Prueba de tasa relativa

La prueba de tasa relativa es una prueba comparativa genética entre dos grupos internos (especies algo relacionadas) y un grupo externo o "especie de referencia" para comparar las tasas de mutación y evolución entre las especies. ^[1] Cada especie del grupo interno se compara independientemente con el grupo externo para determinar qué tan estrechamente relacionadas están las dos especies sin saber el momento exacto de divergencia de su ancestro común más cercano. ^[2] Si se han producido más cambios en un linaje en relación con otro linaje desde su ancestro común compartido, entonces la especie del grupo externo será más diferente de la especie del linaje de evolución más rápida que de la especie del linaje de evolución más lenta . Esto se debe a que el linaje de evolución más rápida, por definición, habrá acumulado más diferencias desde el ancestro común que el linaje de evolución más lenta. Este método se puede aplicar a datos promediados (es decir, grupos de moléculas) o moléculas individuales. Es posible que las moléculas individuales muestren evidencia de tasas de cambio aproximadamente constantes en diferentes linajes incluso cuando las tasas difieren entre diferentes moléculas. La prueba de velocidad relativa es una prueba interna directa del reloj molecular, para una molécula dada y un conjunto dado de especies, y muestra que no es necesario (y nunca se debe) suponer que el reloj molecular existe: se puede evaluar directamente a partir de los datos mismos. Obsérvese que la lógica también se puede aplicar a cualquier tipo de datos para los que se pueda definir una medida de distancia (por ejemplo, incluso características morfológicas).

El uso inicial de este método fue evaluar si había o no evidencia de diferentes tasas de cambio molecular en diferentes linajes para moléculas particulares. Si no había evidencia de tasas significativamente diferentes, esto sería evidencia directa de un reloj molecular , y (solo) entonces permitiría construir una filogenia basada en puntos de ramificación relativos (las fechas absolutas para los puntos de ramificación en la filogenia requerirían una calibración adicional con la evidencia fósil mejor atestiguada). Sarich y Wilson utilizaron el método para demostrar que aproximadamente la misma cantidad de cambio había ocurrido en la albúmina en los linajes humano ( Homo sapiens ) y chimpancé ( Pan troglodytes ) desde su ancestro común. Esto se hizo mostrando que tanto la albúmina humana como la del chimpancé eran igualmente diferentes de, por ejemplo, la albúmina del mono. Encontraron el mismo patrón para otras especies de primates (es decir, equidistantes de una comparación de grupo externo), lo que les permitió luego crear un árbol filogenético relativo (hipótesis del orden de ramificación evolutiva) de primates. Al calibrarlo con evidencia fósil bien atestiguada (por ejemplo, ningún primate de aspecto moderno antes del límite KT), esto los llevó a argumentar que la división entre humanos y chimpancés había ocurrido hace solo unos 5 millones de años (lo que era mucho más joven de lo que los paleontólogos suponían anteriormente). ^[3]

Otros dos usos importantes de la prueba de tasa relativa son determinar si el tiempo de generación y los procesos metabólicos afectan la tasa de mutación y cómo lo hacen. En primer lugar, está el tiempo de generación. Sarich y Wilson utilizaron por primera vez la prueba de tasa relativa para demostrar que no había evidencia de un efecto de generación en las tasas de mutación de linaje para la albúmina en primates. ^[4] Utilizando 4 especies de carnívoros como grupos externos, demostraron que los humanos (con tiempos de generación mucho más largos) no habían acumulado significativamente menos (o mayores) cambios moleculares que otros primates en su muestra (por ejemplo, monos rhesus , monos araña y varios prosimios , todos los cuales tienen tiempos de generación mucho más cortos). Sin embargo, un famoso experimento que comparó once genes entre ratones o ratas y humanos, con cerdos, vacas, cabras, perros y conejos actuando como referencia de grupo externo, sugirió que los roedores tenían tasas de mutación más rápidas. Los roedores tienen un tiempo de generación mucho más corto que los humanos, por lo que se sugirió que se esperaría que tuvieran tasas de mutación mucho más rápidas y, por lo tanto, evolucionaran más rápido. Esta teoría fue apoyada mediante la prueba de regiones codificantes y regiones no traducidas con la prueba de tasa relativa (que mostró que los roedores tenían una tasa de mutación mucho más alta que los humanos) y respaldada mediante la comparación de genes parálogos porque son homólogos a través de la duplicación genética y no de la especiación y, por lo tanto, la comparación es independiente del tiempo de divergencia. ^[2]

El otro uso de la prueba es determinar el efecto de los procesos metabólicos. Anteriormente se creía que las aves tienen una tasa evolutiva molecular mucho más lenta que otros animales, como los mamíferos, pero eso se basaba únicamente en las pequeñas diferencias genéticas entre las aves, que dependían del registro fósil. Esto se confirmó más tarde con la prueba de la tasa relativa, sin embargo, la teoría era que esto se debía a la tasa metabólica y a una temperatura corporal más baja en las aves. El artículo de Mindell explica que no se encontró una correlación directa entre estos factores y la evolución molecular en los taxones de prueba de las aves basados ​​en la evolución mitocondrial, pero las aves en su conjunto tienen una tasa de mutación más baja. Todavía hay muchas hipótesis en esta área de estudio que se están probando, pero la prueba de la tasa relativa está demostrando ser crucial para superar el sesgo del registro fósil. ^[5]

Aunque estos son casos específicos de la prueba de la tasa relativa, también se puede utilizar para comparar especies con fines filogenéticos. Por ejemplo, Easteal quería comparar las tasas de sustitución de nucleótidos en cuatro genes de cuatro mamíferos euterios . Lo hizo mediante la prueba de la tasa relativa y luego, utilizando estos datos, pudo construir una filogenia utilizando varios métodos, incluida la parsimonia y la máxima verosimilitud. ^[6] Utilizó el mismo enfoque en otro experimento para comparar a los humanos con otros primates y no encontró diferencias significativas en las tasas evolutivas. ^[7]

En general, se acepta que la prueba de tasa relativa tiene muchas fortalezas que la hacen invaluable para los experimentadores. Por ejemplo, al usar esta prueba, no se necesita la fecha de divergencia entre dos especies. ^[2] Además, una prueba generalizada minimiza el sesgo de muestreo ^[8] y el sesgo del registro fósil. Sin embargo, la prueba de tasa relativa es muy pobre en algunas áreas, como la detección de diferencias importantes en comparación con la constancia de la tasa si se usa como una prueba para el reloj molecular . ^[9] Robinson afirma que para esta prueba, el tamaño sí importa. La prueba de tasa relativa puede tener un problema para detectar variaciones significativas si las secuencias probadas son menores de mil nucleótidos . Esto puede deberse a que las variaciones están dentro del error esperado de la prueba y, debido a que hay tan pocos nucleótidos para comparar, no hay forma de estar absolutamente seguro. ^{[8] [9]} Por lo tanto, la prueba de tasa relativa es fuerte por sí misma, pero generalmente no es la única base para una conclusión. Suele combinarse con otras pruebas, como pruebas de longitud de rama o pruebas de dos grupos, para garantizar que las conclusiones sean precisas y no se basen en resultados erróneos.