Ejercicio resuelto de Genética mendeliana · Biología · 2025

En septiembre de 2020, en un artículo del Boletín de la Sociedad Española de Biología Evolutiva, el investigador Carles Lalueza-Fox hacía una revisión de las últimas aportaciones de la paleogenómica, concretamente en el estudio del genoma en restos fósiles de humanos modernos, neandertales y denisovanos.

a) Estos tres grupos de humanos coexistieron en el tiempo. La comparación de sus genomas ha demostrado que los de humanos modernos no africanos contenían entre un 2 y un 2,5 % de genes de neandertales y que los de humanos modernos de Oceanía tenían un 4,5 % de genes de denisovanos. Teniendo en cuenta el concepto biológico de especie, valore si es correcto referirse a estos tres grupos de humanos (modernos, neandertales y denisovanos) como especies diferentes. Justifique la respuesta. [0,5 puntos]
b) Los humanos modernos surgieron en el África Oriental y desde allí se extendieron a otros continentes donde ya habitaban los neandertales y los denisovanos. Tiempo más tarde, los humanos modernos acabaron desplazando a los neandertales y los denisovanos. ¿Qué ventaja puede haber representado para los humanos modernos que llegaron a Asia y Europa el cruzamiento con neandertales y denisovanos? [0,5 puntos]
c) El estudio del DNA fósil de denisovanos y neandertales ha mostrado frecuencias relativamente elevadas de diversas mutaciones deletéreas en homocigosis a causa de una elevada tasa de endogamia. ¿Qué es la endogamia y por qué causa este efecto? [0,5 puntos]
d) Los estudios de paleogenómica han revelado que, entre las mutaciones deletéreas presentes en los neandertales con una frecuencia relativamente elevada, había algunas que provocaban alteraciones esqueléticas. Calcule las proporciones genotípicas y fenotípicas de la descendencia de un cruzamiento entre dos individuos neandertales sanos, pero que son heterocigotos para un gen autosómico que provoca alteraciones esqueléticas. Indique los cálculos que ha hecho. [0,5 puntos]
e) El estado de conservación del DNA en las muestras fósiles puede ser un factor limitante para los estudios de paleogenómica. Aunque no hay un límite temporal determinado, ya que depende de la temperatura a la cual se ha conservado el fósil, difícilmente se pueden analizar muestras de más de 0,5 millones de años (Ma). Por el contrario, se ha visto que algunas proteínas se pueden conservar más de 2 Ma. Según el autor de este artículo, la paleoproteómica (estudio de las proteínas de restos fósiles) permitiría el estudio de genomas de homínidos más primitivos. Explique cómo a partir de la obtención de proteínas de restos fósiles se puede determinar la secuencia de los genes que codifican estas proteínas y detalle los pasos. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Teniendo en cuenta el concepto biológico de especie, valore si es correcto referirse a estos tres grupos de humanos (modernos, neandertales y denisovanos) como especies diferentes. Justifique la respuesta. (0,5 puntos)}$

Según el concepto biológico de especie, dos poblaciones pertenecen a la misma especie si sus individuos pueden cruzarse entre sí y dejar descendencia fértil, y a especies distintas si están aisladas reproductivamente.

Los datos genómicos que aporta el enunciado apuntan justo en el sentido contrario al de tres especies separadas. Que los humanos modernos no africanos conserven hoy entre un 2 y un 2,5 % de genes neandertales, y que los de Oceanía lleven un 4,5 % de genes denisovanos, solo es posible si hubo cruzamientos y, además, si la descendencia híbrida fue fértil: si los híbridos hubieran sido estériles, esos genes no habrían pasado a las generaciones siguientes ni habrían llegado hasta nosotros.

Aplicando estrictamente el criterio biológico, por tanto, no sería correcto hablar de tres especies diferentes: se trataría más bien de poblaciones o subespecies de una misma especie, muy diferenciadas morfológicamente pero sin aislamiento reproductivo completo.

Conviene añadir que el concepto biológico de especie es difícil de aplicar a fósiles, porque no se pueden hacer cruzamientos, y que por eso los paleontólogos suelen usar criterios morfológicos, con los que sí se distinguen tres grupos. La discrepancia entre ambos criterios es la que mantiene abierto el debate.

$\textbf{b) ¿Qué ventaja puede haber representado para los humanos modernos que llegaron a Asia y Europa el cruzamiento con neandertales y denisovanos? (0,5 puntos)}$

Los neandertales y los denisovanos llevaban cientos de miles de años viviendo en Europa y Asia, mucho más tiempo que los recién llegados. En todo ese tiempo la selección natural había ido fijando en sus poblaciones alelos bien adaptados a esos ambientes: a los inviernos fríos, a la menor radiación solar, a los patógenos locales y, en el caso de los denisovanos, a la vida en altitud.

Los humanos modernos, en cambio, procedían del África Oriental y llegaban con un genoma adaptado a un clima y a unos patógenos completamente distintos. Adquirir esos alelos por mutación y selección propias habría llevado muchísimas generaciones.

El cruzamiento con las poblaciones locales les proporcionó ese repertorio ya probado de golpe. Es lo que se conoce como introgresión adaptativa: la incorporación al genoma de una especie de variantes genéticas ventajosas procedentes de otra. Se han identificado ejemplos concretos, como genes del sistema inmunitario heredados de neandertales o la variante del gen EPAS1, de origen denisovano, que permite a los tibetanos vivir a gran altitud.

Esa aportación genética acortó el tiempo de adaptación de los humanos modernos a sus nuevos territorios y contribuyó a su expansión.

$\textbf{c) ¿Qué es la endogamia y por qué causa este efecto? (0,5 puntos)}$

La endogamia es el cruzamiento entre individuos emparentados, es decir, que comparten antepasados recientes y, con ellos, buena parte de sus alelos. Se da sobre todo en poblaciones pequeñas y aisladas, que es exactamente la situación de los grupos de neandertales y denisovanos.

Su efecto genético es aumentar la proporción de individuos homocigóticos y reducir la de heterocigóticos, generación tras generación. La razón es sencilla: si los dos progenitores han heredado el mismo alelo de un antepasado común, es mucho más probable que ambos lo transmitan al mismo descendiente.

Ahí está la consecuencia que menciona el enunciado. La mayoría de los alelos deletéreos son recesivos y, en heterocigosis, quedan enmascarados por el alelo normal, de modo que no se manifiestan y pueden mantenerse en la población sin ser eliminados. Al aumentar la homocigosis, esos alelos empiezan a encontrarse consigo mismos y se expresan, y aparecen las malformaciones y los defectos que revela el DNA fósil.

Es lo que se conoce como depresión endogámica, y es la razón por la que los programas de conservación de especies amenazadas vigilan tanto la diversidad genética de las poblaciones pequeñas.

$\textbf{d) Calcule las proporciones genotípicas y fenotípicas de la descendencia de un cruzamiento entre dos individuos neandertales sanos, pero que son heterocigotos para un gen autosómico que provoca alteraciones esqueléticas. Indique los cálculos que ha hecho. (0,5 puntos)}$

Los dos progenitores son sanos pero heterocigotos, lo que indica que el alelo que provoca las alteraciones esqueléticas es recesivo. Llamamos $A$ al alelo normal, dominante, y $a$ al que causa la alteración.

$\mathrm{Aa}\times\mathrm{Aa}$

Cada progenitor produce dos tipos de gametos en igual proporción, $A$ y $a$, y su combinación al azar da el cuadro de Punnett:

Gametos	$A$	$a$ $A$	$AA$	$Aa$ $a$	$Aa$	$aa$

Proporciones genotípicas:

$1\ AA : 2\ Aa : 1\ aa \qquad \text{es decir } 25\ \%,\ 50\ \%\ \text{y }25\ \%$

Proporciones fenotípicas: los individuos $AA$ y $Aa$ son sanos, porque el alelo normal domina, y solo los $aa$ presentan la alteración.

$3\ \text{sanos} : 1\ \text{con alteraciones esqueléticas} \qquad \text{es decir } 75\ \%\ \text{y }25\ \%$

Es la proporción mendeliana clásica del cruzamiento monohíbrido entre heterocigotos, y muestra por qué en una población endogámica, donde abundan los emparejamientos entre portadores, el carácter recesivo aflora con tanta frecuencia.

$\textbf{e) Explique cómo a partir de la obtención de proteínas de restos fósiles se puede determinar la secuencia de los genes que codifican estas proteínas y detalle los pasos. (0,5 puntos)}$

La idea de fondo es recorrer al revés el camino de la expresión génica: si la secuencia de aminoácidos de una proteína está dictada por la secuencia de nucleótidos de su gen, conociendo la primera se puede deducir la segunda.

Los pasos serían:

Paso	En qué consiste 1	Extraer y purificar las proteínas conservadas en el resto fósil, normalmente el colágeno del hueso o las proteínas del esmalte dental, que son las más resistentes 2	Determinar su secuencia de aminoácidos, hoy en día por espectrometría de masas, que es la técnica propia de la paleoproteómica 3	Aplicar el código genético a la inversa: para cada aminoácido se escriben los codones que lo codifican, y con ellos la secuencia de nucleótidos del mRNA y, por complementariedad, la del gen 4	Resolver la ambigüedad comparando la secuencia deducida con los genes correspondientes de especies actuales y de otros homínidos ya secuenciados, y elegir la versión más probable

El paso delicado es el tercero, y conviene explicarlo. El código genético está degenerado: la mayoría de los aminoácidos están codificados por varios codones distintos, así que a partir de una proteína no se obtiene una única secuencia de DNA, sino un abanico de secuencias posibles. Por eso la deducción no es exacta y necesita el apoyo comparativo del cuarto paso.

Aun con esa limitación, la técnica resulta valiosísima: las proteínas se conservan más de 2 millones de años frente al medio millón del DNA, de modo que la paleoproteómica permite estudiar homínidos mucho más antiguos que los que alcanza la paleogenómica.