Altillo.com > Exámenes > UBA - CBC > Biología

¿De qué hablamos cuando hablamos de evolución?

La evolución no nos es un fenómeno familiar, sin embargo de una u otra forma, todos hemos oído hablar de ella.  ¿A qué nos referimos cuando hablamos de evolución?

Para acercarnos a este concepto, pensaremos antes que significado tiene para la biología que no haya evolución.

Supongamos las características promedio de los organismos de cierta especie. Digo promedio ya que hay importantes diferencias en esas características entre los organismos de esa especie.  Si estamos estudiando cierta especie de pongámosle lagarto, que tienen un peso de 4 Kg en promedio, una talla de 75 cm en promedio, etc., podemos suponer que varias generaciones hacia atrás, o que varias hacia el futuro deberán tener un peso de 4 Kg en promedio, una talla de 75 cm en promedio, si se trata de la misma especie de lagarto, y si no hubo evolución en la población.

La evolución supone que si se observan con atención algunas de esas características de la especie a través del tiempo, sea la talla, el peso etc., vamos a encontrar cambios en esas características. Cómo si dijéramos que hace 100 años esa especie de lagarto tenía una talla de 75 cm en promedio y en la actualidad tiene 62 cm en promedio. Diríamos que el ambiente en dónde viven estos lagartos favorecieron a los fenotipos más pequeños que así tuvieron más posibilidades de sobrevivir y en consecuencia de dejar descendencia.  Y con el tiempo, los fenotipos de mayor talla fueron desapareciendo, quedando sólo representados los de menor talla llegando a un nuevo valor de promedio. En este caso diríamos que hubo evolución en la población de lagartos.

Esto que acabamos de decir son someramente las ideas de Darwin a las que volveremos más adelante. Pero mucha agua debió pasar bajo el puente de la historia de la ciencia para que llegáramos a Darwin. 

Hagamos un poco de historia

·       Linneo en el siglo XVIII, pensaba que todos los organismos que podía ver eran básicamente semejantes a como Dios los había hecho durante la creación.  Digamos que las características de un pino o de una margarita, respondían al diseño general que Dios había dejado establecido durante la creación.

Por esto estas ideas forman la teoría creacionista, y habla de especies fijas en el tiempo (fijeza de las especies).  Para Linneo ningún cambio era posible. Todos los organismos de una población eran básicamente equivalentes a sus padres, abuelos, etc., remontándoos hacia atrás hasta llegar a los primeros arquetipos que eran los que Dios hizo aquel día.

·       Lamarck ya a principios del siglo XIX, sugiere una idea muy novedosa para la época.  Observando los fósiles de invertebrados y relacionando las características de éstos con el momento en que habían estado vivos, repara en que los fósiles más antiguos eran más simples que los fósiles más modernos.  Los más antiguos se encontraban más abajo en la corteza terrestre y los más modernos se encontraban en los estratos más superficiales de la corteza.

¿Y si hubiera una suerte de relación o parentesco entre todos estos fósiles? Digamos, ¿si los fósiles más complejos fueran descendientes de aquellas formas más simples que los precedieron?  A esta teoría, que es la teoría de Lamarck, se la conoce como teoría de la progresión orgánica.  Y justamente dice que las formas vivientes más complejas derivan de otros organismos más simples que los precedieron.  Las características que adquiere un organismo a lo largo de su vida (o la modificación de cierta característica que viene a ser lo mismo) se transmite a la descendencia. Por esto en Lamarck se habla de herencia de las características adquiridas.

Para Lamarck, las características de los seres vivos como los órganos se modifican según el uso o desuso que les da el organismo.  El uso hace que se vayan modificando y especializando en la función que cumplen.  Y simultáneamente el desuso puede provocar directamente que el órgano se atrofie.

Por otro lado los organismos estaban sujetos a otra fuerza que favorecía estos cambios.  Esta fuerza natural que actúa sobre los organismos Lamarck la llama principio creador universal y viene a ser algo a así como la tendencia natural de los organismos a adquirir cada vez una mayor complejidad.  Con el principio creador universal y la herencia de las características adquiridas Lamarck intenta justificar su teoría de la progresión orgánica. 

·       Cuvier, contemporáneo de Lamarck, se especializa en el estudio de vertebrados fósiles y en la anatomía comparada.  El observa que hay un ajuste muy preciso entre la forma o arquitectura de los organismos al ambiente en el  que viven. Es decir la anatomía de una especie para Cuvier no podría ser otra que la que es, por eso no hay cambio posible, ya que el cambio llevaría a las especies a un desajuste con el medio ambiente. 

Para explicar las diferencias entre las especies fósiles que se encuentran en la corteza terrestre, como decir porqué los fósiles de estratos inferiores son diferentes estructuralmente que los de estratos superiores, él postula la llamada teoría de las catástrofes o teoría catastrofista. 

Lo que dice esta teoría es que determinado tipo de fósil se encuentra en cierto estrato y no en el superior (más actual) debido a que en ese momento histórico hubo una “revolución” o catástrofe de dimensiones “sobrenaturales” que aniquiló toda forma de vida.  Los fósiles de ese estrato vienen a ser los restos que hoy podemos encontrar de esos organismos.  Más aún la catástrofe es atribuible a la acción de Dios. Y en tal caso, en el estrato superior hay otro tipo de especie fósil, debido a que una nueva “creación”, es decir una nueva intervención de la mano divina, creó otro tipo de seres vivos. 

De esta forma la historia de los organismos quedaba explicada por una serie de intervenciones de la “divinidad” según: creación – catástrofe - creación – catástrofe – creación etc. 

Y la última gran catástrofe, de la cual quedaría constancia en el relato bíblico, fue el diluvio universal.  Agassiz continuador de las ideas de Cuvier, postula que aproximadamente hubieron de 50 a 80 extinciones seguidas de otras tantas creaciones.

·       Darwin, en el siglo XIX, emprende un viaje transoceánico que moldeará su visión sobre el origen de los seres vivos.  Con sólo 20 años al inicio, y durante 5, a bordo del Beagle, navega por las costas sudamericanas del este, y luego por las del oeste dedicando especial atención a Ecuador y a un grupo de islas del mismo país, el archipiélago de las is. Galápagos, regresando finalmente a Europa.

En este archipiélago, encuentra y estudia la forma y hábitos de las tortugas gigantes.  El repara que la forma de estas tortugas no es igual en todas las islas.

  También analiza las formas de los picos y las dietas de unas aves llamadas pinzones.  Los picos de estas aves son diferentes según la isla estudiada, pero además estos picos están perfectamente especializados a los alimentos que consumen.  Reconoce finalmente 13 especies de aves.  Es más, Darwin también observa que la morfología de estos pinzones de las islas es bastante semejante a otros pinzones que habitaban en el continente.  De aquí deduce el concepto de modificación y adaptación a los diferentes ambientes a partir de un antecesor común.

Fruto de esta travesía logra una importantísima recopilación y caracterización de organismos que le permitirán concebir su tesis publicada en “El origen  de las especies”. 

Darwin sostiene que los organismos de las especies pueden ir modificando sus características con el tiempo.  Que estas modificaciones no son abruptas, que son graduales y que como se van transmitiendo a la descendencia, con las sucesivas generaciones las características de las especies cambian. ¿Cómo fundamenta esto?

Dos observaciones fundamentales y que nadie había realizado antes que él:

·       En condiciones ideales una población tiende a crecer de forma exponencial, es decir, la capacidad reproductiva de los organismos es enorme.  Sin embargo no hay poblaciones con tantos individuos, digamos que los que llegan a convertirse en reproductores son pocos comparativamente con los que podría haber.  Un ejemplo para clarificar: nacen 1000 (no importa la especie), en cierto tiempo cuando ya están maduros sexualmente, sólo se reproducen 200.  Darwin dice que si las condiciones hubieran sido ideales se estarían reproduciendo los 1000, o casi los mil.

·       En una población lo más característico son las pequeñas diferencias en las características de los organismos. Hay variaciones entre los organismos, y estas variaciones los hacen diferentes en sus aptitudes a la hora de obtener su alimento, a la hora de obtener un espacio para la reproducción, su capacidad de volar o correr etc. etc.  Esto es  lo que llamamos diversidad, o por ser biológica, biodiversidad.

Si pensamos en ambas ideas, vemos que, por un lado la diversidad consiste en que los individuos son diferentes en sus aptitudes, y que por otro, si sólo se reproduce un pequeño grupo, es que este grupo al tener las combinaciones más favorables, gana en la competencia con el otro, es decir tiene mayor posibilidades de sobrevivir (y por lo tanto de reproducirse).   

Con sucesivas generaciones, y bajo la presión selectiva del medio ambiente se podría producir una lenta y continua modificación de la descendencia y aún el surgimiento de nuevas especies. 

¿En base a qué decimos que algunos organismos tienen mejores aptitudes que otros? Dicho de otra forma, ¿cuál es la matriz que “decide” que cierta aptitud es superior a la otra? Darwin concluye de manera categórica que es el medio ambiente.  Ciertas variantes generan las mejores aptitudes, en un ambiente dado, pero si el medio ambiente cambia muy probablemente, sean otras las variantes mejores y por lo tanto seleccionadas.  Por esto Darwin habla de la selección natural.  Un ejemplo sencillo para ilustrar esto:  Dos variantes de langostas, verdes y oscuras.  El medio ambiente, un pastizal verde intenso. 

En la primera opción, las langostas verdes, están favorecidas.  Son muy difíciles de detectar por sus predadores, ya que se confunden en el pastizal.  Lo opuesto para las oscuras.  ¿Es mejor el color verde? No es que es mejor, sino que en este ambiente resulta más adaptativo el verde que los colores oscuros.

¿Qué sucedería si años más tarde el pastizal se oscurece, pongamos por contaminación? Ya no es más verde intenso, en vez está oscurecido. ¿Qué variante de langosta resulta más beneficiada ahora? Lógico la oscura ya que es más mimética.  ¿Quién determina el cambio de las langostas verdes a las oscuras?  EL nuevo tipo de ambiente: el pastizal oscuro.  A esto llamamos selección natural.

El enfoque de la genética de poblaciones

Otra forma de encarar el tema de la evolución es analizar que sucede con los alelos de la población de generación en generación.  Para esto se determinan las frecuencias alélicas, es decir en que proporción están presentes estos alelos considerando todos los individuos.  Dentro de algunas generaciones se vuelve a repetir la experiencia y se comparan ambas situaciones.  Si las frecuencias alélicas son las mismas no hubo cambios, pero si se están modificando quiere decir que estamos en un proceso evolutivo.

Supongamos una característica observada: Color de flor, con sólo dos alelos, el dominante   A: Azul, y el recesivo a: Blanco.

También supongamos esta distribución de genotipos:

·       64 individuos son homocigotas dominantes (AA)

·       32 individuos son heterocigotas                    (Aa)

·       4 individuos son homocigotas recesivos       (aa)                 

Si sumamos todos los individuos de la población tenemos 100, es decir

·       64 % de homocigotas dominantes

·       32 % de heterocigotas

·       4 % de homocigotas recesivos

Si nos preguntamos, cuántas veces está A y cuántas está a en esta población veremos que:

Frecuencia de A:    (64 x 2)  +   32 =  160      es decir, 80 %   (160 de 200 alelos).

Frecuencia de a:     (4 X 2)   +   32 =    40      es decir, 20 %   (40 de 200 alelos).

Lo que decíamos al inicio de este nuevo enfoque es que si en las siguientes generaciones se mantiene el 80 %   para  A y el 20 % para a no están habiendo cambios en los alelos de esta población, y decir esto es decir que no está habiendo evolución.  Y por el contrario, si en las siguientes generaciones hay un corrimiento de esos valores, como ser 60% para A y 40 % para a, hubo evolución.

El equilibrio de Hardy - Weinberg

Hardy, un matemático inglés, y Weinberg, un médico alemán, contribuyeron enormemente a la actual comprensión de estos temas postulando su teoría del estado estacionario también llamada equilibrio de Hardy – Weinberg.

Estos científicos manifestaron que si se dan ciertas condiciones en las poblaciones, la frecuencia o porcentaje de los genotipos y también la frecuencia o porcentaje de los alelos se mantiene constante de generación en generación.  Ahora bien, ¿cuáles son estas condiciones?

·   Que la población sea suficientemente grande como para que se cumplan las leyes de la estadística.

·   Todos los alelos tienen que ser equivalentes respecto a su viabilidad.

·   La reproducción es al azar.

·   No hay ni entrada ni salida de alelos (ni inmigración ni emigración)

·   No hay mutaciones.

Supongamos como en el ejemplo anterior que en la población estudiada el 64 %  son homocigotas dominantes, el 32 % son heterocigotas, y 4 % homocigotas recesivos; por lo tanto el 80 % de los alelos son A y el 20 son a.

Para Hardy – Weinberg si se cumplen estas 5 condiciones una generación más tarde nos vamos a encontrar estos números:

El 64 %  serán homocigotas dominantes, el 32 % serán heterocigotas, y el 4 % serán homocigotas recesivos. Por lo tanto se repite el 80 % de los alelos para A y el 20% para a.  

Dicho de otra forma los alelos están en equilibrio en la población.

La deriva genética

¿Qué sucede si la población estudiada no es suficientemente grande? 

Tenemos en una población una característica estudiada (supongamos tamaño de pico) con sólo dos alelos, A (pico grande) y a (pico pequeño).

Supongamos que a está representado únicamente en 1 %, y qué la población es grande: 500.000 individuos. Por lo tanto tiene en total entre a y A 1.000.000 de alelos.  El 1 % de un millón es 10.000, es decir del millón de alelos que hay para tamaño, 10.000 determinan picos pequeños.  Si por algún motivo algunos de los individuos portadores de pico pequeño, a, desaparece, el alelo se mantendría en la población ya que quedan los restantes para llegar a 10.000.  Es decir, si bien cambia la frecuencia, el efecto final no se nota tanto ya que al haber muchos individuos, el alelo en cuestión (a) sigue representado en la población.

Supongamos en vez, que a está representado únicamente en 1 %, y qué la población es muy chica: 50 individuos.

 Tendríamos entre a y A únicamente 100 alelos.  Como el 1 % de 100  es 1, tendríamos que en toda la población sólo hay una copia de a. Si en esta situación el individuo que lleva la copia de a por algún motivo no llega a poder reproducirse, el alelo recesivo se pedería irremediablemente de la población. Con lo cual el efecto sería más que trascendente, o dicho en otras palabras, lo tendríamos mucho más amplificado. Una generación más tarde no existirían los picos cortos.  Sólo tendríamos picos grandes.

Al cambio que se produce en las frecuencias alélicas de una población por causa del azar (de  la casualidad) la llamamos deriva genética, y tiene dos posibilidades:

·   El efecto fundador

·   El cuello de botella

Y vale la aclaración de que el alelo “favorecido” no es el mejor, ni el más adaptativo. Es decir no estamos en un proceso de selección natural.  El alelo “favorecido” (el que aumenta su frecuencia), es favorecido por casualidad o dicho de otra forma por cuestiones azarosas.

Efecto Fundador: Supongamos una población de aves que vive en las costas de un continente. Y que a 30 Km. en el mar hay un grupo de islas donde no existe este ave, y que si bien estas aves vuelan, no superan en condiciones optimas los 10 Km. de vuelo.

Hay dos alelos para color de ojos, A: rojos, a: grises. 

200 individuos  aa  (ojos grises)

100 individuos Aa (ojos rojos)                 Alelos en total:  20.000

9700 individuos AA (ojos rojos)               Individuos en total: 10.000

El % de individuos de ojos grises es 2 %. (200 de 10.000)

El % de individuos de ojos rojos es 98 %. (9800 de 10.000)

El % alelos a es 2,5 %.   El % alelos A es 97,5 %.  

Si un día de una terrible tormenta con fuertísimos vientos tenemos a la mayoría de estas aves adentro del continente salvo 40, que por casualidad andaban por la costa.  El viento tan fuerte las hizo llegar a las islas, insisto, no porque su capacidad de vuelo fuera superior a las otras, sino por casualidad.  Eran las únicas que andaban por la playa ese día.  ¿Qué genotipos llegaron al grupo de islas, uno que les confería mayor capacidad de vuelo? No, llegaron sólo las arrastradas por la tormenta.  Estas cuarenta aves son:

30 aa (ojos grises)            Alelos en total: 80

10 Aa (ojos rojos)             Individuos en total: 40

Veamos como cambió la frecuencia fenotípica y la de alelos:

El % de individuos de ojos grises es 75 %. (30 de 40)

El % de individuos de ojos rojos es 25 %. (10 de 40)

El % alelos a es 87,5 %.   El % alelos A es 12,5 %.  

A esto se lo llama el efecto fundador.  De la población original se desprende un pequeño subgrupo, con otras frecuencias alélicas que recomienza el ciclo.  Si comparamos las frecuencias alélicas de la población original y las de la nueva población veremos que son diferentes. 

En la población original si bien faltan 40 individuos veremos que las frecuencias alélicas casi se mantienen inalteradas, ya que los 40 que faltan casi no inciden en las cuentas.  En vez de 100 Aa, luego de la tormenta quedan 90, en vez de 200 aa quedan 170, y los 9700 AA están todos.

Alelos en total: 19.920    % A: 97,8       % a: 2,1 % 

El cuello de botella: Es el mismo análisis que en el efecto fundador salvo que los individuos de la población original desaparecen. 

Con lo cual las frecuencias alélicas después del cuello de botella quedan completamente modificadas.

Siguiendo el ejemplo anterior, en vez de la tormenta, un incendio en el continente.  Se quema todo el bosque con su flora y su fauna, salvo esas 40 aves que por “casualidad” estaban en la playa, en los médanos de arena, donde no hay materiales combustibles y por lo tanto se salvan.

Del porcentaje de alelos a  2,5 % y alelos A  97,5 % antes del incendio pasamos a  87,5 % de  a y  12,5 % de A después del cuello de botella.