la hipótesis del reloj molecular y su vínculo teórico con la teoría neutral, la relajación del reloj estricto para acomodar la variación de la tasa, los métodos para calibrar los relojes con fósiles y biogeografía, y la estimación conjunta de los tiempos de divergencia en un marco bayesiano.

Core questions

• ¿Por qué las diferencias moleculares se acumulan a una tasa aproximadamente similar a la de un reloj?
• ¿Cómo explica la teoría neutral el reloj molecular?
• ¿Cómo se relajan los relojes para permitir que las tasas varíen entre linajes?
• ¿Cómo se utilizan los fósiles y otras pruebas para calibrar los tiempos de divergencia?

Key theories

Reloj molecular y la teoría neutral

Según la teoría neutral, la tasa de sustitución neutral es igual a la tasa de mutación neutral y es independiente del tamaño de la población, lo que predice un reloj molecular aproximadamente constante que vincula la distancia genética con el tiempo transcurrido.

Datación con reloj relajado

Debido a que las tasas de sustitución varían realmente entre linajes, los modelos de reloj relajado permiten que las tasas cambien a lo largo del árbol, y la calibración con fósiles permite una estimación estadísticamente rigurosa de los tiempos de divergencia y su incertidumbre.

Mechanisms

El reloj molecular surge porque, para las mutaciones neutrales, la tasa de sustitución es igual a la tasa de mutación por generación y es teóricamente independiente del tamaño de la población, lo que produce una divergencia aproximadamente proporcional al tiempo. En la práctica, las tasas varían entre linajes y genes, por lo que los relojes estrictos a menudo se rechazan y se reemplazan por modelos de reloj relajado en los que las tasas evolucionan a lo largo de las ramas. La calibración ancla el reloj al tiempo absoluto utilizando las edades de los fósiles, los eventos de vicarianza geológica datados o, para patógenos de evolución rápida, las fechas de muestreo de las secuencias. Los métodos bayesianos integran el modelo de sustitución, el modelo de tasa y los priors de calibración para estimar los tiempos de divergencia con intervalos creíbles.

Clinical relevance

La datación molecular estima el momento de la aparición de patógenos y los cambios de hospedador, la edad de los orígenes de la resistencia a los medicamentos y el ritmo de la evolución viral durante los brotes, lo que apoya la reconstrucción y el pronóstico epidemiológicos.

History

Zuckerkandl y Pauling propusieron el reloj molecular a principios de la década de 1960 a partir de comparaciones de secuencias de proteínas. La teoría neutral de Kimura proporcionó su base teórica, y a partir de la década de 1990, los métodos de reloj relajado y bayesianos hicieron de la datación de divergencias calibrada un procedimiento rutinario y estadísticamente explícito.

Debates

¿Qué tan fiables son las estimaciones de fechas moleculares?

La variación de la tasa, las calibraciones fósiles escasas o mal asignadas y los supuestos del modelo pueden sesgar las estimaciones del tiempo de divergencia, por lo que la precisión de las fechas moleculares profundas sigue siendo objeto de debate.

Key figures

• Emile Zuckerkandl
• Linus Pauling
• Motoo Kimura
• Allan Wilson

Seminal works

• kimura1983
• felsensteinBook2004
• ohta1973

Frequently asked questions

¿El reloj molecular avanza a un ritmo constante?

Solo aproximadamente. Las tasas varían entre linajes, genes y a lo largo del tiempo, por lo que los análisis modernos utilizan modelos de reloj relajado que permiten la variación de la tasa en lugar de asumir un reloj estrictamente constante.

¿Cómo se calibran los relojes moleculares?

Anclando los puntos de divergencia al tiempo absoluto utilizando evidencia independiente, con mayor frecuencia fósiles datados, pero también eventos geológicos de edad conocida o, para patógenos de evolución rápida, las fechas en que se recolectaron las muestras.