miércoles, 14 de marzo de 2012

EVOLUCIÓN

Históricamente, la explicación más común del origen de las especies ha sido la Creación divina de cada especie en su forma actual y se creía que las especies no habían cambiado significativamente desde su creación. Los indicios aportados por la diversidad de las cosas animadas, por los fósiles y por la geología pusieron en tela de juicio esta opinión, aunque no se propuso un mecanismo convincente de la evolución de las especies actuales a partir de otras más antiguas. A partir de mediados del siglo XX, los científicos llegaron a la conclusión de que las especies tienen su origen en el cumplimiento de leyes naturales, como resultado de cambios en la constitución genética de las poblaciones de organismos. Este proceso recibe el nombre de evolución.

En síntesis la evolución es la descendencia de los organismos modernos, con modificaciones, de formas de vida ya existentes; en términos estrictos son los cambios genéticos de población de organismos a lo largo del tiempo, que lleva a la aparición de diferencias entre ellas.

LOS PRIMEROS NATURALISTAS PROPUSIERON MECANISMOS DE EVOLUCIÓN

LOS CONCEPTOS DE LAMARCK

Uno de los primeros en proponer un mecanismo de evolución fue el naturalista francés Jean Baptiste Lamarck (1744 – 1829). A Lamarck le impresionó la progresión de las formas del registro fósil. Los fósiles más antiguos tienden a ser más simples, en tanto que los fósiles más jóvenes tienden a ser más complejos y más parecidos a los organismos actuales. En 1801 Lamarck propuso la hipótesis de que los organismos evolucionan mediante la herencia de características adquiridas, un proceso por el que los organismos vivos sufren modificaciones en función del uso o desuso de algunas de sus partes y heredan estas modificaciones a sus descendientes.


Fig. 1 Lamarck.

Lamarck propuso que todos los organismos poseen un impulso innato hacia la perfección, una necesidad de ascender en la escala de la Naturaleza. De acuerdo con su hipótesis, ésta progresión o evolución, para usar el término, depende de dos fuerzas principales.

La primera es la herencia de las características adquiridas. Los órganos en los animales se hacen más fuertes o más débiles, o menos importantes, por su uso o desuso, y estos cambios, de acuerdo con la propuesta de Lamarck, se transmiten de los padres a la progenie. En su ejemplo más conocido, Lamarck planteó la hipótesis de que los antepasados de las jirafas estiraban el cuello para alimentarse de las hojas que crecían a gran altura en los árboles y, en consecuencia, su cuello se alargaba un poco. Sus descendientes habrían heredado este cuello más largo y se habrían estirado aún más para alcanzar hojas todavía más altas. Con el tiempo, este proceso pudo haber dado origen a las jirafas modernas, con un cuello en verdad muy largo.


Fig. 2 Diferencia de estaturas.
Fig. 3 Evolución de los cuellos de las jirafas.

La segunda fuerza igualmente importante en el concepto de la evolución de Lamarck fue un principio creador universal, un esfuerzo inconsistente y ascendente en la escala natural que impulsaba a cada criatura viva hacia el hombre.

Los conceptos de Lamarck se pueden resumir en:

  • La influencia del medio, los cambios medioambientales provocan nuevas necesidades en los organismos.
  • La ley del uso y desuso, para adaptarse al medio modificado, los organismos deben modificar el grado de uso de sus órganos. Un uso continuado de un órgano produce su crecimiento. Un desuso prolongado provoca su disminución.
  • Ley de los caracteres adquiridos, las modificaciones creadas por los distintos grados de utilización se transmiten hereditariamente. Esto significa que a lo largo los órganos muy utilizados se desarrollan mucho, mientras que los que no se utilizan tendrán que desaparecer.

Su teoría tiene el mérito de ser la primera teoría científica de la evolución, ésta basada en los siguientes principios:

  • Todos los organismos tienden hacia su perfeccionamiento por medio de una fuerza interior: el impulso vital.
  • Las alteraciones del entorno producen nuevas necesidades en los diferentes organismos.
  • Dadas las necesidades, los organismos se ven obligados a utilizar determinados órganos con mayor o menor intensidad. Los órganos tienen que desarrollarse o atrofiarse, por el uso o desuso.

Aunque la teoría de Lamarck quedó relegada, para mediados del siglo XIX algunos biólogos comenzaban a convencerse de que la mejor manera de explicar el registro fósil y las similitudes entre las formas fósiles y las especies modernas era suponer que las especies actuales habían evolucionado de otras especies existentes en el pasado. Sin embargo, aún había que responder a la pregunta: ¿Pero, cómo? En 1858 Charles Darwin y Alfred Russel Wallace, trabajando cada uno por su cuenta, aportaron pruebas convincentes de que la fuerza motriz del cambio evolutivo era la selección natural.

DESARROLLO DE LA TEORÍA DE DARWIN

Charles Darwin era hijo de un médico de reconocido prestigio y nieto de Eramus Darwin, científico de ideas evolucionistas. A los 16 años comenzó sus estudios en medicina, pero los abandono 2 años después porque las operaciones quirúrgicas le resultaban insoportables. Estudió Teología en Cambridge, y allí trabó amistad con Charles Lyell y con J. S. Hehslow, botánico y naturalista de prestigio y a través de este consiguió un lugar en el velero reconocido del Beagle. La persona que más influyó en Darwin, según se cree, fue Charles Lyell (1797 -1875), un geólogo que le llevaba doce años de edad. Uno de los libros que Darwin llevó consigo en el viaje fue el primer volumen de los “Principios de Geología” de Lyell recién publicado y el segundo le fue enviado durante su viaje en el Beagle.

Fig. 4 Charles Darwin.

EL VIAJE DEL BEAGLE



Éste fue entonces el clima intelectual en el cual Charles Darwin se hizo a la mar desde Inglaterra. Mientras que el Beagle descendía a lo largo de la costa de Sudamérica, atravesaba el Estrecho de Magallanes y ascendía por la costa del Pacífico, Darwin viajaba por el interior del continente. Exploró los lechos fósiles de América del sur y coleccionó ejemplares de los numerosos tipos de plantas y animales que encontró.
Fig. 5 Recorrido en el Beagle.
Fig. 6 Embarcación Beagle.
Se impresionó fuertemente durante su largo y lento viaje a lo largo de una y otra costa por el cambio constante de las variedades de organismos que vio. Las aves y otros animales de la costa oeste, por ejemplo, eran muy diferentes de los de la costa este, e incluso, a medida que él descendía lentamente por la costa occidental, una especie sería reemplazada por otra.

Los más interesantes para Darwin fueron los animales y plantas que encontró en un grupo árido de islas, pequeñas y deshabitadas, las Galápagos que tomaron este nombre por sus notables habitantes, las tortugas galápagos o gigantes.


Fig. 7 Tortuga Galápago.

También había un grupo de pájaros del tipo de los pinzones, 13 especies en total, que diferían entre sí por los tamaños y formas de sus cuerpos y picos, y particularmente por el tipo de alimento que ingerían. En realidad tenían muchas características que se veían sólo en tipos completamente diferentes de pájaros del continente.

Fig. 8 Diferentes clases de picos de los pinzones.

A su regreso de las islas Galápagos, escribió en apenas seis meses su Diario de investigaciones, considerado como uno de los mejores libros de viaje y de todos los tiempos y se puso posteriormente a trabajar en tres obras relacionada con sus estudios geológicos.

LA TEORÍA DE DARWIN-WALLACE

Darwin era un lector asiduo y voraz; poco después de su regreso tomó conocimiento de un tratado sociológico breve, pero muy comentado, escrito por el reverendo Thomas Malthus, que apareció en 1798. En este ensayo, advertía que la población humana estaba incrementándose tan rápidamente, que en poco tiempo sería imposible alimentar a todos los habitantes de la Tierra. Darwin vio que la conclusión de Malthus, que la disponibilidad de alimentos y otros factores mantienen a la población de raya, es válida para todas las especies, no sólo para la humana. El proceso por el cual los sobrevivientes son “elegidos” fue llamado por Darwin selección natural.

La selección natural de acuerdo con Darwin, era un proceso análogo al tipo de selección practicado por los criadores de ganado, en la selección natural los humanos elegimos especímenes de plantas o animales para reproducirlos sobre la base de las características que nos parecen favorables.


Las variaciones que aparecen en cada población natural y se heredan entre los individuos son una cuestión de azar. No las produce el ambiente, una fuerza creadora ni el esfuerzo inconsistente del organismo. A diferencia de sus predecesores que habían considerado a las variaciones como perturbaciones del diseño, mientras Darwin vio que las variaciones son la trama real del proceso evolutivo. Las especies surgen, cuando las diferencias entre los individuos dentro de un grupo, se convierten gradualmente en diferencias entre grupos, a medida que éstos se separan en el espacio y en el tiempo. Cuando la numerosa descendencia se enfrenta a las condiciones del medio ambiente, generalmente serán los que más se reproduzcan, los que consigan hacer pasar en mayor porción sus características a la siguiente generación.
El mecanismo darwiniano de la selección natural consiste en cuatro observaciones sobre el mundo natural:
Sobreproducción. Cada especie produce más descendientes de los que sobrevivirán hasta la madurez.
Variación. Existe variación entre la descendencia. Es importante recordar que la variación necesaria para la evolución por selección natural es genética y puede ser transmitida a la descendencia.
Competencia. Los organismos compiten entre si por los limitados recursos disponibles para ellos. “Lucha por la existencia”.
Supervivencia para la reproducción. Los individuos que poseen la combinación más favorable de características tienen mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse.
De este modo, el proceso de la selección natural causa de un incremento de los genes favorables y un decremento de los desfavorables en una población, lo que da por resultado que las características de esa población sean las mas adecuadas para las condiciones locales.
Hasta 1856 comenzó a escribir su obra definitiva: El origen de las especies por selección natural. Cuando ya había escrito 10 capítulos, recibió una carta de un joven naturalista Alfred Russell Wallace (1823 – 1912), en donde le exponía que publicara su manuscrito de 20 folios, de modo muy semejante al suyo, las ideas sobre la evolución. Wallace había llegado a las mismas ideas que Darwin. El origen de las especies fue publicado el 24 de noviembre de 1859 y el mundo occidental no fue el mismo desde entonces. La obra se esperaba con tanto interés, que la primera edición de 1200 ejemplares se agotó el mismo día que salió.

La aceptación de argumentos de Darwin revolucionó la ciencia de la biología. Ninguna revolución en el pensamiento científico ha tenido tanto efecto sobre la cultura humana como ésta. Una razón es, por supuesto, que la evolución está en contra con la interpretación literal de la Biblia. Otra dificultad es que parece disminuir la importancia de los seres humanos.

Fig. 9 Darwin y la evolución.

EVIDENCIAS DE LA EVOLUCIÓN

PALEONTOLOGÍA
Quizá la evidencia más directa en apoyo de la evolución proviene de las ciencias de la geología y la paleontología. La geología es el estudia de la tierra y su historia. La paleontología es la ciencia del descubrimiento, la identificación y la interpretación de los fósiles. El término fósil se refiere no solo a las partes del cuerpo de un organismo que puede preservarse, sino también a cualquier impresión o huella dejada por organismos antiguos.

Si la parte corporal ha sido atrapada en sedimentos sin descomponerse del todo, al fósil se le llama compresión. En las compresiones aun queda algo de materia orgánica. Si la presión y el calor son elevados durante la formación de la roca en que el organismo esta incrustado, toda la materia orgánica puede vaporizarse. En este caso todo lo que queda es una impresión.

Fig. 10 Evidencia fósil.

FÓSILES

A medida que se exploraban nuevos territorios, las excavaciones que se hacían para construir caminos, minas y canales mostraron que muchas rocas se presentan en capas. En algunos casos se encontraban rocas o fragmentos de formas extrañas incrustadas en una de estas capas, estos son llamados fósiles.

Los fósiles conocidos aportan innumerables pruebas de la evolución: generalmente, las formas más simples preceden de las más complejas, no aparecen reptiles hasta la era secundaria ni grandes mamíferos hasta la extinción de los anteriores. Los fósiles de homínidos no aparecen hasta los últimos millones de años. La aparición de fósiles con formas intermedias entre los grupos, como el Archaeopterix, representa una de las pruebas de la evolución que Darwin estuvo buscando.

Otra prueba irrefutable de la evolución de las especies surge del estudio del linaje de una especie de caballos fósiles, en los que se muestran cambios graduales. Éstos cambios se han interpretado, a las luz de las doctrinas evolucionistas, como una serie de adaptaciones sucesivas y graduales, de estos al cambio climático. Las series fósiles de este tipo prueban la evolución gradual de acuerdo con las teorías sintéticas del hecho evolutivo y constituye las llamadas series filéticas.


Fig. 11 Fósiles del Archaeopterix evidencia de Darwin.
HOMOLOGÍAS ANATÓMICAS Y FISIOLÓGICAS
La comparación de los detalles estructurales de cualquier sistema o aparato entre los diversos miembros de un filum determinado revela una semejanza básica de la forma, que varia algún grado de una clase a otra. Por ejemplo, el ala de un ave, la aleta lateral de un delfín, el ala de un murciélago, y el brazo y la mano del ser humano, pese a ser superficialmente distintos, están formados por conjuntos muy similares de huesos, músculos y nervios.

Todos los animales antes mencionados tienen un solo hueso, el húmero en la parte proximal de la extremidad, seguido por un radio y un cúbito, los dos huesos del antebrazo, luego un grupo de carpianos en la región equivalente a la muñeca, y una cantidad variable de dígitos. Esto en particular es notable debido a que las alas, aletas y la mano humana se utilizan de diferente manera debido a sus funciones distintas, y no existe la necesidad mecánica de que sean similares. Las configuraciones semejantes de partes del miembro anterior son evidentes en reptiles y anfibios ancestrales, e incluso en los primeros peces que salieron del agua a invadir la tierra.

Darwin señaló que tales semejanzas estructurales básicas en órganos utilizados de distintas formas son precisamente el resultado esperado si en realidad ha ocurrido la evolución. Los órganos de diferentes organismos que tienen formas similares debido a un origen evolutivo común son homólogos.
Fig. 12 Organos homólogos.

Al aceptar que los organismos vivos experimentan cambios con el tiempo, los biólogos advirtieron que la homología de órganos se debe a su origen evolutivo común. El ala de las aves y la del murciélago se originaron del miembro anterior de un vertebrado ancestral común. Sin embargo, las superficies de sustentación de sus alas son muy distintas. En las aves, tal superficie es aportada por las plumas que nacen en el borde posterior de las alas, en tanto que en el murciélago el ala es en esencia una mano palmeada. Así, aunque en ambos organismos se utilizan como alas los miembros anteriores, dichos órganos en ambos presentan modificaciones distintas.

No todas las especies con estructuras “similares” surgieron del mismo ancestro. Los órganos que no son homólogos sino que simplemente tienen funciones semejantes en diferentes organismos se denominan análogos y ponen de manifiesto un fenómeno denominado de convergencia evolutiva, parece que las posibilidades de un órgano son limitadas.

Por ejemplo, los pulmones de los mamíferos y la tráquea de los insectos son órganos análogos que han surgido para resolver, de maneras bastante distintas, el problema común del intercambio de gases. Las alas de diversos animales voladores no relacionados entre sí como insectos y vertebrados, se parecen en forma superficial pero difieren en aspectos más fundamentales. Las alas de los vertebrados son miembros anteriores modificados sostenidos por huesos, en tanto que las alas de los insectos son prolongaciones de la pared superior del tórax y son sostenidas por nervaduras quitinosas.

Fig. 13 Aves.



Fig. 14 Insectos.

Fig.15 Mamíferos.
En algunos casos, los linajes evolutivos se pueden diversificar para adaptarse a otros ambientes. Puede suceder que ciertos órganos pierdan su ventaja evolutiva, aunque queden restos de su historia en el organismo. Éstos son los órganos vestigiales, y permiten seguir el rastro de los linajes evolutivos de las especies que los poseen; por ejemplo, en las pitones existen restos de cintura pélvica y de extremidades posteriores.


Fig. 16 Orgános vestigiales.

HOMOLOGÍAS EMBRIONARIAS

El modelo de desarrollo embrionario en un grupo de animales relacionados pueden tener rasgos comunes que sólo se explican desde la perspectiva de sus relaciones evolutivas.

El desarrollo embrionario de seres relacionados informa sobre la “ascendencia”. Se puede esperar que las ballenas y los delfines tengan vías de desarrollo similares debido a su estrecho parentesco, lo que no quiere decir que la ballena haya evolucionado hacía el delfín, o viceversa.

Fig. 17 Homologías embrionarias.

BIOGEOGRAFÍA

La distribución de las plantas y de los animales en el globo terráqueo es un reflejo de la adaptación de las especies a las condiciones climáticas del mismo. En algunos casos, la ausencia de grupos de animales, por ejemplo, la usencia de mamíferos placentarios en Australia, refleja la existencia de una barrera geográfica para su expansión cuando el continente Gondwana se separó del Pangea, al final de la era Primaria.


Fig. 18 Diversidad de ecosistemas.

HOMOLOGÍAS BIOQUÍMICAS

En los últimos 20 años, los avances de la biologías molecular han puesto de manifiesto las abundantes homologías que presentan seres vivos evolutivamente tan alejados entre sí como una bacteria y un mamífero; así , se ha evidenciado que :
  • Todos comparten el mismo código genético.
  • Todos comparten loa ácidos nucleicos y los procesos básicos de expresión del mensaje genético.
  • Los planes metabólicos generales de todos los seres vivos, es decir, las reacciones químicas básicas necesarias par la asimilación y aprovechamiento de los nutrientes, son semejantes.


Fig. 19 Gráfica de aglutinación.
Fig. 20 Árbol con el mismo código genético.

TAXONOMÍA

La clasificación biológica o clasificación científica en biología, es un método en el cuál los biólogos agrupan y categorizan las especies de organismos (sean especies extintas o vivas) y a sus diferentes conjuntos (taxones). La clasificación biológica es una forma de taxonomía científica que se distingue de la taxonomía popular, que carece de base científica. La moderna clasificación biológica nació con los trabajos de Carlos Linneo (1753), quien agrupó a las especies de acuerdo a sus características físicas compartidas y normalizó su denominación. Esta clasificación ha sido revisada para ajustarla a la idea darwiniana del antepasado común. La clasificación biológica pertenece a la ciencia de la biología sistemática.

La clasificación científica es una de las tareas de la biología sistemática, y, más en particular, de la taxonomía biológica, que no sólo admite una jerarquización de características y funciones (taxonomía), sino que también permite establecer un esquema de parentescos, similitudes y relaciones (sistemática) entre los diferentes organismos.

La utilidad principal de la clasificación es que en un nivel científico haya un consenso general y casi universal para establecer un orden esquemático sobre la enorme diversidad de los organismos.

Existen 8 categorias principales:

Fig. 21 Categorías taxonómicas.
Fig. 22 Ejemplo de clasificación.

EL NEODARWINISMO

El punto débil de la teoría evolucionista era la ausencia de una explicación consistente para la variación de distintas variedades en los individuos, sobre la que puede actuar la selección natural, y el comprensión de las leyes que rigen su transmisión. Simultáneamente a las disputas entre seleccionistas y mutacionistas; Yule, Castle, Hardy y Weinberg aportaban nuevos conceptos importantes. Estos autores coincidían en que desde el punto evolucionista eran más importantes las poblaciones que los individuos, y en que había que prestar atención a las frecuencias genéticas, más que fijarse en la ausencia o la presencia de un determinado gen.
La combinación de la teoría de la evolución de Darwin con los principios de la genética se conoce como neodarwinismo o teoría de la evolución, desarrollada principalmente por T. Dobzhansky, G. Gaylord Simpson y E. Mayr. El neodarwinismo se apoya en los siguientes principios:
  • La unidad sobre la que actúa la evolución no es el individuo, sino otra de orden superior: la población. Una población es un conjunto de individuos que pueden reproducirse apareándose entre sí y que originan descendencia fértil.
  • En las poblaciones hay variabilidad entre los individuos. Esto se observa muy bien en la especie humana y en cualquier otra, que se analiza con detalle.
  • Sobre la variabilidad del contenido genético actuarán la selección natural, la mutación, la migración y la de vida genética provocando cambios en las frecuencias genéticas.
Fig. 23 Neodarwinismo.

OTRAS TEORÍAS DESPUÉS DE LA DE DARWIN

TEORIA DEL NEUTRALISMO

 Esto no significa que la selección natural sea la fuerza que dirige toda la evolución, ya que no toda variación evolutiva es necesariamente adaptativa. Esta `teoría neutral de la evolución' ha sido defendida por el distinguido genetista japonés Motoo Kimura. “La teoría neutral no afirma que los genes no estén realizando algo útil, más bien sugiere que formas diferentes del mismo gen son indistinguibles en cuanto a sus efectos. El ejemplo más obvio es sinónimo de mutación”.

La expresión fenotípica final de las dos formas del gen puede ser idéntica por tanto, y la mutación de una forma por otra es neutral. Kimura y sus colaboradores apuntaron la evidencia de que la mayoría de las sustituciones de los genes en la naturaleza era neutral. Es decir, bajo su punto de vista, es la principal causa de variación genética en las poblaciones.

La teoría neutral fue muy discutida cuando se propuso por primera vez a finales de la década de los años sesenta, tal vez en parte porque fue mal interpretada, e incluso extendida de forma errónea, como antidarwiniana. Desde aquel momento ha ganado terreno y en la actualidad, es apoyada por la mayoría. Una consecuencia interesante de ésta es la idea de un `reloj genético molecular'. Suponiendo esto, la época en la que vivió el antecesor común de cualquier pareja de especies se puede calcular a partir del número de diferencias en los aminoácidos entre ambas especies. Los puntos de bifurcación que antes hemos mencionado entre los linajes del ser humano y de los monos se han fechado a partir de pruebas de este tipo.

Fig. 24  Neutralismo.

TEORIA DEL EQUILIBRIO INTERUMPIDO

La Teoría del equilibrio puntuado fue propuesta por Jay Gould. Es frecuente hallar series de estratos en la morfología de ciertos fósiles que permanecen invariables y, a continuación, súbitamente, encontrar un estrato con fósiles netamente distintos de los anteriores. Pero, indudablemente relacionados con ellos. Se entendía habitualmente que este hecho era debido a la imperfección del registro fósil, en el que no aparecían los fósiles intermedios que cabria esperar.
Gould interpretó, en cambio, que la evolución no es un proceso gradual constante, sino que las especies alternan largas épocas de estabilidad, en las que no se producen cambios, con épocas breves en que cambian rápidamente. Lógicamente, las breves épocas de cambio dejan menos fósiles que las largas épocas de estabilidad, lo que explica la gran parte de los fósiles intermedios.
Esta teoría Neodarwinista explica bastante bien la microevolución, es decir, la aparición de nuevas especies mediante pequeños cambios. No obstante, persisten problemas importantes para explicar la macroevolución, es decir, la aparición de tipos de organismos verdaderamente nuevos, de orden superior.
Fig.25 Equilibrio puntual.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS


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