I.¿CÓMO SABEMOS QUE HA HABIDO EVOLUCIÓN BIOLÓGICA? LAS ESPECIES DEL PASADO Y LAS ACTUALES NO SON LAS MISMAS

HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA

CUANDO en la escuela nos enseñan historia lo que hacen es enseñarnos la historia de la civilización. El hombre ha vivido en diferentes sociedades organizadas por aproximadamente 10 000 años, con una civilización basada en la cultura. Pero la historia que nos enseñan sólo cubre una parte de ese periodo, esto es, los últimos 2 000 años. Para la historia de la vida en la Tierra este lapso es muy pequeño, puesto que ésta tiene 400 000 "historias" de nuestra civilización. Así pues, lo que aprendemos no es más que el último acto de una historia que incluye la historia de la Tierra, o en forma más general, la del Universo. A veces un número no refleja la idea que quisiéramos transmitir. Para imaginarnos el periodo de tiempo que incluye la historia de la vida se ha comparado la historia del hombre con el último minuto y medio de un día de 24 horas, o con la última página de un libro de 4 000 hojas. Esto es, hemos leído una página de un relato del cual desconocemos 3999 de ellas. Un sentimiento de insignificancia recorre entonces nuestro cuerpo. No parece que seamos el evento más común de la historia de la vida en la Tierra.

Nos gustaría conocer pues algunos aspectos de esta historia. En principio quisiéramos saber ¿cuándo? y ¿quiénes? Para responder estas preguntas el hombre ha tenido que entender dos fenómenos. El primero es el llamado proceso de fosilización y el segundo el decaimiento de material radiactivo. La fosilización es un fenómeno que induye tanto la preservación de las partes duras de los organismos (conchas, huesos, etc.), como la de moldes o huellas de éstos. Vemos así que los organismos que han existido en el pasado han dejado huellas que se han preservado como tales por miles y hasta por millones de años. Los fósiles son, de hecho, el único testimonio biológico de lo ocurrido en la Tierra en el pasado. Una vez que se encuentra un fósil es necesario localizarlo en el tiempo. ¿De cuándo es? Para ello se usan métodos de fechado utilizando elementos radiactivos. Estos elementos tienen la característica de emitir partículas en una proporción constante que depende del elemento de que se trate. Por ejemplo, el carbono-14 (isótopo radiactivo del carbono-12 que es el carbono más común) tiene una vida media de 5 730 años. Es decir, que si partimos de una roca en donde, digamos, que había 100 gramos de carbono-l4, en 5 730 años habrá 50 gramos de carbono-14 (o sea 50 gramos de carbono-12). Así, al medir la cantidad de estos elementos se puede saber la edad aproximada de la roca y por tanto la de los fósiles que se hallan en ella. Otros elementos como el potasio-40 y el uranio-235 tienen una vida media mucho mayor (de 1 300 y 713 millones de años respectivamente), por lo que son usados para fechar rocas mucho más antiguas.

La presencia de fósiles y la capacidad que se tiene para fechar la época en la que existieron facilita enormemente el trabajo del paleontólogo (el biólogo que se dedica a estudiar los fenómenos que han ocurrido en el pasado geológico). Se puede ir entonces reconstruyendo lo que ha ocurrido sobre la Tierra. Los resultados de estas investigaciones han sido sorprendentes. En primer lugar se ha encontrado que la historia de la vida en la Tierra es muy larga (aproximadamente 3 800 millones de años) y casi tan antigua como las rocas más viejas encontradas en ella (4 800 millones de años). Pocas otras evidencias tenemos entre los 3 800 millones de años y los 2 000 millones que no sean algunos fósiles. Los más viejos que se han encontrado son microscópicos, algunos redondeados y otros alargados. Sin duda durante ese periodo se originó la vida. Desde el punto de vista paleontológico esa época es una caja dentro de la que no podemos asomarnos.

LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EXISTE

DESDE HACE 2 000 MILLONES DE AÑOS

Hace alrededor de 2 000 millones de años ocurrió una revolución ambiental en nuestro planeta: la composición de la atmósfera que contenía una gran cantidad de hidrógeno y otros compuestos ricos en este elemento (metano, ácido cianhídrico, ácido sulfúrico) comenzó, como ocurre en algunos planetas actuales, a tener concentraciones muy altas de oxígeno. Como se sabe el oxígeno es un gas importante para la vida por dos razones opuestas: la primera porque funciona como un recurso importante para organismos que, como el nuestro, no pueden utilizar la energía ambiental (por ejemplo la del Sol) directamente y la segunda porque al ser muy tóxico es muy reactivo. Las concentraciones de oxígeno en una atmósfera reductora (con altas concentraciones de compuestos de hidrógeno) son menores del 1%. En nuestra atmósfera actual la concentración es del 21%.¿De dónde viene este oxígeno? ¿Quién lo produjo? De hecho la concentración de oxígeno en el Universo es de alrededor de 0.005%. Sólo el fenómeno fotosintético mediante el cual los organismos como las plantas unen moléculas de bióxido de carbono fueron poco a poco "contaminando" la atmósfera con oxígeno. No fue sino hasta entonces cuando la concentración de oxígeno fue suficientemente grande, que otros organismos que requieren de oxígeno para vivir (como nosotros) pudieron desarrollarse. Este fenómeno en el que un grupo de organismos viven en un ambiente particular y lo modifican de tal manera que otros organismos con características diferentes pueden ahora crecer allí se llama, en otra escala, sucesión ecológica y es una versión académica del dicho "nadie sabe para quien trabaja". Ademas demuestra que la evolución es un proceso muy dinámico que involucra tanto modificaciones ambientales como los organismos.

¿QUÉ SON LOS PRIMEROS FÓSILES?

Los fósiles más antiguos de los que se tiene evidencia fueron encontrados en Fig Tree Chart, África. Tienen una edad aproximadamente de 3 300 millones de años. Son restos de la pared (estructura que envuelve la membrana de una célula) de organismos unicelulares difíciles de interpretar. ¿Qué apariencia tenía la Tierraentonces? Si sólo había organismos formados por una sola célula no había árboles ni hierbas ni ranas. Muchos de estos organismos primigenios vivían en comunidades acuáticas formadas por varios cientos de especies diferentes. Estas comunidades, llamadas estromatolitos, eran mundos en sí mismos. Había entonces una gran diversidad de especies y una gran complejidad en estos ecosistemas microscópicos. En la actualidad, en algunas partes del mundo, como Australia, todavía pueden encontrarse comunidades de estromatolitos que nos ofrecen una ventana para asomarnos a lo que ocurría en el pasado. Por su forma característica de crecimiento los estromatolitos forman columnas que van aumentando en diámetro y en altura a una velocidad que depende de la vida que tiene una célula. En cada generación la comunidad se incrementa por la acumulación de los restos de las células que mueren.

Ésta fue entonces una Tierra completamente diferente a la actual. Las especies que la poblaban eran muy diferentes de las que existen hoy en día; el paisaje no contenía ni llanuras ni montañas verdes. La Tierra era del dominio de la Tierra, no de la vida. Las aguas en cambio contenían todas las especies existentes. De hecho, la atmósfera de entonces no hubiera permitido la existencia de la mayoría de las especies que viven en la actualidad. Éstas, como ya sabemos, viven en condiciones oxigénicas (altas concentraciones de oxígeno). Aun así, las especies de hace 3 300 millones de años y las actuales tienen algunas características en común, siendo la más importante el que aquéllas son ancestros de las actuales. El estudio del fenómeno evolutivo es entonces la descripción del cambio de unas especies en otras y de los mecanismos involucrados en el proceso.

La historia de la vida en la Tierra está llena de eventos que han modificado el desarrollo posterior de los organismos. Un primer ejemplo de este tipo de eventos lo representa el incremento en la concentración de oxígeno en la atmósfera. Veamos otros eventos tan importantes como éste.

HIJOS IGUALES A LOS PADRES

Sin duda la aparición de la vida es en sí el evento que más ha modificado la historia de nuestro planeta. La vida, un fenómeno difícil de caracterizar, pero de todos entendido, tiene como una de sus características más importantes la autorreplicación. Las células se dividen y tienen células hijas de la misma manera como el hombre se reproduce y tiene hijos. Tanto las células hijas como nuestros hijos se parecen a los padres porque la molécula encargada de la herencia, el ácido desoxirribonucleico (ADN), se autorreplica en una molécula idéntica que garantiza que las características se heredan de padres a hijos. Este fenómeno que se expresa en nuestra apariencia exterior pero que tiene su origen en la exacta duplicación de esta molécula parece ser uno de los atributos más importantes de la caracterización de la vida. Pero la complejidad del ADN no se detiene en la forma como se replica. Esta molécula funciona como el director de las funciones de la célula, las cuales consisten en utilizar energía externa para producir nuevas células y mantenerse vivas.

SABER COMER

La célula obtiene la energía del medio ambiente por medio del metabolismo. En la actualidad hay dos tipos principales de metabolismo en nuestro planeta: el primero de ellos consiste en obtener la energía en forma de compuestos químicos; generalmente los organismos que la consiguen de esta manera, la obtienen de otros organismos. El segundo de ellos consiste en adquirir la energía en forma de ondas físicas, o lo que es lo mismo, los organismos que lo hacen así se llaman fotosintéticos y llevan a cabo una reacción que es central en la Tierra. La vida en nuestro planeta depende precisamente de esta reacción. Es más, aquellos organismos que utilizan la energía en forma de sustancias obtenidas de otros organismos (heterótrofos) dependen directamente de la existencia de aquellos que fijan la energía obtenida del Sol (fotosintéticos). Así, la fuente de energía del Sol mantiene la vida sobre la Tierra. La actividad de los organismos fotosintéticos es también la responsable de la alta concentración de oxígeno en nuestra atmósfera desde hace aproximadamente 2 000 millones de años. Si la vida tiene entonces 3 300 millones de años sobre la Tierra y sólo hace 2 000 millones que tenemos este escenario con autótrofos y heterótrofos, ¿cómo era antes? La presencia de una atmósfera reductora impedía la existencia de organismos heterótrofos como los conocemos ahora. Existían entonces y en grandes cantidades organismos quimiosintéticos que, aunque usaban energía química, lo hacían de manera distinta de como lo hacen los actuales heterótrofos; esto es dependían de la fotosíntesis para su existencia. La aparición de la fotosíntesis fue entonces uno de los eventos más importantes de la historia de la vida en la Tierra.

AMIGOS, MUY AMIGOS, AMIGUÍSIMOS

Las bacterias y algas primitivas (algas verdeazules) son células sin una gran complejidad estructural. Están constituidas por una membrana y una pared celulares que son las estructuras que llevan a cabo la síntesis de proteínas (ribosomas), y por una molécula de ácido desoxirribonucleico. Nuestras células en cambio son bastante más complejas. Entre las características más importantes que las distinguen de las bacterias se encuentra la presencia de un núcleo donde está localizado el ácido desoxirribonucleico, el cual está organizado a su vez en estructuras llamadas cromosomas en las que el ADN se asocia a moléculas de proteína. Otra característica es la presencia de estructuras especiales para llevar a cabo la respiración (Figura 1); estas estructuras llamadas mitocondrias tienen características muy curiosas ya que cuentan con su propio sistema de síntesis de proteínas y su propia molécula de ADN que está organizada en un círculo como ocurre en las bacterias. Parecen ser entonces células dentro de células. De hecho se ha encontrado una gran cantidad de pruebas que sugieren que las mitocondrias son descendientes de bacterias que hace mudho tiempo (aproximadamente 1 500 millones de años) establecieron una relación simbiótica, especializándose en funciones particulares. El mismo fenómeno parece haber ocurrido en el caso de otras estructuras, los cloroplastos, que en las plantas verdes llevan a cabo la fotosíntesis. Éstas también tienen su propia maquinaria de síntesis de proteínas y su propia molécula circular de ADN. Es decir, las dos funciones metabólicas que en la actualidad son las más importantes para la vida, la respiración y la fotosíntesis, se han "encargado" a células que se han asociado con otras.

Figura 1. Una de las revoluciones más importantes a lo largo de la historia de la vida en la Tierra fue la aparición de la célula con un núcleo verdadero (eucarionte). Aquí se compara la complejidad de una célula con núcleo con la de una bacteria (procarionte) sin núcleo.

El resultado de tan importante fenómeno fue una nueva célula (que seguramente como ya dijimos apareció hace 1 500 millones de años) con estructuras descendientes de simbiosis con varios tipos de células. La célula eucarionte (con un núcleo verdadero) había nacido y conviviría por lo menos durante los siguientes 1 500 millones de años con la célula procarionte (sin núcleo verdadero). Pocos cambios han sido tan importantes durante la historia de la vida en la Tierra. En la actualidad se estima que hay un millón y medio de especies de las que el 80% son células eucariontes. Este es un buen ejemplo de cómo un cambio en la organización de los organismos genera lo que se ha llamado radiación adaptativa, esto es, una explosión de especies nuevas después de un cambio estructural que facilita la adaptación de los organismos en ambientes diferentes. Sin duda, la aparición de la célula eucarionte fue una modificación de tal magnitud que determinó el camino que tomaría la evolución de las especies.

AMIGOS, MUY AMIGOS Y YA

La mayoría de las plantas y de los animales que vemos todos los días no están compuestos por una sola célula. Se llaman organismos multicelulares. Son organismos que tienen un nivel de complejidad mayor que el de los organismos de una sola célula. Estos seres, formados por la "cooperación" de muchas células, se originaron hace aproximadamente 1 000 millones de años y representan otra gran revolución de la vida sobre la Tierra. Células de un mismo organismo se especializaron en diferentes funciones. Unas en la reproducción, otras en la respiración y otras más en diferentes aspectos del metabolismo y la estructura de los organismos. La formación de tejidos y órganos había comenzado.

Figura 2. Entre los organismos multicelulares más sencillos se encuentra la esponja. Cuenta con células con cilios que mueven el agua donde se encuentra el alimento, así como células que lo absorben. La división del trabajo fue sin duda una de las revoluciones más importantes en la historia de la vida en la Tierra.

Las esponjas marinas son de los animales multicelulares más sencillos, ya que sólo están formadas por tres tipos de células. Éstas están organizadas de tal manera que cada una de de ellas lleva a cabo funciones de absorción del alimento, su metabolismo y la excreción del material residual. Su forma de comer consiste simplemente en hacer circular agua por un conducto central (Figura 2), siendo las células que están en contacto con el conducto las absorbentes, las intermedias las que metabolizan y las más externas al conducto las excretoras. Ésta es una forma muy sencilla de aumentar la complejidad incrementando la eficiencia con la que se utilizan los recursos del medio ambiente.

Recordemos que para cuando aparecieron los primeros seres multicelulares (hace aproximadamente 1000 millones de años) la vida ya llevaba alrededor de 2 500 millones de años de existencia en la Tierra. Durante estos años predominaron solamente los organismos unicelulare (tanto procariontes como eucariontes). La Tierra fue entonces propiedad exclusiva de los organismos durante el 71% de la historia de la vida. el mundo que hoy vemos es desde luego muy diferente de aquel reino, durante esos 3000 millones de años nuestro planeta adquirió una nueva fisionomía, con organismos muy diferentes de los que hasta entoces habían poblado nuestro planeta: una nueva radiación adaptativa se había iniciado.

Figura 3. La configuración de las masas terrestres hace aproximadamente 150 millones de años. Había dos grandes masas, Laurasia y Gondwana que empezaban a dividirse.

LA ÉPOCA QUE MEJOR CONOCEMOS DE LA HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA

De los eventos que hemos estado analizando hasta ahora, que comprenden el periodo anterior a los 550 millones de años, tenemos un registro fósil muy incompleto. Esta época que ocupa alrededor de 3 000 millones de años, es realmente muy poco conocida. Las conclusiones sobre ella se basan generalmente en hechos indirectos. Por ejemplo, el incremento en la concentración de oxígeno lo inferimos por la presencia de estratos rocosos oxidados de hace 2 000 millones de años.

Todo ese largo periodo es conocido como Precámbrico. Cuando el Precámbrico terminó se inició el Fanerozoico, que es la época que mejor conocemos de la historia en la Tierra. El registro fósil de esta época es completo: tenemos huellas de organismos, registros de sus partes duras (huesos, conchas, etc.), moldes en roca y en algunos casos hasta huellas de sus partes blandas.

La época Fanerozoica está dividida en cuatro eras. La parte final del Precámbrico (periodo Ediacárico), la era Paleozoica que ocupa aproximadamente 300 millones de años. La Mesozoica, 150 millones de años, y la Cenozoica, 60 millones de años (Cuadro 1). A grandes rasgos la primera era se caracteriza por la aparición de organismos de cuerpo blando con forma de gusanos. Durante el Paleozoico aparecen los primeros animales con esqueleto. Es en ese entonces cuando el paisaje de la Tierra está dominado por helechos arborescentes, cuando los peces óseos alcanzan su mayor diversificación y cuando aparecen los primeros anfibios y reptiles. La Era Mesozoica se caracterizó por la dominación de los dinosaurios, apareciendo también los primeros mamíferos y las primeras aves. Hacia el final de esta era aparecen las primeras plantas con flores (hace aproximadamente 100 millones de años), por último, en la era Cenozoica nos encontramos con la diversificación (hace entre 100 000 y 200 000 años), con la aparición del hombre.

En estos últimos 550 millones de años han sido, pues, en los que se ha originado la mayor parte de los animales que conocemos ahora. Pero si pudiéramos dar una vuelta en el tiempo encontraríamos que la Tierra tal y como la conocemos ahora es muy reciente. Los dinosaurios conocieron sólo las plantas más primitivas y cuando se originaron los anfibios no había ni una planta con flores como la que nos enseñan en la escuela. Esto refuerza la idea de que la historia de la vida en la Tierra, aun en este periodo, ha sido muy cambiante. Los organismos han estado sujetos a cambios ambientales que no sólo incluyen cambios en la temperatura y la humedad del ambiente, sino que también se refieren a cambios en su medio ambiente biótico (las especies animales y vegetales que los rodean) que incluyen competidores, depredadores y presas.

LA HISTORIA DE UNA RANITA

Nací hace aproximadamente 350 millones de años. Algunos dicen que soy un poco vieja. Yo me siento joven. Eso sí, he visto mucho mundo. Cuando nací mis padres se mudaron a otra parte. El mundo de entonces no tenía muchos continentes, solo uno. Toda la tierra estaba unida en un solo continente (la Pangea). Nosotros viajábamos de lago en lago aunque en algunos casos eran más bien charcos. Así fuimos del África Central a la América del Sur actual donde vivían unos familiares (Figura 3).

He visto selva donde ahora hay desierto. Donde había mar, la tierra emergió. Recuerdo que durante una época, todo nuestro alrededor eran enormes animales. Algunos con largos cuellos, otros con los pies tan grandes que hasta los de mi papá parecían pequeños. Unos volaban y otros vivían en los mares. Los dinosaurios ponían huevos para tener dinosaurios. Algunos comían hojas y otros sólo a otros dinosaurios. Todos comían mucho. Los árboles de entonces eran grandes helechos que no tenían flores. Poco a poco fueron apareciendo plantas con flores. Las magnolias fueron de las primeras.

Nuestra comida, en cambio, no ha variado. Hemos comido insectos por muchos años. Algunos de los cambios del clima sí han afectado directamente a varios de mis parientes. Mi primo fue perdiendo su lago poco a poco. Un día el agua no fue suficiente para todos. Algunos se fueron y otros, al no resistirlo, murieron. Mi primo encontró otro lago y ahora vive allí, sin acordarse de aquello. Hace como 65 millones de años los dinosaurios dejaron de existir, así, sin decir nada. Será porque no pudieron resistir los cambios en "su lago". También un día ya no pudimos regresar al África. Los continentes se habían ido separando y el Océano Atlántico se ha hecho cada vez más difícil de cruzar. Muchas montañas y cordilleras han surgido en estos años. El Himalaya, por ejempío, emergió después de que India, que era una isla alejada de Asia, chocó y se unió a ese continente. Esa época estuvo llena de terremotos y temblores. La Tierra era peligrosa por entonces.

¡Y SE MUEVE!

Nuestra rana nos ha estado hablando de un fenómeno que se ha considerado muy importante durante la histo ria de la vida en la Tierra desde hace aproximadamente 250 millones de años. Este fenómeno ha sido llamado deriva continental y consiste en el movimiento, sumamente lento, que han tenido los continentes. Este movimiento ha generado la separación de las distintas masas de tierra hasta la localización que tienen en la actualidad. Las especies vegetales y animales deben parte de su situación actual precisamente a ese movimiento. De hecho, las primeras evidencias que sugirieron que los continentes se han movido provinieron de la distribución actual de algunas especies relacionadas. Por ejemplo, la fauna de la parte sur de América, África y Australia es muy parecida.

Figura 4. Antes de la formación del puente de Panamá hace aproximadamente 2 millones de años, las faunas de América del Norte y Sudamérica tenían orígenes diferentes, pero ocupaban lugares similares en la naturaleza. El camello que conocemos corresponde al que aparece en América del Norte. El de América del Sur ya se extinguió.

Este tipo de dinámica geológica muy probablemente no ha sido única durante la historia de la vida en la Tierra, pero en el periodo anterior a los 500 millones de años es muy difícil reconstruir los eventos. De cualquier manera podemos suponer que debe haber habido una dinámica continental muy activa en 3 300 millones de años.

¿QUÉ NOS DICE LA HISTORIA DE LA VIDA EN LA TIERRA?

Esta sección nos ha llevado a las siguientes conclusiones:

La historia de la vida en la Tierra ha sido muy dinámica; sólo una cierta proporción de las especies que han existido se encuentra viviendo en la actualidad.

La historia de la vida en la Tierra ha estado salpicada de eventos muy importantes que incluyen tanto cambios en el ambiente físico como modificaciones profundas en la organización y estructura de los organismos.

De las modificaciones al medio ambiente físico podemos citar como particularmente importantes el cambio en la composición de la atmósfera por la actividad de los primeros organismos fotosintéticos, hace aproximadamente 2 000 millones de años; la modificación de la distribución de los continentes en los últimos 250 millones de años que afectaron la distribución de las especies y por último, la modificación local de los ambientes, como las elevaciones del Istmo de Panamá o las diferentes glaciaciones. Estas modificaciones han afectado también la distribución de la fauna y las flores actuales.

De entre las modificaciones a la organización y la estructura de los organismos se pueden mencionar todas las relacionadas con la integración de la funciones básicas de una célula: mantenimiento, crecimiento y reproducción. Otras, también muy importantes, incluyen el origen de los organelos de la célula eucarionte (mitocondrias, cloroplastos, etc.) como el resultado de la simbiosis de células individuales y el origen de los organismos multicelulares por la colaboración de células especializadas en diversas funciones.

Otra generalización que podemos hacer es que ha habido grupos que han existido por mucho tiempo (por ejemplo, los tiburones), mientras que otros han sobrevivido por tiempos comparativamente más breves.

Durante la historia de la vida en la Tierra ha habido cambios en la composición de la biota de nuestro planeta así como en la abundancia de cada una de las especies que la pueblan. La conclusión que podemos hacer es, entonces, que deben de haber existido eventos en el pasado que transformaron unas especies en otras. Que la historia de la vida en la Tierra es en sí un proceso de transformación de especies. A ese proceso se le llama evolución y el registro fósil, en su dinámica, nos muestra la evidencia de que este fenómeno ha existido

LAS ESPECIES SE PARECEN UNAS

A OTRAS PORQUE ESTÁN EMPARENTADAS

Quien no se ha fijado en que las personas que están relacionadas por su ascendencia se parecen entre sí? La idea de que la similitud significa origen común es característica de nuestra cultura. Este argumento es el que se usa para demostrar la existencia de un fenómeno dinámico de generación de las especies. ¿Quién negaría que el cráneo de un perro o de un orangután es más parecido al cráneo de un ser humano que al de un pez? ¿O que todas las especies anteriores se asemejan más entre sí que lo que lo hacen a un insecto que ni siquiera tiene cráneo? Aristóteles dividió al mundo orgánico en plantas y animales. La presencia de partes verdes agrupa en forma natural a las plantas y las separa de los animales que requieren de sustancias orgánicas ya sintetizadas para su alimentación. Al mismo tiempo que existe esta diversidad de formas, hay características que le dan a la materia viva una clara unidad. El hecho más importante que demuestra esta unidad lo da la existencia de un código genético universal. Los organismos usan un código de cuatro letras (las moléculas adenina, guanina, citosina y timina) para transmitir sus caracteres genéticos a su descendencia y para dirigir su metabolismo, su crecimiento y su reproducción. Estas cuatro moléculas están organizadas en una larguísima macromolécula de ácido desoxirribonucleico. La síntesis de las proteínas de los organismos está dirigida por la secuencia de estas cuatro moléculas en el ADN. El código genético funciona con grupos de tres moléculas para determinar la presencia de un aminoácid?' específico en una molécula de proteína. Así, el triplete AAA (tres adeninas) determina la síntesis del aminoácido lisina en una molécula de una proteína.

Figura 5. Un ejemplo de la reconstrucción de la historia de las especies.

Todos los organismos utilizan el mismo código genético, el mismo lenguaje molecular. Este hecho demuestra que, además de que la vida tiene como característica principal la unidad, su origen seguramente es común.

Pero al mismo tiempo la vida es un fenómeno diverso. Algunas especies están organizadas en tejidos y órganos, mientras que otras son unicelulares. Algunas tienen un esqueleto interno como el hombre, mientras que otras lo tienen externo como los escarabajos. Aun así, la vida de todas estas especies está unida por la lengua en la que se comunican bioquimícamente.

Usando los caracteres que definen a las especies, los biólogos las clasifican. Esto supone que muchos de los caracteres que dos especies comparten se originaron en un ancestro común del cual derivaron ambas. La similitud entre ellas nos puede entonces informar acerca de su origen. Veamos como es que se puede reconstruir el pasado de especies que se parecen.

LA RECONSTRUCCIÓN DE LA HISTORIA DE LAS ESPECIES

Si hiciéramos una lista de las características que tres especies tienen en común (digamos un perro, un pollo y un hombre) podríamos hacer una lista como la siguiente:

 

 
¿Pelo?
¿Ladra?
¿Alas?
¿Habla?
¿Nace de un huevo?
Perro
Si
Si
No
No
No
Pollo
No
No
Si
No
Si
Hombre
Si
No
No
Si
No

 

Ahora podemos describir qué tanto se parecen dos especies entre sí observando que mientras el hombre y el perro tienen tres de las cinco características en común (ambos tienen pelo, no tienen alas y no nacen de un huevo) el parecido entre el pollo y cualquiera de los otros dos se reduce a una sola característica (el pollo y el hombre no ladran mientras que el pollo y el perro no hablan). Si el perro y el hombre se parecen más entre sí que lo que se parecen al pollo, la figura 5 podría ser una buena representación de estas relaciones. Como ya hemos visto, ni el perro ni el pollo ni el hombre han existido siempre. Por tanto, si pusiéramos un eje de tiempo en nuestra clasificación obtendríamos el esquema que se presenta en la figura 5(b). De esta concepción temporal del parecido entre las especies se origina un concepto en la evolución: las especies se transforman unas en otras. Si antes ya vimos que las especies actuales no siempre han existido y que la mayoría de las que existieron en el pasado ya no existen en la actualidad, ahora propondremos: ¿cómo es que esto puede ser descrito? La figura 5(b) muestra una primera aproximación a este problema. La idea central en ella es que las especies que más se parecen en la actualidad son aquellas que se originaron de un ancestro más reciente (A2 en la figura 5 b), mientras que las que se parecen menos son aquellas que se originaron de un ancestro más antiguo (A1 en la figura 5 a). Un análisis más detallado de este concepto nos ayudará a comprender mejor el mecanismo propuesto. Según nuestra información acerca de las características de las especies consideradas, en la rama que va de A2 al perro se desarrolló la capacidad de ladrar. La rama que va del ancestro A1 al A2 es quizá la más interesante. En ella se desarrolló la capacidad de no nacer de un huevo (ser vivíparo), tener pelo y poseer un método de locomoción terrestre sin alas. Por último, en la que va de A1 al pollo se originó la capacidad de volar y de tener plumas en el cuerpo.

¿Y EL MURCIÉLAGO?

Si quisiéramos clasificar al murciélago en la reconstrucción de la vida de estas pocas especies, analizaríamos cuáles de las características que usamos las tiene un murciélago. No tiene plumas ni nace de un huevo, y aunque sí tiene pelo, posee un método de locomoción con alas. Nuestro murciélago podría entonces quedar como se presenta en la figura 5(c). A pesar de que los eventos que ocurrieron entre el ancestro Al y el A2 son iguales, ahora sabemos que la característica "volar" en nuestro esquema se ha desarrollado independientemente en la rama que va de Al al pollo y en la que va de A3 al murciélago. Al aumentar una especie más en nuestro esquema se detalla nuestro conocimiento de la historia de las especies y de las características que les son propias. El entendimiento de esta estructura depende, en principio, de la suposición de que las especies, tal como las conocemos hoy en día, tienen un origen común, el cual será más reciente cuanto más se parezcan las especies entre sí. La idea de que el árbol de la vida es la constante ramificación de ellas es central dentro del pensamiento evolutivo. Es a partir de todo esto que es posible proponer que la evolución ha ocurrido realmente.

LAS ESPECIES PUEDEN PARECERSE PORQUE

VIVEN EN AMBIENTES SEMEJANTES

A veces la naturaleza ha hecho experimentos que nos ayudan a entender algunos aspectos de la evolución. Quisiera hablar de dos en particular.

América no siempre ha sido un continente físicamente unido.

Originalmente América del Norte y América del Sur estaban separados. En ese entonces los mamíferos no eran tan abundantes como lo son ahora. De hecho eran los marsupiales (parientes de los canguros) los animales que más abundaban.Cuando los mamíferos empezaron a colonizar diferentes ambientes, entre ellos América del Sur, fueron desplazando poco a poco a los marsupiales, despues de competir con ellos por los mismos recursos.

Figura 6. Convergencia entre las ardillas marsupial (a) y placentaria (b).

En otro lugar de la Tierra un fenómeno parecido estaba ocurriendo. Por la misma época en la que las dos Américas, estaban separadas, Australia lo estaba de Asia. También allí predominaban los marsupiales. Cuando los mamíferos comenzaron a colonizar Asia, Australia se mantuvo separada de ella, lo que provocó que estos dos grupos de organismos nunca se pusieran en contacto como ocurrió en América. Es por eso que en la actualidad los marsupiales aún predominan en Australia. Ahora bien, cuando se comparan las faunas actuales de América del Sur (esencialmente mamíferos) y las de Australia (esencialmente marsupiales) encontramos un parecido extraordinario entre ellas. Esto se debe a que grupos distintos que utilizan recursos semejantes establecen parejas de especies que se parecen entre sí, ya que desempenan actividades ecológicas muy parecidas (Figura 6). Si reconstruyéramos la historia de estas especies con las características que las hacen parecerse por vivir en ambientes semejantes obtendríamos probablemente lo representado en la figura 7(a): las parejas de especies que se parecen entre sí incluyen a un marsupial y a un mamífero en cada caso. Pero sabemos que la verdadera historia debe ser como la que se presenta en la figura 7(b). Este ejemplo muestra como a veces las especies se parecen no porque tengan un origen común muy cercano sino porque ocupan el mismo lugar en la naturaleza, o lo que es lo mismo son semejantes porque desarrollan las mismas actividades. Por ejemplo, la ardilla arborícola (Glaucomys) y su similar marsupial (Petaurus; Figura 6) se parecen porque sus hábitos arborícolas las hacen tener un aspecto muy semejante. A este fenómeno se le ha llamado convergencia morfológica e implica que dos líneas filogenéticas pueden converger en su aspecto por vivir en ambientes muy parecidos. Es entonces importante distinguir que características de las especies son usadas para reconstruir su historia: aquellas que se parecen porque provienen de un aspecto común son las que nos interesan y son llamadas homólogas, mientras que aquellas que son semejantes porque llevan a cabo la misma función pero tienen orígenes diferentes se llaman análogas y no pueden ser usadas para reconstruir la historia de la especies ya que producen filogenias falsas como la de la figura 7(b).

Figura 7. La convergencia entre grupos de organismos puede conducir a filogenias falsas como la expresada en (a) que agruparía a las especies rnarsupiales (marcadas con apóstrofos) y placlentarias de los mamíferos. En (b) se describe la filogenia correcta.

Hay características que se distinguen fácilmente como análogas. Tal es el caso de las alas de los insectos y las de las aves La estructura de ambas tiene orígenes completamente diferentes. Una filogenia que usara la presencia de alas y se agrupara como parecidos a los insectos y a las aves sería una filogenia falsa. En otros casos, aun cuando las características no se parecen, son homólogas. Ejemplo de este fenómeno son las aletas de las ballenas y los delfines con respecto a nuestras piernas: aquéllas tienen el mismo origen que éstas aunque las primeras están modificadas para nadar (Figura 8). El mismo caso lo representan las alas de las aves y las patas de los caballos: son las mismas estructuras básicas pero modificadas para cumplir funciones distintas como son volar y correr.

Figura 8. Las alas de un ave y un murciélago tienen origen común, las del insecto no.

Las especies pueden entonces parecerse por tener ancestros comunes recientes, o por vivir en lugares parecidos y tener estructuras que desempeñan funciones similares. El estudioso de la evolución ha de ser cuidadoso, pues, en distinguir aquellas estructuras que se parecen porque son homólogas, y usarlas como base de una clasificación de las especies que dependa del origen de las mismas y no de su función.

HAY DIFERENCIAS ENTRE INDIVIDUOS DE LA MISMA ESPECIE

¿Quién no se ha fijado que si observamos detenidamente a dos individuos de la misma especie, de inmediato encontramos que, aunque lo parezca de primera impresión, no son idénticos? Todos los individuos de la especie humana son diferentes entre sí. En algunos casos las diferencias incluyen muchas características (altura, color de la piel, complexión), en cambio en otros muy pocos detalles.

Para la teoría de la evolución, tal como fue concebida por Darwin, el hecho de que existan diferencias entre los individuos de la misma especie constituye uno de los argumentos más importantes. Si una especie de plantas tiene, digamos, flores rojas, el hecho de que existan algunas plantas con flores amarillas o blancas va a tener enormes consecuencias en el destino de la población.

LOS DOS CASOS DE LA FLOR BLANCA

En muchas plantas, el color de la flor tiene una gran importancia para que se pueda llevar a cabo la fertilización del óvulo por un grano de polen. Muchas plantas dependen para ello de la presencia de un agente que lleve el polen de una flor a otra. El viento y los animales son los agentes polinizadores más comúnmente mencionados, pero otros, como el agua, pueden ser tan importante como aquéllos en este proceso. ¿Cómo? nos preguntaremos, ¿es que un grano de polen puede encontrar a un óvulo si es arrastrado sin dirección por el agua? La naturaleza tiene a veces caminos enredados para enfrentar exitosamente este tipo de obstáculos y convertirlos en cómplices de la forma en que los animales y las plantas están en armonía con su ambiente.

Muchas plantas requieren para su sobrevivencia de este tipo de agentes polinizadores, ya que sin ellos no podrían tener hijos. Consideremos en particular el caso en el que las flores dependen de colibríes para que su polen sea acarreado. Estos animales visitan las flores para obtener néctar (una mezcla de gran valor alimenticio para ellos). Tienen picos delgados y largos con los cuales colectan el néctar. Al hacerlo, el polen de la flor se adhiere al pico que en otra flor se quedará en el estigma, la parte femenina de la flor, y lo fertilizará. Los colibríes tienen una clara preferencia por las flores de color rojo. Si encontramos una flor de, digamos, entre 2 y 15 cm de longitud, tubular o alargada, de color rojo y con néctar, podemos estar casi seguros que es una flor que es visitada y seguramente polinizada por colibríes. Otros aspectos nos pueden ayudar a completar esta información: la flor debe producir néctar de día, ya que los colibríes son animales diurnos. Si esto sucede así, casi podemos asegurar que nuestra suposición es correcta.

Consideremos ahora que, si el color rojo lo determina un pigmento llamado antocianina, podría ocurrir que alguna flor de las muchas que hay en una población no lo produzca por efecto de un cambio en la forma de hacerlo, y que por tanto la flor fuese blanca o albina (algo muy semejante ocurre en los hombres en los que algunos no tienen la capacidad de hacer melanina y son albinos). En nuestra flor el resultado de este cambio sería muy claro. Los colibríes no visitarían esta flor; no sería atractiva para ellos. Esta flor blanca no tendría descendencia ni como padre productor de polen ni como madre productora de óvulos. Las flores blancas, cuando existieran, no podrían tener descendencia y desaparecerían de la población hasta que por otro accidente de la naturaleza se produjera otra flor blanca cuyo destino sería el mismo.

Imaginemos ahora otro orden de cosas. La flor blanca produce néctar no de día sino de noche. Hay dos grandes grupos de animales que visitan y a veces polinizan flores blancas o color crema. Estos son los murciélagos y las palomillas. Ambos visitan las flores de noche. Supongamos en este caso que son palomillas las que visitan y polinizan nuestras raras flores blancas. Pensemos además que las palomillas acarrean el polen en forma más eficiente que los colibríes. En esta situación, si esperamos varias generaciones encontraremos que las flores blancas no sólo no desaparecen de la población, sino que contrariamente a lo que uno esperaría aumentan su densidad.

¿Qué tienen en común estas dos historias? En ambas existe una variante en una población: la flor blanca. La diferencia entre ambas historias consiste en que en un caso la presencia de la variante no cambia la estructura de la población que sigue teniendo sólo flores rojas. En el otro la población sí cambia, ya que al paso del tiempo habrá tanto flores blancas polinizadas por palomillas como flores rojas polinizadas por colibríes. Podemos, eso sí, asegurar que si la variante en este segundo caso no hubiera aparecido, la población seguro no habría cambiado.

El mensaje de esta historia consiste en que la presencia de individuos diferentes en una población precede a cualquier fenomeno que modifique la estructura de ésta, es decir, las cantidades relativas de las diferentes variantes en ella. Es entonces un requisito sin el cual las especies nunca cambiarían, serían inmutables.

Darwin consideró este aspecto del desarrollo de su teoría en el primer capítulo de su El origen de las especies. Él comprendió claramente la importancia de mostrar la existencia de variabilidad dentro de las especies para su argumento contra la inmutabilidad de éstas. Es por ello que la evidencia primaria que eligió fue ésta.

¿CÓMO Y EN QUÉ VARÍAN LAS ESPECIES?

Desde que Darwin habló de variación hace más de un siglo y cuarto, muchos estudiosos de la naturaleza han dedicado sus esfuerzos a demostrar que existe variabilidad entre los individuos de una especie. Darwin se circunscribió a catalogar la variabilidad en especies que en una forma u otra son domesticadas, como fue el caso de las palomas que usó como ejemplo para describir la variación en el capítulo primero de El origen de las especies. En años posteriores se han estudiado una gran cantidad de especies silvestres en las que también se ha encontrado una gran cantidad de variación.

¿CONTAR O MEDIR?

Es muy fácil decir que un individuo es diferente de otro, que dos individuos no se parecen, pero no lo es tanto señalar en qué. ¿Cómo se mide entonces la similitud o la diferencia? Como veremos más adelante las características pueden ser contadas o medidas.

SI CONTAMOS

Cuando hablamos de similitud entre las especies construimos una tabla en la que preguntábamos si una especie tenía o no cierta característica. Los individuos pueden ser diferentes unos de otros usando este mismo criterio. ¿Tiene o no tiene?. Se dice entonces que empleamos caracteres discretos. En algunas especies existe variación entre los individuos precisamente en lo que se refiere a la presencia o la ausencia de caracteres determinados. Tal es el caso de la palomilla Biston betularia que tiene dos variantes: grisáceo oscuro y blanquecino. En diferentes lugares el porcentaje de palomillas grisáceas es distinto. Hay lugares en Inglaterra donde hay muy pocas, mientras que en otros hay muchas.

SI MEDIMOS

La variación que debemos medir es sin duda la mas común que podamos encontrar. La altura y en general el tamaño de los individuos es una característica que varía en cualquier especie que consideremos. En las plantas, por ejemplo, el tamaño de la hoja varía claramente de un individuo a otro. ¿Quién no ha notado que las plantas que crecen en ambientes más umbríos tienen en general hojas más grandes que aquellas de la misma especie que crecen en lugares donde hay más luz? Este fenómeno lo encontraremos tanto si comparamos el tamaño, como si lo hacemos con la forma o el color.

¿AMBIENTE O NATURALEZA?

"Es de naturaleza humilde", se dice de algunas personas. El mensaje que se quiere transmitir se refiere a que, sin importar lo que ocurra a su alrededor, la humildad de la persona en cuestión prevalecerá, es algo que lleva por dentro. En biología a esta naturaleza se le llama genotipo del individuo. Son las características que heredamos de nuestros padres y que expresamos independientemente del ambiente en el que crezcamos. Por tanto "tiene el genotipo de ojos azules" quiere decir exactamente lo mismo que la frase anterior, más popular, y significa que, con independencia del país en el que crezca o de lo que coma, esa persona tendrá los ojos azules.

No todos los caracteres son iguales. Muchos dependen para su expresión del fenotipo y del ambiente. Por ejemplo, se ha visto que la producción de leche en las vacas depende de un 80% de lo que la vaca come. Si lo hace en abundancia producirá mucha leche, si lo hace mal dará poca. De la misma manera la cantidad de frutos que un arbol produce depende en parte de la fertilidad de la tierra, de la cantidad de agua que tenga disponible y de la temperatura a la que crezca.

Estos pensamientos tienen un impacto directo en la idea de que existe variabilidad entre los individuos de una misma especie. ¿Son entonces las diferencias que encontramos debidas a la naturaleza (el genotipo) de los individuos o al ambiente en el que viven?

REGRESEMOS A LA FLOR ROJA

Supongamos, para hacer evidente la importancia de que la variación descrita por Darwin deba tener una base genotípica, que aquella flor blanca que producía néctar por la noche y que sería polinizada más eficientemente por una palomilla es un producto del ambiente y no del genotipo. La polinización por una palomilla podrá ser más eficientemente que aquella que los colibríes llevan a cabo en flores rojas, pero todas las semillas producidas por la flor blanca serán ... ¡rojas! La estructura de la población no cambió porque la variante que apareció en ella no hereda el carácter a su descendencia.

Es entonces necesario no solamente que exista variación, sino que ésta sea genética.

DOS EXPERIMENTOS EN GENÉTICA

¿Cómo se puede demostrar que la variación que podemos ver en una población tiene una base genética? En párrafos anteriores vimos que puede haber dos tipos de caracteres: aquellos que medimos y aquellos que contamos.

Por regla general los caracteres que contamos, o discretos, se comportan, en cuanto a la manera como se heredan, como caracteres mendelianos (Figura 9); esto es que su herencia puede ser explicada por medio del modelo que Mendel usó para explicar la herencia de los caracteres en los chícharos.

Por otro lado, los caracteres que medimos, o cuantitativos, tienen un comportamiento que generalmente no puede explicarse con el modelo usado por Mendel. La razón de ello es que mientras los caracteres mendelianos están determinados por la acción de un solo gene, los cuantitativos son causados por la acción conjunta de varios genes. En este caso el experimento que hizo Mendel no daría los mismos resultados. ¿Cómo se puede saber entonces si un carácter cuantitativo tiene un componente genético? Supongamos que en diferentes familias medimos cierto carácter, digamos altura, tanto de los hijos como de los padres. Para cada una de las familias podemos tener el promedio de altura de los padres (Xp+Xm)/2, donde Xp es la altura del padre y Xm es la de la madre, y el promedio de las alturas de los hijos (X1+X2)/2, donde X1 y X2 son las alturas del primero y segundo hijos. Si ahora colocamos en una gráfica (Figura 10) estos valores, para cada familia existe la posibilidad de encontrar tres resultados diferentes. El primero es que existe una asociación positiva entre la altura promedio de los padres y la de los hijos: padres altos tendrán hijos altos y viceversa. El segundo podría ser que la asociación sea negativa, de tal forma que padres altos tengan hijos chaparros y viceversa. Por último y tercero, que la altura de los hijos no tenga relación con la de los padres: padres altos podrían tener hijos a veces altos y a veces chaparros. Mientras que en los dos primeros casos los padres serían determinantes en la altura de los hijos, y por tanto la altura tendrá un componente genético, en el último caso los padres no determinarían la altura de los hijos, por lo que un factor ambiental, como podría ser la alimentación, debe de ser la causa determinante.

Figura 9. Las leyes de Mendel predicen la forma en la que las características se heredan de una generación a la siguiente.

Así, analizando la relación que hay entre las características de los padres y de los hijos podemos tener una idea de la importancia relativa que el ambiente y el genotipo tienen en la determinación de los caracteres cuantitativos.

Figura 10. La altura en el hombre es una característica que se hereda en parte, como lo muestra esta gráfica. Los datos originales fueron obtenidos en 1889 por Francis Galton, quien era primo de Charles Darwin.

ENTONCES ¿CÓMO SABEMOS

QUE HA HABIDO EVOLUCIÓN?

En esta primera parte hemos revisado los hechos que sugieren y apoyan la existencia de un fenómeno que modifica a las especies y que llamamos evolución biológica. Estos hechos se pueden dividir en dos: aquellos de naturaleza histórica y aquellos que observamos en las especies que viven en la actualidad. Dentro de lo que nos informan las especies que han vivido en nuestro planeta no han sido siempre las mismas, que han cambiado y que aquella naturaleza que nosotros conocemos en la actualidad incluye una proporción muy pequeña de todas las especies que han existido. El no haber conocido un solo dinosaurio vivo apoya esta información si consideramos que este grupo dominó la Tierra durante decenas de millones de años. Dentro de los hechos que obtenemos de estudiar las especies actuales se incluyen aquellos que se basan en la comparación del aspecto y el desarrollo de las especies, y aquellos que tienen su base en la variación genética inherente a los sistemas biológicos. Estimamos que el parecido entre las especies puede ser o bien porque viven en ambientes similares, o bien porque están emparentadas y por tanto tienen un origen común.

Por último consideramos que una de las condiciones para que las especies cambien consiste en que exista variación y que ésta tenga un componente genético.

Estas tres rutas de hechos son las que apoyan con más fuerza la cosideración de que las especies se generan unas de otras y que la adaptación al ambiente es una parte integral de este fenómeno.

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