La evolución reductiva es el proceso por el cual los microorganismos eliminan genes de su genoma . Puede ocurrir cuando las bacterias que se encuentran en un estado de vida libre entran en un estado restrictivo (ya sea como endosimbiontes o parásitos ) o son absorbidas completamente por otro organismo volviéndose intracelulares ( simbiogénesis ). Las bacterias se adaptarán para sobrevivir y prosperar en el estado restrictivo alterando y reduciendo su genoma para deshacerse de las vías recientemente redundantes que proporciona el anfitrión. [1] En una relación de endosimbioncia o simbiogénesis donde tanto el huésped como el anfitrión se benefician, el anfitrión también puede experimentar una evolución reductiva para eliminar las vías que son proporcionadas de manera más eficiente por el huésped. [2]
Los microorganismos endosimbiontes o parásitos como Rickettsia prowazekii , Chlorella en Paramecium , Buchnera aphidicola en áfidos y la bacteria Wolbachia en Wuchereria bancrofti han sido estudiados y secuenciados por completo, por lo que se utilizan como ejemplos de evolución reductiva. A veces, las bacterias eliminan genes de su genoma, esto se llama evolución reductiva. Los genes reductivos pueden no ser esenciales para el organismo y hacen que las bacterias puedan reproducirse de manera más eficiente. [1]
Otro ejemplo de esto sería la hipótesis de la reina negra , donde las bacterias dependen de metabolitos extracelulares, producidos por bacterias simbióticas en su entorno. Las bacterias se vuelven dependientes entre sí al reducir, eliminando los genes responsables de producir sus propios metabolitos. También puede ser una de organismos intracelulares obligados que reducen sus genomas y se vuelven dependientes del anfitrión para producir metabolitos para que el organismo los use. [3]
La evolución reductiva [4] es la base de la teoría endosimbiótica , que afirma que los eucariotas absorben otros microorganismos (eucariotas y arqueas) para producir sus metabolitos. Los organismos absorbidos experimentan una evolución reductiva, eliminando genes que se consideraron no esenciales o no beneficiosos para la célula en su nicho específico en el huésped. Al comparar la evidencia fósil, se puede demostrar la evolución reductiva. [5]
Se ha descubierto que el ADN encontrado en fósiles de procariotas y mitocondrias antiguas tiene niveles más altos de citosina y guanina en comparación con el ADN encontrado en el mismo organismo en la actualidad. Es posible que con el tiempo se hayan eliminado diferentes segmentos del genoma que se consideraron desfavorables debido a que las eliminaciones de ADN hicieron que el genoma se redujera. [6] La cantidad de citosina y guanina en el genoma de un organismo tiene una correlación directa con el tamaño general de ese genoma. [7]
El genoma puede volverse más complejo o simplificado debido a mutaciones aleatorias. [8]
Chlorella es un endosimbionte secundario que vive dentro de especies de Paramecium y es un ejemplo de evolución reductiva intracelular obligada. Moranella es una bacteria de membrana doble similar a las bacterias gramnegativas que vive en otro endosimbionte, "Candidatus Tremblaya", que a su vez vive en la cochinilla harinosa .
Siguiendo la evolución reductiva, se sugiere que entre 180 y 425 millones de años atrás ocurrió el incidente del parásito Rickettsia . Se ha planteado la hipótesis de que este evento tuvo que haber sucedido más tarde, ya que Rickettsia y mitocondrias evolucionaron a partir de un ancestro común. Con esta información, los científicos entienden que Rickettsia y mitocondrias tuvieron que haber sucedido en diferentes puntos de su evolución. Se han utilizado fósiles para identificar y confirmar estos eventos endosimbióticos, pero no se han encontrado suficientes para un buen tamaño de muestra estadística. [6]
Lyn Margulis señaló que "las bacterias establecieron una residencia estable dentro del citoplasma de un eucariota primitivo y le proporcionaron energía a cambio de un entorno protegido con un suministro constante de nutrientes". [9] Esta se convirtió en la teoría principal de la endosimbiosis. Esto se demostró aún más con el descubrimiento de que las mitocondrias y los cloroplastos tenían un genoma separado del genoma del huésped, pero habían perdido la capacidad de vivir fuera de él.
Existen muchos métodos para ayudar a identificar si se han eliminado genes, dos de los cuales son los patrones de máxima parsimonia (MP) o máxima verosimilitud (ML), que se utilizan para recrear el árbol evolutivo de estas especies y sus composiciones genéticas de las formas antiguas, así como las pérdidas y ganancias de genes a lo largo de las ramas del árbol, que luego se comparan entre sí. Sin embargo, existen limitaciones, principalmente debido al uso de diferentes modelos o la adición de nueva información que puede sesgar los resultados, como el uso de parsimonia Dollo o parsimonia ponderada.
Parsimonia máxima (PM)
Máxima verosimilitud (MV)
Rickettsia prowazekii es un microorganismo sin restricciones que se ha utilizado para demostrar la degradación del genoma [10] . El tamaño del ADN y del genoma no está relacionado con la complejidad de un organismo. Hay algunas bacterias que tienen mucho más ADN que un ser humano. Esto aún no se entiende y se conoce como el enigma del valor C o la paradoja del valor C. En otras palabras, la gran cantidad de ADN en un genoma haploide no se compara con la complejidad de un organismo y puede ser muy diferente. A través del proceso de evolución reductiva, grandes secciones del ADN podrían haber sido eliminadas, desactivadas o eliminadas gradualmente por el organismo si se descubriera que ya no eran útiles en su deseo de sobrevivir y crecer.