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Evolución El Legado de Darwin - Instituto de Ecología

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EvoluciónEl Legado de DarwinFrancisco Molina FreanerInstituto de Ecología, UNAM, Hermosillo, Sonorafreaner@unam.mxEl síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA)es una de las epidemias más devastadoras que haexperimentado la especie humana. Esta enfermedad escausada por el virus de inmunodeficiencia humana(VIH). Existen en la actualidad varias cepas ovariantes del VIH que han infectado a millones deseres humanos. El VIH ataca a componentes delsistema inmune de los seres humanosllamados macrófagos y células T. Durante elproceso de infección, el virus usa lamaquinaria bioquímica y la energía de estascélulas huésped para hacer copias de sí mismoy termina matándolas; de esta manera debilitaal sistema inmune disminuyendo la defensaante patógenos que normalmente no son unproblema en personas sanas. El colapso delsistema inmune conduce al síndromeconocido como SIDA y las personas con estesíndrome generalmente mueren en pocos añosdebido a infecciones de bacterias y hongosque su organismo no pudo combatir.Para combatir el SIDA se han empleadomedicamentos que inhiben la actividad enzimática, esdecir la maquinaria bioquímica de este virus. El uso deeste tipo de medicamentos en pacientes con SIDAtiene buenos resultados iniciales, pues se inhibe lamultiplicación del virus. Sin embargo, con el tiempo,los pacientes que usan continuamente estosmedicamentos dejan de responder positivamente.Ahora sabemos que el material genético de este viruscambia (muta) rápidamente y que la población departículas virales se vuelve resistente a losmedicamentos que se usan continuamente. ¿Quémecanismo es el responsable de que el VIH se vuelvaresistente a los medicamentos? ¿Pueden laspoblaciones virales evolucionar rápidamente enrespuesta a nuevos medicamentos?Hace 150 años, el gran naturalista inglés CharlesDarwin (1809-1882) concibió un mecanismo claro ysencillo para explicar la evolución de las especies. En1859, Darwin publicó su obra más importante, ¨ElOrigen de las Especies¨, donde propuso dos grandeshipótesis: 1) su tesis de la descendencia conmodificación que postula que todos los seres vivosdescienden de ancestros comunes y 2) el mecanismoresponsable de la evolución de las especies, al quellamó selección natural. La idea de que los seres vivosevolucionan no era nueva en el siglo XIX. Variosnaturalistas anteriores a Darwin (por ejemploLamarck) habían sugerido que los seres vivosevolucionan. Sin embargo, los mecanismos propuestospara explicar la evolución no tuvieron aceptación. Lagran aportación de Darwin consistió en proponer quetodos los seres vivos están relacionados entre síporque tienen antepasados comunes y proponer unmecanismo convincente de cómo ocurre el proceso deevolución y cómo se originan las especies.Figura 1.- Esquema de la descendencia con modificación de acuerdo aDarwin, representado como un árbol filogenético. Los linajes(especies) descienden de ancestros comunes y se modifican a lo largodel tiempo. Modificada de Futuyma (2005).Darwin argumentó que todas las especies, vivas oextintas, han descendido de una o más formasoriginales de vida. Las especies que divergen deancestros comunes son inicialmente similares entre sí,pero con el paso del tiempo acumulan diferenciasnotables entre ellas (Figura 1). Darwin propuso quetodas las especies divergen de ancestros comunes yque la historia de los seres vivos puede representarsecomo un árbol genealógico. Los seres humanospodemos entender claramente que los ancestroscomunes que compartimos con nuestros hermanos sonnuestros padres y que los antepasados comunes quecompartimos con nuestros primos hermanos sonnuestros abuelos, y visualizar así nuestra genealogíamás cercana. Nos resulta un poco difícil visualizar losancestros comunes que compartimos con otros sereshumanos que no sean nuestros parientes cercanosNuestra Tierra • Número 11 • Primavera 2009 • página 5


porque no conocemos a los antepasados más antiguos.Sin embargo, toda la evidencia disponible indica quelos miembros de la especie humana compartimosancestros comunes. A pesar de la gran diversidad deorganismos que existen en nuestro planeta, todos losseres vivos compartimos atributos básicos tales comolas rutas bioquímicas que usamos para producirenergía o el código de nuestro material genético. Estonos indica que todos los seres vivos tenemos ancestroscomunes que nos transmitieron estos atributos. Hoyen día se usa la similitud de secuencias del materialgenético (ácido desoxirribonucleico, ADN, o ácidoribonucleico, ARN) para medir la cercanía entre lasespecies y así saber qué especies compartieronancestros comunes más recientes. En el caso del VIH,los estudios que comparan el material genético de lascepas del virus que infecta humanos y el de los virusde inmunodeficiencia de simios (VIS) han permitidoidentificar que las cepas del VIH comparten ancestroscomunes muy recientes con cepas del virus que infectaa chimpancés y otros simios.Figura 2.- Contraste entre el modelo transformacional y el modelovariacional de cambio evolutivo. En cada generación, los individuos serepresentan en etapas tempranas y tardías del ciclo de vida. Losindividuos de la columna de la izquierda descienden de los individuosde la generación previa. En el modelo transformacional, los individuosse modifican a lo largo de su vida y su descendencia nace con esasmodificaciones. En el modelo variacional, los variantes que nacen nocambian a lo largo de su vida; difieren en su capacidad para sobreviviry reproducirse y por tanto sus proporciones cambian de generación engeneración. Modificada de Futuyma (2005).De acuerdo a Richard Lewontin, existen dosmodelos básicos de cambio evolutivo (Fig. 2). En elmodelo transformacional, el conjunto de individuosevoluciona porque cada elemento individualexperimenta una transformación similar. La evoluciónestelar es un ejemplo de modelo transformacionalporque cada estrella experimenta el mismo conjuntogeneral de transformaciones de masa y temperaturadurante su vida, desde que nace hasta su últimocentelleo. El modelo pre-darwiniano de Lamarcktambién es un ejemplo de modelo transformacionalporque de acuerdo a Lamarck, las especiesevolucionan porque cada uno de sus miembrosindividuales, a través del deseo y un impulso interior,cambia para responder a las exigencias del ambiente.En contraste, en el modelo concebido por Darwinexiste variación en las propiedades de cada uno de loselementos integrados en el conjunto y el grupoevoluciona por un proceso en el que algunos variantespersisten y se reproducen mientras que otros seextinguen (Figura 2). Bajo este modelo variacional, laevolución se produce por el cambio de las frecuenciasde los diferentes variantes y no por un conjunto detransformaciones de cada individuo. Así, la evoluciónse define como el cambio en la composición genéticade las poblaciones a través del tiempo. En el modelodarwiniano variacional, la variación surge por causasindependientes de cualquier efecto que pueda tener enel individuo que la posea. Es decir, las fuerzas internasque originan la variación son causalmenteindependientes de las fuerzas externas que lasseleccionan. Estos componentes internos y externosahora los interpretamos como el gen y el ambiente. Lamutación genera variantes y el ambiente determinaqué variantes desaparecen y cuáles persisten y semultiplican a través del tiempo; el gen propone y elambiente dispone. En el caso del VIH, las mutacionesque producen cambios en el material genético viralson independientes del efecto que tienen en eldesempeño de las partículas virales de pacientes conSIDA. En pacientes bajo tratamiento conmedicamentos, algunas mutaciones podrán poner a laspartículas virales en desventaja y se eliminaránrápidamente, otras mutaciones podrán ser neutrales yno proporcionarán ventaja alguna; y finalmente,algunas podrán proporcionar ventajas y semultiplicarán más rápido que los otros variantes. Estoúltimo es lo que subyace a la evolución de laresistencia a medicamentos.Hoy en día sabemos que las condiciones necesariasy suficientes para que los organismos evolucionen porselección natural son: a) que exista variación en algúnNuestra Tierra • Número 11 • Primavera 2009 • página 6


atributo o característica de los organismos, b) que estavariación tenga un efecto en el desempeño,sobrevivencia o reproducción de los portadores y c)que los variantes sean heredables, es decir, que setransmitan a la descendencia. Sin estas trescondiciones no hay evolución por selección natural.Los organismos pueden exhibir variación que afectealgún aspecto de su desempeño o reproducción, perosi estos variantes no son heredables, no hay evoluciónpor selección natural. De igual forma, los seres vivospueden mostrar variación heredable pero si estosvariantes no afectan algún aspecto del desempeño delos portadores, no habrá evolución por selecciónnatural. Existen procesos que cambian la composicióngenética de las poblaciones sin la intervención de laselección natural. Por ejemplo, en poblaciones muypequeñas puede cambiar la composición de losvariantes que existen en la población por procesosaleatorios; de igual forma, la colonización de un nuevohábitat a partir de pocosindividuos fundadorespuede modificar lacomposición genética através de un mecanismodiferente a la selecciónnatural. Sin embargo, elmecanismo responsable de laadaptación de losorganismos a su ambiente esla selección natural. Antes deDarwin, las adaptaciones delos organismos a su ambientese atribuían a un diseñadorsobrenatural, a un dios quecreó a todos los seres vivos;donde había diseño había undiseñador. Darwin reemplazóesta explicación sobrenaturalpor un mecanismo natural,removiendo del dominio de lareligión la explicación delorigen de las adaptaciones y los seres vivos. ParaDarwin, el proceso de selección de variantes era el queproducía la adaptación del organismo al ambiente. Enel esquema darwiniano, el ambiente presenta¨problemas¨ que cambian regular o esporádicamente ylos organismos desarrollan ¨soluciones¨ para estosproblemas. En la lucha por la existencia, la selecciónde los variantes más eficientes en el uso de losrecursos o en el escape de depredadores produce unaFigura 3.- Imagen de una mantis mimética de florescomo un ejemplo de adaptación de los organismos a suambiente. Este insecto se asemeja a las flores donde vivey pasa desapercibido por sus depredadores y las presasde las cuales se alimenta. Los variantes de esta mantisque más se asemejan a las flores sobreviven y sereproducen más que aquellos con menor similitud,adaptándose al entorno donde viven por slecciónnatural. Reproducida con permiso del Dr. E. S. Ross,Academia de Ciencias de California.evolución adaptativa, es decir, una evolución quemodifica la composición de las poblaciones paraajustarlas finamente al ambiente donde viven. Hoy endía llamamos adaptaciones solo a los atributos ovariantes de un atributo de los organismos que fueronproducidos por selección natural para su funciónactual (Figura 3). Es decir, solo aquéllos cuya génesiscausal es la selección natural.La teoría de la evolución constituye un ejeunificador de la biología actual. El genetistaTheodosius Dobzhansky no exageró al afirmar que”nada en biología tiene sentido si no es a la luz de laevolución”. Las ideas de Darwin se consolidaron hastalas décadas de 1930 y 1940 cuando se forjó la síntesismoderna de la evolución. En esta síntesis modernahubo contribuciones de la genética, sistemática,paleontología, botánica y otros campos de la biologíaal hacer compatibles las ideas de Darwin con loshechos de estos campos del conocimiento biológico. Lateoría de la evolución actual seocupa de varios campos queincluyen la historia y las causasde la evolución, entre otros. Elestudio de la historia de laevolución pretende conocer losdetalles de la genealogía de losseres vivos, tales como indagarsi las aves comparten ancestrosmás recientes con losdinosaurios o con otro tipo dereptiles, o si los seres humanosestán más estrechamenterelacionados con los chimpancéso con los orangutanes. Elestudio de la causas de laevolución pretende conocer losmecanismos o procesos quemodulan la evolución de losseres vivos a través del tiempo.La evolución se consideraactualmente como un hecho decerteza comparable con el que la Tierra sea redonda yque los planetas giren alrededor del Sol.La publicación de ¨El Origen de las Especies¨ generómucha polémica. En el siglo XIX la iglesia ejercía unainfluencia dominante y muchas personas creían quetodos los seres vivos habían sido creados por Dios. Losnaturalistas contemporáneos de Darwin estudiaban lanaturaleza con el objeto de entender los principios conlos que Dios había creado a los seres vivos. Las ideasNuestra Tierra • Número 11 • Primavera 2009 • página 7


de Darwin provocaron un choque con esta concepcióndel origen de los seres vivos, sobre todo la idea de quelos seres humanos compartimos ancestros comunescon los simios. Gran parte del rechazo a las ideas deDarwin se debió y se debe a la creencia de queaceptarlas implica negar la existencia de Dios. Sinembargo, la ciencia y la religión se ocupan de esferasdiferentes de la actividad humana. La ciencia se ocupade conocer y explicar las causas materiales que operanen el mundo mientras que la religión se ocupa de losfines, los significados últimos y los valores morales;como dice S.J. Gould: ”la ciencia estudia los cielos y lareligión cómo ir al cielo”. Nuestro conocimiento sobrela evolución de las especies es incompatible con unalectura literal de la Biblia y otros textos religiosos. Sinembargo, la ciencia no puede rechazar o comprobar laexistencia del alma o de Dios por la sencilla razón deque son asuntos que están fuera de su dominio.Muchos biólogos que entienden los límites de laciencia y de la religión no ven un conflicto entre laevolución y la religión. Darwin cambió nuestrasconcepciones sobre el origen e historia de la vida, asícomo nuestro origen y lugar en el planeta. Elconocimiento de cómo evolucionan las especies nospuede transformar en muchos sentidos. Nos muestranuestro lugar en la naturaleza, las conexiones quetenemos con cada servivo y explica nuestroorigen. Algunas personasencuentran esto comoaterrador y otras lovemos como fascinante.Darwin describió labelleza de la evoluciónen el párrafo final delOrigen de las Especies:´Hay grandiosidad enesta concepción de que lavida, con sus diferentesfuerzas, habiendosurgido originalmente deuna o pocas formas,mientras este planeta ha girado de acuerdo con lasleyes de la gravedad, de un comienzo tan sencillo haevolucionado en tantas formas tan hermosas ymaravillosas, y que siguen evolucionando´.Esta visión de los seres vivos constituye el granlegado de Darwin.Nuestra Tierra • Número 11 • Primavera 2009 • página 8Algunas ideas de este ensayo provienen de estas referencias,las cuales se recomiendan a todos aquellos interesados en eltema.Coyne, J.A., 2009, Why evolution is true: New York, Viking Penguin,336 pp.Freeman, S. y Herron, J.C., 2002, Análisis evolutivo: Madrid,Prentice Hall, 703 pp.Futuyma, D.J., 2005, Evolution: Sunderland, Massachusetts, SinauerAssociates Inc., 535 pp.Gould, S.J., 2007, Ciencia versus religión: un falso debate: Barcelona,Drakontos bolsillo, 240 pp.Levins, R. y Lewontin, R., 1985. The dialectical biologist: Cambridge,Massachussets, Harvard University Press, 303 pp.Lewontin, R, 2001, El sueño del genoma humano y otras ilusiones:Barcelona, Paidós, 288 pp.Sánchez Mora, M.C. y Ruiz Gutiérrez, R., 2005, La evolución, antesy después de Darwin: Colección ¿Cómo ves? Número 6, MéxicoD.F., UNAM, 156 pp.HistoriaDarwin el GeólogoMaría Amabel Ortega-RiveraInstituto de Geología, Estación Regional del Noroeste, UNAMamabel@unam.mxSi bien las contribuciones más relevantes de CharlesDarwin (1809–1882) fueronFigura 1. Darwin el Geólogo.Modificada de Darwin Big IdeaBig Exhibition del Museo deHistoria Natural de Inglaterrabiológicas, gran parte de lasobservaciones realizadas porél durante el viaje deexploración del buque de lamarina inglesa HMS Beagle(1831-1836) fueron geológicas.James Secord, profesor deldepartamento de historia yfilosofía de la ciencia de laUniversidad de Cambridgereconoce que más del 75% delas notas escritas por Darwindurante el viaje del Beagle sereferían a sus observacionesgeológicas (Secord, 1991) yque al regreso del viaje, sureputación estuvo principalmente ligada a susconocimientos en el ámbito de la geología, y son pocoslos que saben que antes de convertirse en el célebrebiólogo al publicar Sobre el Origen de las Especies en1859, Darwin además de biólogo era un geólogoconsumado (Figura 1).A bordo del Beagle, Darwin comenzó a confrontarlos estudios teóricos publicados a la fecha sobre

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