La evolución de las especies
En una estancia de Tacuarembó, un caniche toy y un ovejero alemán no se parecen en nada: uno entra en una mochila y el otro te mira a los ojos. Sin embargo, son la misma especie. En cambio, un caballo criollo 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.
Población, comunidad y especie
Una población es el conjunto de individuos de la misma especie que viven en un lugar. Una comunidad es el conjunto de todas las poblaciones de especies distintas que conviven en ese lugar. Por ejemplo, en la Rambla de Montevideo, todos los gorriones forman una población; los gorriones, los horneros, los pastos, los insectos y las bacterias juntos forman una comunidad.
El criterio de especie se aplica a poblaciones porque habla de individuos que se cruzan entre sí. En una comunidad hay especies distintas que no se cruzan, así que no tiene sentido preguntarse si «es una sola especie».
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.
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En cada lado aparecen mutaciones distintas y la selección natural actúa en ambientes algo diferentes.
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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.
Qué impide una barrera geográfica
Una barrera geográfica no cambia los genes: solo impide que los individuos de ambos lados se encuentren y se crucen. Tres ejemplos:
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Una cordillera: los animales de tierras bajas no pueden cruzarla, así que las dos vertientes quedan sin contacto.
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Un río que cambia de curso: parte la población en dos orillas y los individuos que no nadan ni vuelan no pasan al otro lado.
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Un brazo de mar: separa una isla del continente, y los animales terrestres no pueden atravesarlo para cruzarse con los del otro lado.
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.
Reto del tema. Citá tres ejemplos de barreras geográficas que pueden dividir una población de seres vivos (por ejemplo, una cordillera, un río que cambia de curso o un…
Reto del tema. Citá tres ejemplos de barreras geográficas que pueden dividir una población de seres vivos (por ejemplo, una cordillera, un río que cambia de curso o un brazo de mar) y explicá qué impide exactamente cada barrera a los individuos de ambos lados.
Se valorará que nombres tres barreras geográficas distintas y que expliques que impiden que los individuos de ambos lados se encuentren y se crucen entre sí.
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.
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:
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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.
Cuando cambia la elección de pareja
En muchas especies las hembras eligen a los machos por el color, el canto o la danza. Esa elección es una barrera reproductora de comportamiento: dos especies parecidas no se cruzan porque cada una reconoce solo las señales de la suya. Si el ambiente cambia y la señal deja de verse (por ejemplo, un agua que se enturbia por contaminación), la elección falla, las especies se cruzan entre sí, sus genes se mezclan y las diferencias entre ellas se van borrando. La diversidad de especies puede bajar sin que ninguna haya muerto.
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.
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.
Radiación adaptativa y biodiversidad
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?
Biodiversidad
El resultado de miles de millones de años de especiación (y de extinciones) es la biodiversidad.
Uruguay es un país chico, pero tiene mucha variedad de ambientes. Áreas protegidas como Laguna de Rocha o Cabo Polonio, dentro del SNAP, ayudan a conservar esa riqueza.
Definí biodiversidad y nombrá sus tres niveles, poniendo un ejemplo de cada uno.
Definí biodiversidad y nombrá sus tres niveles, poniendo un ejemplo de cada uno.
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).
La evolución no tiene meta
El tiburón (un pez), el pingüino (un ave) y el delfín (un mamífero) nadan en aguas cercanas a Rocha y tienen un cuerpo alargado y liso muy parecido. ¿Son parientes cercanos? ¿Y hacia dónde «va» la evolución?
¿Por qué? En el agua, un cuerpo hidrodinámico gasta menos energía para nadar y escapar de depredadores, así que en los tres linajes sobrevivieron y dejaron más descendientes los individuos con esa forma. Por eso la semejanza externa no prueba parentesco: para saber quién es pariente de quién se comparan los esqueletos, los órganos internos y el ADN.
Tampoco evolucionar significa siempre ganar estructuras. Si un órgano cuesta energía y no sirve, perderlo puede ser una ventaja.
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.
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 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 una 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.
Variabilidad y flujo génico
La variabilidad genética es el seguro de una población. Un cultivo clonado, con todas las plantas idénticas, rinde bien en las condiciones para las que fue elegido, pero si llega una plaga nueva a la que es sensible, todas las plantas son igual de vulnerables y se pierde el cultivo entero. En una población diversa, algunas plantas suelen resistir, sobreviven y se multiplican. Por eso conviene que las poblaciones naturales conserven variabilidad: nadie sabe qué cambios del ambiente vendrán.
El flujo génico es el paso de genes de una población a otra cuando sus individuos se cruzan. Si dos grupos se hibridan con frecuencia, sus genes se mezclan y las diferencias entre ellos (por ejemplo, adaptaciones a ambientes distintos) tienden a diluirse. Si el cruce es poco frecuente, cada grupo puede conservar sus rasgos.
Un centro de investigación agrícola produce una variedad de trigo clonado (genéticamente idéntico en un 100 %) que rinde un 40 % más que cualquier variedad tradicional…
Un centro de investigación agrícola produce una variedad de trigo clonado (genéticamente idéntico en un 100 %) que rinde un 40 % más que cualquier variedad tradicional bajo sequía moderada. El agrónomo afirma: «Hemos alcanzado el fenotipo óptimo; eliminar la variabilidad genética de nuestros campos es la estrategia evolutiva más segura a largo plazo». Predecí razonadamente qué ocurrirá con este cultivo si aparece una nueva plaga fúngica imprevista, frente a un cultivo tradicional diverso, y justificá por qué, en ambientes cambiantes, conservar variabilidad genética resulta ventajoso para las poblaciones naturales en lugar de homogeneizarse en un único tipo supuestamente óptimo.
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.
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.
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.
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. Hubo extinciones masivas al final del Pérmico (hace unos 252 millones de años, la mayor de todas) y al final del Cretácico (hace unos 66 millones de años, cuando desaparecieron los dinosaurios no avianos).
Hoy la pérdida de biodiversidad se acelera por la actividad humana. Cada causa actúa así:
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Destrucción de hábitats: si la pradera o el monte se transforman, las especies que vivían allí pierden refugio y alimento.
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Especies invasoras: el ligustro, el jabalí o la rana toro compiten con las nativas o se las comen.
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Sobreexplotación: si se pesca o se caza más rápido de lo que la especie se reproduce, la población baja hasta desaparecer.
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Contaminación: por ejemplo, los vertidos a los arroyos favorecen las floraciones de cianobacterias y matan peces.
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Cambio climático: cambia la temperatura y las lluvias más rápido de lo que muchas especies se adaptan.
La tasa de extinción «de fondo» se estima en 1 especie por cada millón al año. La actual, por acción humana, sería entre 100 y 1.000 veces mayor. Tras las grandes extinciones masivas, la biodiversidad tardó entre 5 y 10 millones de años en recuperarse por radiación adaptativa. Las especies nuevas aparecen tan lentamente que no alcanzan a compensar las que se pierden hoy, así que el árbol de la vida quedaría más pobre durante millones de años.
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.
Explicá qué es una extinción y cuándo se habla de extinción masiva, citando dos ejemplos de la historia de la Tierra (por ejemplo, la del final del Pérmico o la que…
Explicá qué es una extinción y cuándo se habla de extinción masiva, citando dos ejemplos de la historia de la Tierra (por ejemplo, la del final del Pérmico o la que acabó con los dinosaurios al final del Cretácico).
Citá las principales causas por las que las actividades humanas aceleran hoy la pérdida de biodiversidad (destrucción de hábitats, especies invasoras, sobreexplotación,…
Citá las principales causas por las que las actividades humanas aceleran hoy la pérdida de biodiversidad (destrucción de hábitats, especies invasoras, sobreexplotación, contaminación y cambio climático) y explicá brevemente cómo actúa cada una.
La tasa de extinción fósil natural («de fondo») se estima en 1 especie por cada millón de especies al año, mientras que la tasa actual debida a la acción humana es entre…
La tasa de extinción fósil natural («de fondo») se estima en 1 especie por cada millón de especies al año, mientras que la tasa actual debida a la acción humana es entre 100 y 1.000 veces mayor. Sabiendo que tras las grandes extinciones masivas del pasado (como la del Pérmico o el Cretácico) la biosfera tardó entre 5 y 10 millones de años en recuperar su biodiversidad mediante radiación adaptativa, analizá y justificá por qué el ritmo actual de destrucción de hábitats no puede ser amortiguado por la aparición de nuevas especies y qué impacto tendrá esto a escala geológica en el árbol de la vida.
Volvé al principio: un caniche toy y un ovejero alemán 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.