Evolución biológica en la tierra
La evolución biológica (o evolución orgánica como algunos la llaman) es en la que normalmente uno piensa cuando habla de evolución. Es el proceso por el cual se originó la vida en la Tierra, y que ha dado lugar a la enorme diversidad de seres vivos que pueblan nuestro planeta
Nos ha sorprendido leer un artículo donde un conocido escritor niega la evolución biológica, ignorando la evidencia científica. No es nuestra intención antagonizar con dicho autor ni discutir uno por uno los muchos errores que contiene su texto.
La estrategia es siempre la misma, ignorar los últimos 150 años de investigación para atacar ideas decimonónicas de la teoría de la evolución, en un intento por arrastrar al lector a la errónea conclusión de que reglas sencillas no pueden explicar hechos complejos, de que un sistema con errores no puede nunca crear algo que nos maraville y que, por tanto, debe existir un Creador.
Qué puede llevar a personas cultas a negar un hecho (la evolución), tan científicamente probado como que la tierra no es plana. En este artículo brevemente analizamos algunos de los malentendidos más comunes sobre la evolución, a la luz de la ciencia.
La vida es extraordinariamente compleja y diversa
Basta echar un vistazo a nuestro alrededor para maravillarnos ante la diversidad y complejidad de la vida.
La diversidad se manifiesta en la extraordinaria variedad de formas, colores y comportamientos, de tipos de metabolismo o formas de relación entre los seres vivos La complejidad deriva de las intrincadas interacciones que tienen lugar entre los componentes de la vida a todos sus niveles de organización. Pero también de la emergencia de propiedades que van más allá de las unidades individuales que componen el sistema.
Otro hecho fascinante es que, a pesar de las diferencias mencionadas, a nivel molecular todos los seres vivos mostramos asombrosas coincidencias. A saber, estamos formados por las mismas moléculas, transformamos la energía externa mediante reacciones químicas catalizadas por proteínas y almacenamos y procesamos información siguiendo unas reglas universales.
Las observaciones anteriores apuntan a que toda la vida que existe en la Tierra tiene el mismo origen, un antepasado común al que suele denominarse LUCA, por las siglas en inglés de “Last Universal Common Ancestor”. Ante esta tatarabuela común a todas las especies, es lógico que nos preguntemos ¿cómo es posible que la vida haya podido diversificarse tanto y dar lugar a organismos de tal complejidad?
Cómo se originan las especies
En primer lugar hay que tener en cuenta que la generación de complejidad y diversidad no es un proceso perfecto y necesita mucho tiempo. En el largo recorrido hasta llegar a la biosfera actual han pasado varios miles de millones de años y varias extinciones masivas. Alguna de esas extinciones con una pérdida del 96% de los organismos vivos. No parece que todo sea perfecto ni que haya mucha inteligencia detrás.
Las primeras evidencias fósiles de vida tienen una antigüedad de unos 3500 millones de años (Ma) y corresponden a estromatolitos y estructuras con morfologías compatibles con células bacterianas que han sido encontradas en rocas. Sin embargo, las primeras células eucarióticas aparecieron aproximadamente hace 15002100 Ma, los organismos multicelulares hace unos 1700 Ma y los primeros animales hace 650 Ma.
Es decir, no toda la vida fue creada a la vez tal y como defienden las tesis creacionistas. Por tanto, en ausencia de procesos evolutivos que favorezcan la diversificación de la vida, se necesitarían múltiples eventos de creación.
La respuesta científica es que las especies se transforman gradualmente gracias a la acción combinada de los cambios que surgen en el material genético de los organismos y la actuación de la selección natural sobre dicha variabilidad.
De este modo se produce una adaptación a las condiciones locales que contribuye a que los organismos sobrevivan y se reproduzcan exitosamente en un ambiente concreto.
Si dos poblaciones de la misma especie se desarrollan en ambientes distintos durante generaciones, formarán linajes evolutivos diferentes. Es más, al cabo de un tiempo diferirán tanto entre sí que sus individuos ya no podrán cruzarse entre ellos.
La evolución existe aunque no lo veamos
Debido a los largos periodos de tiempo implicados, la aparición de nuevas especies usualmente no es accesible a la percepción humana (a excepción de especies con tiempos de generación muy cortos, como las bacterias, o algunas en que procesos de reordenación cromosómica provocan cambios bruscos).
Esta es una de las razones que esgrime el creacionismo para negar la evolución biológica. Pero ese argumento es algo equivalente a negar la existencia de los átomos simplemente porque no los vemos.
Lo que sí es más fácil percibir es cómo la acumulación de cambios genéticos pequeños conduce a la aparición de nuevas propiedades y de poblaciones claramente diferenciadas.
La proliferación de bacterias resistentes a los antibióticos y la selección de variantes virales con mayor capacidad de transmisión o resistentes a la respuesta inmune no son sino ejemplos de la evolución.
Tiene la evolución algún objetivo
Otra razón que puede llevar a la negación de la evolución es pensar que esta no tiene un objetivo predeterminado.
Todas las especies que pueblan ahora la Tierra son el resultado del azar y de las circunstancias por las que ha pasado nuestro planeta. Si el azar o las circunstancias hubieran sido distintos, tal vez la especie humana no hubiera surgido.
Esto puede representar un problema para quienes defienden que somos una especie privilegiada, con derecho a reinar sobre el resto.
El hecho de que la evolución ofrezca explicaciones a cuestiones como de dónde venimos o cómo somos y funcionamos parece muy perturbador, pero es cierto que somos una especie biológica sometida a las mismas fuerzas que las demás.
Cómo puede aumentar la complejidad
Por último, entre los argumentos que se esgrimen en contra de la evolución, uno de los más destacados se refiere a la aparente dificultad para explicar aumentos en la complejidad a través de cambios pequeños y graduales.
Es cierto que hay grandes transiciones en la evolución de la complejidad que nos parecen difíciles de explicar de ese modo. La aparición de la célula eucariótica, la reproducción sexual y la multicelularidad son algunos ejemplos.
No obstante, hoy sabemos que muchos de los cambios evolutivos son el resultado de procesos bruscos que implican grandes reorganizaciones en el contenido genético o en la forma en que este se expresa.
Procesos como la simbiosis, la duplicación de genes o genomas, el intercambio de material genético entre organismos o las modificaciones epigenéticas heredables nos plantean un escenario de generación de diversidad que, junto con el inexorable poder de los cambios graduales acumulados durante millones de generaciones, da cuenta de las grandes innovaciones que han tenido lugar a lo largo de la historia de la vida.
En este contexto, las interacciones entre especies adquieren una relevancia mucho mayor que las que podrían derivarse de la interdependencia que existe entre los organismos que componen los ecosistemas.
Un ejemplo ilustrativo es nuestro propio genoma, en el que un 8% corresponde a material genético de origen viral que ha quedado como testigo de infecciones pasadas que afectaron a nuestra especie. Ese material no es ‘ADN basura’ como se denominó en un principio, sino que, a lo largo de la historia, ha sido utilizado en múltiples ocasiones en beneficio celular.
La evolución es un hecho
La evolución biológica, para hacerlo fácil, es la descendencia con las modificaciones heredadas. Esta definición lo engloba todo, desde la evolución a pequeña escala (por ejemplo, los cambios en la frecuencia de diferentes versiones de los genes de una generación a otra en la misma población) a la evolución a gran escala (por ejemplo, la descendencia de diferentes especies que comparten un ancestro común). La evolución nos ayuda a entender tanto el mundo vivo que nos rodea como su historia.
La explicación
La evolución biológica no es simplemente una cuestión de cambios con el paso del tiempo.
Muchas cosas cambian con el tiempo, las orugas se transforman en mariposas, los árboles pierden y reponen sus hojas, las cadenas montañosas se alzan y erosionan, pero ninguno de ellos son ejemplos de evolución biológica porque no implican descendencia con modificaciones heredadas.
Toda la vida en la Tierra comparte un ancestro común, de la misma forma que tú y tus primos compartís una abuela común.
A través del proceso de descendencia con modificaciones, este antepasado común da lugar a diferentes especies que vemos documentadas en el registro fósil y a nuestro alrededor hoy en día.
La evolución significa que todos los seres vivos somos primos, aunque unos más distantes que otros, los humanos y los robles, las ballenas y los colibríes.
Crédito de la foto de Four seasons Joisey Showaa, ilustración UCMP.
La conclusión es que la evolución es un hecho. La vida que existe en la Tierra está en continuo cambio. Negarlo por falta de conocimiento no puede sino alimentar teorías que dificultan el avance científico y el progreso de la sociedad.
Los científicos, están empeñados en conocer la verdad sobre la vida mediante métodos demostrables y repetibles y, a diferencia de visiones acientíficas, cambiaremos nuestras convicciones cuando los hechos lo demuestren. Lo hemos hecho numerosas veces, pues las ideas evolucionistas también evolucionan.
La evolución es un hecho tan indiscutible como que la Tierra no es plana
Qué puede llevar a algunas personas a negar un hecho probado. Los autores exponen algunos de los malentendidos más comunes sobre la evolución, a la luz de la ciencia.
Complejidad biológica y niveles integradores de organización
Si alguien te diera el código genético completo de un extraño, ¿podrías predecir todo sobre esa persona? Por supuesto que no, pero ¿por qué no hay un código para explicar cómo funciona todo?
Puede ser difícil imaginar que su cuerpo está hecho de protones, neutrones y electrones giratorios, pero este es el caso. Sin embargo, es un poco más fácil imaginar formas de materia en niveles que aumentan en complejidad.
Por ejemplo, las partículas subatómicas se pueden organizar en átomos, que son los componentes de las moléculas, y las moléculas se pueden organizar en macromoléculas, como el ADN y las proteínas, que se pueden construir en las células.
Las células se pueden organizar en tejidos, que forman órganos, y los órganos se pueden agrupar en sistemas de órganos, que están integrados en organismos completos, incluidos los humanos como nosotros.
Los organismos son unidades que pueden formar poblaciones, y luego biosferas, que pasan a constituir niveles aún mayores de complejidad.
Como ilustra este ejemplo, las unidades de materia se organizan e integran en niveles de complejidad creciente; Este es un concepto conocido como niveles integradores de organización.
Los niveles integradores de organización permiten a los investigadores describir la evolución de los mundos inanimado al animado y social (Novikoff, 1945).
Los niveles integrativos más altos son más complejos y demuestran más variación y características que los niveles integrativos inferiores.
Estos niveles se basan en una base física, con el nivel más bajo que parece consistir en partículas subatómicas.
Sin embargo, para estudiar genética, no necesitamos considerar objetos tan pequeños como partículas subatómicas. Más bien, el espectro de niveles integradores que va desde macromoléculas hasta poblaciones es el más relevante (Figura 1).
Célula epitelial
Epitelio intestinal
Figura 1: La materia biológica se puede organizar en niveles de complejidad creciente. Se utilizan muchos tipos diferentes de macromoléculas para construir células, que a su vez se pueden organizar en tejidos. Los tejidos forman órganos, y varios órganos pueden tener funciones interrelacionadas en un sistema de órganos cohesivos, como el sistema digestivo. Un organismo complejo contiene múltiples sistemas de órganos con diferentes funciones. Múltiples organismos de una sola especie pueden formar un grupo, llamado población. Muchas poblaciones de diferentes especies forman comunidades diversas, y las comunidades que comparten el mismo espacio geográfico son parte de un ecosistema más grande. La biosfera de la Tierra está formada por muchos ecosistemas diversos.
Propiedades emergentes
Cuando se juntan unidades de material biológico, las propiedades del nuevo material no siempre son aditivas, o iguales a la suma de las propiedades de los componentes. En cambio, en cada nivel, surgen nuevas propiedades y reglas que no pueden predecirse mediante observaciones y pleno conocimiento de los niveles inferiores. Tales propiedades se llaman propiedades emergentes (Novikoff, 1945).
La vida misma es un ejemplo de una propiedad emergente. Por ejemplo, una bacteria unicelular está viva, pero si separas las macromoléculas que se combinaron para crear la bacteria, estas unidades no están vivas. Basándonos en nuestro conocimiento de las macromoléculas, no habríamos podido predecir que podrían combinarse para formar un organismo vivo, ni podríamos haber predicho todas las características de la bacteria resultante. Por lo tanto, nuestra comprensión de las propiedades físicas y químicas en los niveles inferiores de organización nos ayuda a comprender solo algunas de las propiedades de los organismos vivos, lo que impide el uso de un enfoque reduccionista. No importa cuán bien entendamos la física y la química de los sistemas vivos, debemos reconocer que los sistemas vivos, y otros altos niveles integradores, tienen propiedades nuevas y únicas que emergen a través de la combinación de las unidades de materia de nivel inferior (Novikoff, 1945). Del mismo modo, nuestra comprensión de las nuevas propiedades emergentes en un nivel superior no nos ayuda a comprender las propiedades de los niveles inferiores, porque cada nivel integrador de organización tiene su propia estructura particular y propiedades emergentes.
Como ejemplo de por qué falla el enfoque reduccionista, considere la función de una célula dentro de un organismo multicelular. Incluso si entendemos la función de la célula, eso no significa que entendamos completamente la fisiología del organismo. Después de todo, la actividad de cada célula se ve afectada por la actividad de otras células en los tejidos, órganos y sistemas de órganos dentro del organismo Por lo tanto, la célula ya no está aislada, y su integración en un sistema proporciona a ese sistema propiedades emergentes (Novikoff, 1945).
Consideremos cómo varía el efecto de un alelo según los niveles de organización. A nivel macromolecular, un alelo se codifica como ADN, que se transcribe en otra macromolécula, el ARN, y luego se traduce en una tercera macromolécula, la proteína. Por lo tanto, podría estudiar la secuencia de ADN, la expresión de ARN o la expresión de proteínas a nivel macromolecular. Ahora, imagine que este alelo particular codifica la proteína hexoquinasa. A nivel celular, la hexoquinasa ayuda a descomponer la glucosa en la vía de glucólisis para proporcionar energía a las células.
La vía de la glucólisis es una propiedad emergente que funciona porque muchas enzimas han formado una vía bioquímica en células individuales. A continuación, las células que expresan el alelo hexoquinasa se pueden organizar en tejidos, como el músculo esquelético. A nivel del sistema de órganos, los músculos esqueléticos mantienen movimientos a través de un organismo. Ahora, imagina que este alelo está actuando en concierto con muchos otros alelos en los músculos de un pájaro cantor para crear energía
Las acciones del alelo a lo largo de todos estos niveles se pueden integrar con otros procesos en el ave para permitir movimientos complejos, como el vuelo. El vuelo es un ejemplo de una propiedad emergente que existe a nivel del organismo pero no a niveles inferiores. Más arriba, a nivel de población, el alelo también podría ayudar a las aves a sincronizar su alimentación, metabolismo, movimientos musculares y patrones de vuelo para permitir la migración en una bandada.
Dimensión de Análisis
Un cambio muy pequeño en una sola macromolécula puede tener un profundo efecto en un organismo, o incluso en una población, cuando se magnifica a través de niveles de complejidad. Por ejemplo, cuando una perturbación como una mutación genética se introduce en cualquier nivel, puede afectar a todos los niveles superiores de organización. El efecto de tal perturbación puede ser grave o trivial.
Por ejemplo, una mutación, o cambio, en una sola base de ADN en un solo gen puede dar lugar a enfermedades como la fibrosis quística y la distrofia muscular de Duchenne en humanos a nivel orgánico.
Esto significa que el mecanismo detrás del fenotipo de un organismo se puede observar en el nivel integrador inmediatamente debajo de él. Del mismo modo, un cambio en la materia en un nivel inferior puede producir un fenotipo que es observable en un nivel integrador superior. Por lo tanto, un fenotipo solo debe definirse de acuerdo con el nivel integrador considerado.
Por ejemplo, una mutación en un gen se puede observar como un cambio en el ADN y la proteína a nivel macromolecular. A nivel tisular, la misma mutación podría causar cambios en la histología. Mientras tanto, a nivel del organismo, la mutación podría dar lugar a cambios de comportamiento. Por estas razones, cada nivel integrador debe estudiarse con las herramientas disponibles para ese nivel, que se denominan dimensiones de análisis. Además, el cambio o cambios en cualquier nivel deben estar relacionados con los cambios en todos los niveles superiores (Novikoff, 1945).
Por lo tanto, comprender el fenotipo o el comportamiento de una enfermedad a un nivel superior requiere que estudiemos los cambios en muchos niveles integradores diferentes utilizando las metodologías adecuadas. Para un genetista, la química, la bioquímica, la biología molecular, la histología y la fisiología son importantes. La amplia capacitación en todas estas técnicas permite a un genetista estudiar las interacciones emergentes en múltiples niveles.
Martin Eduardo Lucione
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