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Si la teoría de la evolución es cierta, además de vestigios anatómicos deberíamos encontrar también características vestigiales a nivel molecular. Los seres humanos no tenemos la capacidad de sintetizar el ácido ascórbico (la vitamina C), y la consecuencia de ello es la aparición del escorbuto bajo ciertas carencias nutricionales. Sin embargo, el ancestro común de los humanos que predice la teoría de la evolución sí sería capaz de sintetizar vitamina C, ya que esta función está presente en la mayoría de los animales actuales, a excepción de los primates y las cobayas. Por lo tanto, según la teoría de la evolución, se deduce que los humanos, otros primates y las cobayas deberían portar evidencias de la pérdida de esta función en forma de vestigios moleculares.

Ésta predicción fue confirmada en la década de los 90 por Nishikimi y colaboradores, cuyos resultados se publicaron en el Journal of Biological Chemistry. Nishikimi identificó el gen de la L-gulano-gamma-lactona oxidasa, implicado en la síntesis de la vitamina C, en humanos y cobayas. Éste aparece en forma de pseudogen, presente pero incapaz de funcionar. De hecho, este pseudogen ya se ha identificado en otros primates, concretamente en chimpancés, orangutanes y macacos. Más aún, todos estos genes han acumulado mutaciones al ritmo predicho para las regiones neutrales del DNA, incluidos los pseudogenes.

Los genes relacionados con el olfato son otro buen ejemplo de vestigios moleculares. Los ancestros de los humanos predichos por la teoría de la evolución debieron tener, al igual que muchos otros mamíferos actuales, un sentido del olfato más agudo del que tenemos ahora. Los humanos tenemos más de un centenar de genes relacionados con receptores olfativos pero el 70% de ellos han dejado de ser funcionales. Muchos mamíferos, como los ratones o los titíes (un grupo de primates) comparten gran parte de los genes humanos relacionados con receptores del olfato pero en su caso estos sí funcionan, es decir, son capaces de expresar la proteína codificada en dichos genes. Un caso extremo de vestigios moleculares lo constituyen los delfines, que descienden de mamíferos terrestres. Al adaptarse a un medio acuático los delfines ya no tienen necesidad de oler moléculas volátiles, sin embargo siguen presentando en su DNA muchos genes para receptores del olfato, de los cuales ninguno es funcional, todos aparecen como pseudogenes.

Otros ejemplos de vestigios moleculares son el gen de la proteina RT6, que se expresa en los linfocitos T de otros mamíferos pero ha dejado de ser funcional en los humanos, el gen de la galactosil transferasa o el de la tirosinasa. Todos ellos son genes activos en otros mamíferos pero en los humanos y otros primates presentan mutaciones que evitan su expresión. Es importante hacer notar que las mutaciones que evitan la actividad de estos genes también son generalmente las mismas en humanos y primates, lo que encaja con la teoría del ancestro común.