¿La teoría de la mutación sigue siendo "válida" para organismos complejos?

Cambio en la variación genética

Por lo que me han enseñado, la selección natural (o incluso la selección artificial) es excelente para seleccionar genes favorables de una especie y ponerlos en primer plano; sin embargo, no introduce nuevos cambios genéticos.

Sí, tienes bastante razón. En una población dada, la selección direccional finalmente reducirá la variación genética (la selección natural selecciona algunas variantes dejando que las otras variantes desaparezcan y, por lo tanto, disminuyendo la variación genética) mientras que las mutaciones devuelven la variación a la población en la que puede ocurrir una selección adicional.

Para ir un poco más allá (pero sin desarrollar demasiado esta parte): la deriva genética disminuye la variación genética (en promedio). La selección de equilibrio (como la selección negativa dependiente de la frecuencia o la selección espacialmente heterogénea, por ejemplo) ayuda a retener la variación (pero nunca crea más variación) en comparación con lo que haría la deriva genética por sí sola. Los diferentes tipos de estructura espacial de la población también afectan los patrones de variación genética. El punto importante a entender es que en una población aislada, la mutación es el único proceso que puede crear nuevas variantes.

Mutaciones en organismos multicelulares - Mutaciones somáticas vs. germinales

Parece que llamas organismo complejo a lo que solemos llamar organismos multicelulares. Tienes mucha razón en que algunas mutaciones pueden transmitirse mientras que otras no.

Como dijiste, una mutación que ocurra en la pierna izquierda nunca se encontrará en tus gametos. A las mutaciones que no se pueden transmitir las llamamos mutaciones somáticas . Por otro lado, las mutaciones que pueden transmitirse se denominan mutaciones de la línea germinal . Por supuesto, en individuos unicelulares, todas las mutaciones son mutaciones de la línea germinal.

[..] ¿no son esas mutaciones ya raras que solo se transmiten a la descendencia si ocurren en los espermatozoides u óvulos de corta duración de uno de los padres?

Las mutaciones de la línea germinal no son solo mutaciones que ocurren en los óvulos o los espermatozoides (el óvulo y los espermatozoides se llaman gametos ). Las mutaciones de línea germinal son cualquier mutación dentro del linaje de los gametos . Por ejemplo, una mutación que ocurre durante la mitosis durante la fase de mórula en la célula derecha también es una mutación de la línea germinal. Una mutación que ocurre en el testículo durante la división de una célula type Ad spermatogomiumpara dar lugar a otra type Ad spermatogomiumy type Ap spermatogomiumtambién es una mutación de la línea germinal (vea la figura al final de esta respuesta y vea elAge-specific mutation ratesección). Por lo tanto, hay toneladas de divisiones durante las cuales pueden ocurrir mutaciones de la línea germinal en los grandes organismos multicelulares, mientras que las mutaciones (de la línea germinal) pueden ocurrir solo durante la división celular única en los organismos unicelulares.

¿Cuántas mutaciones nuevas transmiten los humanos a sus descendientes?

En términos generales, la tasa de mutación de la línea germinal por nucleótido es de alrededor$10^{-8} \text{or } 10^{-9}$pero no considere demasiado este valor ya que la tasa de mutación por nucleótido varía mucho entre especies y especialmente entre diferentes regiones genómicas. Para su información, el genoma humano haploide (solo para considerar un ejemplo) consta de alrededor de 3 mil millones ($3\cdot 10^9$) pares de bases.

El número de nuevas mutaciones por descendencia en humanos es una distribución de Poisson con media y varianza de alrededor de 100 mutaciones (esta estimación puede ser bastante inexacta). Estas son quizás más mutaciones de las que esperabas.

Tasa de mutación específica de la edad

Por lo general, se producen muchas divisiones celulares en los testículos para producir la cantidad muy importante de espermatozoides que un hombre produce durante su vida (consulte la figura al final de esta respuesta y vea el espermatogonio ). Las mutaciones también ocurren durante esas divisiones y por lo tanto observamos una correlación entre la edad del padre y el número de nuevas mutaciones transmitidas a la descendencia. Hong et al. (2012) sugieren utilizar la siguiente fórmula. El número de nuevas mutaciones transmitidas a la descendencia por el padre en humanos es igual a$25 + 2(g-20)$, dónde$g$es la edad del padre. Por supuesto, esta es solo una fórmula que coincide bastante bien con las observaciones pero no tiene significado teórico. Esta fórmula se aplica solo a hombres mayores de 20 años.

la regla de drake

Las observaciones empíricas muestran que cuanto mayor es el número de pares de bases$n$, menor es la tasa de mutación por par de bases$\mu$. Esta correlación entre$n$y$\mu$es aproximadamente lineal con una pendiente de aproximadamente 1. En otras palabras, la tasa de mutación de todo el genoma$U = \mu \cdot n$es más o menos constante en todas las especies. Esta correlación se conoce como la regla de Drake y, nuevamente, es una aproximación aproximada de una realidad más compleja.

Reproducción sexual vs reproducción asexual

No estoy exactamente seguro de por qué estás hablando de reproducción sexual en tu publicación. Tenga en cuenta que la tasa de mutación durante la meiosis (un proceso que ocurre durante la reproducción sexual) es mucho más alta que la mutación durante la mitosis .

Efectos mutacionales

El efecto de mutación es el efecto de una nueva mutación germinal determinada. Por supuesto, no todas las mutaciones tienen el mismo efecto y existe, por tanto, una distribución de los efectos mutacionales . Los estudios más recientes (a menudo experimentos de acumulación de mutaciones ) tienden a mostrar que una distribución gamma altamente sesgada(la distribución exponencial negativa es un caso especial de la distribución gamma) es una buena opción para modelar la distribución de los efectos mutacionales de mutaciones beneficiosas o perjudiciales. Por lo tanto, se estima que la distribución completa de los efectos mutacionales se modela mejor mediante una distribución gamma para las mutaciones beneficiosas y una distribución gamma inversa para las mutaciones perjudiciales puestas una al lado de la otra (donde la probabilidad de densidad de tener una mutación perfectamente neutra está en la intersección de las dos distribuciones gamma). Es probable que los parámetros exactos para esas distribuciones varíen según la especie, pero lo más probable es que dependan del tramo exacto de ADN que se esté considerando. Diferentes artículos ofrecen diferentes estimaciones ( el trabajo de P. Keightleysobre el tema es particularmente influyente). Es posible que desee echar un vistazo a esta respuesta para obtener un resumen de los datos empíricos sobre los efectos mutacionales ... Las dos distribuciones gamma deben volver a escalarse para asegurarse de que todo se suma a uno y no conozco ningún papel. que sugieren parámetros reales para este cambio de escala.

Probabilidad de fijación

La fijación es el evento de un alelo dado (= variante de un gen) para alcanzar una frecuencia de 1 en la población. En otro, un alelo es fijo, siempre que el locus (=región genómica de tamaño arbitrario) bajo consideración ya no sea polimórfico en la población. La probabilidad de fijación de una mutación dada es una estadística muy importante. Llamemos$s$el efecto de mutación (si$s>0$, la mutación es beneficiosa). La probabilidad de fijación de una mutación neutra dado el tamaño de la población es$P(s=0 | N) = \frac{1}{2N}$(asumiendo un ciclo de vida diplomático) como se puede demostrar a partir de la teoría coalescente, el modelo de deriva genética de Wright-Fisher o el modelo de Moran (nacimiento-muerte). La probabilidad de fijación de una mutación beneficiosa es mayor, mientras que la probabilidad de fijación de una mutación perjudicial es menor. Esas probabilidades se pueden estimar con diferentes técnicas que utilizan distintos supuestos: técnica de Haldane (asumiendo que el número de descendientes sigue una distribución de Poisson), técnica de Kimura (utilizando ecuaciones de difusión), modelos de nacimiento-muerte, etc... Algunos métodos asumen valores pequeños de$s$, algunos otros asumen que$2Ns >> 1$, etc..

Número de nuevas mutaciones en la población y tasa de sustitución neutra

Si la tasa de mutación de todo el genoma para mutaciones neutras es$U_n$y el tamaño de la población es$N$, entonces hay una distribución de Poisson del número de nuevas mutaciones en cada generación con media y varianza$2 \cdot U_n \cdot N$(asumiendo un ciclo de vida diplomático). Porque cada una de estas mutaciones tiene una probabilidad$\frac{1}{2N}$para quedar fijo, la tasa de sustitución neutral en esta población es$\frac{1}{2N}\cdot 2 U_n N = U_n$. Por lo tanto, la tasa de sustitución neutra es una función de la tasa de mutación neutra de todo el genoma únicamente. Este resultado clásico se usa para estimar el tiempo desde la última divergencia entre linajes hermanos (reloj molecular)

¿Dijiste teoría de la mutación?

Nunca he oído hablar de la teoría de la mutación . Estoy bastante seguro de que la teoría de la mutación NO es un concepto existente (pero la pregunta es clara).

figura de espermatogonio

Tienes razón en que la mutación debe estar en una célula germinal para poder transmitirse. La mayoría de los errores se introducen durante la replicación del ADN (a una tasa de alrededor de 10 ^-10 ), que ocurre varias veces entre la etapa de cigoto y los gametos maduros. Este libro estima que hay 24 divisiones entre el cigoto y el óvulo y 23n+34 divisiones entre el cigoto y el espermatozoide, donde n es el número de años después de los 14 años. Dado que el genoma humano haploide es ~3,2∙10 ⁹ pares de bases, cabría esperar ~10 nuevas mutaciones en un óvulo y ~90 en el esperma de un varón de 25 años. Este es un cálculo muy aproximado, pero predice alrededor de 100 mutaciones por generación.

Este artículo , basado en evidencia empírica real, encuentra 175 mutaciones por generación.

El punto es que las mutaciones ocurren apreciablemente en las células germinales y se transmiten a la descendencia. Además, tenga en cuenta que las mutaciones no son la única fuente de variación sobre la que actúa la selección. La variación también se crea por recombinación homóloga y apareamiento aleatorio.