Prueba de tasa relativa

La prueba de tasa relativa es una prueba comparativa genética entre dos grupos internos (especies relativamente emparentadas) 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 cuán emparentadas están las dos especies sin conocer el tiempo exacto de divergencia de su ancestro común más cercano. ^{[ 2 ]} Si ha ocurrido más cambio 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 a 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 tasa relativa es una prueba interna directa del reloj molecular, para una molécula y un conjunto de especies determinados, y demuestra que no es necesario (ni se debe) asumir la existencia del reloj molecular: puede evaluarse directamente a partir de los propios datos. Cabe destacar que esta lógica también puede aplicarse 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 existía evidencia de diferentes tasas de cambio molecular en distintos linajes para moléculas específicas. Si no se encontraba evidencia de tasas significativamente diferentes, esto constituiría una evidencia directa de un reloj molecular y (solo) 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 mejor evidencia fósil disponible). Sarich y Wilson utilizaron el método para demostrar que aproximadamente la misma cantidad de cambio había ocurrido en la albúmina tanto en el linaje humano ( Homo sapiens ) como en el del chimpancé ( Pan troglodytes ) desde su ancestro común. Esto se logró demostrando que la albúmina humana y 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 con un grupo externo), lo que les permitió crear un árbol filogenético relativo (hipótesis del orden de ramificación evolutiva) de los primates. Cuando se contrasta con evidencia fósil bien documentada (por ejemplo, no hay primates de aspecto moderno antes del límite KT), esto los llevó a argumentar que la separación entre humanos y chimpancés ocurrió hace solo unos 5 millones de años (lo cual era mucho más reciente de lo que los paleontólogos habían supuesto 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 fueron los primeros en usar 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 dentro de los primates. ^{[ 4 ]} Usando 4 especies de carnívoros como grupos externos, demostraron que los humanos (con tiempos de generación mucho más largos) no habían acumulado significativamente menos (o más) 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 con humanos, con cerdo, vaca, cabra, perro 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 respaldada mediante pruebas de regiones codificantes y regiones no traducidas con la prueba de tasa relativa (que mostró que los roedores tenían una tasa de mutación mucho mayor que los humanos) y confirmada mediante la comparación de genes parálogos porque son homólogos a través de la duplicación genética y no de la especiación , por lo que la comparación es independiente del tiempo de divergencia. ^{[ 2 ]}

Otro uso de la prueba es determinar el efecto de los procesos metabólicos. Anteriormente se creía que las aves tenían una tasa de evolución molecular mucho más lenta que otros animales, como los mamíferos, pero esto se basaba únicamente en las pequeñas diferencias genéticas entre las aves, que dependían del registro fósil. Esto se confirmó posteriormente con la prueba de 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 aves analizados, según la evolución mitocondrial, pero las aves en su conjunto sí tienen una tasa de mutación más baja. Todavía existen muchas hipótesis en esta área de estudio que se están probando, pero la prueba de tasa relativa está demostrando ser crucial para superar el sesgo del registro fósil. ^{[ 5 ]}

Aunque estos son ejemplos específicos de la prueba de tasa relativa, también puede utilizarse para comparar especies con fines filogenéticos. Por ejemplo, Easteal quiso comparar las tasas de sustitución de nucleótidos en cuatro genes de cuatro mamíferos euterios . Lo hizo mediante la prueba de tasa relativa y, utilizando estos datos, pudo construir una filogenia mediante diversos métodos, como la parsimonia y la máxima verosimilitud. ^{[ 6 ]} Adoptó 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 ventajas 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 deficiente en algunas áreas, como la detección de diferencias importantes en comparación con la constancia de la tasa si se usa como prueba para el reloj molecular . ^{[ 9 ]} Robinson afirma que para esta prueba, el tamaño sí importa. La prueba de tasa relativa puede tener problemas para detectar variaciones significativas si las secuencias analizadas tienen menos 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 la longitud de las ramas o las pruebas de dos clústeres, para garantizar que las conclusiones sean precisas y no se basen en resultados erróneos.