Siamopithecus

Ya lo hemos visto varias veces y lo he mencionado en repetidas ocasiones, todo lo importante en nuestra evolución sucedió en África. Aspectos como la aparición de ciertas mutaciones y/o adaptaciones que marcaron nuestra ruta evolutiva, tales como el caminar erguidos, el manejo de herramientas, control del fuego, etc, sucedieron a África y nos fueron separando de las demás especies de simios.

Bien, me refiero a que en África sucedió todo lo importante desde el origen de la familia Homo, de la cual somos parte, ya que obviamente algunos aspectos de nuestra evolución ocurrieron en ambientas que de ninguna forma podrían ser África (¡algunos eventos sucedieron antes de que existiera África! digo, nuestros ancestros vivían en el mar). Pero el origen de la familia Homo, o mejor dicho el origen del grupo Antropoide ha estado en discusión recientemente.

Relación de las familias, nosotros somos de los Hominidos (familia Homo).

Hace unos 55 millones de años, apareció el grupo Antropoide, separándose de la rama que eventualmente (hace unos 37 millones de años) daría origen a los grupos Lemur y Loris. Pero el lugar de origen del grupo que siempre se considero fue África es ahora cuestionado. La razón de considerar a África como el lugar de origen es por múltiples fósiles de hace 32 a 35 millones de años encontrados en el oeste de Egipto (distrito de Fayum) de criaturas Antropoides. Por estos fósiles y el hecho de que África (junto con otras partes del mundo) en aquel entonces tenia un clima muy adecuado para contener grandes exenciones de bosque, que era el hábitat de todas estas criaturas, por lo que el hecho de que evolucionaran allí concuerda muy bien. Pero consideremos que entre el origen de los Antropoides (determinado mediante marcadores genéticos) y los restos fósiles encontramos unos 20 millones de años en los cuales mucho pudo pasar.

La razón del reciente alboroto es por que un fósil llamado Siamopithecus eocaenus encontrado en Tailandia en 1996 fue recientemente fechado con una antigüedad de 35 millones de años, lo cual lo hace tan antiguo como algunos de los fósiles egipcios. Esto ha hecho que algunos paleontólogos consideren que el grupo Antropoides evoluciono fuera de África, en Asia.

El mundo durante la evolución de los antropoides, hace 50 millones de años (arriba) y 14 millones (abajo)

Bueno, no entiendo muy bien su linea de razonamiento, pero según pienso, la existencia de estos fósiles contemporáneos lo que revela es que durante ese periodo se podían encontrar especies del grupo Antropoides en ambos continentes y considero que la evidencia fósil es insuficiente para determinar en este caso el origen, por lo que uno se ha de respaldar en la genética la cual favorece al origen Africano, el problema es que en aquel entonces, África y Asia se encontraban separadas por una extinción de agua que conectaba el Mediterráneo primitivo con el Océano Indico por lo que es un poco probable que la especie haya logrado cruzar de un continente a otro. Esperemos que la datación de los fósiles ya encontrados y el descubrimiento de otros nos resuelva el dilema.

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Familia lejana

Una pregunta que es común cuando se estudia paleontología y la forma en la que unas especies evolucionaron de otras es ¿cuando se considera que un grupo de animales es una nueva especie? Recuerdo cuando cuando me enfrente a esta pregunta de niño, ante un libro sobre dinosaurios, me intrigaba la enorme variedad de seres y como unas especies podian ser tan diferentes de otras. Pero lo que mas me llamó la atención fue saber que todos tenían ancestros en común.

La aparición de una especie a partir de otra es la clave para entender algunos aspectos importantes de la historia, por ejemplo, la relación entre Homo Sapiens Sapiens y Homo Sapiens Neanderthalis, siendo este un caso de dos especies que evolucionan del mismo ancestro directo extinto, o el tema de la reciente entrada en este blog sobre los peces que viven en cuevas. Tenemos aquí dos casos, uno en el cual la especie progenitora se extingue dejando lugar a la nueva especie o cuando ambas coexisten, como en el caso de los peces que viven en cuevas al mismo tiempo que la especie de la cual evolucionaron habitan aguas superficiales.

En cada uno de estos escenarios sucede lo mismo, una especie muta hasta que se le puede considerar como otra especie diferente. Pero la pregunta persiste ¿en que momento un conjunto de seres A que desciende del conjunto B se clasifica como una especie aparte? Tenemos dos bases para responder. primero la definición de especie y segundo el modelo de "equilibrio puntual" de Gould.

Ejemplo de los peces de los que hablamos hace poco, una especie de peces que habita la superficie (arriba) y otra que descendió de ella y habita en cuevas (abajo).

La definición de especie dice que un conjunto de seres A es una especie si se cumple que entre dos seres cualesquiera (asumiendo sean del sexo apuesto y válido solo para especies sexuadas) se pueden reproducir generando descendientes fértiles que a su vez se pueden reproducir dentro del conjunto A. Por lo que la especie se define por su habilidad de reproducción. Mientras que el paleontólogo Stephen Jay Gould, al estudiar la forma en la que las especies evolucionan se topó con la misma pregunta y la respondió al definir dos aspectos de cada especie; conducta y morfología. Bajo este esquema, una especie se define como el conjunto de seres que comparten una misma morfología y conducta (dejando libertada para las ligeras variaciones individuales). Vale la pena tomar un momento para ver que las razas son entonces consideradas como ligeras variaciones dentro de la especie, y que dos especies puede tener la misma morfología pero ser consideradas diferentes al tener conductas bases diferentes.

Entonces tenemos que una especie nueva será declarada cuando el grupo de seres haya acumulado suficientes diferencias como para no poder reproducirse dentro del grupo anterior y/o como para tener una combinación morfología-conducta diferente. Por lo tanto, si un grupo dado va a cumulando mutaciones y estas se traducen a diferencias, en el momento en que se llegue a cierto umbral que estará en función de la diferencia dada, será considerado una especie nueva. Claro que también debemos considerar que dentro de una especie siempre se dan mutaciones entre una generación y otra, pero estas tienden a desaparecer o propagarse rápidamente por lo que no implican diferencias para un grupo ya que todos las adquieren en poco tiempo. En el caso de los peces de las cuevas, el grupo anterior no desapareció, sino que siguió viviendo en su ambiente (las aguas superficiales) como lo había hecho siempre pero un subconjunto del grupo se separó y colonizó un nuevo territorio (las cuevas) y al estar aislados, no se podía dar el proceso de homogeneización genética por lo que las diferencias se fueron acumulando y eventualmente se llegó a las condiciones para declarar a ese grupo otra especie. Esto es en lo referente a la separación espacial de un grupo, pero ¿que pasa con la separación temporal como en el caso de los dinosaurios y sus ancestros? En este caso se trata de dejar al grupo entero interactuando, pero las diferencias se acumulan y distribuyen por todo el grupo, con el tiempo se acumulan hasta que se llega a tener una generación que ya es genéticamente muy diferente a una antecesora.

Esquema del equilibrio puntual.

Así que saber cuando un grupo se debe considerar una nueva especie es relativamente sencillo, lo interesante es averiguar los detalles sobre los mecanismos que causan y seleccionan estas variaciones.

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De aventón

Como ya saben, viajar de aventón, rait o autostop (según de donde sea el lector) es viajar gratuitamente en algún vehículo conducido por alguien mas y con permiso de la persona encargada. Por lo general se hace recorriendo el segmento del viaje que se comparte entre nuestra ruta y la de quien nos de rait. Esto viene a que no solo las personas pueden viajar de rait, parece ser que algunos los genes y las características de los seres vivos también lo hacen.

Pavoreal, su cola es un muy claro ejemplo de una característica no ventajosa expresada por sus genes. (Imagen de Manuel González)

Esta idea, de características viajando de una generación a otra de rait es una propuesta para explicar la existencia de características no deseables en las especies. Cosas como la muy vistosa cola de los pavoreales machos que representan una clara desventaja en un ambiente donde podría haber depredadores. Si eres de una especie que sueles ser presa, como los pavoreales, lo ultimo que quieres es un enorme anuncio indicando donde estas a todos los depredadores a la redonda.

La existencia de este tipo de características es algo que claramente aparenta estar en contra de la lógica de la selección natural. Es decir, si la fuerza impulsora de la evolución, la selección natural, va eliminando los seres con características indeseables y por lo tanto menos propensos a sobrevivir y reproducirse, como es que se "escapan" características que son claros defectos. Una forma de explicarlo es por medio del "argumento de merito", pero este nunca ha sido muy fuerte ni convincente.

Durante el periodo Cámbrico, cuando aparecen la mayoría de los grupos de animales modernos cada nueva especie fue un experimento natural, millones de genomas diferentes con trillones de genes dieron lugar a una increíble biodiversidad, sin una dirección preferente la evolución generó una enorme cantidad de formas y funciones.

Pero consideren la posibilidad de que algunos genes de pasen de generación en generación pegados a otros genes realmente útiles. Para empezar tomen en cuenta que un gen puede afectar varios lugares del organismo de diversas maneras, y que la forma en la actúa un gene depende de muchos factores, no solo su estructura interna. Factores como, por ejemplo el numero de veces que se repite, su posición con respecto a otros genes, etc. todo esto afecta la expresión final del gen. Así que imagnen a un grupo de genes que expresan una considerable mejora en un organo dado, pero, implican una alteración en otro, si sucede que la ventaja implicada por la mejora del primer órgano es superior a la potencial perdida causada por la alteración del segundo, entonces el efecto neto seria beneficioso.

De esta manera podemos tener pavoreales con una muy vistosa cola que los hace fáciles de cazar pero que los torna mas atractivos para las hembras, lo que es una clara ventaja (aunque recuerden la frase celebre de Hobbes: ¿De que sirve impresionarlas y después morir?*). O en los humanos puede explicar la existencia de algunas desventajas, tales como los ojos claros (azules o verdes) que son mas frágiles en la luz y propensos a los problemas pero que son consecuencia de los genes que impiden la producción de pigmento en la piel, lo cual ayuda a economizar recursos en ambientes con poco sol (claro, con los niveles de radiación ultravioleta actuales, esta característica es contraproducente).

Así que teneos por una parte a la selección natural actuando para filtrar las características de los seres vivos para dejar las mas ventajosas, pero los mismos genes que las portan no necesariamente tienen expresiones limpias, sino que influyen en una variedad de aspectos morfológicos y metabólicos que pueden dar lugar a características no favorables. Pero a fin de cuentas sigue siendo la selección natural la que decide al tomar en cuanta el efecto neto de las alteraciones producidas.

Esto explica tanto los ojos claros en los humanos como las colas en los pavoreales y también implica que la selección natural no genera ni tiende a generar seres "perfectos". La selección natural simplemente lleva a sobrevivir temporalmente, no conduce a la "pureza de forma" en ningún sentido ni a una funcionalidad optima. Siempre que un organismo sobrevivia para reproducirse y que otra generación lleve sus genes estará entre las especies que se preservan. Piensen que podría existir alguna variante en el genóma de los pavoreales que los lleve a sobrevivir sin la necesidad de la vistosa cola, lo cuál sería mas eficiente, pero la naturaleza no funciona así, basta con pasar los genes, sin importar si una forma es o no optima. El ver a la evolución como un "camino a la perfección" es una tendencia humana, cuando en realidad lo que hace la evolución es dar la oportunidad de vivir un día mas.

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* Es el Hobbes, de "Calvin y Hobbes" de Bill Watterson al explicar el por que los tigres optan por subirse a un árbol en lugar de enfrentarse a un rinoceronte, no confundir con el filósofo Thomas Hobbes autor de Leviatan ya que no sé si alguna ves se subió a un árbol o cuales habrán sido sus razones para hacerlo.

Sobre pecesitos

Dentro de las cuevas existen toda clase de animales que se han adaptado muy bien a dicho ambiente, entre ellos se pueden encontrar peces, en particular hablemos de los Tetra Mexicanos (Astyanax Mexicanus). Los cuales son unos peces que se pueden encontrar de sur a norte de nuestro país y el sur de Estados Unidos.

Astyanax Mexicanus en su ambiente natural, ríos que corren en cuevas, donde nunca llega la luz del Sol.

Como casi todos los animales que pasan sus días en cuevas, estos peces se han adaptado a la oscuridad con una serie de modificaciones genéticas tales como la perdida de la visión y la falta de pigmentación. Estas dos adaptaciones son bastante coherentes ya que en ausencia de luz, no se necesitan ojos ni colores, ya que los primeros son inútiles y los segundos irrelevantes. Lo interesante de esos animalitos es que a diferencia de las aproximadamente 80 especies de peces que se han adaptado a vivir en cuevas en todo el mundo y cuyos parientes (todos han evolucionado de peces que viven en la superficie) están ahora extintos, los parientes de los tetras mexicanos que viven en la superficie aun existen. Esto permite estudiar que modificaciones sufrieron para lograr vivir en ambientes tan diferentes.

Variante del mismo pez que vive en ríos en la superficie.

Como pueden ver en las imágenes, la estructura anatómica de los peces es prácticamente igual. Y la perdida de la visión y falta de pigmentación es causada por la no-activación de genes responsables de tales propiedades. Pero bueno, el que no se activen genes es una de las adaptaciones mas fáciles, es incluso muy económica para el organismo en términos de energía y por lo general la selección natural debe mantener una presión para que sobrevivan los seres con los genes en cuestión activos. Por ejemplo, se necesitan recursos en materiales y energía para tener ojos, peor el no tenerlos causará que las probabilidades de supervivencia de un ser se reduzcan mucho, si es que depende de ellos para encontrar comida y evadir depredadores, por lo que solo quedarán seres con ojos, y los genes que los forman, activos. Pero en la cueva donde no llega luz, y por lo tanto tener o no ojos es irrelevante (o colores, ya que nadie te verá) el tener genes que formen ojos será una desventaja ya que estas dedicando recursos a formar un órgano que sirve para nada.

Comparación entre ambas especies, la superficial, arriba, y la habitante de cuevas, abajo.

Pero entonces ¿como encuentran comida estos animales? Resulta que los peces tienen un órgano llamado Linea Lateral y que corre a lo largo de los costados del pez y le ayuda a percibir la vibración de un objeto en el agua. En casi todas las especies, el estimular este órgano lleva que el pez ponga atención en la dirección de la vibración, pero en el caso de los nuestros acuáticos amiguitos de las cuevas, lleva a que aceleren a la fuente de la perturbación y la muerdan. Claro, para un pez en la superficie, esta conducta puede ser potencialmente mortal, ya que si bien puede ser que lo que vibre sea alimento también puede ser un depredador, y en las superficie suele estar lleno de ellos. Pero en la cueva prácticamente todo lo que se mueva es comida por lo que seguir la política de "morder primero y preguntar después" puede llevarte a ganar el mejor asiento en la mesa de la cena.

Así que el cambio de vivir en la superficie, con mucha luz y muchos depredadores a vivir en cuevas, sin luz y casi sin depredadores se puede resolver con adaptaciones que son, las unas de tendencia natural y que resultan económicas y las otras, sobre un órgano que el pez ya tiene. estos peces, los Astyanax Mexicanus están entre los animales mas estudiados por los científicos para aprender sobre el funcionamiento de la evolución y en general sobre la conducta de los genes. Incluso se les esta estudiando para entender como enfermedades que afectan al vista en humanos actúan y que papel tienen los genes en ellas. La lección es: importantes adaptaciones evolutivas se pueden lograr con cambios muy sencillos en los genes.

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¿Abuelo esponja?

Hace poco se reportó en la revista Nature (5 de Agosto del2010) unos resultados de un estudio hecho en base a un catalogo genético de una especie de esponja que vive entre corales. Mientras que no puedo evitar recordar a cierto personaje de los dibujos animados quien también es una esponja(sea, de baño) y vive bajo el mar dentro de una piña, puedo asegurar que el sujeto de estudio no se llamaba Bob sino Amphimedon queenslandica. Y los resultados de el estudio son sorprendentes.

Amphimedon queenslandica, nuevo candidato a ser lo mas semejante actualmente vivo al animal mas primitivo y ancestro de toda la fauna actual. Fotografiado en el coral donde vive.

Si recuerdan, todo los seres vivos tenemos una base genética común, lo que implica, entre otras cosas que existió para cada grupo de animales un ancestro común y para todo ser vivo en la Tierra un Último Ancestro Común Universal (ver LUCA). Pero en el caso del estudio antes mencionado, el resultado es que la esponja dicha, a pesar de aparentar ser un animal muy sencillo, contiene casi tantos genes como los humanos (las esponjas contienen entre 18,000 y 30,000 genes). Y comparando algunos marcadores genéticos, se ve que este animal esta muy cerca de la base de el árbol genealógico que contiene a todos los animales.

Esto implica que esta especie es probablemente similar, al menos en algunos aspectos, al primer animal claramente diferenciado, y también que comparte características genéticas con todos los animales. Antes de la publicación de dicho estudio se publicó otro donde se apuntaba a una especie de medusa a ser el ser vivo actual mas parecido al Ancestro Común Animal, pero la esponja esta aún mas cerca de dicho ancestro.

Entre las cosas que la esponja no comparte con nosotros es el hecho de que no fabrica músculos, tejido epitelial (son tejidos que sirven para separar órganos o para generar piel y demás envoltorios que un ser vivo ocupa) y nervios, sin embargo si tiene moléculas que son usadas por las células nerviosas para comunicarse y proteínas necesarias para fabricar músculos. Es decir, a pesar de que no tiene algunas estructuras muy importantes para los demás animales, si tienen el potencial genético para fabricarlas.

Este era el antiguo candidato a ser lo mas semejante al Ancestro Común Animal.

Algo que los autores del articulo notaron fue que muchos de los genes que compartimos con las esponjas y casi cualquier otro animal, son precisamente los mismos involucrados en el cáncer. Es decir, parece ser que el cáncer es una enfermedad de la multiceluralidad. Un costo evolutivo a ser grandes y complejos.

Un dato curioso es que la esponja tiene 705 genes (eso es mas que cualquier otra especie) que codifican kinasas que son proteinas que pegan moléculas de fosfato a otras proteínas ¿por que la esponja necesita tanto fosfato en tanta proteína? nadie sabe.

Así que al parecer, si todos construimos nuestro árbol genealógico hasta que incluya a todos los animales ultimo de los abuelos se parecería mucho a una esponja.

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Chiquitos y raros

Como es conocido, el principal elemento de estudio en la paleontología son los fósiles. Ya sean fósiles de plantas o animales, los diferentes tipos de fósiles tienen su origen en diferentes especies o procesos de fosilización, y a cada uno se le pueden sacar información.

Ejemplo de una Diatomea, exoesqueleto de un ser unicelular que vive en ambientes acuáticos, su presencia en el sedimento implica la presencia de cuerpos de agua en el pasado. Fotografía de Hannes Grobe.

En parte, la tarea de un paleontólogo consiste saber extraer la información contenida en un fósil. Al igual que en un caso policiaco atendido por un detective obsesionado, el paleontólogo debe descifrar tanto como se pueda, so solo importa como murió lo que sea que haya dejado el fósil, también es relevante saber como vivía, con quienes se relacionaba e inclusive como fue el mundo que habitó. Datos como si el ser fosilizado vivía en el agua o en tierra firme, que comía y como conseguía su comida, como se defendía y/o atacaba, y si es posible, saber también el clima, geografía y localización del hogar del ser en cuestión. Por otra parte, la tarea del paleontólogo consiste en saber introducir la información obtenida en un contexto mas grande. Es decir, asumamos que aprendimos todo lo posible sobre alguna especie en particular, nos quedaría preguntarnos ¿que papel jugó en el ecosistema de su tiempo? y sobre todo ¿que nos enseña sobre la evolución, tanto de las especies como del planeta? ¿que aprendemos sobre los métodos de investigación?

Para ayudar con este propósito, tenemos algunos indicios muy claros. Por ejemplo, la forma los dientes; mientras que los dientes alargados y afilados indican una dieta carnívora, los planos y bajos indican el consumo de vegetales. Así, podríamos encontrar un fósil parcial, es decir un pedazo del animal únicamente, como un solo diente o un segmento de mandíbula, y sabríamos que en ese lugar, en la era de que el animal vivía, al menos una especie de depredadores habitaban el lugar.

Ejemplo de un Acritarco, fósil microscópico que no se puede clasificar por alguna razón, tal como estar incompleto o carecer de elementos distintivos.

Pero existen unos fósiles que si bien no tienen el glamour de los dinosaurios o tiburones primitivos son de lo mas interesantes , estos son los microfósiles. Estos son los restos fosilizados de seres microscópicos, desde el plancton hasta algas unicelulares. Los microfósiles son de los ejemplares mas abundantes que cualquier época pasada nos haya dejado. Como en todos los ecosistemas, las especies microscópicas son mucho mas abundantes que las macroscópicas, y esto, junto con el hecho de que muchas especies microscópicas tienen un exoesqueleto compuesto de minerales y que por lo mismo dura bastante tiempo, lo cual es ideal para la fosilización.

Otro microfósil, este es un grano de polen de hace 250 millones de años.

Y al poseer un genoma mas sencillo y tener tiempos de vida mas corto (lo que implica generaciones mas cortas, en contraste con especies mas longevas como nosotros, donde las generación dura mas de 20 años) su evolución es mucho mas rápida (entre ellos una generación puede durar minutos u horas) . Esto implica que el exoesqueleto puede cambiar en relativa rapidez, ya que una especie aparecerá y desaparecerá en cuestión de poco millones de años o inclusive menos. Por lo tanto algunos microfósiles dejarán exoesqueletos muy distintivos y fáciles de rastrear con los cuales se podrían saber una variedad de datos. Por ejemplo sabemos que una especie dada habitará en un momento dado en algún ecosistema específico. Si bien se presentará una tendencia a expandirse pero esto tendría que ser de forma gradual.

Por lo tanto la identificación de microfósiles en un lugar nos puede revelar cierta información. Por ejemplo, en las costas de Brasil y Gabón (costa oeste de África) se han detectado de estos fósiles de seres unicelulares que vivían en lagos, por la similitud se ve que la especie fue originaria de algún lago en particular y se extendió a las regiones adyacentes. Pero estas criaturas no eran del tipo que soporta agua salada, por que es imposible que cruzaran el Atlántico. Esta evidencia apoyó la afirmación de la Tectónica de placas, ya que implica que Brasil y Gabón debieron de estar colindándose mutuamente en algún punto del pasado. Datando los fósiles se concluye que un continente que incluía a Sur América y África juntos existía en el hemisferio sur y que este supercontinente tenía en su centro una larga fisura que corría de norte a sur a lo largo de la cuál se separaría y la que se transformaría en el océano Atlántico, la misma fisura tenía aproximadamente por el centro una región de lagos donde habitaban las pequeñas criaturas que dejaron los microfósiles que encontramos 130 millones de años después. Este escenario concuerda a la perfección con el modelo actual de la deriva continental.

Simulación de la deriva continental, nótese como en un periodo centrado en hace 135 millones de años Sur América y África se encontraban unidas.

Pero los microfósiles tienen una gracia adicional, debido a lo sencillos que son, basta con un segmento para poder reconocerlo u obtener información, incluso aquellos que no se sabe en que clasificación caen, los "acritarcos" puede revelar datos interesantes. No es una perdida muy grave no poder clasificar a un segmento de microfósil si sabes que era de un animal marino o si conoces su edad (determinada por algún factor externo al fósil) y encuentras mas segmentos parecidos en otro lugar, puedes concluir que ambos terrenos son de aproximadamente la misma edad. Así que como vemos estos restos de seres vivos, aunque sean acritarcos pueden ser de gran utilidad, inclusive para que los fósiles mas grandes y llamativos se puedan situar en un mejor contexto.

Otro ejemplo de un Acritarco.

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Mecanica Evolutiva 4

Uno de los aspectos menos comprendidos de la evolución es la relación que impone entre las especies ya que no todo es depredador-presa y entre los miembros de una especie, al no ser todo competir. En particular el problema radica en que aún mucha gente piensa en la evolución en términos Darwinianos, de competencia y "supervivencia del mas fuerte".

Uno de los mas elaborados ejemplos de evolución de la cooperación, la familia de mamíferos. En la imagen se ven una de las primeras especies de mamíferos (parecidos a roedores), ya desde este entonces se distinguían los mamíferos por su tendencia a vivir en un grupo llamado familia durante la infancia de las crías.

Pero consideremos un aspecto fundamental de nuestra forma de vida; las comunidades. Desde aldeas hasta metrópolis, los humanos vivimos en comunidades. Y es curioso por que esta es una de las pocas variables que no cambian a lo largo y ancho del mundo y de la historia, ya sea una caverna hace 70,000 años, la Roma de Julio Cesar o Santiago de Chile, en el desierto o el Himalaya, en cualquier lugar que habitemos lo hacemos en grupo. Claro, podemos entender las ventajas que esto implica, es mas fácil defenderse de los elementos, protegerse de los animales y obtener recursos naturales.

De los primeros ejemplos de la cooperación entre individuos, los estromatolítos, colonias de criaturas unicelulares de diferentes especies que viven juntos controlando el medio ambiente químico donde se encuentran.

Pero no solos los únicos que viven en grupos. Algunas especies se agrupan con propósitos muy similares a los nuestros, especies que, curiosamente, son también muy parecidas genéticamente, como los chimpancés, ballenas y delfines quienes forman grupos para lograr mayor protección y una búsqueda mas eficiente de alimento. Mientras que otras especies mas distantes como líquenes y bacterias se suelen agrupar de forma accidental (los individuos nacen muy juntos) pero obtienen ventajas de esta cercanía, tales como el control de los detalles químicos de su medio ambiente. Claro, como ejemplo sobresaliente de vida en comuna están algunos insectos, tales como las hormigas o termitas que si bien no llegan al nivel de conciencia e inteligencia individual de los mucho mas complejos mamíferos logran realizar tareas complejas y resolver problemas por medio de una inteligencia colectiva que viene de la conducta emergente. Así que, tenemos que la vida en grupo es común en la naturaleza, sin embargo es directamente contraria al individualismo marcado por la forma primitiva de evolución Darwiniana.

Veamos el por qué de la última afirmación. Según la visión que se suele tener de la evolución, donde los individuos compiten entre sí para sobrevivir y dejar la mayor cantidad posible de descendientes, se ha de superar a los demás en algún aspecto esencial. Esto implica que un individuo ha de procurar obtener cualquier ventaja sobre algún potencial competidor. Por lo que dentro de una misma especie, dos individuos han siempre de competir para obtener un mayor beneficio aún cuando esto implique una desventaja para uno de ellos. Sin embargo uno de las mayores ventajas evolutivas que tenemos viene de mutaciones que nos permitieron vivir en grupos mas y mas numerosos (modificando las proporciones de neurotransmisores en el cerebro, haciéndonos menos propensos a la violencia y mas tolerantes a los incidentes que llegan del convivir en grandes grupos). Estas mutaciones resultaron notablemente favorables ya que no solo nos permiten protegernos mejor de depredadores sino que al ser criaturas tecnológicas nos favorecen al ser los grupos grandes donde se puede encontrar una mayor cantidad y variedad de talentos y conocimiento.

Ejemplo mucho mas complejo de cooperación en una especie. La tendencia de la familia Homo de vivir y trabajar en conjunto la transformó en la dominante ante otras especies de seres grandes como mamíferos y reptiles.

En otras palabras si dos miembros de una especie forman una alianza aunque sea temporal para tomar ventaja sobre otra especie tendrán una mayor facilidad en la competencia. Inclusive se pueden formar alianzas entre miembros de dos o mas especies distintas para lograr algún fin de interés común.

Entonces tenemos que aparate de la evolución de los individuos que se da por medio de la competencia, se tiene otro tipo de evolución, la evolución de los grupos que se basa tanto en la competencia con otros grupos como la colaboración entre los miembros. La misma presión que afecta a los individuos y que los impulsa a adaptarse al medio ambiente afecta también a los grupos, de esta manera se puede ver a poblaciones enteras como sujetos sometidos a las mismas consideraciones evolutivas. Así podemos entender algunos aspectos claves, por ejemplo la evolución de la unidad familiar en los mamíferos, donde los miembros mas capacitados favorecen a los menores. la estructura social de los insectos, y las sociedades de homínidos, tales como nosotros o los Neanderthales.

Como vemos la vieja visión de la evolución basada exclusivamente en la competencia no es totalmente acertada. Y esta noción de que la cooperación puede implicar una ventaja evolutiva nos lleva a pensar en las implicaciones, la evolución no solo implica un cambio de forma física, sino de conducta. Es decir, una forma de adaptarse a cambios en el medio ambiente no es solo cambiar el cuerpo sino cambiar la conducta. Por ejemplo existen especies de Iguanas nativas de regiones desérticas que evidentemente no poseen la habilidad de nadar mientras que en la islas Galápagos habitan iguanas morfológicamente muy parecidas pero que son nadadoras. De igual manera, la principal diferencia entre Humanos y Chimpancés es la conducta y no el genóma (el cuál es impresionantemente parecido).

La lección aquí es; la evolución implica mas que modificar el cuerpo, también incluye cambios de conducta dentro de los cuales puede estar la cooperación o asociación en grupos. En realidad casi cualquier cosa se vale en el esfuerzo por la supervivencia de las especies, ya sea que los organismos trabajen solos o en grupo.

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Mamma mia

En complacencia al publico, aquí va algo de sobre "Eva Mitocondrial y Adán Cromosómico", de hecho es un muy buen ejemplo sobre los detalles y menudencias de la herencia y en consecuencia de la evolución. En primer lugar aclaremos que lo de "Adán y Eva" son una licencia que algún reportero se tomó al usar figuras de la mitología popular occidental para designar a los supuestos ancestros de toda la especie. Entonces veamos lo de la mujer y el hombre a quienes prefiero llamar "Mamá Mitocondrial y Papá Cromosómico" (aunque Mega-Mamá o Non-plus-ultra-Madre tampoco estarían mal).

Mega-mamá mitocondrial. Concepción artística de una joven mujer con un infante viviendo en el este de África hace 150,000 a 200,000 años. Esta mujer podría ser ancestro de toda la población humana actual (al igual que el niño).

Bien, empecemos con el asunto de la herencia mitocondrial y cromosómica. Como ya sabemos, los genes de los padres se transmiten a los hijos. En este caso se combinan los genes de padre y madre para dar origen a un nuevo genoma, es decir el código genético de los hijos es una combinación del de los padres. Esto se refiere al ADN que se encuentra dentro del núcleo de la célula, pero dentro de las mitocondrias tenemos también ADN. Las mitocondrias son estructuras dentro de nuestras células que son los lugares donde se rompen las moléculas de azúcar para generar energía, es decir son los "reactores" de la célula. Pero estas estructuras fueron un día células independientes. Hace cientos de millones de años diversos tipos de células comenzaron a vivir unas dentro de otras en una sorprendente adaptación evolutiva. Esta alianza entre células primitivas fue tan exitosa que luego se comenzaron a dividir juntas, mientras las pequeñas aportaban energía a las grandes, las grandes los daban protección y alimento. Así, al vivir juntas y ser unas anfitrionas de otras, al dividirse las grandes se dividían las chicas también. Con el tiempo las pequeñas perdieron casi todas sus funciones celulares y se transformaron en organelos de las mayores. Así es como las actuales células de los animales adquirieron las mitocondrias y como es que estas tienen su propio ADN.

Imagen de una mitocondria, organelos de la célula que contienen su propio ADN el cuál es transmitido de madres a hijos.

Ya teniendo esto claro, hemos de saber que las mitocondrias que tenemos son herencia únicamente de nuestras madres. Es decir, de las mitocondrias del óvulo de la madre descienden las de nuestras células. Así, los marcadores genéticos (pequeñas características distintivas dentro de los genes) en las mitocondrias se pueden rastrear por la linea de descendencia materna. Al hacer esto se puede concluir, por ejemplo, hace que tantas generaciones se separaron las lineas de descendencia entre dos personas por sus lineas maternas. Es decir, hace que tanto tiempo vivió la "tatarabuela" que tienen en común dos personas. Por ejemplo, con mis hermanos comparto la primer antecesora maternal (es decir, tenemos la misma mamá), con mis primos la segunda (la misma abuela), etc. En teoría, si regreso lo suficiente podré encontrar una "tatarabuela" que comparta con cualquier persona del mundo.

Esquema sobre la forma en la que la descendencia de una sola mujer ese hace única en una población.

Entonces la forma de encontrar a la mujer de la que todos venimos, es recolectando muestras de ADN de personas de la mayor parte de los pueblos del mundo y "seguir" la linea de ancestros. Bueno pues este estudio ya se llevó a cabo (en realidad se combinaron los resultados de varios estudios) y el resultado fue que el nuestro Ancestro Común mas Reciente Femenino (ACRF) es decir, la mujer de la que todos somos descendientes vivió en el este de África hace entre 152,000 y 234,000 años. Por lo general esto sería una mas de las muchas fechas tratadas dentro de la evolución. Pero esta en particular tiene algo de relevante, aclaró cuál fue el lugar de origen de la humanidad.

Poco antes de salir estos resultados, una teoría, llamada "Teoría del origen regional" que era de las principales entre la familia de teorías "fuera de África" sobre nuestro origen, proponía que los diversos grupos humanos se habían originado en su lugar de residencia nativa a partir de especies homínidas residentes en el lugar. Por ejemplo, los europeos vendrían de los Homo Sapiens Neandertalis, las poblaciones del este de Asia del Homo Erectus y los nativos de Oceanía de variantes del Homo Erectus (me pregunto de donde pensaron que salimos los nativos de América). El punto es que por el hecho de que todos tengamos una misma ACRF (Ancestro Común mas Reciente Femenino) localizada en un lugar en una fecha (aunque "este de África" y "de hace entre 152,000 y 234,000 años" no sean muy específicos) dados implica que todos compartimos un solo origen, que no hay duda alguna de que la especie es nativa de África.

Mapa de la dispersión humana según calculado por marcadores genéticos mitocondriales, es decir, el mapa de como se fueron esparciendo los descendientes de la mega-mamá.

Entre las cosas que vale la pena aclarar sobre nuestra Mega-mamá mitocondrial, es que se trató de una persona entre muchas que vivieron en un tiempo en un lugar. Ocasionalmente se piensa que se trató de una "primer mujer" o que en su tiempo existía solo ella. Esto es un efecto nocivo del uso de la mitología. La Mega-mamá era una de las mujeres que vivieron en su tiempo y en el pueblo que haya sido el suyo, pero fue la descendencia de esta única mujer la que dio origen al total de la población actual. No es que las otras mujeres no hayan tenido descendencia, es que en esos casos se extingió o se mezcló con la de la Mega-mamá de manera tal que al ver la linea de descendencia materna siempre se regresa a ella.

Mapa similar al anterior, pero en este caso hecho con marcadores genéticos cromosómicos, es decir, un mapa de la expansión de los descendientes del Mega-papá.

De igual forma podemos hacer lo mismo para el Mega-papá, rastrear los marcadores genéticos en al ADN nuclear y rastrear nuestra linea de descendencia paterna. El resultado es similar, todos compartimos un Ancestro Común mas Reciente Masculino (ACRM) que vivió en África hace entre 80,000 y 50,000 años. Mientras que el lugar es el mismo (África) notamos que las fechas son diferentes, pero esto no es del todo descabellado, ya que nada impide, que nuestra Mega-mamá (ACRF) viva en su época y deje descendencia, tiempo después nuestro Mega-papá (ACRM) haga lo mismo. Para cuando nació el Mega-papá, ya mucha gente era descendiente de la Mega-mamá. Al dejar su propia descendencia, esta eventualmente abarcó a todo el mundo y junto con la Mega-mamá fue ancestro de toda la especie. Como se ve no se dio ninguna cruza entre parientes cercanos ya que los Mega-papás vivieron con al menos 70,000 años de diferencia.

El resultado final y mas importante, es que no solo todos los humanos tenemos ancestros en común, sino que no hay ninguna duda de nuestro origen africano.

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Mecanica Evolutiva 3

Como se vió en la entrada anterior de la serie, la evolución no tiene una dirección dada, simplemente tiende a mantener las especies vivas o desaparecerlas si no se adaptan a una velocidad adecuada. ¿Pero si la evolución no tiene una dirección, meta, propósito o inteligencia alguna tras de ella, entonces como es que algunos organismos no relacionados entre sí presentan ocasionalmente las mismas formas o soluciones para algún problema? A este fenómeno se la llama Convergencia Evolutiva y como veremos a continuación es fácil de explicar.

Esquema de la estructura de los tres tipos principales de alas. Las de los murciélagos, las aves y los insectos, nótese la diferencia en la estructura interna, sin embargo todas sirven para volar.

Pensemos en algún ejemplo de Convergencia, dos que vienen a la mente son las alas y las aletas. Por ejemplo, los Murciélagos (mamíferos), los Pterodáctilos (reptiles) y las Palomas (aves) todos tienen alas. Mientras que las ballenas, ictiosaurios y peces tienen aletas. Pero mientras que cada uno de estos grupos tiene alguna estructura en común (aletas o alas) cada uno la adquirió de forma diferente y la genera de alguna manera en particular.

Ejemplo de convergencia para llenar un nicho, el de depredador aéreo. Las tres especies, aunque diferentes, comparten la misma conducta de ser depredadores aéreos.

Veamos un ejemplo; las alas de las aves, insectos y los murciélagos. Como ya se imaginarán, las aves obtuvieron sus alas muy temprano en su evolución, de hecho las definió en su forma moderna. Esto ocurrió cuando algunas especies de dinosaurios comenzaron a adquirir una serie de mutaciones que les dotó de plumas y causó una serie de modificaciones en su estructura osea y conducta. Inicialmente las plumas tenia la función de dar protección térmica, es decir, mantener al dinosaurio caliente, de manera muy parecida al pelo de los mamíferos, pero en cuanto nuevas modificaciones dieron a las plumas su estructura plana (las primeras plumas eran como las plumas de los pollitos, dando al dinosaurio una apariencia un tanto "pachoncita") permitían al animal durar mas tiempo en el aire en caso de que saltar, algo muy útil si quieres correr tras una cena que huye por un terreno irregular. Con el tiempo las plumas fueron adquiriendo un papel mas y mas importante y finalmente permitieron a sus dueños volar de manera controlada.

Un caso de convergencia pero en los océanos. De nuevo las tres especies son diferentes pero adoptan conductas similares.

La estructura de dichas alas es la de una extremidad modificada, es decir el "brazo" entero del animal.

En cuanto a los murciélagos, las alas comenzaron gracias a mutaciones que alteraron la la longitud de los dedos y consecuentemente la extensión de la membrana entre los mismos. En este caso la mencionada membrana nada tenía que ver con mantener al animal caliente pero sí generó una superficie suficientemente grande como para permitir que la fuerza del aire sea suficiente como para mantener al animal en el aire. Esto también permitió al murciélago explotar nuevas fuentes de alimento y una locomoción mas rápida.

En este caso, el ala tiene una estructura osea derivada de la "mano", es decir, los huesos del ala son los huesos de la "mano" pero en proporciones muy diferentes a las originales.

Ejemplo de convergencia en la aparición de pinzas en la cabeza de los insectos. Se muestra la relación evolutiva y se ve que aquellos con pinzas no están necesariamente relacionados como especies cercanas.

Y el tercer caso de alas, las de los insectos son algo completamente aparte. Las alas de los insectos aparecen (obviamente) sin huesos. Son membranas que se suelen mantener extendidas gracias a la presión de fluidos dentro de una estructura de pequeños capilares.

Estos tres ejemplos son útiles para ver como aparecen tres estructuras diferentes que cumplen la misma función en diferentes animales, esto es la convergencia evolutiva. Y el ejemplo no se limita a extremidades, sino que se puede dar con el animal entero. En ocasiones dos ecosistemas diferentes tienen especies diferentes ocupando el mismo nicho, es decir, cumpliendo la misma función. Por ejemplo, el ser el principal depredador en tierra, ser carroñero o alimentarse de ciertos insectos. Esto se puede ver muy bien entre mamíferos placentales y marsupiales. En Australia, por ejemplo, donde son muy dominantes los mamíferos marsupiales se pueden encontrar especies que cumplen con los papeles que en otras partes del mundo cumplen otros mamíferos (si es que no han encargado ya de extinguir dicha especie).

Ejemplo de especies que ocupan el mismo nicho en ecosistemas diferentes. La columna de la izquierda son mamíferos placentales y a la derecha están los marsupiales.

La lección es esta; mientras que la evolución en su actividad carente de dirección puede dar origen a una variedad impresionante de seres, existen "nichos" en el ecosistema, estos son lugares que se ocupan por especies que tienen una conducta dada sin importar los detalles de su forma (siempre que la forma les permita la conducta en cuestión).

Es de gran importancia para nosotros ya que vemos que lo importante es llenar el nicho y por lo tanto se permite, en caso de perder una especie, remplazarla con otra de conducta similar, dándonos un método de bio-remedición para ecosistemas muy dañados. Y también nos ayuda a entender algo muy curioso que suele observarse en la historia de la vida, después de cada extinción masiva (eventos en los que mas del 50% de las especies muere) el nuevo ecosistema adopta las mismas relaciones entre las especies nuevas que evolucionen a partir del evento de extinción. Y esto a su vez, no permite entender mejor el "Equilibrio Puntual" de Gould, ya que la tendencia a ocupar los nichos vacíos es lo que permite a las especies a adaptarse para intentar explotar el lugar dejado por los extintos.

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Lenta pero segura

Desde hace tiempo me pidieron una entrada sobre tortugas. En parte es un poco difícil por que con cada animal se pueden escribir muchas cosas o tratarlos desde diferentes puntos de vista. Y tratándose de tortugas que son criaturas que han estado en el planeta durante tantos millones de años se aún mas difícil. Pero considerando esto, hablaré sobre las tortugas para ilustrar un detalle que me será de utilidad en las entradas sobre mecánica evolutiva. Veremos lo poco que han cambiado en la historia.

Tortuga Galápagos, endémicas de las islas del mismo nombre. Estos enormes animales están entre las mas longevos del planeta. Imágen e Matthew Field.

En sí las tortugas son un tipo de reptiles que evolucionaron hace unos 215 millones de años lo que los hace de los reptiles mas antiguos (comparadas por ejemplo con las víboras y lagartijas). Las tortugas son animales muy longevos para su tamaño, lo cual esta ligado, entre otras cosas, a su metabolismo. Si comparamos la cantidad de alimento necesario para mantener viva una tortuga con el necesario para alimentar un mamífero del mismo peso, veremos lo práctico que es ser de sangre fría, pero esto impone algunas restricciones, por ejemplo el relativamente bajo nivel de actividad que tienen (especialmente las variedades terrestres). Aparte de lo lentas que suelen ser (aunque algunas pueden nadar a considerable velocidad) lo característico de ellas es su caparazón formado por hueso o cartílago que sale desde las costillas. También es conocida su habilidad de meter la cabeza dentro del caparazón.

Fósil de Proganochelys quenstedti, la especie de tortuga con el caparazón completo mas antigua conocida. Imágen de Claire Houck.

Esa habilidad el poder meter la cabeza dentro del caparazón no la tenían las primeras tortugas. Fue una adaptación muy favorable que les permitía contar con una protección completa dentro de su fuerte caparazón. Pero lo que mas me interesa de la evolución de las tortugas es lo poco que han cambiado. Es decir, lo mucho que ha durado la misma forma básica. En los últimos 215 millones de años han pasado muchas cosas y muchas especies se han extinto y aparecido, el clima ha cambiado y los continentes se han movido. Pero las tortugas siguen igual. Este es un excelente de lo que Stephen Jay Gould ha llamado "equilibrio puntual".

Comparación entre las tortugas del periodo Tríasico Proganochelys quenstedti y una especie extánte (aún viva). Noten las vertebras del cuello y su adaptación para permitir la retracción de la cabeza dentro del caparazón. Imágen de Gaffney (1990).

El equilibrio puntual se da cuando en el curso de la historia una especie evoluciona de manera que llega a una combinación de conducta y forma que es tan eficiente que se dificulta que la especie se aleje de ese punto. Por ejemplo, con las tortugas, se tiene la combinación de la conducta de ser poco activas y alimentarse de una gran variedad de fuentes con la forma de estar cubiertas de un caparazón fuerte. Esta situación es tan buena para la especie que cualquier línea de descendientes que acumule mutaciones para alejarse de ella tardará bastante en lograr cualquier cosa mejor y mientras tanto será menos adaptable que las otras tortugas que preservaron su forma. Al estar tanto tiempo en una situación de desventaja, esos descendientes tendrán menor probabilidad de sobrevivir. Así se preserva la forma y conducta de una especie. No es que el animal "no evolucione", es que la evolución, el proceso de adaptación lo obliga a mantener esa combinación, es decir, lo pone en un "punto de equilibrio" de donde es muy difícil salir.

Entonces tenemos que las tortugas, cucarachas y esos animalitos que se anuncian como "los que no han evolucionado" no es que no evolucionen, simplemente no cambian. La evolución no implica cambios, implica adaptación. Si ya eres notablemente eficiente sobreviviendo, no cambiaras ya que cualquier cambio te hará menos eficiente. En la historia, los cambios suelen ser respuestas a problemas que no se pueden enfrentar con formas y estilos pasados. Pero si ya te puedes enfrentar a extinciones masivas, glaciaciones, sequías, terremotos, movimiento de continentes, alteraciones en el clima, etc etc etc ¿que vas a cambiar?

Y estoy seguro, de que dentro de millones de años, alguna tortuga seguirá tranquila y apaciblemente comiendo hierbas sin preocuparse mucho por el futuro.

Las tortugas serán lentas, pero seguras.

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Mecánica evolutiva 2

Muy bien ya quedó establecido y comprendido, en la entrada "Dinámica Evolutiva 1" lo que es una mutación y que esta es la unidad básica de cambio en el código genético. También vimos que es un sucedo que ocurre de manera aleatoria. Así que ahora hablemos sobre el efecto acumulativo de estos cambios.

Como dijimos, las mutaciones suceden de manera aleatoria, pero si las vemos en un periodo suficientemente largo, podremos obtener un estimado de cada cuando ocurren en promedio, o mejor aún, cuanto tiempo se requiere para modificar una cierta cantidad de ADN. Este tiempo es práctico medirlo en "generaciones" en lugar de años ya que cada generación representa una cierta combinación de genes y las mutaciones que acumulen se pasarán a la siguiente. Puesto que cada especie tiene diferente estructura, para cada grupo de seres se tendrán ritmos de mutación diferentes. Por ejemplo para alguna especie de bacterias se suelen requerir 100,000,000 generaciones para cambiar un par de bases (un "eslabón" en la cadena de ADN) , mientras que en los humanos se toman 250,000,000 generaciones.

Una adaptación que fue muy importante, cuando las condiciones en el agua no fueron favorables algunos seres descendientes de peces y dotados con mutaciones que les deformaban las aletas aprovecharon y comenzaron a explorar tierra firme (luego de aprovechar mas mutaciones que modificaron el sistema respiratorio).

Así, cada especie va acumulando modificaciones en su genoma con el paso del tiempo lo que tiende a cambiar la especie. Estos cambios pueden ser tanto en forma ( morfología ) como en la conducta ( ser carnívoros, herbívoros, cazadores, carroñeros, etc ). Pero algo que debemos recordar y que es fundamental para entender la evolución es que el adaptarse a un ambiente no necesariamente implica cambio. Por esto, es posible que los procesos que típicamente se

La noción que se tiene sobre la evolución ha cambiado mucho desde los tiempos de Darwin. Hoy se usa un modelo evolutivo llamado "equilibrio puntual" ideado por S. J. Gould bajo el cual las especies de distinguen no solo por su estructura física sino por la combinación de morfología-conducta que muestran. Pero tanto los procesos de involucrados como los detalles del equilibro puntual serán vistos en otras entradas. Ahorita lo relevante es entender que las organismos pueden ir acumulando cambios poco a poco a lo largo de los milenios y que esta tendencia del ADN a sufrir mutaciones es constante se den o no cambios en las especies.

Otra curiosa adaptación curiosa, ante la presencia de grandes depredadores, algunos dinosaurios con mutaciones que deformaban la columna obtuvieron una mejor protección.

Y algo muy importante, las mutaciones son las que permiten los cambios que afectan la forma en la que interactúan las especies con el ambiente, y no al revés. El ambiente no "muta" a la especies para que cambie. Así que un cambio dado en el ambiente puede o no ser favorecido en el sentido de que si ayuda a sobrevivir es mas probable que en la siguiente generación nazcan seres con esa misma mutación, pero no por el hecho de que se presente un cambio en el ambiente NO implica que mágicamente aparezca una mutación oportuna.

Por ejemplo, imaginemos una especie de animalitos muy parecido a nosotros, solo que se alimentan de los frutos de los arboles. Durante mucho tiempo los frutos se encontraban a su alcance pues los arboles eran bajitos, así que no se requerían cambios para poder alimentarse. Por lo tanto el que alguien nazca con brazos mas largos no implicaba una ventaja, al contrario, un brazo mas largo implica tener que comer mas para alimentar huesos y músculos mas grandes. Pero en eso, los arboles comenzaron a crecer (por mayor abundancia de agua, mutaciones, fertilizante, o el factor que gusten) y después de unos miles de años, los frutos ya se alcanzaban tan fácilmente.

Ancestros del caballo, del tamaño de un gato y con dedos. En su caso el trotar grandes distancias favoreció a los individuos con patas mas largas (obtenidas al crecer el animal entero) y pezuñas en un solo dedo de gran tamaño.

Ahora es cuando se pueden aprovechar las mutaciones. Si sucede, por ejemplo que de nuevo aparecen mutaciones que dan como resultado el tener brazos largos, ahora ya podrían ser de utilidad y el costo adicional que representan se vería justificado por la mayor facilidad a la hora de conseguir frutas de los arboles. Esto daría lugar a un proceso de selección, aquellos seres con brazos mas largos tendrán mayor probabilidad de sobrevivir suficiente tiempo como para pasar sus genes a una nueva generación que al ser parecidos a sus papás tendrán brazos largos. En caso de que la longitud de los brazos no sea suficiente o que los arboles sigan creciendo, se puede continuar con ente proceso, aquellos de los hijos que tengan brazos mas largos que sus hermanos tendrán cierta ventaja. Con el paso de muchas generaciones los brazos largos serán tan comunes que los ancestros de extremidades normales se verían extraños. Así se van generando nuevas especies. Alterando características paulatinamente. Dejando que se de la competencia y pasando algunos genes.

Pero podemos aprovechar nuestro ejemplo de la evolución de las criaturitas de brazos largos. Como mencioné antes, el tener este tipo de brazos es UNA de las posibilidades, y en el juego de la supervivencia casi cualquier cosa se vale. ¿Que tal si otra población de estas criaturas se vio beneficiada por piernas largas, en lugar de brazos? ¿O por un crecimiento de todo el cuerpo? Estas son también soluciones al problema de encontrar comida en arboles mas grandes, he inclusive se pueden ir por soluciones mas radicales, cambiar de fuente de alimento, desarrollar formas de robarle la comida a otros, etc etc. Siempre que a una especie se le presenta un problema se suelen tener diferentes soluciones, y las soluciones de dos poblaciones separadas por lo general son diferentes.

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Mecánica evolutiva 1

Que la evolución es un hecho es algo que ya no puede estar mas claro, aunque los creacionistas sigan luciendo la ignorancia como si fuera un don, la evolución es inclusive usada con fines industriales. Aplicando presión de selección natural o artificial a diversos organismos para cumplir nuestros propósitos. Sin embargo aun reina una gran confusión sobre la forma de operar de la evolución. En parte esto se debe a que en años recientes se han hecho considerables avances en nuestro entendimiento sobre dicho fenómeno. Para resolver este problema decidimos incluir una serie sobre el funcionamiento de la evolución.

Las cuatro bases que conforman de ADN de todos los seres vivos de la Tierra. Se les idéntifica con su inicial; A, G, T y C.

Por lo general se tiene la idea de que la evolución es simplemente el conflicto entre especies resultando en "la supervivencia del mas fuerte". Pero en realidad es mas complejo. En primer lugar y como tema de esta entrada veamos lo mas esencial en la evolución; la mutación.

Antes de meternos con las mutaciones hablemos sobre el ADN. El ADN es una molécula, es decir un conjunto de átomos unidos por medio de enlaces (los enlaces entre los átomos se suelen formar por que dos átomos comparten un mismo electrón, esto los mantiene físicamente juntos). El ADN es una de las moléculas mas grandes conocidas, esta conformada por miles de átomos que se agregan en grupos llamados bases que en sí son moléculas mas pequeñas, estas bases son solo 4 y se repiten una y otra vez agrupadas en pares. A estas se les idéntifica con la abreviación de sus nombres, las letras A, C, T y G.

Agrupamiento de las bases para formar pares, y de los pares para formar cadenas.

Entonces veamos el escenario general; el ADN no es mas que una larga cadena de miles de pares de bases, y hay dos tipos de pares (por lo tanto 4 bases). Estas cadenas son continuas y cada una conforma un cromosoma. El ser humano por ejemplo tiene 46 cromosomas diferentes. Todo esta contenido en el núcleo de cada una de nuestras células.

La razón para que cada célula contenga todas esas 46 cadenas de ADN es por que ellas contienen toda la información que necesita la célula para hacer sus cosas de célula, desde dividirse en dos hasta procesar azúcar. A cada unidad de información, es decir, al conjunto de bases suficiente como para "decir" algo significativo se le llama gen, y puede ser para contener información sobre como fabricar alguna substancia, como realizar alguna función celular o algo por el estilo.

Cada ser diferentes contiene diferente información y suele necesitar una cantidad diferentes de cromosomas, claro el que dos especies tengan la misma cantidad no implica que sus cromosomas sean iguales. Por ejemplo, los hamsters sirios que son también mamíferos como los humanos pero tienen una morfología(forma y estructura) y conducta diferentes tienen 44 cromosomas.

Segmento de una molécula de ADN, formada como una "escalera de bases".

Al total de material genético (ADN) se le llama genóma de la especie y es lo que nos distingue. Entonces cada ser en el planeta tiene una copia de su genóma, es decir el "plano completo y manual de operación" de nuestro organismo en cada célula. Y como sabemos, al procrear descendientes, se mezclan los genómas de los padres para dar lugar a nuevos genómas que serán los de los hijos. Por eso no podemos ser iguales a uno de nuestros padres, por que tenemos ADN del otro, y no somos idénticos a nuestros hermanos por que somos combinaciones del ADN de nuestros padres, pero diferentes combinaciones. Claro en el caso de gemelos es casi idéntico el genóma, de hecho se suele parecer tanto que solo en algunos aspectos poco notorios existen diferencia, por ejemplo, las huellas dactilares.

Pero consideremos algo, ¿Que pasa si al generar el nuevo genóma se comete un error?¿Que pasa si uno de los genes que se usó para el nuevo genóma tenía una base cambiada por otras? ¿Y si tenía una base de mas?¿O de menos? A estos errores se les llama mutación y pueden ser ocasionados por muchos factores, desde radiación incidiendo sobre el ADN a simples errores en el proceso de copiado (nadie es perfecto), después de todo, al copiar tantos miles de genes con muchísimas bases cada uno, en alguna se puede generar un error.

Árbol filogenético. Es una forma de ilustrar las relaciones entre las especies o grupos de especies. La longitud de las líneas que llevan de una especie a otra esta en función de la cantidad de mutaciones que separa sus genómas, como se puede ver, los animales, hongos(fungi) y plantas estan mas cercanos entre si que a las Cyanobacterias.

Estos errores son muy comunes y la mayoría no tiene efecto apreciable y además el ADN tiene sus medios para encontrar y corregir errores. Pero de cuando en cuando, alguna mutación vagamente significativa se hacer presente en algún individuo. Este proceso, la generación de mutaciones, es el combustible de la evolución. Las mutaciones ocurren aleatoriamente por una gran cantidad de factores en el ambiente, así que nunca podemos saber en que base de que gen en que cromosoma ocurrirá o cuando, y esto nos ayudará a entender algunos fenómenos.

Pero, si el genóma contiene la información necesaria para hacer funcionar el cuerpo, una mutación hará que terminemos con "un poco mas" o "un poco menos" de algo. Ya sea una alteración en la longitud de las extremidades, un poco mas de un neurotransmisor, o alguna otra variación. Así que las mutaciones son las "unidades de cambio" de una generación a otra y de un individuo de otro, yo soy diferentes a cualquier otro ser humano en la Tierra por que nos separan un numero dado de mutaciones que hacen a mi genóma algo particular.

Ejemplo de una mutación, este segmento de ADN fue atacado por una substancia cancerígena. La molécula al izquierda es la "normal" mientras que la de la derecha contiene un error, por el intercambio de dos bases, que lleva al mal funcionamiento de las funciones reproductivas de la célula. Se dibujaron de azul y amarillo las partes intercambiadas.

Así que esta es la primer lección para entender la evolución, las mutaciones suceden de manera aleatoria y no hay nada que se pueda hacer para evitarlo. Y tales mutaciones implican cambios en la estructura y funcionamiento del organismo. En las próximas entradas de la serie hablaremos sobre el mecanismo de la evolución, la selección natural.

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Parandose el cuello

A mucha gente le parece que lo mas impresionante de la fauna de la Tierra es lo variada que es, se impresionan con la cantidad de especies que en encuentran en lugares ecológicamente mas sanos, como lo es Centro América, el sur de México, las partes mas recónditas del Amazonas y algunos arrecifes de coral. A especialistas y publico en general les impresiona las numerosas diferencias entre, por ejemplo, un elefante y un caracol. Pero un aspecto que encuentro mas interesante son las similitudes entre especies aparentemente muy diferentes.

Esqueleto de la jirafa, si tienen la paciencia adecuada, cuenten las vertebras en el cuello.

Un caso muy interesante de estudio de los mucho sistemas biológicos que se encuentran por las planicies africanas, es el cuello de las jirafas. Como ya sin duda lo habrán notado, el cuello de la jirafa es su característica distintiva, y es una adaptación evolutiva que le llamó mucho la atención a Darwin.

Como parte del animal, el cuello es útil para que el animal, al ser herbívoro, tenga acceso a una gran cantidad de plantas sin tener que moverse mucho ni andar haciendo malabares a la hora de comer. El cuello largo le permite no solo alcanzar las ramas altas, inaccesibles a otros herbívoros, sino también a las hojas en el lado lejano de algún arbusto de pinta deliciosa que se cruce. Así que la jirafa puede comerse el alimento que se consumen los animales terrestres que se limitan a lo no este muy lejos del suelo (y aún mas si consideramos la habilidad de alcanzar las hojas en el extremo lejano y por lo general no son comidas) así como el que sueles ser comido por los animales trepadores, como algunos homínidos. Así que nos queda muy claro que para la jirafa es muy útil su cuello.

Y como adaptación evolutiva es sin duda interesante. Veamos, tenemos un animal que vive en una ambiente y situación donde una serie de mutaciones le llevaron a desarrollar un cuello muy largo y para su buena fortuna tan peculiar modificación le sirvió para sobrevivir con mayor facilidad. Pero bueno preguntemonos ¿como se las arregló la jirafa para tener ese cuello? es decir ¿como se modifica el genoma para dotar al animal de esta estructura? Estas preguntas son las que aparecieron en la mente de Darwin al estudiar el esqueleto de una jirafa en un museo británico.

Como a muchos, a Darwin le fascinó ese esqueleto, y como muchos, le puso toda su atención al enorme cuello, pero como pocos se fijo en un detalle muy curioso, la jirafa tiene 7 vertebras cervicales en el cuello. ¿ Y eso que? Pues que nosotros también tenemos 7 vertebras cervicales. Es decir, el largo cuello de la jirafa tiene la misma estructura ósea, a "grosso modo", que nuestro cuello. Pero ¿no hubiera sido mas fácil que el cuello mas largo sea resultado de tener mas vertebras? Pues tendría sus ventajas y desventajas, pero lo relevante es que en este caso podemos ver una forma muy importante que tiene la evolución de funcionar.

Estructura de la columna vertebral humana, la parte roja es lo que corresponde al cuello. Como pueden ver, son 7 las vertebras que tenemos en dicho lugar.

Es decir, para lograr el cambio, aparentemente tan drástico como lo es el largo del cuello de la jirafa, bastan con pocas mutaciones. Es mas fácil genéticamente alterar el largo de un hueso que el generar huesos nuevos. Así que lo que pasó en el caso de este animal, fue que las mutaciones involucradas fueron únicamente para alterar el largo del hueso (con sus derivados cambios en grosor para soportar el hueso). Curiosamente este fue el mismo método para lograr un cambio también muy importante en la evolución, el paso de la aleta a la pata y luego a los brazos y manos, todo fue alteración en la longitud y forma de los huesos sin requerir de nuevas estructuras o cambios mayores.

Así que como ven, se pueden lograr cambios que parecen ser radicales de forma sencilla. Y las aparentes diferencias entre los múltiples animales que habitan el planeta no son tan marcadas como parece. En sí, genéticamente, las aletas de los peces y nuestras manos son muy similares y el cuello de la jirafa y el nuestro es también casi igual a nivel molecular. Esto no le quita nada de maravilloso a la diversidad animal, al contrario, me parece mas interesante entender lo que uno ve y saber que por mas diferentes que aparentemos ser, en realidad nuestros genomas son muy similares.

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¡Todos al agua!

Hace unos 400 millones de años los animales comenzaron el camino para colonizar la superficie de la tierra, hace unos 370 millones ya existían animales con extremidades que los podían sacar completamente del agua. Este es considerado como uno de los momentos mas relevantes en nuestra evolución y en general como un evento fundamental en la historia de la vida en la Tierra.

Pakicetus, vivió hace 53 millones de años.

Y aparte del interés histórico, se tiene el científico, ya que la evolución de las extremidades usadas fuera del agua y consecuentemente los mecanismos especializados, tales como las alas de aves y murciélagos y la mano humana no son mas que variantes de las aletas de los peces. El camino para salir del agua, ya fue explorado en la entrada "La mano del pez" especificando el muy ligero cambio que se requirió, en términos genéticos, para transformar una aleta en una pata. Pero se dió también el proceso inverso, es decir, la evolución de un animal terrestre a uno marino.

Indohyus, de hace 48 millones de años.

Me refiero a la evolución de los mamíferos marinos en particular de las ballenas. Los primeros ancestros que claramente se separaron de su linea evolutiva de criaturas terrestres fueron los Pakicetus, criaturas de hace 53 millones de años que eran unos animales carnívoros muy parecido a los lobos pero con pezuñas y colas mas largas y gruesas. La relación entre Pakicetus y las ballenas se debe a la estructura del oído, ya que es tan especial que solo las ballenas y los Pakicetus la tienen. De igual manera, los dientes del Pakicetus eran mas parecidos a los de los tiburones y ballenas que a los de los lobos. Aún así el Pakicetus era un animal completamente terrestre.

Kutchicetus, de hace 55.8 a 40 millones de años.

Después del Pakicetus, algunas otras especies aparecen en el registro fósil que, como en muchos otros casos, permiten rastrear el paso de una forma definida de animal a otra muy diferente. Pero lo que llama la atención sobre el paso del Pakicetus a las ballenas modernas es la falta de dirección que tiene la evolución y se muestra como un argumento mas en contra del antropocentrismo. Veamos como es esto.

Ambulocetus (su nombre significa "ballena que camina"), vivió de hace 50 a 59 millones de años.

En el caso del Pakicetus, las características que tenía en común con las ballenas modernas (hago la aclaración por que se considera al Pakicetus como la primer ballena) y que luego les heredó eran resultado de adaptaciones hechas en tierra para un animal que se la pasaba en suelo firme. Pero las características que fueron dando a las ballenas su forma actual vendrían después, al pasar cada vez mas tiempo en el agua las siguientes especies en la lista de descendientes. Entre estas están el nadar ondulando el cuerpo de arriba a abajo, como la columna vertebral de un mamífero que camine en cuatro patas, mientras que los peces y tiburones nadan oscilando la columna hacia los lados. Otra característica de las ballenas es el hecho de tener crías vivas, tal como los mamíferos terrestres y a diferencia de los peces y tiburones que ponen huevos, y luego las madres amamantan a tales crías.

Rhodoncetus, de hace 47 millones de años.

Pero ¿Por que son la ballenas un argumento mas en contra del antropocentrismo? Una manifestación del antropocentrismo (tendencia de pensar que el ser humano es lo más importante en el universo) es la opinión de que la vida "debe" de alguna manera llevar hacia la inteligencia en el sentido humano. Es decir, que el "camino" de la evolución es generar especies cada vez mas inteligentes. Pensar que el mismo camino que llevó a la aparición de humanos en la Tierra se ha de repetir en cualquier otro mundo habitado. Pero las ballenas y su truculenta historia muestran como esto es falso.

Protocetus, de hace 45 millones de años.

De animales marinos que se adaptaron para aprovechar una oportunidad (explotar un ecosistema virgen en tierra firme) y luego regresar al mar adaptándose para explotar una nueva oportunidad (un nicho vacío como depredadores marinos), la historia de las especies, no solo de las ballenas es una de oportunidades imprevistas que se aprovechan cuando es posible y se dan las condiciones.

No es que las patas sean mejores de las aletas es simplemente que en ese lugar, en esa época, para ese animal, era mejor apoyarse sobre sus extremidades que usarlas para nadar. Luego para algún descendiente lejano, fue mejor usar sus extremidades para nadar que para apoyarse. Lejos de tener un plan "fijo" la directriz de la evolución es simple: sobrevive, como sea, donde sea, sobrevive.

Basilosaurios, de hace 38 millones de años.

De igual manera, no somos "mejores" que alguna otra especie por el hecho de tener la habilidad de resolver ecuaciones y construir ciudades (como al ballena no es mejor que nosotros por poder aguantar la respiración mas tiempo), simplemente somos diferentes.

Durodon, contemporáneo de los Basilosaurios.

Y la supervivencia de una especie no es algo que cuente con planeación a largo plazo, se trata del "aquí y ahora". Es en el "aquí y ahora" cuando los seres con las adaptaciones adecuadas den origen a una nueva especie y los demas mueran. Y lo que se entiende por "adaptaciones adecuadas" cambia según el lugar, tiempo y especie muy particular, y no son un solo juego de "adaptaciones adecuadas" sino que pueden ser muchas combinaciones diferentes, nadar, volar, correr, cambios de conducta, cambios metabólicos o de tamaño, todos son candidatos a solución de algún problema dado. Claro, es probable que una especia simplemente no genere una adaptación adecuada (las mutaciones son aleatorias) lo cuál suele ser la mayoría de los casos, cuando esto pasa, la especie se extingue.

Cototerium, ya era una ballena muy parecida a las modernas donde los orificios nasales se encuentran sobre la cabeza.

Si el ser inteligentes fuera "el destino" y por lo tanto, aquellas especies que lo logren fueran "las mejores" no quedarían especies microscópicas ni plantas. El hecho de que existan ballenas que haya habido Ictiosurios y que los humanos coexistamos con bacterias implica la falta de dirección que tiene la evolución y en sí la falta de un "propósito" la falta de un "propósito" para la vida en la tierra aparte de sobrevivir. El ver la inteligencia como la mejor solución se debe a que es nuestra solución. O visto de otra forma, ya que para una ballena lo mejor es poder nadar, pues ¡todos al agua!

Árbol familiar de las ballenas, incluyendo a los angulados, mostrando el largo y tortuoso camino que sigue la evolución. Si todo fuera planeado, con un solo resultado como "optimo" no habría tal diversidad en un grupo tan pequeño.

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