Aplico

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Darwin, evolución y selección natural

El viaje de Darwin en el HMS Beagle y sus ideas sobre la evolución y la selección natural.

Puntos más importantes:

Charles Darwin era un naturalista británico que propuso la teoría de la evolución biológica por selección natural.
Darwin definió la evolución como “descendencia con modificación”, la idea de que las especies cambian a lo largo del tiempo, dan origen a nuevas especies y comparten un ancestro común.
El mecanismo que Darwin propuso para la evolución es la selección natural. Debido a que los recursos son limitados en la naturaleza, los organismos con rasgos heredables que favorezcan la supervivencia y la reproducción tenderán a dejar una mayor descendencia que sus pares, lo que hace que la frecuencia de esas características aumente a lo largo de varias generaciones.
La selección natural hace que las poblaciones se adapten o se vuelvan cada vez más adecuadas a su entorno con el paso del tiempo. La selección natural depende del medio ambiente y requiere que existan variaciones heredables en un grupo.

¿Qué es la evolución?

La idea básica de la evolución biológica es que las poblaciones y las especies de organismos cambian con el tiempo. Hoy en día, cuando pensamos en evolución, tendemos a relacionar esta idea con una persona: el naturalista británico Charles Darwin.

En la década de 1850, Darwin escribió un libro controversial e influyente llamado El origen de las especies. En él, propuso que las especies evolucionan (o, como lo dijo él, tienen “descendencia con modificaciones”) y que todos los seres vivos pueden rastrear su ascendencia a un antepasado común.

[¿Exactamente qué es una especie?]

Una especie es un grupo de organismos semejantes que pueden procrear entre ellos y producir una descendencia sana y fértil. Por ejemplo, todos los humanos pertenecen a la misma especie, Homo sapiens. Los perros domésticos también son una sola especie, Canis familiaris.

Darwin también sugirió un mecanismo para la evolución: la selección natural, en la que los rasgos heredables que le ayudan a un organismo a sobrevivir y reproducirse, se vuelven más comunes en una población a lo largo del tiempo.

[¿Qué significa “heredable”?]

Un rasgo heredable es aquel que pasa de padres a hijos por medio de los genes. Por ejemplo, el color de ojos es un rasgo heredable: está determinado por los genes que obtienes de tu mamá y tu papá. Puedes sustituir la frase “genéticamente determinado” por “heredable” en este artículo si eso tiene más sentido para ti.

En este artículo, examinaremos más de cerca las ideas de Darwin. Veremos cómo surgieron a partir de sus viajes alrededor del mundo en el barco HMS Beagle y también analizaremos un ejemplo de cómo funciona la evolución mediante selección natural.

[Primeras ideas sobre la evolución]

Primeras ideas sobre la evolución

Darwin no fue el primero en tener la idea de la evolución. De hecho, incluso algunos filósofos griegos tuvieron ideas evolucionistas. Sin embargo, Platón (uno de los más famosos de estos filósofos) creía que las especies eran fijas e invariables y su punto de vista fue muy influyente en el pensamiento occidental durante siglos después de su muerte.

El regreso de las ideas evolucionistas comenzó en el siglo XVIII. A principios del siglo XIX, el naturalista francés Jean-Baptiste Lamarck publicó un libro que proponía que la evolución sucedía y sugirió un mecanismo mediante el cual ocurría. Específicamente, Lamarck propuso que las modificaciones producidas por el medio ambiente o por el uso y desuso de una estructura durante toda la vida de un individuo, podían ser heredadas a sus descendientes y conducir a un cambio en una especie. (Por ejemplo, Lamarck proponía que las jirafas tienen cuellos largos porque algunas de ellas estiraban sus cuellos durante toda su vida y le heredaban el cuello alargado a sus hijos).

Este mecanismo de cambio evolutivo resultó ser incorrecto y, hoy en día, con frecuencia recordamos a Lamarck como “el que tuvo la respuesta incorrecta”. Sin embargo, antes de juzgar, recordemos que Lamarck fue un pionero a pesar de lo equivocado de su idea. Fue uno de los primeros en involucrarse seriamente con la idea de la evolución y en proponer realmente cómo podría llevarse a cabo.

[Las influencias sobre Darwin]

Las influencias sobre Darwin

En el siglo XVIII, James Hutton, un naturalista escocés, propuso que el cambio geológico ocurría gradualmente por la acumulación de los pequeños cambios producidos por procesos que ocurren actualmente, a lo largo de periodos prolongados de tiempo. Esto contrastaba con la opinión dominante de que la geología del planeta era consecuencia de sucesos catastróficos ocurridos en un pasado relativamente reciente.

La idea de Hutton se popularizó en el siglo XIX gracias al geólogo Charles Lyell, quien era amigo de Darwin. Las ideas de Lyell sobre el cambio geológico gradual tendrían un papel muy importante en el pensamiento de Darwin sobre la evolución biológica gradual.

Otro pensador que influyó fuertemente sobre Darwin fue Thomas Malthus. A Malthus le interesaba el crecimiento de las poblaciones humanas y escribió acerca de los factores que en última instancia limitan el crecimiento exponencial de las poblaciones humanas, como las enfermedades y la cantidad limitada de alimentosstart superscript, 1, end superscript. Sus ideas fueron cruciales para hacer que Darwin se diera cuenta de que la mayoría de las poblaciones naturales producen más descendientes de los que su entorno puede soportar, de forma que solo una parte de ellos puede sobrevivir y reproducirse.

Darwin y el viaje del Beagle

El libro seminal de Darwin, El origen de las especies, expone sus ideas acerca de la evolución y la selección natural. Estas ideas se basaron en gran medida en las observaciones directas que Darwin realizó en sus viajes alrededor del mundo. De 1831 a 1836 fue parte de una expedición de investigación realizada a bordo del barco HMS Beagle, la cual hizo paradas en Sudamérica, Australia y la punta sur de África. En cada parada, Darwin tuvo la oportunidad de estudiar y catalogar las plantas y los animales de la localidad.

En el transcurso de sus viajes, Darwin empezó a observar patrones interesantes en la distribución y las características de los organismos. Podemos ver algunos de los patrones más importantes que descubrió en la distribución de los organismos estudiando las observaciones que realizó sobre las islas Galápagos en la costa de Ecuador.

Darwin encontró que las islas cercanas en las Galápagos tenían especies similares, pero no idénticas, de pinzones. Más aún, notó que cada especie de pinzón era adecuada a su entorno y su función en este. Por ejemplo, las especies que comían semillas grandes tenían picos grandes y duros, mientras que las que consumían insectos presentaban picos delgados y puntiagudos. Finalmente, observó que los pinzones (y otros animales) de las islas Galápagos eran parecidos a las especies que se encontraban en la parte continental de Ecuador, pero distintas de las del resto del mundosquared.

Darwin no dedujo todo esto durante su viaje. De hecho, ¡ni siquiera se dio cuenta de que los pinzones eran especies emparentadas pero diferentes hasta que le mostró sus especímenes a un ornitólogo (biólogo de aves) experto varios años después!cubed Sin embargo, elaboró gradualmente una idea que pudiera explicar el patrón de los pinzones emparentados pero diferentes.

De acuerdo con la idea de Darwin, este patrón tendría sentido si las islas Galápagos hubieran estado habitadas desde hace mucho tiempo por aves provenientes del continente vecino. En cada isla, los pinzones se adaptarían gradualmente a las condiciones locales (a lo largo de muhcas generaciones y durante largos periodos de tiempo). Este proceso pudo haber llevado a la formación de una o más especies distintas en cada isla.

Pero, si esta idea era correcta, ¿por qué lo era? ¿Qué mecanismo podía explicar de qué manera cada población de pinzones había adquirido adaptaciones o características que la hacían más adecuada para vivir en su entorno inmediato? Durante su viaje, y en los años que le siguieron, Darwin desarrolló y refinó un conjunto de ideas que podrían explicar los patrones que observó durante su viaje. En su libro, El origen de las especies, Darwin explicó sus dos ideas fundamentales: la evolución y la selección natural.

[¿No llegó a estas mismas conclusiones Alfred Russel Wallace?]

¡Sí, lo hizo! Aunque se recuerda a Darwin como el arquitecto principal de la teoría de la evolución por selección natural, no fue el único pensador de su época que tuvo esas ideas. De hecho, otro científico, Alfred Russel Wallace, llegó de manera independiente a conclusiones muy parecidas a las de Darwin casi al mismo tiempo. Wallace, al igual que Darwin, había viajado alrededor del mundo y fue influenciado por los patrones que observó en la distribución de los organismos.

Esto no es poco común en la ciencia. A menudo dos personas (o dos equipos de investigadores) llegan a la misma conclusión importante casi al mismo tiempo. Este tipo de “descubrimiento conjunto” es importante y beneficioso, ya que confirma que las conclusiones a las que llegaron ambos grupos tienen un buen fundamento y probablemente sean correctas.

Evolución

Darwin propuso que las especies cambian con el tiempo, que las especies nuevas provienen de especies preexistentes y que todas las especies comparten un ancestro común. En este modelo, cada especie tiene su propio conjunto de diferencias heredables (genéticas) en relación con su ancestro común, las cuales se han acumulado gradualmente durante periodos de tiempo muy largos. Eventos de ramificación repetidos, en los que las nuevas especies se desprenden de un ancestro común, producen un “árbol” de muchos niveles que une a todos los seres vivos.

Darwin se refirió a este proceso, en el que los grupos de organismos cambian en sus características heredables a lo largo de generaciones, como “descendencia con modificaciones”. Hoy en día, lo llamamos evolución. El boceto de Darwin que se ve arriba ilustra esta idea y muestra cómo una especie puede ramificarse en dos a lo largo del tiempo, y cómo este proceso puede repetirse muchas veces en el “árbol genealógico” de un grupo de especies emparentadas.

Selección natural

Es importante destacar que Darwin no solo propuso que los organismos evolucionaban. Si ese hubiera sido el inicio y el fin de su teoría, ¡no estaría en tantos libros de texto hoy en día! Además, Darwin también propuso un mecanismo para la evolución: la selección natural. Este mecanismo era elegante y lógico, y explicaba cómo podían evolucionar las poblaciones (tener descendencia modificada) de tal manera que se hacían más adecuadas para vivir en sus entornos con el paso del tiempo.

El concepto de selección natural de Darwin está basado en varias observaciones fundamentales:

Los rasgos a menudo son heredables. En los seres vivos, muchas características son hereditarias o pasan de padres a hijos. (Darwin sabía que esto sucedía, si bien no sabía que los rasgos se heredaban mediante genes).
Se produce más descendencia de la que puede sobrevivir. Los organismos son capaces de generar más descendientes de los que su medio ambiente puede soportar, por lo que existe una competencia por los recursos limitados en cada generación.
La descendencia varía en sus rasgos heredables. La descendencia en cualquier generación tendrá rasgos ligeramente distintos entre sí (color, tamaño, forma, etcétera), y muchas de estas características serán heredables.

Basado en estas sencillas observaciones, Darwin concluyó lo siguiente:

En una población, algunos individuos tendrán rasgos heredables que les ayudarán a sobrevivir y reproducirse (dadas las condiciones del entorno, como los depredadores y las fuentes de alimentos existentes). Los individuos con los rasgos ventajosos dejarán más descendencia en la siguiente generación que sus pares, dado que sus rasgos los hacen más efectivos para la supervivencia y la reproducción.
Debido a que los rasgos ventajosos son heredables y a que los organismos que los portan dejan más descendientes, los rasgos tenderán a volverse más comunes (presentarse en una mayor parte de la población) en la siguiente generación.
En el transcurso de varias generaciones, la población se adaptará a su entorno (ya que los individuos con rasgos ventajosos en ese ambiente tendrán consistentemente un mayor éxito reproductivo que sus pares).

El modelo de Darwin de evolución mediante selección natural le permitió explicar los patrones que vio durante sus viajes. Por ejemplo, si las especies de pinzones de las Galápagos compartían un ancestro común, tenía lógica que tuvieran mucho parecido entre ellas (y con los pinzones continentales, con quienes probablemente compartían un ancestro común). Si los grupos de pinzones habían estado aislados en islas separadas durante muchas generaciones, cada grupo se habría visto expuesto a un ambiente diferente en que el que se habrían favorecido distintos rasgos heredables, como los diferentes tamaños y formas de los picos para aprovechar distintas fuentes de alimento. Estos factores pudieron conducir a la formación de especies distintivas de cada isla.

[Espera ¿cómo funciona eso?]

Consideremos un ejemplo simplificado para ver cómo la selección natural, al operar sobre poblaciones aisladas de pinzones en distintos ambientes, pudo conducir a un cambio en la forma del pico.

Si una de las islas tuviera plantas que produjeran semillas grandes, pero pocas fuentes de alimento alternativas, los pájaros con un pico más grande y duro que el promedio habrían tenido más probabilidades de sobrevivir y reproducirse allí. Esto se debe a que las aves de pico más grande habrían sido más aptas para abrir las semillas y comer el contenido, por lo que serían mucho menos propensas a morir de hambre.

Si otra isla tuviera muchas especies de insectos pero pocas fuentes de alimentos diferentes, los pájaros con picos más delgados y puntiagudos que el promedio tendrían más probabilidades de sobrevivir y reproducirse allí. Esto es porque las aves con picos agudos serían más eficientes para atrapar insectos y por lo tanto, menos propensos a morir de hambre.

En el transcurso de muchas generaciones, estos patrones de supervivencia y reproducción diferentes, basados en la forma del pico (un rasgo heredable) podrían haber producido un cambio en la forma promedio del pico de cada población. Específicamente, la población de la primera isla habría cambiado hacia un pico más grande y duro, mientras que la población de la segunda isla habría cambiado a tener un pico más delgado y puntiagudo que el promedio. Finalmente, ambas poblaciones de pinzones serían lo suficientemente diferentes entre sí (debido a este cambio y posiblemente a otros semejantes) como para clasificarlos como especies distintas.

Ejemplo: cómo puede actuar la selección natural

Para hacer más concreta la idea de la selección natural, veamos un ejemplo hipotético simplificado. En este ejemplo, un grupo de ratones con una variación heredable en el color del pelo (negro contra café claro) se acaba de mudar a un área nueva donde las rocas son negras. En este ambiente hay halcones a los que les gusta comer ratones y, contra el fondo de rocas negras, verán con más facilidad a los cafés claro que a los negros.

Debido a que los halcones verán y atraparán a los ratones café claro con más facilidad, una parte relativamente grande de estos será devorada, en comparación con una fracción mucho más pequeña de ratones negros. Si nos fijamos en la proporción de ratones negros contra café claro en el grupo sobreviviente (que no fue devorado), será mayor que en la población inicial.

El color del pelo es un carácter heredable (que puede pasar de padres a hijos), por lo que una mayor proporción de ratones negros en el grupo sobreviviente significa que habrá más ratones negros en la siguiente generación. Después de varias generaciones de selección, la población estará compuesta casi en su totalidad por ratones negros. Este cambio en las características heredables de una población es un ejemplo de evolución.

[¿Qué genes y alelos estamos suponiendo que hay aquí?]

Realmente no es necesario pensar en términos de genes y alelos para entender este concepto, siempre que aceptes que un ratón café claro tiene más probabilidades de tener hijos café claro que un ratón negro y viceversa.

Sin embargo, si la cuestión del patrón de herencia es lo que te molesta, aquí hay algo en lo que puedes ponerte a pensar:

Si solo encontramos ratones negros y café claro en una población, entonces una explicación sencilla es que el color del pelo está controlado por un solo gen cuyos alelos tienen una relación de dominancia completa. Digamos, en aras del argumento, que el café claro es dominante (T) y el negro es recesivo (t). Esto significa que un ratón color café claro puede ser tanto Tt como TT, mientras qe uno negro debe ser tt.

En el caso extremo en el que todos los ratones café claro son devorados por los depredadores antes de la edad reproductiva, los únicos ratones que dejarán descendencia serán negros (tt), los cuales se aparearán entre ellos para producir más descendientes negros (tt).

En la realidad, la selección probablemente no sería tan fuerte. Algunos ratones café claro podrían llegar a la época de apareamiento y, al cruzarse con ratones negros, nacerían algunos ratoncitos café claro junto con ratoncitos negros. Sin embargo, mientras mayor sea la cantidad de ratones café claro eliminados de la reserva genética por los depredadores, mayor será la fracción de ratoncitos de pelo negro que esperaríamos ver en la siguiente generación.

La genética sería un poco menos obvia si cambiáramos las relaciones de dominancia (si hacemos que el negro sea dominante sobre el café claro), pero se mantendría el mismo principio: mientras más ratones café claro sean eliminados de la población por los depredadores, mayor será la cantidad de ratoncitos que tendrá pelo negro en la siguiente generación.

Aprende más acerca de la evolución a nivel de alelos y genes en la lección sobre genética de poblaciones.

Puntos clave sobre la selección natural

Cuando comencé a aprender acerca de la selección natural, tenía algunas dudas (¡e ideas equivocadas!) sobre cómo funciona. Aquí tenemos algunas explicaciones sobre puntos potencialmente confusos que pueden ayudarte a tener una mejor idea de cómo, cuándo y por qué se lleva a cabo la selección natural.

La selección natural depende del ambiente

La selección natural no favorece rasgos que sean intrínsecamente superiores de alguna manera, sino los que sean beneficiosos (esto es, que le ayuden a un organismo a sobrevivir y reproducirse de forma más efectiva que sus pares) en un ambiente específico. Los rasgos que son útiles en un entorno pueden incluso ser perjudiciales en otro.

[Ejemplo]

Por ejemplo, en el escenario simplificado anterior, los ratones negros no se vuelven más comunes con el paso de las generaciones porque sea intrínsecamente “mejores” o “más evolucionados” que los café claro. Se vuelven más comunes porque tienen una característica heredable que los hace más capaces de sobrevivir y reproducirse en un medio ambiente específico, uno que que tiene rocas negras. En un entorno con rocas de color claro, los rasgos ventajosos y perjudiciales se invertirían.

La selección natural actúa sobre la variación heredable existente

La selección natural necesita tener algún material inicial y este es la variación heredable. Para que la selección natural actúe sobre una característica, ya debe haber variedad (diferencias entre los individuos) en ese rasgo. Adicionalmente, las diferencias deben ser heredables, tienen que estar determinadas por los genes del organismo.

[Ejemplo]

En el ejemplo del ratón, había una variación heredable en el color del pelo: algunas variantes génicas hacían que el ratón fuera negro y otras lo hacían café claro. Si todos los ratones hubieran sido café claro, la población no habría tenido manera de adaptarse a su nuevo entorno mediante selección natural y podría haber sido eliminada por completo.

¿Qué pasaría si hubiera variación no heredable (que hubiéramos pintado artificialmente a algunos ratones de negro, por ejemplo)? Esto habría afectado la supervivencia de algunos individuos, pero no habría cambiado la composición de la población con el paso de las generaciones (porque las crías de los ratones pintados habrían heredado las variantes de los genes café claro presentes en sus padres, no los de un ratón genéticamente negro).

La variación heredable proviene de mutaciones al azar

La fuente original de las nuevas variantes de genes que producen rasgos heredables nuevos, como los colores del pelaje, es la mutación aleatoria (cambios en la secuencia del ADN). Las mutaciones aleatorias que pasan a la descendencia por lo general se producen en la línea germinal, o los óvulos y espermatozoides de los organismos. La reproducción sexual “mezcla y combina” las variantes génicas para producir más variedad.

[¿Los organismos mutan a propósito?]

Un punto importante aquí es que la mutación y la variación genética son aleatorias, no dirigidas. Esto es, un ratón no puede mutar de manera intencional para volverse (o hacer a sus hijos) de otro color. En cambio, si por casualidad hay una mutación que cambie el color del pelo del ratón, la variación producida por esa mutación puede estar sujeta a selección natural.

La selección natural y la evolución de las especies

Demos un paso atrás y consideremos cómo encaja la selección natural en la visión de Darwin sobre la evolución, en la que todos los seres vivos comparten un ancestro común y descienden de él en un enorme árbol ramificado. ¿Qué sucede en cada uno de esos puntos de ramificación?

En el ejemplo de los pinzones de Darwin, vimos que los grupos en una sola población pueden aislarse unos de otros por barreras geográficas, como un océano que rodea a unas islas o algún otro mecanismo. Una vez aislados, los grupos ya no pueden aparearse entre ellos y están expuestos a entornos distintos. En cada ambiente, la selección natural probablemente favorecerá diferentes rasgos (y otras fuerzas evolutivas, como la deriva génica, también pueden operar separadamente sobre los grupos). Las diferencias en los rasgos heredables se acumulan en los grupos a lo largo de muchas generaciones, al grado de ser considerados como especies separadas.

Con base en varias pruebas, los científicos creen que este tipo de proceso se ha repetido muchísimas veces a lo largo de la historia de la tierra. La evolución por selección natural y otros mecanismos es la base de la increíble diversidad de formas de vida actuales, y la acción de la selección natural puede explicar la adaptación que existe entre los organismos modernos y su medio ambiente.

S.A. (s.f.). Darwin, evolución y selección natural. Khan Academy. Recuperado de https://es.khanacademy.org/science/biology/her/evolution-and-natural-selection/a/darwin-evolution-natural-selection

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