Darwinismo VII (final)

La evolución y la genética

Los avances de la genética no solo han servido para confirmar las teorías de Darwin, sino también para corregir sus errores.

En varias ocasiones hemos tratado en esta página el tema de la evolución.  Hemos insistido en que ya no se trata de una teoría, sino de un proceso comprobado que ha dado lugar a una rama de la biología en constante expansión.  A partir del descubrimiento de la estructura del código genético por Watson y Crick en 1953, la ciencia de la evolución ha tomado una nueva dimensión.

Muchas de las cosas que propuso Darwin por intuición fueron comprobadas.  Los conocimientos se fueron acumulando.  Después de Darwin, Mendel estableció matemáticamente la manera en que se transmite la herencia.  Hasta el descubrimiento del ADN no se sabía cómo las características físicas de los padres se transmiten a los hijos.  Tras el descubrimiento del ADN, las herramientas de la genética han permitido revisar los postulados de Darwin y de Mendel, y establecer cómo los genes determinan la herencia.

La acumulación de estos conocimientos ha servido para confirmar un postulado que Darwin planteó instintivamente: el origen común de todos los seres vivientes.  Hoy sabemos que tenemos el mismo número de genes que un ratón y que la mayoría de ellos no son comunes.  También sabemos que no necesitamos genes nuevos para crear una especie: lo que causa la variación es la manera en que se activan.  El mecanismo de esta activación es la clave de las diferencias.

Errores de Darwin

Es asombroso cómo Darwin intuyó los procesos de la evolución; pero al no conocer los mecanismos, cometió errores.  Entre otras cosas creyó que era posible transmitir características adquiridas durante la vida.  También pensó que la herencia era el producto de una "mezcla de características".  Gregor Mendel (1822-1884) demostró que la herencia es una combinación de características individuales provenientes de padres y abuelos.  El mecanismo de la transmisión de estas unidades "discretas" de información era imposible de explicar antes de descifrar el código genético.

El ADN

Hoy sabemos que el código genético es el que lleva las instrucciones: más de 3200 millones de ellas. Estas instrucciones están, como en el código morse, en forma lineal en base a cuatro letras AGCT (adenina, guanina, citosina y timina) que dan las instrucciones para construir las proteínas con las cuales se arma el ser viviente.  Darwin no lo sabía, por lo que no pudo intuir la forma "discreta", por secciones específicas del organismo, en que se transmite la herencia, que descubrió Mendel.

Sin embargo, la propuesta de Darwin es válida, y las variaciones dieron lugar a la selección natural, que es la base de la evolución.  El término "la superviviencia del más apto", aunque no es de Darwin sino de Herbert Spencer, describe bien el proceso de la evolución.  La parte que no pudieron saber Darwin, Mendel o Spencer antes de descifrar el código genético es el proceso que hace posible la evolución.

Picos y canciones

Cuando Darwin visitó las islas Galápagos observó que los pinzones habían desarrollado picos adecuados al tipo de alimento que tenían.  Sus picos varían de acuerdo con el alimento.  Los picos gruesos, cortos y fuertes para romper semillas duras, los largos para extraer semillas pequeñas.  La genética ha demostrado que el gen que determina la forma del pico en los pinzones es común a otras especies y que, en cierto tipo de peces cuya mandíbula varía según el alimento, el responsable de la variación es el mismo gen.

También se ha descubierto que el gen que determina la habilidad de ciertas aves para aprender el canto es el mismo que controla en los humanos la habilidad de adquirir el habla.  El factor clave no resulta ser el gen sino el grado en el cual es activado.  Haciendo una comparación con el automóvil, la adherencia siempre la da el neumático, pero el grado de ahderencia lo da su tamaño, forma, presión y composición de su banda de rodamiento.  No es que la jirafa tenga un gen especial para tener el cuello largo, es el mismo gen que controla la longitud del cuello en otras especies, solo que está más activado.

En la época de Darwin era imposible observar esta relación de causa y efecto, que se pudo descubrir solo cuando fueron secuenciados los códigos genéticos de diversos organismos.  Recién en las últimas décadas se ha descubierto que genes específicos actúan sobre partes específicas de los organismos y que la diferencia está en el nivel de activación de las instrucciones que llevan.

Ojos azules

Un ejemplo de la evolución por adaptación al medio ambiente que sorprenderá a muchos es el de los pigmentos.  En especial el color de los ojos, que es muy reciente y es consecuencia de circunstancias geográficas y climáticas.  Los genetistas han descubierto que la aparición de los ojos azules es una mutación que surgió recién hace unos 10000 años.  El color de los ojos lo determina solo una letra del código que está dentro del gen llamado OK2, que maneja los pigmentos, y se encuentra en el cromosoma 15.

El cambio genético que dio lugar a esta mutación se debió al clima.  Cuando los primeros humanos llegaron a las regiones nórdicas de Europa, por falta de sol sufrían de deficiencia de vitamina D, que podía ser compensada recibiendo una mayor radiación ultravioleta proveniente del sol.  Para recibir más luz solar había que disminuir el pigmento de la piel, que de paso reducía el pigmento de los ojos.  Sobrevivieron aquellos que tuvieron menos pigmento, los más blancos, y de paso se ganaron los ojos azules.  Como signo de una mayor probabilidad de superviviencia, los ojos azules resultaron ser un atractivo en la selección sexual, porque iban acompañados por características que permitían absorber mayor vitamina D, favorable en latitudes de poco sol.

Darwin hoy

A pesar de la oposición de los fundamentalistas religiosos a la evolución, esta ha dejado de ser una teoría para convertirse en una rama de la biología.  Hoy sabemos lo que Darwin intuyó: todos descendemos de un solo organismo primitivo; pero sabemos mucho más.  Tenemos genes comunes en todas las especies, que determinan características que son comunes en todas ellas.

Experimentos hechos con genes de peces, mantarrayas, han demostrado que sus aletas están gobernadas por los mismos genes que determinan la forma de los brazos y las manos en los humanos, las patas de los ratones y las alas de los murciélagos.  Los genes determinan la parte del organismo cuyas instrucciones llevan, mientras minúsculos detalles determinan  el grado en que son activadas determinadas características.

Es asombroso que Darwin intuyera el proceso de la evolución, pero tuvieron que pasar más de 100 años hasta que supiéramos qué mecanismos la hacen posible.

Unger, T.  "La evolución y la genética".  En El Comercio (Lima-Perú), 29.11.11

 Imágenes: vidasana.lapipadelindio.com, equilibrocosmico.blogspot.com, revistadeletras.net, lacienciaysusdemonios.com

Darwinismo VI

Factores evolutivos

Según la teoría sintética de la evolución, la vida se desarrolla y varía sin dirección o propósito, por el efecto aleatorio de los factores evolutivos.  Dentro de estos factores, la selección y la deriva genética son considerados por los científicos como los más importantes.

 

Selección natural

En una población animal, los individuos con mayor probabilidad de reproducirse son los que, por sus características, están mejor adaptados a los llamados factores de selección que existen en un hábitat determinado.  Estos factores pueden ser de carácter abiótico -en función de la humedad o la temperatura- o biótico -relacionados con otros seres vivos, como predadores y parásitos-.  La capacidad de un individuo para contribuir a la reserva genética de la próxima generación se conoce como aptitud, mientras que la influencia de los factores de selección en una población se denomina presión evolutiva.  La selección estabilizante ocurre cuando una población está tan bien adaptada a su medio ambiente que los mutantes son constantemente eliminados.  La selección transformadora se produce cuando, debido a las cambiantes condiciones del medio ambiente, la presión evolutiva favorece a los individuos con ciertos alelos, aumentando su proporción en la población.  En el caso de la selección disruptiva, simultáneamente se favorecen los dos extremos de la distribución de un carácter biológico -por ejemplo, se benefician por igual los individuos pequeños y grandes por sobre los de tamaño medio-.  Esta situación puede llevar a una división de la población en dos especies distintas.

Deriva genética

El término "deriva genética" se refiere a un cambio aleatorio en la diversidad genética de una población.  Esto ocurre, por ejemplo, cuando sólo unos pocos individuos de una población grande migran a una nueva área.  Estos "individuos fundadores" representan una selección aleatoria de genotipos.  Por lo tanto, se hace más probable un cambio aleatorio de la reserva genética cuanto más pequeña es la población.  La deriva genética también puede ocurrir cuando parte de una población es destruida de pronto.  Por ejemplo, durante una catástrofe natural pueden morir una gran cantidad de miembros, sin importar lo bien o mal adaptados que estuvieran.  Las características genéticas de los individuos supervivientes será azarosa, por lo que la reserva genética derivará de igual modo.

 National Geographic (2010).  Gran Enciclopedia del Saber.  La Evolución. Lima: El Comercio.

Imágenes: fisicazone.com

Darwinismo V

El azar es la melodía de la evolución. De qué manera una mutación altera el ADN es una cuestión fortuita.  Qué características de un par de progenitores aparecerán en sus descendientes como consecuencia de la mezcla sexual de su ADN es una cuestión aleatoria.  El encuentro de los individuos que se aparean es cuestión de azar, del mismo modo que queda en manos del azar qué ambiente seleccionará los organismos cambiados. Por tanto, las raíces de la vida están profundamente enterradas en el azar.

Mariposas

Hace algunos años, ciertas polillas o mariposas nocturnas prosperaban en los alrededores de Birmingham, Inglaterra.

Medraban en los troncos de los abedules sobre cuya corteza eran casi invisibles, en especial para las aves que se alimentan de ellas.

Con el paso del tiempo, creció en gran manera la industria de Birmingham, y el hollín suspendido en la atmósfera fue oscureciendo los árboles y haciendo patentes, en consecuencia, a las mariposas. Sobre las ahora oscuras cortezas, resultaban muy visibles para las aves. En vista de ello, la población de polillas, con el transcurso de las generaciones, disminuyó hasta casi la extinción.

Durante este periodo se observó una ocasional polilla oscura, variedad que pasaba inadvertida sobre la oscura corteza de los árboles.

Su número creció rápidamente y, al fin, estas nuevas polillas llegaron a ser abundantes en la región.

Esta verídica historia pone de manifiesto la relación existente entre los organismos y el ambiente. Las cortezas oscuras y los pájaros predadores constituyen un ambiente que ha actuado en contra de las polillas claras causando la disminución de sus poblaciones.  Una mutación fortuita ocurrida en este lapso de tiempo produjo una polilla oscura. Al principio, cuando los árboles eran claros, esta mutación debió ser desfavorable, pero ahora resultaba beneficiosa para dichas polillas oscuras, que podían aparearse y tener descendencia, de modo que tanto ellas como sus descendientes prosperaron. El efecto conjunto de un ambiente cambiante y unas mutaciones fortuitas produjeron el cambio completo del carácter de una población.

Las bacterias también

Las bacterias son excelentes modelos experimentales para estudiar los cambios que jalonan la evolución, es decir, de la selección natural. Constituyen líneas puras, o sea, todos los individuos de una población son idénticos porque proceden de una célula única y, por otro lado, cada quince minutos se origina una nueva generación, de modo que es posible observar poblaciones durante muchas generaciones en un tiempo razonable.

Se coloca una población pura de bacterias en un matraz, en unas condiciones de laboratorio semejantes a las que Birmingham deparó a sus polillas, o sea, créandoles un ambiente desfavorable. Para ello se añade una gota del antibiótico estreptomicina al caldo de cultivo.

Ello supone una catástrofe para las bacterias, ya que dicho medicamento las mata. El crecimiento se detiene en seguida y las células comienzan a morir. Al cabo de pocas horas parece que todas las células han muerto.

Cabría realizar determinada prueba para averiguar si alguna célula continúa viva y en tal caso se encontrarían unas pocas células con vida (cerca de 10, por ejemplo) entre los millones de células muertas. Se podría demostrar, además, que cada una de dichas raras células vivas es capaz de multiplicarse bastante bien en presencia de la estreptomicina.

El medicamento ya no causa daño alguno y este carácter de resistente a la estreptomicina se hereda: todas las generaciones descendientes de aquellos pocos supervivientes heredan la resistencia al fármaco.

¿A qué se debe este fenómeno? En estas poblaciones tan grandes de bacterias (muchos millones de células) existe una considerable posibilidad -quizá de una entre diez millones- de que las células sufran una mutación que las haga resistentes a la estreptomicina. Lógicamente, tal mutación ocurrirá tanto si la estreptomicina está presente como si no la hay. Si no hubiera estreptomicina, no se sabría que ha ocurrido dicha mutación. Pero en presencia de estreptomicina, prevalecen los organismos resistentes porque tienen una ventaja selectiva y, por tanto, dichas células resistentes a la estreptomicina pueden dividirse hasta llegar a ser dominantes en la población; en cambio, las bacterias originales mueren porque no están preparadas para sobrevivir en aquel ambiente particular. Esta historia es en esencia idéntica a la de las polillas.

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La evolución de la naturaleza

Los ejemplos considerados pueden catalogarse de evolución domesticada. Hay una clara relación entre un simple cambio en una población y la selección a favor o en contra de dicho cambio.  Las criaturas que se utilizan en el laboratorio son, esencialmente, cepas puras, al menos hasta la introducción de una mutación.

En el mundo natural, aunque son aplicables los mismos principios, la situación es más complicada. Raramente se encuentras líneas puras en la naturaleza. De hecho, lo que ya sorprendió a Darwin, y lo que debería sorprender a toda persona cuando contempla la naturaleza, es la gran variedad de formas vivientes. Pero no solo la variedad de los distintos tipos, especies o criaturas sino también la variedad dentro de las especies. Casi todos los caracteres que son susceptibles de medirse en una especie muestran gran variación. Incuslo en la especie humana ocurre esto: aunque todos los hombres son humanos, varían muchísimo de unos a otros; y en otros animales sucede lo mismo: el espesor del pelo, la velocidad de la carrera o el salto, la forma y el tamaño de la dentadura, la altura y el peso, la fuerza, el sentido de la vista y el olfato, la atracción por el sexo opuesto, todo varía dentro de un amplio margen.

Si se midiera uno de estos caractres en una cepa pura de ratones de laboratorio, no se encontraría diferencia, todos los animales resultarían idénticos.

La variedad permite trabajar a la evolución. Aunque Darwin y Wallace desconocían la causa de la variación -la mutación y la mezcla sexual del ADN- valoraron su importancia y desarrollaron, a partir de ella, su teoría.

Ahora es posible fundamentar la idea de que determinada población en un momento de la historia de su desarrollo lleva en su ADN gran número de cambios acumulados.

La población es el receptáculo de todos los cambios pasados y de todas las selecciones efectuadas por el ambiente, lo cual explica la gran variedad de los individuos dentro de una población y sobre esta variación actúa la selección en el posterior desarrollo de aquella.

Considérese, por ejemplo, únicamente una variable: la capacidad para la carrera. Entre los grandes rebaños que pastan en una pradera habrá gran variedad de velocidades extremas. Con gran número de leones acechando desde los márgenes, los corredores más veloces tendrán mayor probabilidad de sobrevivir y de reproducir su clase, de modo que, a lo largo de muchas generaciones, y suponiendo el ambiente estable, el rebaño se habrá enriquecido relativamente en animales más veloces, con lo cual aumentará, además, la velocidad media del rebaño.

Cabe asimismo, examinar las fuerzas subyacente a la aparición de otros caracteres:

Cambio ambiental                                      La selección favorece


De selva a pradera abierta                             Patas aptas para correr
De pradera a pradera con predadores                Patas más aptas para correr
De suelo de la selva a copa de los árboles        Extremidades más ágiles para colgarse de las ramas
De tierra al aire                                           Huesos más ligeros; extremidades más largas y plumas
Del calor al frío                                           Pelaje más robusto
De comer carne a comer hierba                       Dientes más cortos y planos

¿Tiene un propósito la evolución?

Uno de los problemas que se presenta al intentar comprender la evolución proviene de que parece que los cambios observados obedecen a un propósito o son intencionados cuando, en realidad, los únicos mecanismos desencadenantes son los acontecimientos fortuitos. Por ejemplo, si los animales de un medio, donde además abundan otros animales más pequeños, desarrollan gradualmente dientes para comer carne, el cambio tiene un sentido: sus descendientes podrán devorar a los otros animales porque se lo permitirá una dentición carnívora. Esto parece tener un propósito, como si el medio dirigiera a los animales a aprovecharse del cambio. En realidad, esta manera equivocada de pensar llevó a T.D. Lysenko, Stalin, Kruschov y a toda la Unión Soviética a interpretar un sainete científico que duró casi treinta años. Puesto que no se concibe como un ambiente puede incitar al cambio a determinada población animal es razonable esperar que así ocurra. Más bien hay que pensar que una población posee gran variedad de formas y tamaños de dientes en virtud de la acumulación de cambios fortuitos. A cada vuelta de la rueda generacional, los animales con más adecuada estructura dental para matar animales y devorar su carne tendrán mayor oportunidad de sobrevivir y dejar descendencia. De forma gradual, con el transcurso de la selección durante muchas y muchas generaciones, aparecerá una especie animal carnívora. Este proceso carece por completo de propósito.

La palabra "selección" resulta quizá engañosa ya que connota precisamente propósito. El ambiente es totalmente pasivo, pues no causa la aparición de los cambios favorables o desfavorables. Los cambios ocurren de forma espontánea (mutación y mezcla sexual), y una vez producidos pueden contribuir a que el animal utilice mejor su ambiente.

Volviendo, por un momento, a las polillas, entre una gran población de polillas blancas la aparición ocasional de una polilla oscura fue un suceso puramente fortuito, no relacionado con "necesidad" alguna. Dicho acontecimiento pudo ocurrir con la misma probabilidad durante el periodo de árboles blancos que en el subsiguientes periodo de árboles oscuros. Los árboles no dirigieron la aparición de la mutación oscura, pero, si por azar, la polilla variante apareción durante el periodo de árboles oscuros, tuvo muchas más probabilidades de sobrevivir y de producir descendencia oscura.

Hoagland, M. (1985). Las raíces de la vida. Barcelona: Salvat.

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