La evolución de las especies
Paseando por la Rambla de Montevideo te cruzás con un chihuahua y un gran danés. No se parecen en nada: uno cabe en una mochila y el otro te mira a los ojos. Sin embargo, son la misma especie. En cambio, un caballo y un burro se parecen bastante, pero son especies distintas. ¿Qué criterio decide cuándo dos poblaciones son una sola especie o ya son dos? Y, sobre todo, ¿cómo se pasa de una a dos? Esa es la pregunta de esta página.
El concepto de especie
El caballo y el burro sí pueden cruzarse: su cría es la mula. Pero la mula es estéril, no puede tener descendencia. Ahí está la clave.
Poblaciones, comunidades y barreras
El criterio de especie se aplica a poblaciones: grupos de individuos de la misma especie que viven en un mismo lugar y se cruzan entre sí, como todos los gorriones de la plaza Independencia. Una comunidad reúne a las poblaciones de todas las especies de un lugar (gorriones, palomas, plátanos, hormigas). Esos seres vivos no se cruzan entre sí, así que no tiene sentido preguntarse si una comunidad es «una especie».
Una barrera geográfica puede ser una cordillera, un río que cambia de curso o un brazo de mar. En los tres casos impide que los individuos de ambos lados se encuentren y se crucen, y el flujo de genes se corta.
El aislamiento reproductivo puede aparecer de varias formas: las hembras prefieren a los machos con cierto color o canto (elección de pareja), cada grupo se reproduce en otra época o en otro lugar, o la cría híbrida es estéril, como la mula. Por eso unas moscas criadas durante cientos de generaciones en un laboratorio, que ya apenas se cruzan con las silvestres, tienen un aislamiento reproductivo en formación y van camino a ser otra especie. Para afirmarlo, falta comprobar que su descendencia con las silvestres no es fértil.
Explicá qué es una especie según el criterio biológico (cruce con descendencia fértil) y poné un ejemplo de dos animales emparentados que pertenecen a especies distintas.
Explicá qué es una especie según el criterio biológico (cruce con descendencia fértil) y poné un ejemplo de dos animales emparentados que pertenecen a especies distintas.
Distinguí entre población y comunidad con un ejemplo del mismo lugar: todos los gorriones de un parque frente a todos los seres vivos de ese parque. ¿Por qué el concepto…
Distinguí entre población y comunidad con un ejemplo del mismo lugar: todos los gorriones de un parque frente a todos los seres vivos de ese parque. ¿Por qué el concepto de especie se aplica a poblaciones y no a comunidades?
Distinguí entre aislamiento geográfico y aislamiento reproductivo, y explicá por qué el segundo es el que marca que dos poblaciones ya son especies diferentes.
Distinguí entre aislamiento geográfico y aislamiento reproductivo, y explicá por qué el segundo es el que marca que dos poblaciones ya son especies diferentes.
Cómo se forma una nueva especie
La especiación es el proceso por el cual una población da origen a una o más especies nuevas. Hay dos caminos principales.
Las etapas de la especiación alopátrica son:
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Una población única ocupa un territorio.
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Una barrera geográfica la divide en dos y se interrumpe el flujo de genes.
-
En cada lado aparecen mutaciones distintas y la selección natural actúa en ambientes algo diferentes.
-
Tras muchas generaciones, las poblaciones han divergido tanto que, si se reencuentran, ya no producen descendencia fértil: son dos especies.
Para saber si dos grupos separados ya son especies distintas, se comprueba si, al juntarlos, se cruzan y tienen descendencia fértil.
Observá el esquema, que muestra tres etapas en la evolución de una población que queda dividida por una barrera geográfica. ¿Qué es la especiación? Explicá, etapa por…
Observá el esquema, que muestra tres etapas en la evolución de una población que queda dividida por una barrera geográfica. ¿Qué es la especiación? Explicá, etapa por etapa, cómo el aislamiento geográfico puede conducir a la formación de una nueva especie, e indicá qué comprobarías en los dos grupos señalados con ? para saber si ya son especies distintas.
A cada lado del Gran Cañón viven especies de ardillas muy parecidas pero distintas. Explicá qué tipo de especiación ilustra este ejemplo y reconstruí el proceso que la…
A cada lado del Gran Cañón viven especies de ardillas muy parecidas pero distintas. Explicá qué tipo de especiación ilustra este ejemplo y reconstruí el proceso que la originó.
Algunas moscas ponen sus huevos en manzanos y otras, muy emparentadas con ellas, en espinos, y cada grupo se cruza casi siempre dentro de su planta. Explicá qué es la…
Algunas moscas ponen sus huevos en manzanos y otras, muy emparentadas con ellas, en espinos, y cada grupo se cruza casi siempre dentro de su planta. Explicá qué es la especiación simpátrica y en qué se diferencia del caso clásico de la barrera geográfica.
Ritmo de la evolución: gradualismo y equilibrio puntuado
Los fósiles muestran largos períodos casi sin cambios y, de pronto, formas nuevas. ¿Las especies cambian de a poquito todo el tiempo o a saltos?
Ninguno de los dos modelos niega la selección natural: discuten el ritmo. Como muchos organismos no se fosilizan, el registro fósil tiene huecos y hay que interpretarlo con cuidado. Según el linaje, puede darse un ritmo o el otro.
Una ilustración clásica de un libro antiguo muestra la evolución del caballo como una fila india: el pequeño Hyracotherium* (de cuatro dedos, ramoneador en bosques)…
Una ilustración clásica de un libro antiguo muestra la evolución del caballo como una fila india: el pequeño Hyracotherium (de cuatro dedos, ramoneador en bosques) camina detrás de formas intermedias que van aumentando de tamaño y perdiendo dedos de manera constante hasta llegar al caballo moderno (Equus, de gran alzada, corredor de praderas con un único dedo). El pie de foto dice: «La evolución sigue una dirección fija hacia formas más grandes, complejas y perfectas». Rebatí esta afirmación señalando al menos dos errores conceptuales y justificá por qué los paleontólogos representan hoy la filogenia del caballo como un arbusto ramificado adaptado a cambios climáticos y no como una escalera progresiva.
La selección natural cambia las poblaciones
La especiación necesita que las poblaciones cambien. El principal motor de ese cambio es la selección natural, que actúa en tres pasos:
-
Variabilidad: los individuos de una población son distintos entre sí y parte de esas diferencias es hereditaria (viene de mutaciones y de la reproducción sexual).
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Supervivencia y reproducción diferencial: en cada ambiente, unos rasgos dan más probabilidad de sobrevivir y dejar descendientes.
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Herencia: los descendientes heredan esos rasgos, así que en la siguiente generación el rasgo ventajoso es más frecuente.
Veámoslo con números. En una población de 100 escarabajos hay 50 claros y 50 oscuros. Las aves ven mejor a los claros sobre la corteza oscura. Suponé que sobrevive el 40 % de los claros y el 80 % de los oscuros, y que los sobrevivientes se reproducen hasta volver a 100 individuos con el mismo color que sus padres.
| Generación | Claros | Oscuros | % de claros |
|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 50 | 50 % |
| 1 | 33 | 67 | 33 % |
| 2 | 20 | 80 | 20 % |
Cada generación los claros pierden terreno: el color oscuro se vuelve más frecuente. Nadie "decidió" cambiar de color: el ambiente solo filtró lo que ya existía.
En una población de escarabajos hay individuos con caparazones más claros y más oscuros, y los depredadores ven mejor los claros sobre la corteza oscura de los árboles.…
En una población de escarabajos hay individuos con caparazones más claros y más oscuros, y los depredadores ven mejor los claros sobre la corteza oscura de los árboles. Explicá paso a paso cómo actuará la selección natural sobre la frecuencia de cada color en las siguientes generaciones.
Un paciente diagnosticado con una infección bacteriana interrumpe a los 4 días un tratamiento antibiótico recetado para 10 días porque ya no tiene síntomas. A las dos…
Un paciente diagnosticado con una infección bacteriana interrumpe a los 4 días un tratamiento antibiótico recetado para 10 días porque ya no tiene síntomas. A las dos semanas, la infección reaparece con mayor agresividad y el mismo antibiótico resulta ineficaz. Su familiar afirma: «Las bacterias se acostumbraron al medicamento para sobrevivir y ahora se hicieron inmunes». Rebatí la afirmación de su familiar basándote en la teoría de la selección natural y predecí razonadamente cómo habrán cambiado las frecuencias de bacterias sensibles y resistentes en la población bacteriana entre el inicio del tratamiento, el día 4 y la recaída.
El pez subterráneo Astyanax mexicanus* carece de ojos funcionales y de pigmentación, a diferencia de los individuos de la misma especie que habitan en ríos iluminados en…
El pez subterráneo Astyanax mexicanus carece de ojos funcionales y de pigmentación, a diferencia de los individuos de la misma especie que habitan en ríos iluminados en la superficie. Un alumno propone dos hipótesis: 1) «Al vivir en la oscuridad, dejaron de usar los ojos, estos se atrofiaron y heredaron esa falta de visión sus descendientes»; 2) «Perder órganos no puede ser evolución por selección natural, porque evolucionar siempre consiste en ganar estructuras más complejas». Rebatí ambas hipótesis: demostrá el error lamarckista de la primera y justificá, en términos de costo metabólico y balance energético en un medio con poco alimento, por qué la atrofia ocular y pigmentaria pudo suponer una ventaja adaptativa.
Radiación adaptativa y biodiversidad
La especiación también explica nuestro propio linaje: el género Homo no fue una sola especie en una línea recta, sino un conjunto de especies (H. erectus, H. neanderthalensis, H. sapiens, entre otras) que se originaron por especiación, en algunos períodos convivieron y casi todas se extinguieron. Con ellas se aplica el mismo criterio biológico de especie, aunque en los fósiles no se puede comprobar si había descendencia fértil: por eso se recurre al ADN y a la anatomía. Hubo cruces entre H. sapiens y neandertales, un caso de límites difusos entre especies.
En las islas Galápagos viven más de una docena de especies de pinzones con picos muy distintos (gruesos para partir semillas, finos para cazar insectos, largos para tomar néctar). Todas descienden de una población fundadora que llegó del continente. ¿Cómo una sola especie se convierte en tantas?
Convergencia evolutiva
Biodiversidad
El resultado de miles de millones de años de especiación (y de extinciones) es la biodiversidad.
En Uruguay, las praderas, los bañados de Rocha y los montes del río Uruguay conviven en un territorio pequeño, y esa variedad se estudia en la Facultad de Ciencias y en el Museo Nacional de Historia Natural.
Explicá qué es una radiación adaptativa y describila con el ejemplo de los pinzones de las islas Galápagos: de una especie ancestral llegada del continente surgieron…
Explicá qué es una radiación adaptativa y describila con el ejemplo de los pinzones de las islas Galápagos: de una especie ancestral llegada del continente surgieron varias especies con picos adaptados a distintos alimentos.
Explicá por qué las islas se consideran «laboratorios naturales de evolución»: qué papel juegan el aislamiento, los ambientes nuevos con pocos competidores y las…
Explicá por qué las islas se consideran «laboratorios naturales de evolución»: qué papel juegan el aislamiento, los ambientes nuevos con pocos competidores y las radiaciones adaptativas. Poné un ejemplo (Galápagos, Canarias o Madagascar).
El tiburón (pez), el pingüino (ave) y el delfín (mamífero) tienen un cuerpo hidrodinámico muy parecido sin ser parientes cercanos. Explicá qué es la convergencia…
El tiburón (pez), el pingüino (ave) y el delfín (mamífero) tienen un cuerpo hidrodinámico muy parecido sin ser parientes cercanos. Explicá qué es la convergencia evolutiva, cómo ambientes similares seleccionan soluciones parecidas y por qué la semejanza no indica parentesco.
La deriva genética
La selección natural no es el único mecanismo evolutivo. La deriva genética es el cambio al azar de las frecuencias de los alelos de una generación a otra, sin relación con que el alelo sea ventajoso o no. Pesa mucho más en poblaciones pequeñas: igual que 10 tiradas de moneda dan resultados muy desparejos, y 10.000 tiradas se acercan al 50 %.
Un caso típico es el efecto fundador: unos pocos individuos colonizan un lugar nuevo y llevan solo una muestra al azar de los alelos de la población original.
En una isla oceánica recién formada tras una erupción, una tormenta arrastra una pequeña balsa de vegetación con 8 escarabajos de una especie continental (6 verdes y 2…
En una isla oceánica recién formada tras una erupción, una tormenta arrastra una pequeña balsa de vegetación con 8 escarabajos de una especie continental (6 verdes y 2 marrones). En el continente viven millones de estos escarabajos, donde el 95 % son marrones camuflados y solo el 5 % son verdes, ya que las aves depredan con facilidad a los verdes. Al cabo de varias generaciones, en la isla (donde no existen aves depredadoras) el 75 % de los escarabajos son verdes. Justificá a qué mecanismo evolutivo se debe la diferencia inicial y predecí cómo influirá la deriva genética frente a la selección natural si la población de la isla sigue siendo reducida.
Detrás de la evolución: el ADN
Todo lo anterior descansa en la información genética. Antes de cada división celular el ADN se copia (replicación) y, para producir un rasgo, se expresa: se transcribe a ARN y se traduce a proteínas. Si en la copia ocurre un error, aparece una mutación; si esta altera una proteína, puede cambiar un rasgo, y la selección natural podrá actuar sobre él. Así, la replicación, la expresión de los genes y sus errores son el fundamento molecular de la herencia y de la variabilidad que alimenta la evolución. Más detalles en las páginas «Las mutaciones» y «La expresión génica».
Extinción y límites entre especies
Una extinción es la desaparición completa de una especie. Una extinción masiva ocurre cuando, en poco tiempo geológico, desaparece gran parte de las especies del planeta. Hace unos 66 millones de años, el impacto del asteroide de Chicxulub, en Yucatán, marcó el final de los dinosaurios no avianos y de muchas especies más. Hoy la pérdida de biodiversidad se debe sobre todo a la destrucción de hábitats, las especies invasoras, la sobreexplotación y el cambio climático. En el actual Uruguay se extinguieron hace miles de años los gliptodontes y los perezosos gigantes, y hoy el venado de campo es un ejemplo de especie amenazada.
Además, los límites entre especies no siempre son nítidos. Osos polares y osos pardos pueden hibridar y tener crías fértiles, y aun así se les considera especies distintas por sus diferencias ecológicas, anatómicas y genéticas. El criterio biológico es una herramienta útil, pero la naturaleza no siempre traza líneas perfectas.
Cuando dos poblaciones que se estaban separando vuelven a cruzarse, el flujo génico mezcla sus alelos. Si los híbridos son fértiles y el contacto es constante, las diferencias se diluyen y las adaptaciones propias de cada especie (por ejemplo, las del oso polar al hielo) pueden perderse con el tiempo. Si el hielo desapareciera, el oso polar podría quedar absorbido por la población de osos pardos.
Las barreras reproductoras también pueden depender del ambiente. En el lago Victoria, las hembras de cíclidos eligen a los machos por su color, y esa elección mantiene separadas a cientos de especies. Si el agua se enturbia, ya no distinguen los colores, se cruzan entre especies y las diferencias genéticas se mezclan: las especies se funden en poblaciones híbridas, baja el número de especies diferenciadas y se pierde la diversidad genética que las distinguía.
En el lago Victoria coexisten cientos de especies de cíclidos originadas en apenas 15.000 años gracias a la explotación de micronichos y a que las hembras eligen a los…
En el lago Victoria coexisten cientos de especies de cíclidos originadas en apenas 15.000 años gracias a la explotación de micronichos y a que las hembras eligen a los machos guiadas visualmente por patrones de coloración muy vivos en aguas transparentes. En las últimas décadas, los vertidos y la deforestación han enturbiado gravemente el agua del lago. Predecí y justificá qué consecuencias evolutivas inmediatas tiene la pérdida de visibilidad sobre las barreras reproductoras entre especies de cíclidos y razoná qué ocurrirá con la diversidad genética y el número de especies diferenciadas.
El oso polar (Ursus maritimus*) y el oso pardo (Ursus arctos*) divergieron hace unos 500.000 años y presentan adaptaciones morfológicas y metabólicas muy distintas.…
El oso polar (Ursus maritimus) y el oso pardo (Ursus arctos) divergieron hace unos 500.000 años y presentan adaptaciones morfológicas y metabólicas muy distintas. Debido al retroceso del hielo ártico, sus áreas de distribución se solapan cada vez más y se han documentado híbridos fértiles en libertad («osos grolar»). Con estos datos: a) Cuestioná las limitaciones del concepto biológico de especie aplicado a este caso. b) Predecí y justificá qué consecuencias genéticas a largo plazo podría tener este flujo génico para la conservación de las adaptaciones específicas del oso polar si el hielo sigue desapareciendo.
Volvé al principio: un chihuahua y un gran danés son una sola especie porque pueden cruzarse y tener descendencia fértil, mientras que el caballo y el burro, cuya mula es estéril, son dos. Y las especies nuevas surgen cuando el aislamiento deja que cada población acumule cambios, hasta que ya no pueden mezclarse.