9.8: Conclusión del estudio de caso: Gripe y resumen del capítulo

Conclusión del estudio de caso: La gripe, de los cerdos a ti

En abril de 2009, el mundo se vio afectado por una pandemia de gripe porcina. Los Centros para el Control de Enfermedades estiman que dentro de ese primer año, entre 43 y 89 millones de personas en todo el mundo contrajeron la gripe porcina y que contribuyó con 8 mil 870 a 18 mil 300 muertes. Algunas personas con gripe porcina se salvaron de complicaciones graves, como Mateo, a quien leíste al principio de este capítulo. En su momento, la gripe porcina se propagó rápidamente porque como cepa viral recién evolucionada, la mayoría de las personas no tenían inmunidad natural contra ella, y la vacuna antigripal existente no pudo prevenirla. Pero para noviembre de 2009, se desarrolló una vacuna contra la gripe porcina, y ahora está incluida en la vacuna anual contra la gripe en Estados Unidos Para agosto de 2010, la Organización Mundial de la Salud declaró que la pandemia de gripe porcina H1N1 había terminado. El virus aún está alrededor, pero debido a la vacuna y a la inmunidad natural de quienes antes tenían el virus, su tasa de infección ya no es de proporciones pandémicas.

El virus de la gripe porcina parece haberse originado en cerdos y posteriormente evolucionó la capacidad de infectar a los humanos. ¿Cómo podría suceder esto? Los científicos piensan que un proceso llamado reordenamiento jugó un papel crítico. En el reordenamiento, los virus de la influenza pueden intercambiar material genético entre sí si han infectado las mismas células. Esto crea nuevas combinaciones de genes, algo similares a la mezcla genética que se produce en la reproducción sexual cuando dos padres con genes diferentes se reproducen entre sí. Como saben, los genes ayudan a dictar las características de un organismo, o en este caso, de un virus. Por lo tanto, la producción de nuevas combinaciones de genes debido al reordenamiento viral puede conducir a la evolución de nuevas características virales.

Además del reordenamiento, los virus de la influenza tienen otras características que hacen que evolucionen rápidamente. A diferencia de la reproducción sexual, la replicación de virus para producir nuevas partículas de “descendencia” es mucho más rápida. Como has aprendido en este capítulo, la evolución suele ser un proceso lento que tiene lugar a lo largo de muchas generaciones. Pero si estas generaciones se producen rápidamente, como en el caso de los virus y bacterias, acelera la velocidad de evolución. Adicionalmente, los virus de ARN tienen una tasa muy alta de mutación genética. La rápida evolución del virus de la influenza es una de las razones por las que la vacuna anual contra la gripe estacional no siempre es efectiva contra todas las cepas.

Pero, ¿por qué esta pandemia de gripe vino de cerdos? Los cerdos son en realidad un “tazón de mezcla” ideal para la evolución de los virus de la influenza porque los cerdos pueden infectarse con virus de influenza de otras especies, incluyendo aves y humanos. Por lo tanto, el reordenamiento genético puede ocurrir en cerdos entre cepas virales que normalmente infectan a diferentes especies. Esto es lo que los científicos piensan que ocurrió para producir el virus de la gripe porcina H1N1 2009. El H1N1 2009 tiene segmentos génicos de aves, humanos y dos virus de influenza porcina diferentes, y por lo tanto se llama un virus “reagrupado cuádruple”. En el caso del H1N1 2009, esto resultó en una nueva cepa de influenza que podría infectar a humanos, y pasarse directamente de persona a persona.

Figura\(\PageIndex{1}\): Diferentes virus que infectan a cerdos pueden combinar las piezas de su material genético para producir un nuevo virus

Los científicos no saben exactamente cuándo y dónde evolucionó el H1N1 2009, pero piensan que el evento de reordenamiento puede haber ocurrido varios años antes de la pandemia de 2009. Esto se basa en la evidencia obtenida a partir de técnicas de “evolución molecular”, que son similares a la técnica del reloj molecular descrita en este capítulo. Se sabe que los virus de la influenza mutan a un ritmo relativamente constante. Las secuencias genéticas de la nueva cepa H1N1 2009 se compararon con las secuencias de los virus de influenza más antiguos relacionados para contar el número de nuevas mutaciones, con el fin de dar una estimación de cuándo evolucionó la nueva cepa viral.

Probablemente uno de los eventos finales que resultaron en la generación del virus H1N1 2009 fue el contacto entre cerdos norteamericanos y euroasiáticos. Esto se debe a que antes de 2009, había variantes “reordenantes triples” de H1N1 con segmentos génicos de una influenza aviar, humana y porcina norteamericana ya en existencia. La cepa 2009 H1N1 contenía adicionalmente segmentos génicos de influenza de cerdos euroasiáticos, resultando en el virus “cuádruple reordenante”. Los científicos piensan que el contacto entre cerdos de estas diferentes regiones, a través del comercio internacional u otros métodos de contacto, podría haber creado esta nueva cepa. Como has aprendido en este capítulo, la migración de organismos a nuevas ubicaciones así como el contacto entre diferentes organismos pueden influir en la evolución de muchas maneras. Algunos ejemplos son la migración de camellos ancestrales por todo el mundo, la coevolución de las flores y sus polinizadores, y el “efecto fundador” de pequeñas poblaciones que se trasladan a nuevas ubicaciones, como los Amish.

Junto con los fósiles, la anatomía comparada y embriología, el análisis de ADN y la biogeografía, la evidencia de evolución incluye la observación directa de que ocurre. Peter y Rosemary Grant observaron evolución ocurriendo en el cambio en el tamaño del pico de los pinzones de Galápagos. La evolución del virus de la gripe porcina es otro ejemplo de evolución en acción. La evolución no es solo cosa del pasado, es un proceso continuo e importante que afecta nuestro ecosistema, especies e incluso nuestra salud. Al igual que los virus, las bacterias también evolucionan rápidamente, y la evolución de la resistencia a los antibióticos en bacterias es una preocupación creciente para la salud pública Se puede ver que la evolución es muy relevante para nuestras vidas actuales.

Resumen del Capítulo

En este capítulo, aprendiste sobre la teoría de la evolución, la evidencia de la evolución, cómo funciona la evolución y la evolución de los organismos vivos en la Tierra. Específicamente, aprendiste:

• La teoría de la evolución por selección natural de Darwin afirma que los seres vivos con rasgos beneficiosos producen más descendencia que otros. Esto lleva a cambios en los rasgos de los seres vivos a lo largo del tiempo.
  • Durante su viaje en el Beagle, Darwin hizo muchas observaciones que le ayudaron a desarrollar su teoría de la evolución, particularmente en las Islas Galápagos.
  • Darwin fue influenciado por otros pensadores tempranos, incluyendo Lamarck, Lyell y Malthus. También fue influenciado por su conocimiento de la selección artificial.
  • El trabajo de Wallace sobre la evolución confirmó las ideas de Darwin. También lo empujó a publicar su libro, Sobre el origen de las especies. El libro explica claramente su teoría y proporciona pruebas extensas y argumentos bien razonados para apoyarla.
• Los fósiles proporcionan una ventana al pasado y son evidencia de la evolución. Los científicos que encuentran y estudian fósiles se llaman paleontólogos.
• Los científicos comparan la anatomía, los embriones y el ADN de los seres vivos para entender cómo evolucionaron. La evidencia de evolución es proporcionada por estructuras homólogas y análogas.
• La biogeografía es el estudio de cómo y por qué las plantas y los animales viven donde lo hacen, lo que proporciona evidencia adicional de evolución. En las cadenas isleñas, como las Galápagos, una especie puede evolucionar hacia muchas especies nuevas para llenar los nichos disponibles. Esto se llama radiación adaptativa.
• Peter y Rosemary Grant reestudiaron los pinzones de Galápagos. Durante una sequía en la década de 1970, pudieron observar directamente la evolución que se producía.
• La microevolución se refiere a la evolución que ocurre durante un período de tiempo relativamente corto dentro de una población. Macroevolución se refiere a la evolución que ocurre en o por encima del nivel de las especies como resultado de la microevolución que tiene lugar a lo largo de muchas generaciones.
• La población es la unidad de evolución, y la genética poblacional es la ciencia que estudia la evolución a nivel poblacional. El acervo genético de una población consiste en todos los genes de todos los miembros de la población. Para un gen dado, la población se caracteriza por la frecuencia de diferentes alelos en el acervo genético.
• Hay cuatro fuerzas de evolución: la mutación, que crea nuevos alelos; el flujo génico, en el que la migración cambia las frecuencias alélicas; la deriva genética, que es un cambio aleatorio en las frecuencias alélicas que puede ocurrir en una población pequeña; y la selección natural, en la que las frecuencias alélicas cambian por diferencias en aptitud entre los individuos.
• Nuevas especies surgen en el proceso de especiación. La especiación alopátrica ocurre cuando algunos miembros de una especie se aíslan geográficamente y evolucionan diferencias genéticas. Si las diferencias les impiden cruzarse con la especie original, una nueva especie ha evolucionado. La especiación simpátrica ocurre sin que se produzca primero el aislamiento geográfico.
• La coevolución ocurre cuando las especies interactuantes evolucionan juntas. Un ejemplo son las plantas con flores y sus polinizadores.
• Darwin pensó que la evolución ocurre de manera constante y gradual. Este modelo de evolución se llama gradualismo. El registro fósil apoya mejor el modelo de equilibrio puntuado. En este modelo, largos periodos de poco cambio se ven interrumpidos por ráfagas de cambio relativamente rápido.
• El registro fósil es el registro de la vida en la Tierra tal como se reconstruye a partir del descubrimiento y análisis de fósiles. Es una de las herramientas más importantes en el estudio de la evolución, pero es incompleta porque la fosilización es rara. Para ser agregado al registro fósil, los fósiles deben ser fechados utilizando métodos de datación relativa o absoluta.
• Los relojes moleculares son herramientas adicionales para reconstruir cómo evolucionó la vida en la Tierra. Los relojes moleculares utilizan secuencias de ADN o proteínas para estimar cuánto tiempo ha pasado desde que las especies relacionadas divergieron de un ancestro común.
• La escala de tiempo geológico es una línea de tiempo de la historia de la Tierra. Divide la cronología de la Tierra en unidades de tiempo más pequeñas, como eones y épocas, que se basan en cambios importantes en la geología, el clima y los seres vivos.
• La leche contiene el azúcar lactosa, un disacárido. La lactosa debe descomponerse en sus dos azúcares componentes para ser absorbida por el intestino delgado, y la enzima lactasa es necesaria para este proceso.
• En aproximadamente el 60 por ciento de las personas en todo el mundo, la capacidad de sintetizar lactasa y digerir la lactosa disminuye después de los dos primeros años de vida. Estas personas se vuelven intolerantes a la lactosa y no pueden consumir mucha leche sin sufrir síntomas como hinchazón, calambres y diarrea.
• En poblaciones que pastorearon animales ordeñadores durante miles de años, la persistencia de lactasa evolucionó. Las personas que pudieron sintetizar lactasa y digerir la lactosa a lo largo de la vida fueron fuertemente favorecidas por la selección natural. Las personas que descendieron de estos primeros pastores generalmente todavía tienen persistencia de lactasa. Eso incluye a muchos europeos y europeo-americanos.
• Las poblaciones humanas pueden variar en la eficiencia con la que utilizan las calorías en los alimentos. Algunas personas (especialmente los isleños del Pacífico Sur, los nativos americanos y los africanos subsaharianos) parecen ser capaces de sobrevivir con menos calorías de las que serían adecuadas para otras, por lo que tienden a aumentar de peso fácilmente, volverse obesos y desarrollar enfermedades como la diabetes.
• La hipótesis del gen ahorrativo responde a la pregunta de cómo podrían haber evolucionado los genes para esta habilidad. Propone que se seleccionaron “genes ahorrativos” porque permitían que las personas usaran calorías de manera eficiente y almacenaran grasa corporal cuando los alimentos eran abundantes por lo que tenían una reserva para usar cuando los alimentos escaseaban. Los genes ahorrativos se vuelven perjudiciales y conducen a la obesidad y la diabetes cuando la comida es abundante todo el tiempo.
• Varias suposiciones subyacentes a la hipótesis del gen ahorrativo han sido cuestionadas, y la investigación genética ha sido incapaz de identificar realmente genes ahorrativos. Se han propuesto hipótesis alternativas a la hipótesis del gen ahorrativo, incluyendo la hipótesis del gen drifty. Esta última hipótesis explica la variación en la tendencia a volverse obesos por deriva genética sobre genes neutros.

Revisión de resumen del capítulo

Figura\(\PageIndex{2}\): Evolución del tamaño del pico en pinzones de Galápagos

1. Los datos del estudio de Peter y Rosemary Grant sobre la evolución del tamaño del pico en pinzones de Galápagos se muestran arriba. La gráfica superior (1976) muestra la distribución del tamaño del pico en la población antes de una sequía, y la gráfica inferior (1978) muestra el tamaño del pico después de la sequía. La sequía redujo la disponibilidad de semillas. Los pinzones con picos grandes pueden romperse y comer semillas de todos los tamaños, mientras que los pinzones con picos pequeños solo pueden romperse y comer semillas pequeñas. Responde las siguientes preguntas sobre estos datos.
   1. ¿Cómo se vio afectado el tamaño promedio del pico por la sequía? Aunque los científicos calcularían esto matemáticamente, es posible que respondas solo con base en tu observación de las gráficas.
   2. Explique cómo la selección natural y la “lucha por la existencia” probablemente cambiaron el tamaño del pico en esta población.
   3. ¿Es este un ejemplo de microevolución o macroevolución? Explica tu respuesta.
   4. Explique por qué la variación es importante para la evolución por selección natural, utilizando los datos anteriores como ejemplo específico.
   5. ¿Qué nota de la distribución de los tamaños de pico en la gráfica de 1978? ¿Todos los picos son de una talla? Si no, ¿por qué no?
   6. ¿El cambio en el tamaño del pico que se muestra aquí es un ejemplo de selección estabilizadora, selección disruptiva o selección direccional?
2. ¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de macroevolución?
   1. Especiación
   2. Coevolución
   3. Estructuras que se hacen más grandes en una población
   4. A y B
3. Especiación es:
   1. El movimiento de una especie a un nuevo nicho
   2. Una evolución que ocurre dentro de una especie
   3. La evolución de una nueva especie a partir de una especie existente
   4. El desarrollo de estructuras análogas
4. Verdadero o Falso. El genotipo de un individuo se conoce como su acervo genético.
5. Verdadero o Falso. Las nuevas especies pueden evolucionar sin separación geográfica.
6. Verdadero o Falso. En equilibrio puntuado, los periodos de relativamente poco cambio evolutivo son más cortos que los períodos de cambio dramático.
7. Describir un ejemplo de un cambio ambiental importante que influyó en la evolución de la vida en la Tierra. Este cambio podría incluir cambio climático, cambio geológico, cambio en especies existentes, cambio en la atmósfera, etc.
8. Explique por qué los eventos de extinción masiva a menudo causan cambios evolutivos rápidos después.
9. Elige uno. Las especies con estructuras homólogas tienen (más/menos) probabilidades de estar estrechamente relacionadas que las especies con estructuras análogas.
10. Explicar por qué los fósiles de animales extintos proporcionan evidencia de evolución.
11. ¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de evolución por selección natural?
    1. Los seres humanos crían perros para ciertas características
    2. Murciélagos desarrollando alas como adaptación para el vuelo
    3. A y B
    4. Ninguna de las anteriores
12. Comparar y contrastar la teoría de la evolución de Darwin por selección natural y la idea de herencia de características adquiridas de Lamarck.
13. Explicar cómo la microevolución y la macroevolución se relacionan entre sí.
14. El hecho de que los humanos embrionarios tengan hendiduras branquiales es evidencia de:
    1. Coevolución
    2. Evolución de estructuras análogas
    3. Ancestría común de vertebrados
    4. Flujo de genes
15. El estudio de las frecuencias alélicas en un grupo de la misma especie en el mismo tiempo y lugar se conoce como genética _________.
16. Explicar cómo se puede utilizar la biogeografía para estudiar la radiación adaptativa.

Atribuciones

1. Cambio antigénico de Mouagip derivado del NIAID, dominio público vía Wikimedia Commons
2. Evolución del tamaño del pico por Jodi So vía CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0
3. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0