Evolución en acción: desde el cambio genético hasta nuevas especies Understand article

Traducido por: Adela Calvente. ¿Cómo emergen nuevas especies o tipos de organismos completamente nuevos? El tiempo y la separación son los factores clave.

Cuando la mayoría de la gente piensa en evolución, piensan en la idea de Charles Darwin de selección natural, donde un tipo de organismo evoluciona hacia un modelo completamente distinto durante largos periodos de tiempo, como por ejemplo de peces a animales terrestres, o los primeros primates hacia humanos. Para los científicos, sin embargo, evolución significa algo más sutil: un cambio en la frecuencia de las variantes genéticas (secuencias de ADN que varían entre individuos) dentro de una población. Dichos cambios, al contrario que la idea popular de evolución, son dirigidos por muchos factores, no sólo la selección natural: mutaciones, migración y puro azar son los mecanismos que promueven los cambios evolutivos.

Hay un tema que está siendo muy polémico fuera de la ciencia: ¿cuáles son los procesos de evolución que permiten emerger a nuevas especies y son éstos diferentes a aquellos que ocurren dentro de una especie o población? En este artículo, repasamos todas estas cuestiones usando información tanto de la genética como del registro fósil. La genética por sí sola no puede explicar la evolución de especies ahora extintas, por lo que los científicos confían en los fósiles para obtener instantáneas de la evolución pasada. Además, pueden comparar el ADN de primos aún vivos de especies extinguidas.

Un esqueleto fósil completo de una especie extinguida, el dinosaurio Triceratops.
Los científicos usan ambos, evidencias fósiles y ADN, para seguir la evolución de especies extintas.
Barks/Shutterstock.com

¿Por qué emerge una especie nueva?

Dibujos originales de cuatro
especies de pinzones
encontrados en las Islas
Galápagos, descubiertos por
Charles Darwin. La forma de
sus picos evolucionó para
adaptarse a los diferentes
tipos de alimentos de las
diversas islas.

John Gould/Wikimedia
Commons
 

Para que una nueva especie emerja, parece haber al menos una condición necesaria: algún grado de separación entre las poblaciones (grupo de individuos) de una especie existente. Esta separación puede ser física (una barrera geográfica como una cordillera montañosa o el aislamiento en una isla) o puede ser ecológica, como por ejemplo tener dietas alimenticias diferentes o preferencias en la elección de pareja para la reproducción. Con el tiempo, los cambios en el ADN de las diferentes poblaciones eventualmente harán que sea muy difícil o imposible cruzarse para esas poblaciones separadas: se convertirán por tanto en especies diferentes.

Los ejemplos de este fenómeno son abundantes. Cuando grupos de moscas de la fruta son alojadas por ejemplo en diferentes recintos en un laboratorio, las  moscas de los diferentes grupos dejan finalmente de ser capaces de cruzarse y tener descendencia entre sí. El último ejemplo Darwiniano de especiación (una especie dividida en varias) es el pinzón de las Islas Galápagos, descrito por Darwin en El Viaje del Beagle. En ese caso, la separación por ambos motivos, dieta y localización en la isla, permitieron que diferentes especies emergieran. La variedad en las formas de picos muestra la adaptación a sus dietas específicas. Nosotros sabemos que esta variedad anatómica es reflejada a nivel genético por cambios en los genes responsables de la forma del pico. Pero, ¿qué tipos de cambios genéticos permiten finalmente que una especie se divida, como ocurrió en los pinzones de Darwin? Investigaciones actuales en el campo están arrojando luz en esta cuestión, permitiendo a los científicos seguir los cambios genéticos que tienen lugar en el proceso.

La zona híbrida

Durante la última época glacial, muchas poblaciones de animales en Europa quedaron geográficamente separadas al refugiarse en diferentes regiones más cálidas (como España o la península de los Balcanes). Cuando los glaciares de la edad de hielo se derritieron, hace unos 10.000 años, poblaciones de especies que habían estado separadas por mucho tiempo volvieron a tener contacto al ser capaces de salir de sus refugios y repoblar el continente. Pero el hecho de haber pasado miles de años separadas, significó que esas poblaciones diferentes adquirieron algunas variantes genéticas propias de cada una de ellas, lo cual hizo más difícil cruzarse entre sí (reproductivamente hablando) cuando se volvieron a juntar.

Por ejemplo, cuando poblaciones del cuervo o corneja europea (Corvus conore) se separaron durante la época glacial, dos tipos visiblemente diferentes de cuervos evolucionaron: la corneja negra (Corvus corone corone) en el oeste, de plumaje completamente negro, y la corneja cenicienta o corneja gris (Corvus corone cornix) en el este, de plumaje gris-negro. Hoy, en la zona híbrida (una estrecha franja de tierra que se extiende desde Escandinavia hasta Italia, donde conviven los dos tipos de cornejas) las dos especies pueden cruzarse y producir descendencia, aunque con menor éxito que con su propia población. Analizando los genomas de las cornejas en la zona híbrida y comparándolos con los genomas de las cornejas localizadas profundamente en sus regiones particulares, los científicos han sido capaces de identificar secuencias de ADN que no viajan a través de la zona híbrida con facilidad. Estos fragmentos de un genoma que son específicos a una población (bien de la corneja negra o de la corneja cenicienta) y son encontrados en la otra población de forma muy escasa, son la clave para la emergencia de una nueva especie. En este caso, es menos probable que los genes responsables de las diferencias crucen la zona híbrida.  Esto sugiere fuertemente que la corneja negra prefiere cruzarse sólo con otras cornejas que se parecen a ellas y no con cornejas cenicienta y viceversa. Si este proceso continúa, es probable que los dos grupos lleguen finalmente a ser dos especies separadas, distintas.

Corneja negra, Corvus corone corone
Erni/Shutterstock.com

 

Corneja gris o corneja cenicienta, Corvus corone cornix
Stefan Berndtsson/Flickr

El proceso molecular y demográfico que tiene lugar en las cornejas (o en los pinzones de Darwin), el cual los científicos han observado y estudiado durante décadas, destaca la naturaleza universal de los procesos evolutivos. Fundamentalmente, estos procesos no son diferentes de aquellos que ocurren en microorganismos (como cuando el virus del Ébola evolucionó en una cepa más infecciosa (ver Bryk, 2017). El principal factor que separa estos ejemplos es el tiempo: el cambio genético en el caso del Ébola duró un par de años, mientras que en los pájaros tuvo lugar durante miles de años, reflejando su tiempo de generación, su ciclo de vida, mayor. Sin embargo, en ambos casos, tanto cuando el organismo se adapta al nuevo ambiente como cuando cambios genéticos aleatorios ocurren, el resultado es que las diferentes poblaciones llegan a ser más y más distintas. En el caso de las cornejas o los pinzones, conduce finalmente al completo asilamiento reproductivo, por lo tanto a una nueva especie.

De dinosaurios a pájaros, y vuelta

¿Pero qué ocurre con la aparición de supuestamente nuevos tipos de organismos (como la evolución de las ballenas desde sus ancestros terrestres o los pájaros desde los dinosaurios)? ¿Cómo podemos hacer el seguimiento y entender cambios tan grandes en la vida en la Tierra, cambios que son mucho mayores que la aparición de especies individuales?

El mayor reto es seguir este tipo de casos evolutivos que tienen lugar en periodos de tiempo extremadamente largos, de manera que muchos de los ancestros están ya extinguidos. Sin embargo, los fósiles duran cientos de millones de años y proporcionan una información detallada de los cambios anatómicos ocurridos durante esos largos periodos de tiempo. En las últimas décadas, miles de especímenes fósiles bien conservados han sido descubiertos en el nordeste de China y han clarificado con gran detalle la evolución de los pájaros desde los dinosaurios. Por ejemplo, ahora sabemos que los dinosaurios tuvieron plumas, mucho tiempo antes de que hubiera ningún pájaro capaz de volar, sugiriendo que el uso inicial de las plumas no fue para el vuelo. El aislamiento, el camuflaje y la exhibición son posibles ventajas alternativas que las plumas otorgarían a estos primeros reptiles con plumas (Foth et al., 2014; Zhou, 2014).

Ilustración que muestra el dinosario Aurornis, con plumas pero incapaz de volar, el cual vivió hace alrededor de 160 millones de años. Descubierto en China en 2013, Aurornis es considerado el ejemplo más antiguo de dinosaurio parecido a un pájaro.
Jaime Chirinos/Science Photo Library
 

De forma similar, los pájaros voladores no emergieron repentinamente y completamente formados. El seguimiento de diferentes aspectos de su anatomía necesarios para el vuelo impulsado por alas (pequeño tamaño, alas, plumas, cola fusionada, espoleta y muchos otros), ha mostrado que el plan completo del cuerpo de los pájaros emergió gradualmente hace más de100 millones de años. Una vez que esta estructura corporal se completó, los pájaros experimentaron una masiva y rápida divergencia en una amplia variedad de diferentes formas, resultando las casi 10.000 especies conocidas hoy (Brusatte, 2015).

La evolución de las aves desde los dinosaurios, fue por lo tanto un proceso continuo, sin cambios repentinos. Se ha dicho que si un/a paleontólogo/a viajando en el tiempo se pudiera sentar y observar la evolución de las aves durante más de 100 millones de años, él/ella no notaría ningún momento o evento especial en el que pudiera decir dónde deja de ser dinosaurio y empieza a ser pájaro. En gran parte gracias a los fósiles descubiertos en China, las dos décadas pasadas han supuesto un cambio en nuestro entendimiento de la evolución de las aves. Así las aves están ahora firmemente conectadas con los dinosaurios, convirtiendo a un pollo en un primo lejano de un Tyrannosaurus rex. No sólo eso, sino que T. rex está ahora considerado  más cercano a los pollos que a muchas otras especies de dinosaurios, como por ejemplo Triceratops.

Especies modernas de pájaros, mostrando parte de su asombrosa variabilidad. Arriba a la izquierda: Atlantic puffin (Fratercula arctica); arriba a la derecha: kingfisher (Alcedo atthis); abajo a la izquierda: white stork (Ciconia ciconia);abajo a la derecha: Alpine chough (Pyrrhocorax graculus)
Ronnie Robertson/Flickr (CC BY-SA 2.0), Shahin Olakara/Flickr, Barry Badcock/Flickr, Ed Dunens/Flickr

Sólo evolución

Este tipo de cambios evolutivos por encima del nivel de especie es llamado en ocasiones «macroevolución», en contraste con los cambios genéticos que podemos observar dentro de las especies (a veces llamados «microevolución»). Desgraciadamente, esa dicotomía sugiere que hay dos tipos diferentes de mecanismos en los niveles «micro» y «macro». Esta distinción es a menudo explotada por aquellos que no aceptan la evolución y proclaman que sólo la «microevolución» ocurre alguna vez. Pero la dicotomía es falsa porque no hay mecanismos más allá que aquellos que cambian la proporción de variantes genéticas en una población. Hay sólo evolución, dirigida por mutación, migración, selección y cambio.

Dedicatoria del autor

Este es el último de una seria de tres artículos que me gustaría dedicar al Dr. Dean Madden (1960-2017), quien a finales de 2016 me animó a escribir sobre evolución para «Science in School«. Dean fue amigo, mentor, colega, profesor, diseñador, tipógrafo, apicultor, productor de sidra, productor de chile («chili»), amante del «skinhead reggae», policía de la gramática, usuario de Apple, Whovian, científico loco inmensamente brillante y compañero de travesuras. Adios, y gracias por el pescado.

Nota del editor: Dr. Dean Madden fue un entusiasta simpatizante de «Science in School» desde su concepción y miembro de su junta editorial desde 2005 hasta su muerte en 2017.

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Resources

Author(s)

Dr. Jarek Bryk es profesor de biología molecular de la Universidad de Huddersfield en el norte de Inglaterra, Reino Unido. Enseña genómica y evolución y estudia cómo los cambios de las frecuencias alélicas en poblaciones salvajes del ratón de campo y la mustela. Lo puedes encontrar online en http://bryklab.net o en Twitter como @jarekbryk.


Review

Este artículo es interesante y explica la evolución con palabras simples, sin dificultad o detalles confusos. Cada fenómeno o cuestión mencionada incluye ejemplos claros, dejando al lector con el deseo de leer mucho más sobre la dinámica del proceso de evolución. A través del artículo, los estudiantes pueden ser motivados a pensar sobre la evolución como un principio importante del vasto dominio de la biología y entender que la evolución se lleva a cabo mediante mecanismos específicos, actuando en periodos de tiempo largos o cortos, dependiendo del ciclo vital de los diferentes organismos.

Algunas cuestiones de comprensión que pueden preguntarse a los estudiantes serían:

  • ¿Cómo surgen nuevas especies?
  • ¿Cómo se conecta la evolución de los dinosaurios con la evolución de las aves?
  • ¿Es la evolución un fenómeno lento en el tiempo?
  • ¿Qué es una zona híbrida?
  • ¿Está la evolución conectada con la dieta?
  • ¿Qué significa la adaptación medio ambiental?

Alina Giantsiou-Kyriakou, profesora de biología, Instituto Lyvadia, Chipre




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