21.1: Evidencia de evolución

La evidencia de evolución es convincente y extensa. Al observar todos los niveles de organización en los sistemas vivos, los biólogos ven la firma de la evolución pasada y presente. Darwin dedicó gran parte de su libro, Sobre el origen de las especies, a identificar patrones en la naturaleza que fueran consistentes con la evolución, y desde Darwin, nuestra comprensión se ha vuelto cada vez más clara.

Fósiles

Los fósiles proporcionan evidencia sólida de que los organismos del pasado no son los mismos que los encontrados hoy en día, y los fósiles muestran una progresión de la evolución. Los científicos determinan la edad de los fósiles y los categorizan de todo el mundo para determinar cuándo vivían los organismos en relación entre sí. El registro fósil resultante cuenta la historia del pasado y muestra la evolución de la forma a lo largo de millones de años. Por ejemplo, los científicos han recuperado registros altamente detallados que muestran la evolución de humanos y caballos (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): En esta (a) exhibición, los homínidos fósiles están dispuestos desde los más antiguos (abajo) hasta los más nuevos (arriba). A medida que evolucionaron los homínidos, la forma del cráneo cambió. La interpretación de un artista de (b) especies extintas del género Equus revela que estas especies antiguas se parecían al caballo moderno (Equus ferus) pero variaban en tamaño. (crédito: “Fossil evidence” de OpenStax está licenciado bajo CC BY 4.0)

Anatomía y Embriología

Otro tipo de evidencia para la evolución es la presencia de estructuras en organismos que comparten la misma forma básica. Por ejemplo, los huesos en los apéndices de un ser humano, un perro, un pájaro y una ballena comparten la misma construcción general (Figura\(\PageIndex{2}\)) resultante de su origen en los apéndices de un ancestro común. Con el tiempo, la evolución condujo a cambios en las formas y tamaños de estos huesos en diferentes especies, pero han mantenido el mismo diseño general. Los científicos llaman a estas partes sinónimos estructuras homólogas.

Figura\(\PageIndex{2}\): La construcción similar de estos apéndices indica que estos organismos comparten un ancestro común. (Crédito: “estructuras homólogas” de OpenStax está licenciado bajo CC BY 4.0)

Algunas estructuras existen en organismos que no tienen ninguna función aparente en absoluto y parecen ser partes residuales de un ancestro común pasado. Estas estructuras no utilizadas sin función se denominan estructuras vestigiales. Otros ejemplos de estructuras vestigiales son alas en aves no voladoras, hojas en algunos cactus y huesos de patas traseras en ballenas.

Otra evidencia de evolución es la convergencia de la forma en organismos que comparten ambientes similares. Por ejemplo, especies de animales no emparentados, como el zorro ártico y el ptarmigan, que viven en la región ártica, han sido seleccionadas para fenotipos blancos estacionales durante el invierno para mezclarse con la nieve y el hielo (Figura\(\PageIndex{3}\)). Estas similitudes ocurren no por la ascendencia común, sino por presiones de selección similares, los beneficios de no ser vistos por los depredadores.

Figura\(\PageIndex{3}\): El abrigo de invierno blanco del (a) zorro ártico y el plumaje del (b) ptarmigan son adaptaciones a sus ambientes. (Crédito: “abrigos de invierno” de OpenStax está licenciado bajo CC BY 4.0. Figura a: modificación de obra de Keith Morehouse)

La embriología, el estudio del desarrollo de la anatomía de un organismo a su forma adulta, también proporciona evidencia de relación entre grupos de organismos ahora ampliamente divergentes. El ajuste mutacional en el embrión puede tener consecuencias tan magnificadas en el adulto que la formación del embrión tiende a conservarse. En consecuencia, las estructuras que están ausentes en algunos grupos suelen aparecer en sus formas embrionarias y desaparecen cuando se alcanza la forma adulta o juvenil. Por ejemplo, todos los embriones vertebrados, incluidos los humanos, exhiben hendiduras branquiales y colas en algún momento de su desarrollo temprano. Estos desaparecen en los adultos de los grupos terrestres pero se mantienen en formas adultas de grupos acuáticos como peces y algunos anfibios. Los embriones de grandes simios, incluidos los humanos, tienen una estructura de cola durante su desarrollo que se pierde al momento del nacimiento.

Biogeografía

La distribución geográfica de los organismos (denominados biogeografía) en el planeta sigue patrones que mejor se explican por la evolución en conjunto con el movimiento de las placas tectónicas a lo largo del tiempo geológico. Amplios grupos que evolucionaron antes de la ruptura del supercontinente Pangea (hace unos 200 millones de años) se distribuyen a nivel mundial. Grupos que evolucionaron desde la ruptura aparecen de manera única en regiones del planeta, como la flora y fauna únicas de los continentes del norte que se formaron a partir del supercontinente Laurasia y de los continentes meridionales que se formaron a partir del supercontinente Gondwana. La presencia de miembros de la familia de plantas Proteaceae en Australia, el sur de África y América del Sur se explica mejor por su presencia previa a la ruptura del supercontinente sur Gondwana.

La gran diversificación de marsupiales en Australia y la ausencia de otros mamíferos reflejan el largo aislamiento de Australia. Australia tiene una abundancia de especies endémicas, especies que no se encuentran en ninguna otra parte, lo que es típico de las islas cuyo aislamiento por extensiones de agua impide que las especies migren. Con el tiempo, estas especies divergen evolutivamente hacia nuevas especies que se ven muy diferentes a sus ancestros que pueden existir en el continente. Los marsupiales de Australia, los pinzones en las Galápagos y muchas especies en las islas hawaianas son todos únicos en su único punto de origen, pero muestran relaciones distantes con especies ancestrales en las tierras continentales.

Biología Molecular

Al igual que las estructuras anatómicas, las estructuras de las moléculas de la vida reflejan el descenso con la modificación. La evidencia de un ancestro común para toda la vida se refleja en la universalidad del ADN como material genético y en la casi universalidad del código genético y la maquinaria de replicación y expresión del ADN. Las divisiones fundamentales en la vida entre los tres dominios se reflejan en grandes diferencias estructurales en estructuras conservadoras, como los componentes de los ribosomas y las estructuras de las membranas. En general, la relación de grupos de organismos se refleja en la similitud de sus secuencias de ADN, exactamente el patrón que se esperaría de la descendencia y diversificación de un ancestro común.

Las secuencias de ADN también han arrojado luz sobre algunos de los mecanismos de la evolución. Por ejemplo, es claro que la evolución de nuevas funciones para las proteínas ocurre comúnmente después de eventos de duplicación génica que permiten la modificación libre de una copia por mutación, selección o deriva (cambios en el acervo genético de una población resultantes del azar), mientras que la segunda copia continúa produciendo un proteína.

Conceptos erróneos de la evolución

Aunque la teoría de la evolución generó cierta controversia cuando se propuso por primera vez, fue aceptada casi universalmente por los biólogos, particularmente los biólogos más jóvenes, dentro de los 20 años posteriores a la publicación de Sobre el origen de las especies. Sin embargo, la teoría de la evolución es un concepto difícil y abundan los conceptos erróneos sobre su funcionamiento.

La evolución es solo una teoría

Los críticos de la teoría de la evolución descartan su importancia al confundir a propósito el uso cotidiano de la palabra “teoría” con la forma en que los científicos usan la palabra. En la ciencia, una “teoría” se entiende como un cuerpo de explicaciones minuciosamente probadas y verificadas para un conjunto de observaciones del mundo natural. Los científicos tienen una teoría del átomo, una teoría de la gravedad y la teoría de la relatividad, cada una de las cuales describe hechos entendidos sobre el mundo. De la misma manera, la teoría de la evolución describe hechos sobre el mundo vivo. Como tal, una teoría en la ciencia ha sobrevivido a importantes esfuerzos por desacreditarla por parte de los científicos. En contraste, una “teoría” en lengua vernácula común es una palabra que significa una suposición o explicación sugerida; este significado es más parecido al concepto científico de “hipótesis”. Cuando los críticos de la evolución dicen que la evolución es “solo una teoría”, están dando a entender que hay poca evidencia que la apoye y que todavía está en proceso de ser rigurosamente probada. Esto es una caracterización errónea.

Los individuos evolucionan

La evolución es el cambio en la composición genética de una población a lo largo del tiempo, específicamente a lo largo de generaciones, resultante de la reproducción diferencial de individuos con ciertos alelos. Los individuos sí cambian a lo largo de su vida, obviamente, pero esto se llama desarrollo e implica cambios programados por el conjunto de genes que el individuo adquirió al nacer en coordinación con el entorno del individuo. Al pensar en la evolución de una característica, probablemente sea mejor pensar en el cambio del valor promedio de la característica en la población a lo largo del tiempo. Por ejemplo, cuando la selección natural conduce a un cambio de tamaño de pico en los pinzones de tierra media en las Galápagos, esto no significa que los picos individuales de los pinzones vivos estén cambiando. En cambio, significa que si uno mide el tamaño promedio del pico entre todos los individuos de la población a la vez y luego mide el tamaño promedio del pico en la población varios años después, el valor promedio será diferente a consecuencia de la evolución. Aunque algunos individuos pueden sobrevivir de la primera vez a la segunda, seguirán teniendo el mismo tamaño de pico; sin embargo, habrá muchos individuos nuevos que contribuyan al cambio en el tamaño promedio del pico.

La evolución explica el origen de la vida

Es un malentendido común que la evolución incluye una explicación de los orígenes de la vida. La teoría no trata de explicar el origen de la vida. La teoría de la evolución explica cómo las poblaciones cambian con el tiempo y cómo se diversifica la vida. No arroja luz sobre los inicios de la vida incluyendo los orígenes de las primeras células, que es como se define la vida. Los mecanismos del origen de la vida en la Tierra son un problema particularmente difícil porque ocurrió hace mucho tiempo, y presumiblemente, solo ocurrió una vez.

Sin embargo, una vez que existiera un mecanismo de herencia en forma de molécula como ADN ya sea dentro de una célula o precélula, estas entidades estarían sujetas al principio de selección natural. Los reproductores más efectivos aumentarían en frecuencia a expensas de los reproductores ineficientes. Entonces, si bien la evolución no explica el origen de la vida, puede tener algo que decir sobre algunos de los procesos que operan una vez que las entidades previvientes adquirieron ciertas propiedades.

Los organismos evolucionan a propósito

Declaraciones como “los organismos evolucionan en respuesta a un cambio en un ambiente” son bastante comunes, pero tales afirmaciones pueden llevar a dos tipos de malentendidos. En primer lugar, la afirmación no debe entenderse en el sentido de que los organismos individuales evolucionan. El enunciado es la taquigrafía de “una población evoluciona en respuesta a un entorno cambiante”. Sin embargo, un segundo malentendido puede surgir al interpretar la afirmación en el sentido de que la evolución es de alguna manera intencional. Un ambiente cambiado da como resultado que algunos individuos en la población, aquellos con fenotipos particulares, beneficien y por lo tanto produzcan proporcionalmente más descendencia que otros fenotipos. Esto da como resultado un cambio en la población si las características se determinan genéticamente.

También es importante entender que la variación en la que trabaja la selección natural ya se encuentra en una población y no surge en respuesta a un cambio ambiental. Por ejemplo, aplicar antibióticos a una población de bacterias, con el tiempo, seleccionará una población de bacterias que sean resistentes a los antibióticos. La resistencia, que es causada por un gen, no surgió por mutación por la aplicación del antibiótico. El gen de resistencia ya estaba presente en el acervo genético de la bacteria, probablemente a baja frecuencia. El antibiótico, que mata las células bacterianas sin el gen de resistencia, selecciona fuertemente a los individuos que son resistentes, ya que estos serían los únicos que sobrevivieron y se dividieron. Los experimentos han demostrado que las mutaciones para la resistencia a los antibióticos no surgen como resultado de los antibióticos.

En un sentido más amplio, la evolución no está dirigida a objetivos. Las especies no se vuelven “mejores” con el tiempo; simplemente rastrean su entorno cambiante con adaptaciones que maximizan su reproducción en un ambiente particular en un momento determinado. La evolución no tiene como objetivo hacer especies más rápidas, más grandes, más complejas o incluso más inteligentes, a pesar de lo común de este tipo de lenguaje en el discurso popular. Las características que evolucionan en una especie son una función de la variación presente y del entorno, los cuales cambian constantemente de manera no direccional. Qué rasgo encaja en un ambiente a la vez puede ser fatal en algún momento en el futuro. Esto se mantiene igual de bien para una especie de insecto que para la especie humana.

Resumen

La evolución es el proceso de adaptación a través de la mutación que permite pasar características más deseables a la siguiente generación. Con el tiempo, los organismos evolucionan más características que son beneficiosas para su supervivencia. Para que los organismos vivos se adapten y cambien a las presiones ambientales, la variación genética debe estar presente. Con la variación genética, los individuos tienen diferencias en forma y función que permiten que algunos sobrevivan ciertas condiciones mejor que otros. Estos organismos pasan sus rasgos favorables a sus crías. Eventualmente, los ambientes cambian, y lo que alguna vez fue un rasgo deseable y ventajoso puede convertirse en un rasgo indeseable y los organismos pueden evolucionar aún más. La evolución puede ser convergente con rasgos similares que evolucionan en múltiples especies o divergente con diversos rasgos que evolucionan en múltiples especies que provienen de un ancestro común. La evidencia de evolución se puede observar por medio del código de ADN y el registro fósil, y también por la existencia de estructuras homólogas y vestigiales.

Referencias

OpenStax, Biología. OpenStax CNX. 23 de junio de 2020. https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.137:noBcfThl@7/Understanding-Evolution.