Los procesos de la evolución

La evolución es el proceso por el cual los organismos actuales se han formado a partir de antepasados antiguos. La evolución es responsable tanto de las notables similitudes que observamos en todas las formas de vida como de su sorprendente diversida; pero, ¿cómo funciona exactamente?

La variabilidad genética es una parte fundamental del proceso, ya que la evolución se produce cuando fuerzas selectivas actúan sobre esa variabilidad. Esta sección examina los mecanismos de la evolución, haciendo hincapié en:

• • La descendencia y las diferencias genéticas heredables que se transmiten a la siguiente generación;

• • La mutación, migración (flujo génico), deriva genética y selección natural como mecanismos de cambio;

• • La importancia de la variabilidad genética;

• • La naturaleza aleatoria de la deriva genética y los efectos de la disminución de la variabilidad genética;

• • Cómo la variabilidad, la reproducción diferencial y la herencia dan como resultado la evolución por selección natural; y
• Cómo especies diferentes pueden influir en su evolución mutua mediante la coevolución.

Descendencia con modificación

Hemos definido la evolución como descendencia con modificación a partir de un antepasado común pero, ¿qué se ha modificado exactamente? Sólo hay evolución cuando hay un cambio en la frecuencia génica de una poblacióncon el paso deltiempo. Estas diferencias genéticas son heredables y se pueden transmitir a la siguiente generación, que es lo que realmente importa en la evolución: el cambio a largo plazo.

Compara estos dos ejemplos de cambio en poblaciones de escarabajos.¿Cuál de ellos es un ejemplo de evolución?

Escarabajos a dieta

Piensa en un año o dos de sequía durante la cual hay pocas plantas que los escarabajos puedan comer.

Todos los escarabajos tienen las mismas posibilidades de sobrevivir y reproducirse pero, debido a las limitaciones en el alimento, los escarabajos de esta población son algo más pequeños que los de la generación precedente.

Escarabajos de distinto color

La mayoría de de los escarabajos de la población (digamos, el 90%) tienen genes para el color verde intenso y unos pocos (el 10%) tienen el gen que los hace más marrones.

Con el paso de varias generaciones, las cosas han cambiado: los escarabajos marrones son más comunes de lo que solían ser y forman el 70% de la población.

¿Qué ejemplo es el que ilustra la descendencia con modificación, es decir, un cambio en la frecuencia génica con el paso del tiempo?

La variación de peso del primer ejemplo se produjo por la influencia ambiental —la escasa disponibilidad de alimento—, no por un cambio en la frecuencia de los genes. Por lo tanto, el ejempo 1 no es evolución. Debido a que el pequeño tamaño corporal de esta población no está determinado genéticamente, esta generación de escarabajos de cuerpo pequeño darán lugar a escarabajos que alcanzarán un tamaño normal si tienen una disponibilidad normal de alimento.

El cambio de color del ejemplo 2 es, indudablemente, evolución: estas dos generaciones de la misma población son genéticamente diferentes. Pero, ¿cómo ha sucedido esto?

Los mecanismos del cambio

Cada uno de estos cuatro procesos es un mecanismo básico de cambio evolutivo.

Mutación
Una mutación podría hacer que padres con genes para el color verde intenso tuvieran descendencia con un gen para el color marrón, con lo cual en la población aumentaría la frecuencia de genes para escarabajos marrones.

Migración
Algunos individuos de una población de escarabajos marrones podrían haberse unido a una población de escarabajos verdes, lo cual haría que los genes para escarabajos marrones fueran más frecuentes en la población de escarabajos verdes.

Deriva genética
Imagina que, en una generación, sucediera que dos escarabajos marrones tuvieran cuato descendientes que sobrevieran para reproducirse, y que varios escarabajos verdes murieran al ser pisados por alguien y no tuvieran descendientes. En la siguiente generación habría algunos escarabajos marrones más que en la generación anterior, pero sería sólo por el azar. Estos cambios aleatorios que se producen de generación en generación se conocen como deriva genética.

Natural Selection
Imagina que las aves detectan (y, por lo tanto, se comen) más fácilmente a los escarabajos verdes. Los escarabajos marrones tendrán una probabilidad ligeramente mayor de sobrevivir para tener descendencia y y pasarán los genes para el color marrón a sus descendientes. Por lo tanto, en la siguiente generación los escarabajos marrones serán más comunes que en la generación previa.

Todos estos mecanismos pueden producir cambios en las frecuencias de los genes de las poblaciones y, por lo tanto, todos ellos son mecanismos de cambio evolutivo. Pero la selección natural y la deriva genética no pueden actuar a menos que haya variabilidad genética; es decir, a menos que haya algunos individuos que sean genéticamente diferentes de los otros. Si la población de escarabajos tuviera el 100% de escarabajos verdes, la selección y la deriva no tendrían ningún efecto porque su composición genética no podría variar.

¿Cuáles son, entonces, las fuentes de la variabilidad genética?

Variabilidad genética

Sin variabilidad genética, no podrían actuar algunos de los mecanismos básicos del cambio evolutivo.

Vamos a aprender más sobre las tres fuentes primarias de variabilidad genética que hay:

1. 1. Las mutaciones son cambios en el ADN. Una única mutación puede tener un efecto considerable pero, en la mayoría de los casos, el cambio evolutivo se basa en la acumulación de muchas mutaciones.

1. 1. El flujo génico es cualquier traslado de genes de una población a otra y es una fuente importante de variabilidad genética.
2. La sexualidad puede originar nuevas combinaciones genéticas en una población; esta recombinación genética es otra fuente importante de variabilidad genética.

La recombinación genética es una fuente de variabilidad.

Las mutaciones (1 de 2)

Una

mutación es un cambio en el ADN, el material hereditario de los seres vivos. El ADN de un organismo influye en su aspecto físico, en su comportamiento y en su fisiología… en todos los aspectos de su vida. Por lo tanto, un cambio en el ADN de un organismo puede producir cambios en todos los aspectos de su vida.

Las mutaciones son aleatorias
Las mutaciones pueden ser beneficiosas, neutras o dañinas para el organismo, pero las mutaciones no «intentan» proporcionar lo que el organismo «necesita». En este sentido, las mutaciones son aleatorias: el hecho de que una mutación concreta suceda o no, no está relacionado con lo útil que sería.

No todas las mutaciones son relevantes para la evolución.
Dado que todas las células de nuestro cuerpo contienen ADN, hay multitud de lugares en los que pueden producirse las mutaciones; sin embargo, no todas las mutaciones son relevantes para la evolución. Las mutaciones somáticas son las que se producen en las células no reproductoras y no se transmiten a la descendencia.

Por ejemplo, el color amarillo de la mitad de esta manzana Red Delicious fue causado por una mutación somática, por lo que sus las semillas no son portadoras de la mutación.

Las mutaciones (2 de 2)

Las únicas mutaciones relevantes para la evolución a gran escala son aquellas que pueden transmitirse a los descendientes. Este tipo de mutaciones son las que ocurren en las células reproductoras, como los óvulos y los espermatozoides, y se las llama mutaciones germinales.

Una mutación germinal única puede tener diversidad de efectos:

1. Que no haya cambios en el fenotipo.
   Algunas mutaciones no tienen ningún efecto apreciable en el fenotipo de un organimo. Esto puede ocurrir en muchas situaciones: puede que la mutación se produzca en un segmento de ADN sin ninguna función o que se produzca en una región que codifique para una proteína, pero al final no afecte la secuencia de aminoácidos de la proteína.
2. Que se produzca un pequeño cambio en el fenotipo.
   

   Una mutación única causó que las orejas de este gato se curvaran ligeramente hacia atrás.

3. Que se produzca un gran cambio en el fenotipo.
   A veces, algunos cambios realmente importantes en el fenotipo, como la resistencia de los insectos al DDT, están causados por mutaciones únicas¹. Una mutación única también puede tener fuertes efectos negativos para el organismo. Las mutaciones que ocasionan la muerte del organismo se llaman letales, y no puede haberlas más negativas.
4. Hay algunos tipos de cambios que no pueden ser causados por una única mutación, ni siquiera por muchas. Ni las mutaciones, ni desear que ocurra, harán que los cerdos tengan alas y sólo la cultura pop pudo haber creado las Tortugas Ninja; las mutaciones no podrían haberlo hecho.

Las mutaciones son aleatorias

Los mecanismos de la evolución, como la selección natural y la deriva genética, actúan sobre la variabilidad aleatoria que se genera por mutación.

Se cree que hay factores ambientales que influyen en la tasa de mutaciónpero generalmente se piensa que no influyen en la dirección de estas mutaciones. Por ejemplo, la exposición a sustancias químicas nocivas puede aumentar la frecuencia de mutación, pero no hará que se produzcan más mutaciones que hagan a los organismos resistentes a esas sustancias químicas. En este sentido, las mutaciones son aleatorias: el hecho de que una mutación concreta suceda o no, no está relacionado con lo útil que sería.

En los EEUU, donde la gente utiliza champús con sustancias químicas especiales para matar piojos, hay multitud de piojos que resistentes a las sustancias químicas de los champús. Hay dos explicaciones posibles para esto:

       

Los científicos en general piensan que la primera explicación es la correcta y que la segunda explicación posible, la de las mutaciones dirigidas, no es correcta.

Los investigadores han realizado muchos experimentos en este campo y, aunque hay varias formas de interpretar los resultados, ninguna de ellas apoya de modo inequívoco la mutación dirigida. No obstante, los científicos continúan realizando investigaciones que proporcionan datos relevantes sobre esta cuestión.

Además, los experimentos han aclarado que muchas mutaciones son, de hecho, «aleatorias» y que no sucedieron porque se hubiera puesto al organismo en una situación donde la mutación sería útil. Por ejemplo, si se exponen bacterias a un antibiótico, es probable que se observe un aumento en la prevalencia de la resistencia a antibióticos. En 1952, Esther y Joshua Lederberg determinaron que muchas de estas mutaciones para la resistencia a antibióticos existían en la población antes incluso de que la población fuera expuesta al antibiótico, y que esta exposición no ocasionó la aparición de estos nuevos mutantes resistentes

Las causas de las mutaciones

Las mutaciones se producen por diversas causas.

1. El ADN no logra copiarse con precisión.
   La mayoría de las mutaciones que pensamos que son importantes para la evolución suceden de forma natural. Por ejemplo, cuando una célula se divide hace una copia de su ADN y, algunas veces, esa copia no es perfecta. Esa pequeña diferencia con la secuencia de ADN original es una mutación.
   
2. Las influencias externas pueden producir mutaciones.
   Las mutaciones también pueden estar causadas por exposición a determinadas sustancias químicas o a la radiación. Estos agentes causan la degradación del ADN. Esto no es necesariamente antinatural, ya que el ADN se degrada hasta en los ambientes más aislados e inmaculados. No obstante, cuando la célula repara el ADN, puede que no haga una reparación perfecta, con lo cual la célula terminaría con un ADN ligeramente diferente del original y, por tanto, con una mutación.

Flujo génico

El flujo génico —también llamado migración— es cualquier desplazamiento de genes desde una población hasta otra. El flujo génico incluye multitud de tipos de sucesos diferentes, como el polen que es transportado por el aire hasta un nuevo destino o las personas que se trasladan a otra ciudad o país. Si unos genes son transportados hasta una población donde esos genes no existían previamente, el flujo génico puede ser una fuente muy importante de variabilidad genética. En el gráfico de abajo, el gen para la coloración marrón se traslada de una población a otra.

Sexualidad y recombinación genética

La sexualidad puede introducir nuevas combinaciones de genes en una población y es una fuente importante de variabilidad genética.

Probablemente sepas por experiencia que los hermanos no son genéticamente idénticos a sus padres ni entre sí (excepto, por supuesto, los gemelos). Eso es porque, cuando los organismos se reproducen sexualmente, ocurre cierta recombinación genética, como si se «barajasen» los genes, reuniendo combinaciones nuevas de ellos. Por ejemplo, puede ser que tengas unas cejas pobladas y una nariz grande debido a que tu madre tenía genes asociados a las cejas pobladas y tu padre tenía genes asociados a una nariz grande. Estas combinaciones pueden ser buenas, malas o neutrales. Si a tu pareja le encanta la combinación de cejas pobladas y nariz grande… has tenido suerte y diste con la combinación ganadora.

Esta recombinación es importante para la evolución porque puede introducir combinaciones nuevas de genes en cada generación. Sin embargo, también puede romper «buenas» combinaciones de genes.

 

El desarrollo

El desarrollo es el proceso por el cual un embrión se convierte en un organismo adulto y, finalmente, muere. Mediante el desarrollo, el genotipode un organismo se expresa como fenotipo, exponiendo los genes a la acción de la selección natural.

Los estudios del desarrollo son importantes para la biología evolutiva por varias razones:

• Explican cambios evolutivos importantes
  Los cambios en los genes que regulan el desarrollo pueden tener efectos importantes en las características morfológicas del organismo adulto. Dado que estos efectos son tan significativos, los científicos sospechan que los cambios en los genes del desarrollo han contribuido a las transformaciones evolutivas a gran escala. Los cambios en el desarrollo pueden ayudar a explicar, por ejemplo, cómo algunos mamíferos ungulados se volvieron moradores de los océanos, cómo las plantas acuáticas invadieron la tierra y cómo pequeños invertebrados acorazados adquirieron alas.

  Las mutaciones en los genes que regulan el desarrollo de la mosca de la fruta pueden producir cambios morfológicos importantes, como el desarrollo de dos pares de alas en lugar de uno.

  Otra mutación génica durante el desarrollo puede hacer que las moscas de la fruta tengan patas donde normalmente están las antenas, como se muestra en la mosca de la derecha.

Nos permiten aprender sobre la historia evolutiva
El desarrollo de los organismos contiene pistas sobre su historia que los biólogos utilizan para contruir árboles evolutivos.

Los caracteres que exhiben embriones como estos pueden ayudar a desentrañar los patrones de relaciones entre linajes.

• Limitan el cambio evolutivo
  Los procesos del desarrollo restringen la evolución, evitando que se desarrollen ciertos caracteres en determinados linajes. Por ejemplo, el desarrollo sirve para explicar por qué no hay tetrápodos que tengan seis dedos reales.

 

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