o DNA contém a história de nossos antepassados – como estamos relacionados com os rostos familiares em reuniões familiares, bem como a mais antiga assuntos: como estamos relacionados com a nossa mais próxima de não-humanos, os parentes, os chimpanzés; como Homo sapiens acoplado com os Neandertais, e como as pessoas migraram para fora da África, a adaptação a novos ambientes e estilos de vida ao longo do caminho. E nosso DNA também contém pistas sobre o tempo desses eventos chave na evolução humana.quando os cientistas dizem que os humanos modernos surgiram na África há cerca de 200.000 anos e começaram a sua propagação global há cerca de 60.000 anos, como é que eles chegam a essas datas? Tradicionalmente, pesquisadores construíram cronologias da pré-história humana com base em fósseis e artefatos, que podem ser diretamente datados com métodos como datação por radiocarbono e datação por argônio de potássio. No entanto, estes métodos requerem restos antigos para ter certos elementos ou condições de preservação, e isso nem sempre é o caso. Além disso, fósseis ou artefatos relevantes não foram descobertos para todos os marcos da evolução humana.a análise do DNA dos genomas atuais e antigos fornece uma abordagem complementar para a datação de eventos evolutivos. Como certas alterações genéticas ocorrem a uma taxa constante por geração, elas fornecem uma estimativa do tempo decorrido. Estas mudanças acumulam-se como as carraças num Cronómetro, proporcionando um “relógio molecular”.”Ao comparar sequências de DNA, os geneticistas podem não só reconstruir relações entre diferentes populações ou espécies, mas também inferir história evolutiva sobre escalas temporais profundas.os relógios moleculares estão a tornar-se mais sofisticados, graças a uma melhor sequenciação do ADN, a ferramentas analíticas e a uma melhor compreensão dos processos biológicos subjacentes às mudanças genéticas. Ao aplicar estes métodos ao banco de dados de DNA, cada vez maior, de diversas populações (atuais e antigas), os geneticistas estão ajudando a construir uma linha do tempo mais refinada da evolução humana.os relógios moleculares baseiam-se em dois processos biológicos fundamentais que são a fonte de todas as variações hereditárias: mutação e recombinação.

mutações são mudanças nas letras do código genético do DNA – por exemplo, um nucleótido guanina (G) torna-se uma timina (T). Estas mudanças serão herdadas pelas gerações futuras se ocorrerem em óvulos, espermatozóides ou seus precursores celulares (a linha germinal). A maioria resulta de erros quando o DNA copia-se durante a divisão celular, embora outros tipos de mutações ocorrem espontaneamente ou da exposição a perigos como radiação e produtos químicos.

em um único genoma humano, há cerca de 70 mudanças nucleotídicas por geração-minúscula em um genoma composto de seis bilhões de letras. Mas em conjunto, ao longo de muitas gerações, essas mudanças levam a uma variação evolutiva substancial.os cientistas podem usar mutações para estimar o tempo dos ramos na nossa árvore evolutiva. Primeiro eles comparam as sequências de DNA de dois indivíduos ou espécies, contando as diferenças neutras que não alteram as chances de Sobrevivência e reprodução. Então, conhecendo a taxa dessas mudanças, eles podem calcular o tempo necessário para acumular tantas diferenças. Isto diz – lhes quanto tempo passou desde que os indivíduos partilharam antepassados.a comparação do ADN entre si e o seu irmão mostraria relativamente poucas diferenças mutacionais porque partilha antepassados – mãe e pai – há apenas uma geração. No entanto, há milhões de diferenças entre humanos e chimpanzés; nosso último ancestral comum viveu mais de seis milhões de anos atrás.

recombinação, também conhecida como crossing-over, é a outra maneira principal de o DNA acumular mudanças ao longo do tempo. Ela leva a baralhar as duas cópias do genoma (uma de cada progenitor), que são agrupadas em cromossomos. Durante a recombinação, os cromossomos correspondentes (homólogos) se alinham e trocam segmentos, então o genoma que você transmite aos seus filhos é um mosaico do DNA de seus pais.nos seres humanos, ocorrem cerca de 36 eventos de recombinação por geração, um ou dois por cromossoma. Como isso acontece a cada geração, segmentos herdados de um indivíduo em particular são quebrados em pedaços menores e menores. Com base no tamanho destes pedaços e frequência de cruzamentos, os geneticistas podem estimar há quanto tempo esse indivíduo era o seu antepassado.

linhas de tempo de construção baseadas em mudanças

as mudanças genéticas de mutação e recombinação fornecem dois relógios distintos, cada um adequado para a datação de diferentes eventos evolutivos e escalas de tempo.porque as mutações se acumulam tão lentamente, este relógio funciona melhor para eventos muito antigos, como divisões evolutivas entre espécies. O relógio de recombinação, por outro lado, carraça a uma taxa apropriada para datas nos últimos 100 mil anos. Estes eventos “recentes” (no tempo evolucionário) incluem fluxo genético entre populações humanas distintas, o aumento de adaptações benéficas ou o surgimento de doenças genéticas.o caso dos neandertais ilustra como os relógios de mutação e recombinação podem ser usados em conjunto para nos ajudar a desvendar relações ancestrais complicadas. Os geneticistas estimam que existem entre 1,5 e 2 milhões de diferenças mutacionais entre Neandertais e humanos modernos. A aplicação do relógio de mutação a esta contagem sugere que os grupos inicialmente se dividiram entre 750 mil e 550.000 anos atrás.nessa altura, uma população – os antepassados comuns de ambos os grupos humanos – separava-se geograficamente e geneticamente. Alguns indivíduos do grupo migraram para a Eurásia e com o tempo evoluíram para neandertais. Aqueles que ficaram na África tornaram-se anatomicamente humanos modernos.

: Os humanos modernos eventualmente se espalharam para a Eurásia e acasalaram com neandertais. Aplicando o relógio de recombinação ao DNA Neandertal retido nos seres humanos atuais, os pesquisadores estimam que os grupos se entrelaçaram entre 54.000 e 40.000 anos atrás. Quando os cientistas analisaram um fóssil Homo sapiens, conhecido como Oase 1, que viveu cerca de 40.000 anos atrás, eles encontraram grandes regiões de ancestralidade Neandertal embutidas no genoma da Oase, sugerindo que Oase tinha um ancestral Neandertal apenas quatro a seis gerações atrás. Por outras palavras, o bisavô de Oase era um Neandertal.

The challenges of unsteady clocks

Molecular clocks are a mainstay of evolutionary calculations, not just for humans but for all forms of living organisms. Mas há alguns factores complicadores.o principal desafio advém do facto de as taxas de mutação e recombinação não terem permanecido constantes em relação à evolução humana. As taxas em si estão evoluindo, então elas variam ao longo do tempo e podem diferir entre espécies e até mesmo entre populações humanas, embora bastante lentamente. É como tentar medir o tempo com um relógio que funciona a velocidades diferentes em condições diferentes.

uma questão relaciona-se com um gene chamado Prdm9, que determina a localização desses eventos de cruzamento de DNA. A variação deste gene em humanos, chimpanzés e ratos tem sido mostrado para alterar pontos quentes de recombinação – regiões curtas de altas taxas de recombinação. Devido à evolução do Prdm9 e hotspots, as taxas de recombinação em escala fina diferem entre humanos e chimpanzés, e possivelmente também entre africanos e europeus. Isto implica que, em diferentes escalas de tempo e entre as populações, o relógio de recombinação funciona a taxas ligeiramente diferentes à medida que os pontos quentes evoluem.outra questão é que as taxas de mutação variam em função do sexo e da idade. À medida que os pais envelhecem, transmitem um par de mutações extra aos seus descendentes por ano. O esperma de pais mais velhos passou por mais rodadas de divisão celular, então mais oportunidades para mutações. As mães, por outro lado, transmitem menos mutações (cerca de 0,25 por ano) como os ovos de uma fêmea são formados principalmente ao mesmo tempo, antes de seu próprio nascimento. As taxas de mutação também dependem de fatores como início da puberdade, idade na reprodução e taxa de produção de esperma. Estes traços da história da vida variam entre os primatas vivos e provavelmente também diferem entre espécies extintas de ancestrais humanos.consequentemente, ao longo da evolução humana, a taxa média de mutação parece ter abrandado significativamente. A taxa média ao longo de milhões de anos desde a divisão de humanos e chimpanzés tem sido estimada em cerca de 1×10⁻mutations mutações por local por ano – ou cerca de seis letras alteradas de DNA por ano. Esta taxa é determinada dividindo o número de diferenças de nucleótidos entre humanos e outros macacos pela data de suas divisões evolucionárias, como inferido a partir de fósseis. É como calcular a velocidade de condução dividindo a distância percorrida pelo tempo passado. Mas quando os geneticistas medem diretamente as diferenças de nucleótidos entre pais vivos e crianças (usando pedigrees humanas), a taxa de mutação é metade da outra estimativa: cerca de 0, 5×10⁻⁹ por local por ano, ou apenas cerca de três mutações por ano.

para a divergência entre Neandertais e humanos modernos, a taxa mais lenta fornece uma estimativa entre 765.000-550.000 anos atrás. A taxa mais rápida, no entanto, sugere metade dessa idade, ou 380.000-275.000 anos atrás: uma grande diferença.para resolver a questão de quais as taxas a utilizar quando e em quem, os investigadores têm vindo a desenvolver novos métodos de clock molecular, que abordam os desafios da evolução das taxas de mutação e recombinação.

novas abordagens para uma melhor datação

uma abordagem é focar em mutações que surgem a uma taxa constante, independentemente do sexo, idade e espécie. Este pode ser o caso de um tipo especial de mutação que os geneticistas chamam de transições de CpG pelas quais os nucelotídeos C se tornam espontaneamente t’s. Como as transições de CpG na maioria das vezes não resultam de erros de cópia de DNA durante a divisão celular, suas taxas devem ser principalmente independentes das variáveis de história da vida – e presumivelmente mais uniformes ao longo do tempo. com foco nas transições de CpG, os geneticistas estimaram recentemente que a separação entre humanos e chimpanzés ocorreu entre 9,3 e 6,5 milhões de anos atrás, o que concorda com a idade esperada dos fósseis. Embora em comparações entre espécies, estas mutações parecem acontecer mais como um relógio do que outros tipos, elas ainda não estão completamente estáveis.outra abordagem é desenvolver modelos que ajustem as taxas de clock molecular com base no sexo e outras características da história da vida. Usando este método, pesquisadores calcularam uma divergência humano-chimpanzé consistente com a estimativa de CpG e datas fósseis. A desvantagem aqui é que, quando se trata de espécies ancestrais, não podemos ter certeza de traços da história da vida, como a idade na puberdade ou comprimento de geração, levando a alguma incerteza nas estimativas.

a solução mais direta vem de análises de DNA antigo recuperado de fósseis. Porque os espécimes fósseis são independentemente datado por métodos geológicos, os geneticistas podem usá-los para calibrar os relógios moleculares para um determinado período de tempo ou população.esta estratégia resolveu recentemente o debate sobre o momento da nossa divergência com os neandertais. Em 2016, os geneticistas extraíram DNA antigo de 430.000 fósseis de idade que eram ancestrais neandertais, depois de sua linhagem se separar do Homo sapiens. Sabendo onde estes fósseis pertencem à árvore evolutiva, os geneticistas podem confirmar que para este período de evolução humana, a mais lenta taxa de clock molecular de 0.5×10⁻⁹ fornece datas precisas. Isso coloca a divisão humana Neandertal-moderna entre 765.000 a 550.000 anos atrás.à medida que os geneticistas resolvem as complexidades dos relógios moleculares e da sequência mais genomas, estamos preparados para aprender mais do que nunca sobre a evolução humana, directamente a partir do nosso ADN.