evidencias de la evolución

Buenos días,
para aclarar algunos de los talleres realizados en clase, los invito a que leer la siguiente guía:

EVOLUCIÓN DE LAS POBLACIONES

A diferencias del lamarquismo, para el darwinismo, los cambios  sufridos en vida por los individuos no son heredados a la descendencia. Pero si no es en los individuos, ¿en dónde se producen los cambios evolutivos? Ayudados por las leyes de la genética, los científicos neodarwinista pudieron dar una explicación a esta pregunta estudiando las poblaciones de los organismos; así nació genética de poblaciones.

1.     GENÉTICA DE POBLACIONES

La genética de poblaciones estudia la composición genética de las poblaciones, la transmisión de los caracteres hereditarios de una generación a la siguiente y los cambios que experimenta dicha composición a lo largo del tiempo. El concepto de población se refiere a un grupo de organismos de la misma especie que comparten el mismo hábitat y se reproducen entre ellos.

La genética de poblaciones explica que los cambios en los genes causados por las mutaciones crean nuevas variaciones, llamadas alelos, y generan la variabilidad sobre la cual actúa la selección natural. Esta variabilidad se conoce como patrimonio o acervo genético.

En una población determinada, a la proporción de los diferentes alelos se le conoce como frecuencia alélica. Según la genética de poblaciones, la evolución ocurre cuando cambian las frecuencias alélicas de los genes en una población. A continuación veremos un ejemplo para aclarar estos conceptos.

2.     LAS MARIPOSAS DE MANCHESTER: UN EJEMPLO DE EVOLUCIÓN POBLACIONAL

Hasta 1850, la población de mariposas de los abedules de Manchester presentaba una gran cantidad de individuos blancos, que se confundían con los líquenes blancos de estos árboles. Entonces las mariposas de color negro eran fácilmente detectadas y consumidas por los depredadores, por lo que su número era muy bajo.

A finales del siglo XIX, por causa de la industrialización, el humo de las industrias oscureció los troncos de los árboles. Las mariposas negras ahora se confundían fácilmente con los árboles mientras que las blancas eran fácilmente detectadas y depredadas; por esta razón el número de mariposas blancas disminuyó notablemente.

2.1.  Patrimonio genético

Con el caso anteriormente descrito podemos entender algunos de los conceptos antes mencionados. La población de mariposas tenía un patrimonio genético correspondiente a todos los alelos de todos sus genes. Dentro de este patrimonio encontrábamos el alelo color de cuerpo blanco y el alelo color de cuerpo negro, en determinadas proporciones. Antes de la industrialización, la selección natural actuaba negativamente sobre las mariposas negras y las blancas tenían mayor probabilidad de supervivencia y reproducción. Con el cambio en el ambiente, la selección natural actuó positivamente sobre las mariposas negras, que tuvieron mayores posibilidades de sobrevivir y aumentaron su frecuencia. El cambio en la frecuencia de alelos provoco la evolución en dicha población. El mecanismo de evolución fue la selección natural.

2.2.  Importación de la variabilidad genética Gracias a su diversidad genética, las mariposas pudieron sobrevivir a un cambio en el ambiente; de no haber existido la variación color negro, probablemente la población no habría sobrevivido al cambio ambiental. Por esto se dice que la diversidad genética es adaptativa, es decir, favorece la adaptabilidad, dado que incrementa las posibilidades de supervivencia de la población a cambios ambientales.

2.3.  Mutación y recombinación como fuentes de variabilidad

En la unidad anterior vimos que las mutaciones son cambios al azar del material genético, que permiten la introducción de nuevos alelos a la población y aumentan la diversidad genética. Las mutaciones son, entonces, la materia prima sobre la que trabaja la selección natural. En organismos de reproducción sexual, además de la mutación, la recombinación genética que ocurre durante la meiosis asegura que los descendientes de una misma pareja de padres sean diferentes y, por tanto, también es adaptativa.

2.4.  Variabilidad genética en organismos asexuales

En organismos asexuales, la única fuente de variabilidad es la mutación, ya que los descendientes son genéticamente idénticos al padre. Estas especies compensan la falta de recombinación con altas tasas de reproducción, que incrementan la frecuencia de mutaciones y, por tanto, la variabilidad.

3.     MECANISMOS DE EVOLUCIÓN

A principios del siglo XX, el matemático inglés G.H. Hardy y el médico alemán W. Weinberg, por medio de modelos matemáticos, propusieron las condiciones necesarias para que una población no evolucione, es decir, no sufra cambios en sus frecuencias alélicas. Dicha población hipotética, se dice, estaría en equilibrio de Hardy – Weinberg, y debería cumplir todas las siguientes condiciones:

v  No deben aparecer alelos nuevos mediante mutación.

v  No debe haber intercambio de genes con otras poblaciones de la misma especie, es decir, no debe haber migración.

v  Todos los individuos deben tener la misma posibilidad de reproducirse, es decir, no debe haber selección de pareja.

v  La población debe ser inmensamente grande para que no ocurran cambios en las frecuencias debido al azar.

v  Todos los individuos deben tener la misma probabilidad de sobrevivir y reproducirse, es decir, no debe haber selección natural.

Según estos dos científicos, de no cumplirse una sola de estas condiciones, lo cual es altamente probable, ocurrirá evolución en la población. Esto nos muestra que la evolución es un proceso natural que ocurre todo el tiempo a nuestro alrededor. Es por ello que la gran mayoría de los científicos consideran la evolución como un hecho suficientemente sustentado y evidenciable.

Si lo observamos desde otra perspectiva, cualquiera de estas condiciones conllevan a la evolución de las poblaciones, por lo que es posible identificar los factores o mecanismos que la provocan; estos son llamados mecanismos de evolución.

3.1.  Mutación: introducción de alelos nuevos

Por sí sola, la mutación puede alterar muy poco las frecuencias de los alelos de una población. Sin embargo, ya sabemos que sin ellas no ocurriría evolución, ya que todos los genotipos serían idénticos. Se dice que las mutaciones son preadaptativas, porque inicialmente pueden no traer ventaja alguna para los organismos y llegar a ser útiles sólo si hay cambios ambiéntales.

3.2.  Migración: flujo de genes entre poblaciones

El flujo de genes entre poblaciones es otro factor de evolución. El patrimonio genético de una población puede variar por el aporte o sustracción de alelos por inmigración o emigración, respectivamente. De la misma manera, la migración entre poblaciones de una misma especie permite que mantengan su unidad genética y como veremos más adelante, no se conviertan en especies diferentes.

3.3.  Selección sexual: selección por el sexo opuesto

En la naturaleza, no todos los individuos de una población tienen la misma posibilidad de reproducirse, ya que generalmente los machos o las hembras pueden escoger la pareja con la que desean reproducirse. Un caso evidente de selección sexual es el de los machos alfa, o macho dominantes, en muchas especies de mamíferos; son ellos quienes tienen mayores probabilidades de reproducirse y, mientras mantenga su dominio, sus alelos predominarán en la descendencia. Otro ejemplo es la selección por cortejo, muy frecuente en aves; las hembras no eligen a los machos por tener características más aptas a un ambiente dado, sino que seleccionan algunas características específicas como el canto, la coloración o los despliegues de cortejo. En los seres humanos, la selección sexual es muy importante. Quizá, en nuestra sociedad moderna, la selección sexual sea incluso más determinante que la selección natural: las personas que se reproducen son aquellas seleccionadas por la pareja, y no por tener características más aptas al ambiente.

3.4.  Deriva genética: evolución por azar

Cuando una población es tan pequeña que sus frecuencias alélicas cambian como producto del azar, se dice que está en deriva genética. Imagina que una población de 100 individuos, tres presentan cierto alelo; siempre será altamente probable que estos tres individuos mueran accidentalmente, desapareciendo con ellos dichos alelos. Por el contrario, si los individuos portadores están en mayor número, las probabilidades de desaparecer por cambios ambientales azarosos disminuyen.

En la deriva genética, ciertos alelos desaparecen como producto simplemente del azar, sin necesidad de selección natural. Algunos científicos creen que la deriva genética es un importante motor de la evolución, luego de eventos que reducen drásticamente los tamaños poblaciones, como es el caso de las extinciones.

Existen dos casos particulares de deriva genética: el fenómeno del cuello de botella y el efecto fundador.

3.4.1.      El fenómeno del efecto fundador

Este fenómeno ocurre cuando a partir de unos pocos individuos se origina una nueva población. Entre menos individuos sean, más influyentes serán sus características en la nueva población y, por tanto, más distinta con respecto a la población original.

3.4.2.      El fenómeno del cuelo de botella

Este fenómeno ocurre cuando una población muy grande queda reducida a unos cuantos miembros por causas extremas. En caso de recuperarse, la nueva población queda con un patrimonio genético reducido y totalmente diferente al de la población inicial.  Por efectos de la deriva genética y de la poca variabilidad, algunos alelos quedan eliminados por completo, mientras que otros resultan dominantes.

 

3.5.       Selección natural

La selección natural ocurre cuando los individuos con ciertas características apropiadas para el ambiente se reproducen exitosamente, por lo que sus alelos predominan en la población. De esta manera, al actuar sobre los fenotipos de los organismos produce cambios en las frecuencias de los genotipos. La selección natural se caricaturiza comúnmente como “la supervivencia del más fuerte” pero, en realidad, no es cuestión de fortaleza o debilidad, sino de sobrevivir mejor al ambiente y tener éxito reproductivo.

A menudo puede ocurrir que un ambiente seleccione positivamente a un organismo pequeño y débil sobre uno grande y fuerte, si el ser pequeño es favorable en dicho ambiente.

Existen tres tipos diferentes de selección natural que pueden actuar sobre las poblaciones: selección direccional, selección estabilizadora y selección disociadora.

3.5.1.      Fuerzas selectivas opuestas

Los organismos están siempre sometidos a diversas fuerzas de selección, a menudo opuestas, en los ambientes naturales: por ejemplo, el pico del colibrí ensifera debe ser muy largo para alcanzar el néctar de las flores de la curaba, pero no tanto como para que este le impida posarse sobre una rama o huir. Existen, pues, dos fuerzas selectivas opuestas que moldean el tamaño de su pico.

Otro ejemplo claro de fuerzas selectivas opuestas se da cuando se oponen la selección sexual y la selección natural. Si un pavo real macho tiene la cola poco vistosa, no atrae a las hembras y no se puede reproducir, pero si la tiene demasiado grande, puede ser fácilmente atrapado por los depredadores.

3.5.2.      Competencia y cooperación

Darwin se refería a la supervivencia de las especies como “la lucha por la existencia”, pero, según él, esta no se reducía solamente a la competencia entre individuos, sino a cualquier medio utilizado por los organismos para sobrevivir. La cooperación entre individuos es igualmente útil para la supervivencia, evitando los efectos negativos de la selección natural.

Actualmente, los científicos estudian dos ejemplos de cooperación: el altruismo genético y la simbiosis mutualista.

v  El altruismo implica que algunos miembros de la población sacrifican su supervivencia o su reproducción, para que otros miembros de la población puedan sobrevivir y reproducirse: las abejas obreras sacrifican su reproducción y hasta su vida para proteger a la reina, y los padres de muchas especies ponen en riesgo su propia vida para alejar a los depredadores de sus crías.

El simbiosis mutualista ocurre cuando los individuos de dos o más especies se favorecen mutuamente. Las flores y sus polinizadores son ejemplos comunes de simbiosis, pero los líquenes son tal vez uno de los casos más sorprendentes: el hongo proporciona humedad y protección al alga y el alga realiza fotosíntesis y da alimento al hongo; juntos pueden sobrevivir en ambientes inhóspitos, donde solos no podrían existir.

Se puede decir que un organismo está adaptado al ambiente cuando su anatomía, su fisiología y su comportamiento, entre otros, le permiten soportar y sobrevivir al medio en que normalmente se desenvuelve y a sus cambios ambientales.

Los individuos mejor adaptados son los que tienen mayor probabilidad de supervivencia, y se reproducen más que los menos adaptados, lo cual se conoce como reproducción diferencial. Las características que son altamente adaptativas se mantienen en la especie de generación en generación, con más frecuencia que las menos adaptativas. En algunos casos puede ocurrir que, por presiones selectivas similares, especies no relacionadas pueden adquirir adaptaciones semejantes, lo que se conoce como evolución convergente. La convergencia entre los marsupiales australianos y los placentados del resto del mundo es tal vez uno de los ejemplos más evidentes de adaptaciones similares al medio por parte de especies no emparentadas.

Sin embargo, no todos los rasgos o características de los organismos son adaptativos. Algunos rasgos pueden ser neutros, es decir, pueden no traer ventajas o desventaja al individuo que los posee. Otros rasgos pueden ser preadaptativos, o sea que pueden llegan a ser útiles o variar su función con determinados cambios ambientales: las plumas, por ejemplo, originalmente sirvieron para controlar la temperatura corporal y posteriormente sirvieron para el vuelo.

Las adaptaciones pueden ser de tres tipos: fisiológicas, de comportamiento o morfológicas.

ADAPTACIONES FISIOLÓGICAS, METABÓLICAS Y BIOQUÍMICAS

Estas adaptaciones permiten mejorar el funcionamiento interno del organismo, especialmente en ambientes difíciles. Por ejemplo, la rato canguro, el camello y el dromedario pueden hacer uso del agua derivada de la degradación de la grasa corporal para subsistir en el desierto durante varios días. En las plantas, este tipo de adaptaciones es más común debido a su inmovilidad. La gran mayoría de las plantas de países con estaciones, por ejemplo, pierden sus hojas y cambian su metabolismo para evadir las estaciones frías. Algunas plantas de los desiertos, como las cactáceas, hacen fotosíntesis durante el día con sus estomas cerrados, para evitar la pérdida de agua; que el CO₂ no pueda ingresar a la planta por las estomas no es problema, ya que almacena suficiente durante la noche.

ADAPTACIONES DE COMPORTAMIENTO O ETOLÓGICAS

Este tipo de adaptaciones es más frecuente en animales. Las adaptaciones de comportamiento  son conductas que afectan la supervivencia y el éxito reproductivo de la especie. Ante una nueva presión selectiva para un animal, tal como la falta de alimento, el cambio de comportamiento en un animal puede ser vital.

Algunos ejemplos de adaptaciones de comportamiento son: el ocultarse de día para escapar del calor o de los depredadores; buscar alimento durante la noche o en el crepúsculo, y el desplazamiento de los reptiles entre lugares de sol y de sombra para regular la temperatura corporal.

Algunos comportamientos son adquiridos genéticamente y siguen las leyes de la selección natural: si el comportamiento es favorable, se selecciona y se transmite en la población. Otros comportamientos son adquiridos o aprendidos y, de ser favorables, ser transmiten rápidamente por imitación y aprendizaje. Un ejemplo es el uso de herramientas por parte de algunos primates y algunas aves, que les facilita la consecución de alimentos.

ADAPTACIONES MORFOLÓGICAS

Las adaptaciones morfológicas son modificaciones en la forma de las estructuras físicas de los organismos. Se pueden destacar tres tipos de adaptaciones morfológicas: adaptaciones estructurales, coloraciones de advertencia e imitaciones adaptativas.

Adaptaciones estructurales

Las adaptaciones estructurales ocurren frecuentemente en todos los seres vivos y se refieren a estructuras u órganos que hacen a la especie más eficiente en el hábitat en que vive. Un ejemplo de adaptación estructural es la capa gruesa de grasa que tienen las focas marinas para protegerse de las frías aguas polares. Entre las adaptaciones estructurales más fascinantes se encuentran los aparatos bucales de los insectos.

Las piezas que componen este aparato son esencialmente las mismas; sin embargo, han sido modificadas para conformar una variedad de formas diferentes, relacionadas con el tipo de alimentación de los diferentes, relacionadas con el tipo de alimentación de los diferentes grupos de insectos. En algunos casos, el aparato bucal sirve para picar y succionar, como el de los mosquitos y las pulgas; para lamer, como el de las abejas y las mariposas, o para morder, como el de los escarabajos y las hormigas.

Adaptaciones semejantes, aunque menos espectaculares, ocurren en los dientes de los mamíferos, cuya forma y resistencia dependen, en general, de la dieta de la especie: los carnívoros tienen los caminos grandes y punzantes, mientras que los rumiantes tienen molares especializados para triturar el pasto.

En las plantas se presenta una gran variedad de adaptaciones estructurales, generalmente relacionadas con la necesidad de agua, la fotosíntesis, la reproducción y la protección contra la herbivoría. Por ejemplo, el tamaño pequeño de las hojas y el número reducido de estomas sirven para minimizar la pérdida de agua en ambientes secos, es el caso de los trupillos de la alta Guajira. Las plantas con hojas grandes están asociadas a ambientes con poca luz, como ocurre frecuentemente con los arbustos del suelo de los bosques húmedos. Sin embargo, las adaptaciones más sorprendentes y variadas se pueden observar en las flores, relacionadas con los mecanismos de reproducción y con la atracción de polinizadores, como aves e insectos. 

Adaptaciones adaptativas

Son imitaciones morfológicas que proveen algún tipo de ventaja a los organismos. Entre las imitaciones adaptativas están el camuflaje y el mimetismo.

v  Camuflaje. Se refiere a las semejanzas o imitaciones de algún rasgo del ambiente y objetos que rodean a los individuos, y puede incluir la forma, el color y los patrones del ambiente. Ejemplos de este tipo de adaptación son el insecto palo, el pez hoja, el camaleón y el oso polar.

v  Mimetismo. En algunos casos, organismos inofensivos adoptan coloraciones de advertencia o formas similares de organismos que sí son peligrosos: moscas inofensivas con aspecto de avispas o abejas; culebras con apariencia de serpientes venenosas, y mariposas semejantes a otras nocivas o de mal sabor. En otros casos, un depredador se asemeja a sus víctimas parece inofensivo. Un tercer caso de mimetismo ocurre cuando animales simulan estructuras falsas, como una mariposa con una falsa cabeza situada en el extremo posterior del cuerpo: un depredador atacaría primero la cabeza falsa, que es más vistosa que la real, sin causarle la muerte. Otra forma de mimestismo se relaciona con la reproducción; tal es el caso de algunas orquídeas, cuyas flores tienen gran parecido con la hembra de su insecto polinizador.

COLORACIONES DE ADVERTENCIA

Las coloraciones de advertencia permiten prevenir la depredación y los ataques mediante señales visuales de peligro, identificables por los agresores. Algunos animales que son potencialmente venenosos, de mal sabor o no digeribles por sus depredadores, han evolucionado hacia coloraciones brillantes y patrones llamativos que advierten sobre su peligrosidad. Algunos de los patrones comunes son amarillos con negro, blanco con negro y amarillo o naranja con blanco y negro. Tal como nos ocurre a nosotros, los depredadores aprenden fácilmente a reconocer abejas, avispas y serpientes y a diferenciar ranas, salamandras y mariposas venenosas.