Con sus raíces profundamente arraigadas, un robusto tronco y una densa profusión de ramas, el árbol de la vida es una estructura de una complejidad y belleza casi insondable. Aunque se han hecho grandes avances para establecer la jerarquía evolutiva que abarca todas las especies vivas, el proyecto se encuentra todavía en su infancia.
En el Arizona State University's Biodesign Institute, Sudhir Kumar ha estado llenado el árbol de la vida mediante el desarrollo de sofisticados métodos y herramientas bioinformáticas. Su investigación más reciente, que apareció en la edición on-line de Proceedings of the National Academy of Sciences, permitirá a los científicos analizar grandes set de datos para ajustar el reloj, de la multitud de puntos de ramificación (nodos) en el árbol, en que cada punto representa la divergencia de una especie de su ancestro común. El nuevo método difiere significativamente de las técnicas utilizadas actualmente y sobresale en proporcionar resultados de exactitud igual o superior a una velocidad de 1000 veces más rápido.
Para el correcto estudio de la historia evolutiva, dos componentes son fundamentales: las relaciones entre los organismos (conocido como filogenia) y sus tiempos de divergencia. Como explica Kumar, la poderosa técnica para estimar el tiempo de divergencia entre especies se realizó inicialmente más de cuatro décadas atrás, cuando el concepto de los relojes moleculares fue introducido. Inicialmente, la idea se basaba en la suposición de que las alteraciones en cualquiera de las secuencias de aminoácidos de las proteínas o las secuencias de nucleótidos de ADN entre las diversas especies se acumulan a una velocidad uniforme en el tiempo y se puede utilizar para evaluar los tiempos de divergencia. La estructura filogenética resultante es conocida como un "TimeTree", es decir, un árbol de la vida a escala en tiempo.
Antes de la utilización de relojes moleculares, los cambios morfológicos entre las especies fueron el principal medio de identificación de los tiempos de divergencia. Desde entonces, los relojes moleculares han demostrado ser una herramienta vital para los biólogos evolutivos, que se completa el registro fósil y proporcionar un poderoso medio para el tiempo de la divergencia de las especies.
Pero hay una complicación. La tasa de cambio medido por los relojes moleculares puede variar, a veces radicalmente, entre los grupos de especies. En lugar de un mundo ordenado que se ejecuta en un reloj de tiempo universal, el árbol de la vida se parece más a una tienda de antigüedades donde los relojes funcionan a diferentes velocidades en las diferentes especies.
Muchos enfoques para hacer frente a este dilema se han aplicado con éxito, pero su complejidad aumenta exponencialmente con el número de especies involucradas. A menudo, estos cálculos requieren grandes cantidades de tiempo, incluso para los conjuntos de datos de tamaño modesto.
Produce resultados rápidos.
El objetivo principal es estimar los tiempos relativos de divergencia. Esto evita la necesidad de utilizar el registro fósil, que se otherswise necesario con el fin de obtener tiempos absolutos.
"Si, por ejemplo, podemos establecer que la divergencia humano y el del chimpancé es 5 veces menor que la divergencia humano y el mono, sería muy útil", dice Kumar. "Lo que nuestro método puede hacer es generar información es el tiempo relativo para cada divergencia en el árbol de la vida, sin usar el registro fósil u otros parámetros o modelos más complicados." Una vez que los tiempos relativos de todos los nodos en el árbol de la vida se establecen, se utiliza el registro fósil, para fijar puntos de calibración para un alto grado de confianza.
Kumar señala que la secuenciación rápida de ADN ha permitido enormes conjuntos de datos comparativos de las secuencias de moléculas que se generan. Los análisis de incluso unos pocos cientos de secuencias a través de los métodos actuales sin embargo requiere de grandes recursos informáticos y un set de datos mayor, no se puede resolver en un tiempo razonable a través de los métodos actuales, por lo que se necesitaba un nuevo enfoque.
Usando RelTime y al restringir el análisis a los tiempos de divergencia, produce resultados para los grandes árboles filogenéticos en horas en lugar de días. También se puede obtener una mayor precisión, especialmente cuando los conjuntos de datos son enormes.
"Los usos de la técnica, tales sólo están limitadas por la imaginación. Pueden ser utilizados para estimar el origen de las especies conocidas, la aparición de patógenos humanos, y así sucesivamente", dice Kumar. "El método es aplicable a todos quienes trabajan con secuencias y árboles."
RelTime también puede ayudar a resolver las preocupantes disparidades entre los tiempos de divergencia sobre la base de los registros fósiles en comparación con los establecidos a través de la utilización de datos moleculares. Los ejemplos de discrepancias entre los fósiles y mediciones de datos moleculares han provocado un animado debate, en particular sobre la radiación adaptativa de los mamíferos postulados que se han producido en el momento de la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años y la divergencia de determinado phyla animal cree que la fecha para el comienzo del período Cámbrico (~ 500 millones de años). En ambos casos, por ejemplo, las fechas moleculares son aproximadamente 50 por ciento mayor que las fechas fósiles.
El proyecto tendrá importantes consecuencias para muchos campos de la investigación, proporcionando una visión profunda de la biología comparativa, así como la generación de datos de interés para los paleontólogos, geólogos, geoquímicos, y climatólogos. El establecimiento de una línea de tiempo comparativo biológico sincronizado con la historia de la Tierra permitirá a los científicos que trabajan en diversas áreas explorar el desarrollo a largo plazo de la biosfera y de investigar los fundamentos evolutivos de toda la vida.
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