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Antropología molecular es un campo de la antropología en el que se utilizó el análisis molecular para determinar los vínculos evolutivos entre antiguas y modernas poblaciones humanas, así como entre las especies actuales. En general, se hacen comparaciones entre la secuencia, ya sea ADN o secuencia de la proteína, sin embargo, los primeros estudios utilizan serología comparativa.

Mediante el examen de secuencias de ADN en diferentes poblaciones, los científicos pueden determinar la proximidad de las relaciones entre las poblaciones. Ciertas similitudes en la composición genética permiten antropólogos moleculares determinan si los diferentes grupos de personas que pertenecen a un mismo haplogrupo, y por lo tanto si comparten un origen geográfico común. Esto es importante porque permite a los antropólogos a rastrear los patrones de migración y asentamiento, lo que da una idea útil en cuanto a cómo las poblaciones actuales se han formado y evolucionado con el tiempo.

Antropología molecular ha sido muy útil para establecer el árbol evolutivo de los humanos y otros primates, incluyendo especies estrechamente relacionadas, como los chimpancés y los gorilas. Si bien está claro que hay muchas similitudes morfológicas entre los seres humanos y los chimpancés, por ejemplo, ciertos estudios también han llegado a la conclusión de que hay más o menos un 98 por ciento en común entre el ADN de ambas especies. Sin embargo, estudios más recientes han modificado el carácter común de 98 por ciento a una comunidad de 94 por ciento, lo que demuestra que la diferencia genética entre los seres humanos y los chimpancés es más grande de lo que se pensaba originalmente. Esta información es útil en la búsqueda de ancestros comunes y llegar a una mejor comprensión de cómo evolucionaron los humanos. Un documento comparando el ADN humano y de chimpancé se puede encontrar en: http://genome.cshlp.org/content/15/12/1746.short

Loci haploides de antropología molecular

Hay dos grupos de ligamiento continuas en humanos que son llevadas por un solo sexo. El primero es el cromosoma Y, que se transmite de padres a hijos. Hembras anatómicas llevan un cromosoma Y sólo en raras ocasiones, como resultado de un defecto genético. El otro grupo de ligamiento es el ADN mitocondrial. ADN mitocondrial sólo se puede pasar a la próxima generación de mujeres, pero sólo en circunstancias muy excepcionales se pasa a través de ADNmt varones. La porción no recombinante del cromosoma Y y el ADNmt, en circunstancias normales, no se someten a recombinación productiva. Parte del cromosoma Y puede sufrir recombinación con el cromosoma X, y dentro de la historia mono el límite ha cambiado. Tales cambios recombinantes en la región no recombinante de Y son extremadamente raros.

El ADN mitocondrial

El ADN mitocondrial se convirtió en un área de investigación en la filogenia en la década de 1970. A diferencia del ADN genómico, que ofrece ventajas en que no se someten a recombinación. El proceso de recombinación, si es lo suficientemente frecuentes, corrompe la capacidad de crear árboles parsimoniosos porque tramos de subsititions de aminoácidos. Al buscar entre especies lejanamente relacionadas, la recombinación es menos de un problema, ya que la recombinación entre las ramas de ancestros comunes se evita después de que ocurra cierto especiación. Al examinar las especies estrechamente relacionadas, o ramificación dentro de las especies, la recombinación crea un gran número de 'SNPs irrelevante "para el análisis cladístico. El ADN mitocondrial, a través del proceso de orgánulo división, se convierten en clonal con el tiempo; muy poco, demasiado a menudo ninguno, de que el ADNmt paterno se pasa. Mientras que la recombinación puede ocurrir en el ADNmt, hay poco riesgo de que se puede pasar a la siguiente generación. Como resultado, el ADNmt se convierten copias clonales de uno al otro, excepto cuando surge una nueva mutación. Como resultado, el ADNmt no tiene trampas de loci autosómicos cuando se estudian en grupos entrecruzamiento. Otra ventaja de ADNmt es que las regiones hiper-variables evolucionan muy rápidamente; este exposiciones que ciertas regiones del enfoque de neutralidad ADN mitocondrial. Esto permitió el uso de ADN mitocondrial para determinar que la edad relativa de la población humana era pequeño, después de haber pasado por una constricción reciente a hace unos 150.000 años.

El ADN mitocondrial también se ha utilizado para verificar la proximidad de los chimpancés a los seres humanos en relación con gorilas, y para verificar la relación de estas tres especies en relación con orangután.

Más recientemente, el genoma de ADNmt se ha utilizado para estimar los patrones de ramificación en los pueblos de todo el mundo, como cuando el nuevo mundo fue resuelto y cómo. El problema de estos estudios ha sido que dependen en gran medida de las mutaciones en la región codificante. Los investigadores han descubierto cada vez más que los humanos pasaron de las regiones del sudeste de África, que más mutaciones acumuladas en la región de codificación de lo esperado, y en el paso al nuevo mundo se cree que algunos grupos que han pasado de las zonas tropicales de Asia a Siberia para una tierra antigua región llamada Beringia y emigró rápidamente a América del Sur. Muchos de los ADNmt tienen muchas más mutaciones y en raras ocasiones mutado codifica sitios con respecto a las expectativas de mutaciones neutrales.

El ADN mitocondrial ofrece otra ventaja sobre ADN autosómico. En general, existen 2 a 4 copias de cada cromosoma en cada célula. Para ADNmt no puede haber docenas a cientos de personas en cada celda. Esto aumenta la cantidad de cada loci de ADN mitocondrial por lo menos una magnitud. Para ADN antiguo, en el que el ADN es altamente degradada, el número de copias de ADN es útil en la ampliación de puente y fragmentos cortos juntos, y disminuye la cantidad de hueso extraído de gran valor fósil/restos antiguos. A diferencia de cromosoma Y, los dos restos de ambos sexos llevan ADNmt en cantidades aproximadamente iguales.

Cromosoma Y

El cromosoma Y se encuentra en el núcleo de las células normales. A diferencia de ADNmt, que tiene mutaciones en la porción no recombinante del cromosoma ampliamente espaciados aparte, tan lejos que la búsqueda de mutaciones en los nuevos cromosomas Y es una labor intensiva en comparación con ADNmt. Muchos estudios se basan en repeticiones en tándem, sin embargo, las repeticiones en tándem se pueden expandir y retraer rápidamente y en algunos patrones predecibles. El cromosoma Y sólo un seguimiento de líneas masculinas, y no se encuentra en las hembras, mientras que el ADNmt se puede remontar en los hombres a pesar de que no pasen el ADNmt. Además, se ha estimado que la población masculina efectivas en el período prehistórico fueron típicamente dos hembras por macho, y estudios recientes muestran que la hegemonía cultural juega un papel importante en la aprobación de Y. Esto ha creado discordancia entre varones y mujeres para el Tiempo que el ancestro común más reciente. Las estimaciones de Y TMRCA gama de 1/4 a menos de 1/2 el de ADNmt TMRCA. No está claro si esto se debe al alto hombre de relaciones de sexo femenino en el pasado junto con la repetición de las migraciones procedentes de África, como resultado del cambio en la tasa de mutación, o como algunos han propuesto que las mujeres de la LCA entre los chimpancés y los seres humanos continuaron pasando ADN millones después de los hombres dejaron de transmitir el ADN. En la actualidad la mejor evidencia sugiere que la migración de la relación hombre-mujer en los seres humanos puede haber disminuido, provocando un recorte de la diversidad Y en múltiples ocasiones dentro y fuera de África.

Por filogenética molecular de corto alcance y moleculares de reloj, el cromosoma Y es muy eficaz y crea una segunda perspectiva. Un argumento que se plantea es que los maoríes de ADNmt parece haber emigrado de China Eastern o Taiwán, por el cromosoma Y de la región de Papúa Nueva Guinea. Cuando se utilizaron los haplotipos HLA para evaluar las dos hipótesis, se descubrió que ambos tenían razón, que los maoríes son una población mezclada. Tales aditivos parecen ser comunes en la población humana y por lo tanto el uso de un único loci haploides pueden dar una perspectiva sesgada.

Estudios X-ligados

El cromosoma X es también una forma de ADN nuclear. Puesto que se encuentra como 1 copia en los hombres y 2 cromosomas no idénticos en las hembras que tiene una ploidía de 1,5 - Sin embargo, en los seres humanos la ploidía efectiva es algo más alto, ~ 1.7, como hembras en la población de cría han tendido a superar en número a los machos por 02:01 durante una gran parte de la prehistoria humana. Al igual que el ADNmt, ADN ligado al cromosoma X tiende a enfatizar sobre historia de la población femenina mucho más que el macho. Se han realizado varios estudios de loci en el cromosoma X, un total de 20 sitios han sido examinados. Estos incluyen PDHA1, PDHA1, Xq21.3, Xq13.3, Zfx, Fix, IL2RG, Plp, Gk, IDS, ALAS2, Rrm2p4, AmeIX, TNFSF5, LICAM y Msn. El tiempo para la mayoría de los últimos rangos de los ancestros comunes de fijo a ~ 1.800.000 años, con una media en torno 700ky. Estos estudios más o menos conspiración para la distribución de fijación esperada de alelos, dado el desequilibrio de ligamiento entre los sitios adyacentes. Para algunos alelos del punto de origen es difícil de alcanzar, para otros, el punto de los puntos de origen hacia el África subsahariana. Hay algunas distinciones dentro de la SSA que sugieren una región más pequeña, pero no hay suficiente muestra de tamaño adecuado y la cobertura de definir un lugar de ancestro común más reciente. El TMRCA es consistente y se extiende el cuello de botella que supone el ADNmt, con confianza para unos 500.000 años.

Loci autosómicos

Tasa de variación

La secuenciación del ADN antiguo

Desde Krings Neandertal ADNmt se han secuenciado, y la similitud de secuencia indica un origen igualmente reciente a partir de una pequeña población en la rama de Neanderthal de finales de los homínidos. Gen MCR1 también ha sido secuenciado, pero los resultados son controvertidos, con un estudio que afirma que los problemas de contaminación no se pueden resolver de similitudes Neandertal humanos. Críticamente sin embargo hay una secuencia de ADN ha sido obtenida de Homo erectus, Homo floriensis, o cualquiera de los otros homínidos tardíos. Algunas de las antiguas secuencias obtenidas tienen errores altamente probables y control adecuado para evitar la contaminación.

Las causas de errores

Los filogenia molecular se basa en sustituciones de cuantificación y la posterior comparación de secuencia con otras especies, hay varios puntos en el proceso que crean errores. La primera y más grande reto es encontrar "anclas" que permiten el estudio de calibrar el sistema. En este ejemplo, hay 10 mutaciones entre los chimpancés y los seres humanos, pero el investigador no tiene fósiles conocidos que son agradablemente ancestral a ambos, pero no ancestral de la próxima especie en el árbol, gorila. Sin embargo, existen fósiles que se consideran ancestrales a orangutanes y los seres humanos, desde hace unos 14 millones de años. Así que el investigador puede utilizar la comparación Orangután y humano y viene con una diferencia de 24 - El uso de este se puede estimar (24/(14 * 2, el "2" es la longitud de la rama de Derechos Humanos y de la rama de orangután de su último ancestro común. La tasa de mutación en 0.857 para un tramo de la secuencia. Las tasas de mutación se da, sin embargo, como la tasa por nucleótido-sitio, así que si la secuencia se dice 100 nt de longitud que la tasa sería 0.00857/nt por millón años. diez mutaciones * 100NT/= 5,8 millones de años.

Problema de calibración

Hay varios problemas que no se ve en el anterior. En primer lugar, las mutaciones se producen como eventos aleatorios. En segundo lugar, la posibilidad de que cualquier sitio en el genoma varía es diferente del siguiente sitio, un muy buen ejemplo es los codones para los aminoácidos, los dos primeros nt de un codón puede mutar a 1 por mil millones de años, pero la tercera nt puede mutar 1 por cada millón de años. A menos que el estudio científico de la secuencia de un gran número de animales, en particular los cerca de la rama que se examina, por lo general no saben lo que la tasa de mutación para un sitio dado. Las mutaciones se producen en la primera y segunda posiciones de los codones, pero en la mayoría de los casos estas mutaciones están en la selección negativa y por lo tanto se eliminan de la población mayor de pequeños períodos de tiempo. En la definición de la tasa de evolución en el anclaje se tiene el problema de que crea mutación aleatoria. Por ejemplo, una tasa de 0.005 o 0.010 también puede explicar 24 mutaciones de acuerdo con la distribución de probabilidad binomial. Algunas de las mutaciones que se produjeron entre los dos se han vuelto, ocultando una tasa inicial más alto. La selección puede jugar en esto, una mutación poco frecuente puede ser selectiva en X puntos en el tiempo, pero más tarde el clima puede cambiar o la especie migra y no es más selectiva, y la presión ejercida sobre las nuevas mutaciones que reviertan el cambio, a veces, la reversión de un nt puede ocurrir, cuanto mayor es la distancia entre dos especies es más probable que esto va a ocurrir. Además, desde que las especies ancestrales ambas especies pueden mutar aleatoriamente un sitio para el mismo nucleótido. Muchas veces esto puede ser resuelto mediante la obtención de muestras de ADN de las especies en las ramas, la creación de un árbol parsimonioso en el que el orden de la mutación se puede deducir, la creación de diagrama de rama de longitud. Este diagrama producirá entonces una estimación más exacta de las mutaciones entre dos especies. Estadísticamente se puede asignar varianza basado en el problema de randomnicity, mutaciones espalda, y mutaciones paralelas en la creación de un rango de error.

Hay otro problema en la calibración sin embargo, que ha desafiado el análisis estadístico. No es una designación verdadero/falso de un fósil de un ancestro común por lo menos. En realidad las probabilidades de tener el antepasado menos común de dos especies existentes como un ancla es baja, que a menudo fósiles ya se encuentra en una rama, se encuentra en la tercera rama o en el caso de estar dentro de las especies de LCA, puede haber sido millones de años anteriores a la rama. Hasta la fecha la única manera de evaluar esta variación es aplicar filogenia molecular sobre las especies afirmado ser los puntos de ramificación. Esto sólo, sin embargo, identifica los puntos de anclaje 'periféricas'. Y puesto que es más probable que los fósiles más abundantes son menores que el punto de que el fósil periférica puede ser simplemente un representante más rara rama. Estas incógnitas crean incertidumbre que es difícil de cuantificar, ya menudo no tratado.

Trabajos recientes han podido estimar, más o menos, varianza. La tendencia general a medida que se descubren nuevos fósiles, es que los fósiles más antiguos subestimaron la edad del punto de ramificación. Además de la datación de los fósiles ha tenido una historia de errores y ha habido muchas dataciones revisados. La edad asignada por los investigadores a algunos de los principales puntos de ramificación casi se han duplicado en edad en los últimos 30 años. Un excelente ejemplo de ello es el debate sobre la LM3 en Australia. Originalmente se data de alrededor de 30 ky por la datación de carbono, citas de carbono tiene problemas, sin embargo, para la muestra a lo largo 20ky en edad, y graves problemas para muestras de alrededor de 30ky en edad. Otro estudio examinó el fósil y estima la edad sea 62 ky edad.

En el punto uno tiene una estimación de la tasa de mutación, teniendo en cuenta lo anterior debe haber dos fuentes de variación que necesitan ser transversal multiplicada para generar una varianza global. Esto se realiza con poca frecuencia en la literatura.

Los problemas en la estimación de TMRCA

Es hora de ancestro común más reciente combina los errores en la calibración con errores en la determinación de la edad de una sucursal local.

Historia

Era Protein

Con el ADN recién descubierto como el material genético, en la secuenciación de proteínas de 1960 temprano estaba empezando a despegar. Secuenciación de proteínas comenzó el citocromo C y hemoglobina. Gerhard Braunitzer secuenciado hemoglobina y mioglobina, un total de más de cientos de secuencias de especies de amplio alcance se realizaron. En 1967 AC Wilson comenzó a promover la idea de un "reloj molecular". Por 1,969 molecular de reloj se aplicó a la evolución antropoide y V. Sarich y AC Wilson encontrado que la albúmina y la hemoglobina tiene tasas comparables de la evolución, lo que indica los chimpancés y los seres humanos se separaron hace aproximadamente 4 a 5 millones de años. En 1970, Louis Leakey enfrenta esta conclusión con el argumento de calibración inadecuada de los relojes moleculares. En 1975 se utilizaron secuenciación de proteínas y comparativo serología combinado proponer que los humanos pariente vivo más cercano es el chimpancé. En retrospectiva, el último ancestro común de humanos y chimpancés parece más viejo que el Sarich y Wilson estimación, pero no tanto como Leakey afirmó, tampoco. Sin embargo, Leakey era correcta en la divergencia de los monos del viejo y nuevo mundo, el valor Sarich y Wilson usó fue una subestimación significativa. Este error en la capacidad de predicción pone de relieve un tema común.

Era ADN

RLFP ADN y la hibridación

En 1979, WMBrown y Wilson comenzaron a buscar a la evolución del ADN mitochodrial en los animales, y se encontró que estaban evolucionando rápidamente. La técnica que utilizaron fue polimorfismo de longitud de fragmentos de restricción, que era más asequible en el tiempo en comparación con la secuenciación. En 1980, W. M. Brown, mirando a la variación relativa entre humanos y otras especies, reconoció que había una constricción reciente en la población humana. Un año más tarde, Brown y Wilson estaban mirando fragmentos RFLP y se determinó que la población humana se expandió más recientemente que otros simios. En 1984 se hizo la primera secuencia de ADN de un animal extinto. Sibley y Ahlquist aplican tecnología de hibridación ADN-ADN para la filogenia antropoides, y veras pan/división humana a menos de gorila/pan o gorila/split humana, una afirmación muy controvertida. Sin embargo, en 1987 fueron capaces de apoyar su reclamación. En 1987, Cann, Stoneking y Wilson sugieren, por análisis de RFLP del ADN mitocondrial humano, que los humanos evolucionaron a partir de una constricción en África de una mujer sola en una pequeña población, ~ 10,00 individuos, hace 200.000 años.

Era de PCR

En 1987, la amplificación por PCR de ADN mitocondrial se utilizó primero para determinar las secuencias. En 1991 Vigilante et al. publicado la obra seminal de ADNmt filogenia implicando África subsahariana como el lugar de los seres humanos más recientes antepasados comunes para todos los ADN mitocondriales. La guerra entre los de África y multiregionalism, ya fuego lento con las críticas de Allan Templeton, pronto se extendieron con el paleoantropólogo, como Milford Wolpoff, involucrarse. En 1995, F. Ayala publicó su artículo crítico Science "El mito about Eve", que se basó en la secuencia de HLA-DR. En ese momento, sin embargo, Ayala no era consciente de la rápida evolución de los loci HLA mediante proceso recombinatorios. En 1996, Parham y Ohta publicaron sus hallazgos en la rápida evolución de HLA por recombinación de corta distancia, lo que debilita la afirmación de Ayala. Una corriente de trabajos se seguiría de ambos lados, muchas de ellas con métodos muy imperfectos y muestreo. Uno de los más interesantes era Harris y Hey, 1998, que mostró que el TMCRA para el gen PDHA1 era muy por encima de 1 millón de años. Dada una ploidía en este locus de la 1,5 TMRCA era más del doble de la expectativa. Si bien esto no cae en la "curva de fijación 'de 1,5 ploidía la edad sugerido de 1,8 mi está cerca de un p-valor significativamente desviada para el tamaño de la población, lo que indica posiblemente que la población humana se redujo o se separó de la otra población. Curiosamente, los siguientes loci ligados al cromosoma X que examinaron, Factor IX, mostraron una TMRCA de menos de 300.000 años.

ADN antiguo

La secuenciación del ADN antiguo se había realizado en una escala limitada hasta finales de 1990 cuando el personal en el Instituto Max Planck conmocionó al mundo antropología por la secuencia de ADN de unos 40.000 años de Neanderthal. El resultado de este experimento es que las diferencias entre los seres humanos que viven en Europa, muchos de los cuales se derivaron de haplogrupo H, los neandertales ramificados de los humanos con más de 300.000 años antes haplogrupo H llegaron a Europa. Mientras que el ADN mitocondrial y otros estudios siguieron apoyando un único origen africano reciente, este nuevo estudio, básicamente, respondió las críticas desde el lado de Neandertal.

La secuencia genómica

Se ha avanzado mucho en la secuenciación genómica ya Ingman y colega publicaron su descubrimiento sobre el genoma mitocondrial. Varios documentos sobre ADNmt genómica se han publicado, hay una considerable variabilidad en la tasa de evolución y la variación y la selección de la velocidad son evidentes en muchos sitios. En 2007, Gonder et al. propuso que un núcleo de población de seres humanos, con mayor nivel de diversidad y selección menor, una vez vivió en la región de Tanzania y las partes proximales del sur de África, ya que los humanos abandonaron esta parte de África, las mitocondrias han ido evolucionando de forma selectiva a las nuevas regiones.

Progreso Critical

Críticas en la historia de la antropología molecular:

  • Que filogenética molecular podían competir con la antropología comparativa para determinar la proximidad de las especies a los seres humanos.
  • Wilson y el rey se dio cuenta en 1975, que si bien no había equidad entre el nivel de evolución molecular, ramificación del chimpancé al humano para putativo LCA, que había una falta de equidad en la evolución morfológica. Morfología comparativa basada en los fósiles podría estar sesgado por las diferentes tasas de cambio.
  • Realización en el ADN que hay múltiples comparaciones independientes. Dos técnicas, el ADNmt y la hibridación convergen en una sola respuesta, los chimpancés como especie están más estrechamente relacionados con los seres humanos.
  • La capacidad para resolver los tamaños de población basado en la regla 2 N, propuesta por Kimura en la década de 1950. Para utilizar esa información para comparar los tamaños relativos de la población y llegar a una conclusión acerca de la abundancia que las observaciones contrastadas basadas en el registro paleontológico. Mientras que los fósiles humanos en la Edad de Piedra temprana y media son mucho más abundantes que Chimpazee o gorila, hay pocos fósiles de chimpancé o gorila inequívoca de la misma época

Loci que se han utilizado en filogenética molecular:

Citocromo C Serum hemoglobina Albúmina - Braunitizer, 1960, Harding et al. 1997 mitocondrial D-loop - Wilson grupo, 1980, 1981, 1984, 1987, 1989, 1991 - TMRCA sobre 170 kya. Y-cromosoma HLA-DR - Ayala 1995 - TMRCA por locus es de 60 millones de años. CD4 - Tishkoff de 1996 - la mayor parte de la diversidad está en África. PDHA1 Harris y Hey - TMRCA locus de más de 1.5 millones de años.

Loci Xlinked: PDHA1, Xq21.3, Xq13.3, Zfx, Fix, IL2RG, Plp, Gk, IDS, ALAS2, Rrm2p4, AmeIX, TNFSF5, LICAM y Msn autosómica: Numerosas.