5.2: Origen de la Biodiversidad

¿Qué proceso biológico es responsable de la biodiversidad?

Todas las especies, desde las bacterias en nuestra piel hasta las aves del exterior, evolucionaron en algún momento a partir de una especie diferente. Si bien puede parecer que los seres vivos hoy en día permanecen muy iguales de generación en generación, ese no es el caso porque la evolución es continua. La evolución es el proceso a través del cual las características de una especie cambian con el tiempo, lo que en última instancia puede provocar que surjan nuevas especies.

Figura\(\PageIndex{1}\). La diversidad de la vida en la Tierra es el resultado de la evolución, un proceso continuo que sigue ocurriendo. (crédito “lobo”: modificación de obra de Gary Kramer, USFWS; crédito “coral”: modificación de obra de William Harrigan, NOAA; crédito “río”: modificación de obra de Vojtěch Dostál; crédito “protozoos”: modificación de obra de Sharon Franklin, Stephen Ausmus, USDA ARS; crédito “pez” modificación de obra por Christian Mehlführer; crédito “seta”, “abeja”: modificación de obra de Cory Zanker; crédito “árbol”: modificación de obra de Joseph Kranak)

La teoría de la evolución es la teoría unificadora de la biología, es decir, es el marco dentro del cual los biólogos hacen preguntas sobre el mundo viviente. Su poder es que proporciona dirección para las predicciones sobre los seres vivos que se sustentan en experimento tras experimento. El genetista estadounidense nacido en ucraniano Teodosio Dobzhansky escribió que “nada tiene sentido en biología excepto a la luz de la evolución”. Quiso decir que el principio de que toda la vida ha evolucionado y diversificado a partir de un ancestro común es la base desde la que entendemos todas las demás cuestiones de la biología.

Descubriendo cómo cambian las poblaciones

La teoría de la evolución por selección natural describe un mecanismo de cómo las especies pueden cambiar con el tiempo. Ese cambio de especie fue sugerido y debatido mucho antes de Darwin. La visión de que las especies eran inmutables se basaba en los escritos de Platón, sin embargo, también había antiguos griegos que expresaban ideas evolutivas.

En el siglo XVIII, las ideas sobre la evolución de los animales fueron reintroducidas por los diversos naturalistas. Al mismo tiempo, James Hutton, el naturalista escocés, propuso que el cambio geológico se producía gradualmente por la acumulación de pequeños cambios de procesos (a lo largo de largos periodos de tiempo) al igual que los que ocurren hoy en día. Esto contrastaba con la visión predominante de que la geología del planeta era consecuencia de eventos catastróficos ocurridos durante un pasado relativamente breve. La visión de Hutton fue popularizada más tarde por el geólogo Charles Lyell en el siglo XIX. Lyell se hizo amigo de Darwin y sus ideas fueron muy influyentes en el pensamiento de Darwin. Lyell argumentó que la mayor edad de la Tierra dio más tiempo para el cambio gradual en las especies, y el proceso proporcionó una analogía para el cambio gradual en las especies.

Charles Darwin y la selección natural

La selección natural como mecanismo de evolución fue concebida y descrita independientemente por dos naturalistas, Charles Darwin y Alfred Russell Wallace, a mediados del siglo XIX. Es importante destacar que cada uno pasó años explorando el mundo natural en expediciones a los trópicos. De 1831 a 1836, Darwin viajó por todo el mundo en H.M.S. Beagle, visitando América del Sur, Australia y el extremo sur de África. Wallace viajó a Brasil para recolectar insectos en la selva amazónica de 1848 a 1852 y al archipiélago malayo de 1854 a 1862. El viaje de Darwin, como los viajes posteriores de Wallace en el archipiélago malayo, incluyó paradas en varias cadenas de islas, siendo la última las Islas Galápagos (al oeste de Ecuador). En estas islas, Darwin observó especies de organismos en diferentes islas que eran claramente similares, pero que tenían diferencias distintas. Por ejemplo, los pinzones terrestres que habitaban las Islas Galápagos comprendían varias especies que cada una tenía una forma de pico única (Figura\(\PageIndex{2}\)). Observó tanto que estos pinzones se asemejaban mucho a otra especie de pinzón en el continente de Sudamérica como que el grupo de especies en las Galápagos formaba una serie graduada de tamaños y formas de pico, con diferencias muy pequeñas entre las más similares. Darwin imaginó que las especies de la isla podrían ser todas especies modificadas de una especie original del continente. En 1860, escribió: “Al ver esta gradación y diversidad de estructura en un pequeño grupo de aves íntimamente relacionado, uno realmente podría imaginarse que de una escasez original de aves en este archipiélago, una especie había sido tomada y modificada para diferentes fines”.

Figura\(\PageIndex{2}\). Darwin observó que la forma del pico varía entre las especies de pinzón. Postuló que el pico de una especie ancestral se había adaptado con el tiempo para equipar a los pinzones para adquirir diferentes fuentes de alimento. Esta ilustración muestra las formas de pico para cuatro especies de pinzón de tierra: 1. Geospiza magnirostris (el pinzón de tierra grande), 2. G. fortis (el pinzón medio molido), 3. G. parvula (el pinzón arbóreo pequeño), y 4. Certhidea olivacea (el pinzón verde-curruca).

Wallace y Darwin observaron patrones similares en otros organismos e independientemente concibieron un mecanismo para explicar cómo y por qué podrían ocurrir tales cambios. Darwin llamó a este mecanismo de selección natural. La selección natural, argumentó Darwin, fue un resultado inevitable de tres principios que operaban en la naturaleza. Primero, existe variación en los rasgos entre los individuos dentro de una población, y estos rasgos se heredan, o se transmiten de padres a hijos. Segundo, se producen más crías de las que son capaces de sobrevivir; es decir, los recursos para la supervivencia y reproducción son limitados. Y por último, hay una competencia por esos recursos en cada generación. De estos tres principios, Darwin y Wallace razonaron que las crías con características heredadas que les permitan competir mejor por recursos limitados sobrevivirán y tendrán más descendencia que aquellos individuos con variaciones que son menos capaces de competir. Debido a que las características son heredadas, estos rasgos estarán mejor representados en la próxima generación. Esto conducirá a un cambio en las poblaciones a lo largo de generaciones en un proceso que Darwin llamó “descenso con modificación”. En suma, podemos definir la selección natural como un proceso que hace que los rasgos benéficos se vuelvan más comunes en una población a lo largo del tiempo, provocando que la población evolucione.

Figura\(\PageIndex{3}\). a) Charles Darwin y b) Alfred Wallace escribieron artículos científicos sobre selección natural que fueron presentados juntos ante la Sociedad Linneana en 1858.

Los trabajos de Darwin y Wallace (Figura\(\PageIndex{3}\)) que presentan la idea de selección natural se leyeron juntos en 1858 antes de la Linnaean Society de Londres. Al año siguiente se publicó el libro de Darwin, Sobre el origen de las especies, el cual esbozó con considerable detalle sus argumentos a favor de la evolución por selección natural.

La selección natural sólo puede realizarse si hay variación, o diferencias, entre los individuos de una población. Es importante destacar que estas diferencias deben tener alguna base genética, de lo contrario la selección natural no conduciría al cambio en la próxima generación porque no habría manera de transmitir esos rasgos de una generación a otra.

La diversidad genética en una población proviene de dos fuentes principales: la mutación y la reproducción sexual. Mutación, un cambio permanente en la secuencia de ADN es la fuente definitiva de nueva variación genética en cualquier población. Un individuo que tiene un gen mutado podría tener un rasgo diferente al de otros individuos en la población. Sin variación en los rasgos, la naturaleza no podría seleccionar los rasgos que mejor se adapten al entorno de los organismos en ese momento en particular.

Cambio evolutivo en la acción

El desarrollo de bacterias resistentes a antibióticos es un ejemplo de evolución a través de la selección natural y ha sido observado directamente por científicos. ¿Cómo sucede esto? Imagínese a una persona que tiene una infección bacteriana: su cuerpo está siendo atacado por miles de millones de bacterias. Debido a que hay variación genética en las poblaciones, es posible que algunas bacterias individuales ya posean rasgos que les permitan tolerar los antibióticos. Cuando a la persona infectada se le recetan antibióticos, la droga ataca y mata a toda la población, a excepción de aquellas bacterias que pueden resistir la droga. Estas bacterias sobreviven porque tenían un rasgo que era beneficioso y así la naturaleza seleccionó para ello. La población sobreviviente será resistente a la droga y continuará reproduciéndose, múltiple y transmitiendo ese rasgo beneficioso a todas las crías. La población ahora ha evolucionado porque todos los individuos tienen el rasgo resistente a antibióticos, mientras que antes era raro. Es importante darse cuenta de que la evolución ocurre a nivel poblacional y depende de la variación genética que ya estaba presente. Sin esa variación, no hay nada para que la naturaleza seleccione. El aumento y propagación de bacterias resistentes a los antibióticos es un tema ambiental emergente y se discutirá en un capítulo posterior.

Atribución

“Descubriendo cómo cambian las poblaciones” de Open Stax está licenciado bajo CC BY 4.0. Modificado del original por Matthew R Fisher.