FASICULO 2c)...... INTEGRACIÓN Y CONTROL DE FUNCIONES: IRRITABILIDAD Y HOMEOSTASIS. La sobrevivencia de cualquier organismo depende de la realización de una serie de funciones, esto ya debes saberlo, porque se estudió en otros fascículos de Biología I y II. Pero no basta con que las funciones se realicen, es necesario que se efectúen armónicamente, sin embargo, ¿cómo se consigue esto en un organismo formado, en algunos casos, por miles de millones de células? Para que el organismo funcione como unidad debe existir comunicación entre las partes de que está formado: células, tejidos u órganos, y entre más complicado sea, las dificultades aumentarán ¿Cómo se comunican las diferentes partes de un ser vivo –y su totalidad– con el exterior?, ¿Existe un sólo mecanismo de comunicación o son varios? A pesar de la diversidad de organismos, hay una unidad representada por los modelos básicos de organización corporal. ¿Hay modelos básicos de comunicación entre los componentes de un ser viviente? En fascículos anteriores se ha hecho hincapié en la variedad de los organismos existentes, las funciones mediante las cuales se mantienen con vida, su diversidad, y cómo forman nuevos organismos. Con este panorama se pueden abordar otros aspectos: La interacción del medio interno con el medio externo del ser. Las relaciones que se dan entre diferentes partes del individuo y las funciones realizadas por cada una. Durante el desarrollo de este fascículo el alto grado de integración estructural y funcional que presentan los seres objetos de nuestro estudio, tú entre ellos,y la importancia de esta interacción para la integración del organismo con el medio en que vive. Cualquier ser vivo, ya sea formado por una sola célula, o por varias, es un sistema cuyo grado de complejidad depende del número de unidades que lo forman y de las relaciones entre ellas. A pesar de estas diferencias en el grado de complejidad, todos los seres vivos mantienen un intercambio de materia y energía con el medio y reciben información tanto en el medio interno como en el externo; además integran y regulan sus funciones. Con esto establecen un flujo de materia, energía e información entre las diferentes partes que lo integran y con el medio que les rodea, para lo cual se valen de diferentes funciones. Nutrición, producción de energía biológicamente útil (fermentación y respiración que puede ser aerobia o anaerobia) y eliminación de residuos son algunas de dichas funciones que se relacionan directamente con el flujo de energía y materia; de la información se encarga la irritabilidad. En el siguiente esquema se representan estas funciones y sus relaciones; analízalo. A continuación se presentan los siguientes cuestionamientos correspondientes al esquema: 1.Describe brevemente la relación entre nutrición y producción de energía biológicamente útil. 2. ¿Qué funciones producen información? 3. Anota el nombre de dos organismos de cada uno de los reinos, a los cuales se pueda aplicar el esquema con el que trabajaste. La gran mayoría de las células, de los organismos formados por muchas de ellas, no está en contacto con el ambiente en el que se encuentra el individuo; éstas tienen un medio propio, que es: El medio interno, el cual esta formado por el medio intercelular en todos los organismos con varias células y líquidos que circulan por el metabolismo de transporte en aquellos que cuentan con ese aparato. El medio externo varía de un lugar a otro; en cambio, el medio interno tiende a mantenerse dentro de los límites característicos para cada especie. Entre los aspectos que tienden a mantenerse dentro de ciertos límites en el medio interno están los siguientes: Concentración de sustancias que participan en el metabolismo; por ejemplo, glucosa, oxígeno, dióxido de carbono, enzimas y hormonas. El Ph (forma de representar la concentración de los iones de hidrógeno). La cantidad y el tipo de iones presentes. La cantidad de agua. La temperatura. Veamos ahora qué son la irritabilidad y la homeostasis. La irritabilidad es la función mediante la cual los seres vivos reciben información, la procesan y responden a ella; dicha información puede provenir del medio que rodea al organismo o de su interior. Dependiendo de la complejidad de los organismos, se tienen varias posibilidades en cuanto a las rutas que sigue la materia. El proceso de la irritabilidad se lleva a cabo de la siguiente manera: El primer paso es la recepción de uno o varios estímulos, entendiéndose por estímulo cualquier condición del ambiente que puede ser captada por el organismo. El recibimiento de esta información se hace por medio de receptores; en el organismo pueden ser órganos especiales o, bien, células. En la célula los receptores son moléculas que pueden estar en la membrana o en las cadenas de DNA. Una vez recibida la información, viaja hasta un centro de procesamiento, del cual salen las instrucciones para la respuesta, es decir, la acción que deberá realizar el organismo, la respuesta está a cargo de los efectores. El siguiente diagrama representa las etapas de la irritabilidad y la relación entre ellas. La función que en los seres vivos se encarga de que el medio interno casi no varíe se conoce como homeostasis, esta palabra deriva de dos términos griegos: hómoios: semejante, y stásis: estabilidad. En concreto, la homeostasis es la función del organismo mediante la cual las condiciones del medio interno se mantienen dentro de ciertos límites, siempre y cuando el ambiente externo no rebase los puntos letales (mortales) de la especie. Dicho de otro modo, un organismo puede controlar su medio interno, pero este control no puede mantenerse cuando en el medio externo se dan condiciones incompatibles con la vida de la especie. Las homeostasis se dan a nivel célula y a nivel organismo. A nivel célula participan la información genética contenida en el DNA y varios organoides celulares, a nivel organismo intervienen los diferentes órganos del individuo. Ambas homeostasis están íntimamente ligadas en los organismos pluricelulares. Para su realización, la homeostasis depende de la irritabilidad y de la retroalimentación. En cuanto a la retroalimentación, tenemos que: Es un proceso en el que la información, producida por las actividades de un sistema, sirve para controlar dichas actividades; es decir, el control del sistema depende de la información que producen las actividades del mismo. El siguiente esquema representa la retroalimentación en un ser vivo: Medio externo c)...... MECANISMO QUÍMICO En este mecanismo participan sustancias químicas que pueden estar presentes en el medio o ser producidas por el individuo. En los organismos como las plantas se llaman fitohormonas y en los animales se conocen como hormonas que son secreciones químicas que produce el organismo, a demás integran el sistema endocrino. d)...... HONGOS Los hongos son organismos que para integrarse como tales y relacionarse con su medio dependen del mecanismo químico, es decir, de diversas sustancias del medio y otras que ellos producen tienen efectos sobre sus actividades. A continuación se mencionan algunas: El acetato, el bicarbonato y el oxígeno tienen efectos sobre la formación de estructuras reproductoras de gametos (gametangios) y de esporas (esporangios de diferentes tipos); sustancias de tipo carotenoide, esteroides, ácidos orgánicos y de otros tipos actúan como hormonas sexuales, es decir, influyen en la formación de gametos y en la atracción entre éstos. Uno de los efectos más interesantes que ejerce el ambiente sobre los hongos es la formación de estructuras reproductoras a medida que disminuyen los nutrientes. Con esto se logra producir formas capaces de resistir la temporada adversa, de tal manera que cuando llega la temporada favorable da origen a nuevos organismos. Este efecto se debe a que los nutrimentos reprimen la producción de estructuras reproductoras. La luz es otro de los componentes del medio que influye en los hongos. En algunos de ellos se han podido identificar sustancias que responden a la luz de diferentes longitudes de onda, lo que les permite actuar como foto receptores o receptores de luz, y se cree que estas sustancias actúan como hormonas. La ciencia que estudia los hongos es la Micología y una de sus metas es profundizar en el estudio de la acción de los componentes del ambiente sobre estos seres y de las sustancias que producen. Esto permitirá un mejor aprovechamiento de sus características, así como prevenir sus perjuicios. 2 PLANTAS Las plantas, al igual que los hongos, sólo disponen del mecanismo químico para integrarse como organismo y relacionarse con el medio, y reciben el nombre de fitohormonas. Los primeros estudios al respecto fueron hechos por Carlos Darwin (1809-1882) y su hijo, quienes trabajaron con alpiste, planta gramínea como el trigo, conocida científicamente como Phalaris canariensis. En esta planta existe una cubierta o vaina– el coleóptilo – que protege al embrión y es lo primero en salir durante la germinación. Los Darwin señalaron algo característico que tiene lugar en esta parte de la planta y para ello propusieron, a modo de explicación la existencia de una hormona vegetal. De esta, manera fueron los primeros en emplear esta idea en relación con las plantas. Posteriormente, a principios del siglo XX el danés Peter Baysen-Jensen, y el húngaro A. Paal experimentaron con coleóptilos de avena y cuadros de agar, logrando demostrar la presencia de una sustancia que determina el crecimiento de la planta. En 1926 el holandés Fritz Went aisló el principio activo (sustancia que produce el efecto), y le dió el nombre de auxina (término que se deriva del griego aúxein, que significa crecer). Algún tiempo después se identificó esta sustancia como el ácido indol-acético (AIA), compuesto que había sido aislado desde 1885 por E. y H. Salkowsky, pero del cual no se conocían sus efectos sobre las plantas. Los trabajos sobre esta línea continúan, descubriéndose así más sustancias. Entre 1926 y 1935 se aisló y purificó en Japón una serie de compuestos que se denominaron giberelinas, por haberse aislado del hongo Giberella fujikoroi. Por cuanto que este hongo constituyó una seria amenaza para los cultivos de arroz, las giberelinas son un ejemplo de la acción que pueden tener unos organismos sobre otros. Gracias a los trabajos realizados por diferentes investigadores se han identificado varias sustancias y su relación con las respuestas de las plantas. En el siguiente cuadro se presentan algunas de ellas(no memorices esta información, pues el propósito es que te des cuenta del grado de avance logrado y las perspectivas que existen en este campo). Estas sustancias se emplean en la agricultura para diversos fines: unas para promover la floración o la fructificación, y otras para controlar plagas. El efecto no es el mismo en los diferentes tipos de planta, pues algunas son más sensibles que otras. Con estas sustancias se puede sincronizar la floración, o sea que todas las plantas florezcan en un tiempo determinado, lo que evita al agricultor recorrer diariamente sus campos para la recolección de flores. Se conocen en las plantas dos tipos de movimientos por crecimiento en respuesta a estímulos exteriores que son: El movimiento nástico (o nasita, como a veces se denomina) es: Una respuesta a un estímulo externo cuya dirección es independiente de la dirección de incidencia del estímulo. La planta llamada “mimosa” es un ejemplo de planta que presenta movimientos násticos, ya que al tocar sus hojas, estas se cierran. La mayoría de los movimientos násticos producen crecimiento diferencial, es decir, el crecimiento más rápido de ciertas partes con respecto de otras. El tropismo es: Un movimiento por crecimiento, cuya dirección está determinada por la diferenciación de incidencia del estímulo Ejemplo de fototropismo Si la planta crece en la misma dirección de incidencia del estímulo, se dice que el tropismo es positivo. Si el crecimiento ocurre en dirección opuesta, se dice que el tropismo es negativo. Para comprobar las respuestas de la planta a algunos de los estímulos mencionados realiza la siguiente actividad. Para reforzar tu conocimiento, Realiza las siguientes actividades: 1.2 MECANISMO ELECTROQUÍMICO EN ANIMALES. Los animales son los únicos que cuentan con dos mecanismos para mantener relaciones con el medio en que viven e integrarse como sistemas; estos mecanismos son el electroquímico y el sistema nervioso. Los animales pueden responden a los estímulos del medio tanto interno como externo por los dos mecanismos: químico y nervioso. 1.2.1 MECANISMO QUÍMICO O SISTEMA HORMONAL EN ANIMALES. El mecanismo químico forma el sistema endocrino o glandular y la estructura principal es: La Hormona, es una sustancia química, cuya secreción actúa en otro lugar distinto a donde se produce. A continuación se indica como actúan las hormonas en el organismo. En los humanos el sistema glandular o endocrino está formado por varias glándulas que producen todo un arsenal de hormonas. En las figuras 5ª y 5b puedes observar la mayoría de estas glándulas, su localización, las hormonas que producen y los efectos de éstas. Glándula Hormona donde se Acción produce Factores Estimulación y/o inhibición de l actividad de Hipotálamo hipotalámicos la Hipófisis. Tirotropina Adenohipófisis Estimula el Tiroides Estimula la corteza de las cápsulas Adrenocorticotropa Adenohipófisis suprarrenales Somatotropa Adenohipófisis General, actúa sobre todo el organismo Luteinizante Adenohipófisis Estimulación de la ovulación Folículo Maduración del folículo ovárico, formación Adenohipófisis estimulante de espermatozoides Prolactina Adenohipófis Secreción de leche en las mamas Antidiurética Neurohipófisis Regulación de la producción de orina Contracciones uterinas, producción de leche Oxitocina Neurohipofisis en las mamas Metabolismo celular. Desarrollo del sistema Tiroxina Tiroides nervioso Triyodotironina Tiroides General Calcitonina Tiroides Niveles de calcio en sangre Paratohormona Paratiroides Niveles de calcio en sangre y orina Cortisol Corteza adrenal Metabolismo de las grasas Aldosterona Corteza adrenal Niveles de sodio y potasio en sangre y orina Insulina Páncreas Niveles de azúcar en sangre Glucagón Páncreas Niveles de azúcar en sangre Ciclo menstrual, caracteres sexuales Estrógenos Ovarios secundarios Progesterona Ovarios Desarrollo del endometrio Desarrollo de caracteres sexuales Testosterona Testículos secundarios, formación de espermatozoides. Fig. 5ª . Principales hormonas humanas y su función. Fig. 5b. Principales glándulas del humano (Sistema Endocrino) 1.2.2 MECANISMO ELECTROQUÍMICO O SISTEMA NERVIOSO EN ANIMALES . Este mecanismo hasta donde se conoce, sólo se presenta en los animales y su realización depende de una célula altamente especializada: la neurona. En la figura 6 puedes observar diferentes clases de neuronas y la representación simplificada de esta célula. Figura 6. Las neuronas son células cuya función es determinante para la información, la cual reciben y transportan, y generan las instrucciones de manera que se dé una respuesta. Las diferentes partes de la neurona son las encargadas de las actividades que permitirán que la información fluya de una a otra parte del organismo. El cuerpo de la neurona a veces recibe información y siempre se encarga de la producción de sustancias que hacen posible el paso del estímulo de una neurona a otra o de una neurona a otra célula; estas sustancias son los neurotransmisores. Las dendritas son las que constantemente reciben la información ya sea interna o externa. Por el axón sale la información del cuerpo de la neurona y es conducida a otra neurona o a las células encargadas de las respuestas, células que pueden formar un órgano o no. Las neuronas pueden cumplir con el transporte de información gracias a dos procesos: el impulso nervioso y la sinapsis nerviosa. El impulso nervioso, en el que participa toda la neurona, está relacionado con la distribución de iones fuera y dentro de la neurona. Esta distribución se modifica como resultado del estímulo. En la figura 7 se describe lo que sucede; estúdiala con atención y contesta las preguntas que se te solicitan. Figura 7. A una neurona puede llegarle información de varios lugares y la puede enviar a otra neurona o a un efector. Observa el siguiente diagrama, en él podrás ver las diferentes posibilidades: 1.¿De dónde puede recibir información una neurona? 2.¿A dónde puede mandar información una neurona? En la gran mayoría de los casos, las neuronas no están unidas físicamente entre sí, lo cual determina que el paso de la información no se logre por contacto directo, sino que se realice mediante la fabricación y liberación de una sustancia que actúa sobre la célula con la que se comunica la neurona que está enviando el mensaje. La sustancia encargada de transferir el mensaje de la neurona remitente a la célula receptora (neurona, célula productora de sustancias o fibra muscular) se llama neurotransmisor y su efecto sobre la célula receptora puede ser estimulante o inhibidor. El lugar donde el axón de una neurona establece la comunicación con otra neurona o con el efector se llama sinapsis, como ya se indicó, no es un contacto físico sino químico. En la figura 8 puedes observar lo siguiente: a) Los eventos anteriores a la sinapsis. b) Los componentes de la unión sináptica. c) Los hechos que tienen lugar durante la sinapsis. Figura 8 (a, b y c). Sinapsis (eventos, componentes y hechos). Las neuronas se unen estableciendo redes de comunicación y según la labor que desempeñen, se les conoce como neuronas sensitivas, neuronas motoras y neuronas de asociación. Así, con ellas se integra la unidad de funcionamiento de la coordinación nerviosa: el arco reflejo (no lo confundas con el acto reflejo, éste es la acción derivada del funcionamiento de un arco reflejo). Representación esquemática de un arco reflejo La información viaja a través de las vías nerviosas o nervios, estructuras formadas por la unión de axones. Los axones de las neuronas sensitivas forman los nervios sensitivos, los de las neuronas motoras forman los nervios motores, y si se unen axones de ambos tipos los nervios formados se llaman mixtos. Las neuronas forman sistemas de diferentes grados de complejidad, misma que depende del tipo de organismo. Va desde una red en las hidras hasta sistemas formados por órganos tan complicados como el cerebro de los primates, entre ellos el del humano. El otro sistema involucrado en la irritabilidad y homeostasis de los animales, es el nervioso. Aunque en todos los animales su organización se basa en la neurona, existen varios modelos. Las esponjas tienen células de tipo nervioso que participan en la contracción del poro de salida (ósculo). En las hidras (hydra), del grupo de los celenterados, las células nerviosas forman una red donde las neuronas están interconectadas y el viaje del impulso nervioso no está polarizado, es decir, puede ser en cualquier dirección. Como consecuencia, la respuesta es global, o sea que responde todo el individuo. El siguiente modelo lo encontramos en animales con simetría bilateral, cuyos organismos pueden dividirse externamente en dos partes iguales. En estos seres el sistema nervioso es lineal y se pueden apreciar pares de ganglios (engrosamientos) y cordones nerviosos de los cuales salen nervios hacia los diferentes órganos. El número de ganglios y su localización varían de un tipo de organismo a otro. En cuanto a los cordones nerviosos, están en la parte ventral de los invertebrados que los presentan y su número también difiere de un grupo a otro. En algunos casos el sistema presenta el aspecto de una escalera (escaleriforme). En otros tipos de animales, el ganglio de la parte delantera es mayor que los demás. Esta situación se va acentuando en diferentes grupos conforme aumenta la cefalización (desarrollo de la cabeza). En los animales de simetría radial (pueden ser divididos como se hace con un pastel redondo), el sistema nervioso también es radial. En la figura 9 puedes observar los diferentes tipos de sistema nervioso en los invertebrados. Figura 9. En los vertebrados el sistema nervioso está formado por el encéfalo (del griego egkephalón, que a su vez se deriva de en, dentro, y kephalé, cabeza), la médula espinal y los nervios. El encéfalo y la médula espinal forman el sistema nervioso central, y los nervios, el sistema nervioso periférico. En la figura 10 puedes observar los diferentes tipos de sistema nervioso y el encéfalo de diferentes animales, así como las partes que lo integran. Figura 10. En el humano hay dos clases de acciones: voluntarias e involuntarias. En las acciones voluntarias los efectores son los músculos estriados; en el caso de las acciones involuntarias, los efectores pueden ser músculos lisos presentes en vísceras, músculo estriado, músculo cardiaco y glándulas exocrinas y endocrinas. Todas las acciones, voluntarias o no, dependen del arco reflejo. En el arco reflejo de una acción voluntaria participan neuronas de la corteza cerebral; en las acciones involuntarias no intervienen neuronas de esta parte del sistema nervioso. La acción que resulta de un arco se llama acto reflejo. Las respuestas de los músculos esqueléticos pueden ser voluntarias o involuntarias, las de las vísceras y glándulas son involuntarias, aún cuando existen personas capaces de aprender a influir en su respuesta. El control de las respuestas de vísceras y glándulas está a cargo del sistema nervioso autónomo, que comprende dos partes: el sistema nervioso simpático y el parasimpático. En la figura 11 se muestran los ganglios y nervios que forman estas partes del sistema nervioso humano. La parte correspondiente al simpático se representa con línea discontinua y la del parasimpático con línea continua. También puedes observar dónde nacen las diferentes fibras nerviosas y cuáles son los órganos inervados. Figura 11. En el humano existen varios órganos encargados de recibir información del medio interno y externo; los receptores de información del exterior se llaman exteroceptores y los que reciben del interior se denominan interoceptores. Los interceptores que reciben información de los vasos sanguíneos y de las vísceras se llaman visceroceptores y los que la reciben de músculos, tendones y articulaciones, propioceptores En la figura 12 puedes observar la estructura de algunos de estos receptores de información. Fig. 12 Ejemplos de exteroreceptores La quimiosensibilidad está referida a la capacidad de reacción ante estímulos externos de tipo químico y está presente en diversos grados de desarrollo, en la totalidad de los animales. En algunos de ellos, como los artrópodos y los vertebrados , dicha sensibilidad se encuentra en puntos determinados dando lugar a los quimioreceptores específicos que se encuentran en puntos variables del cuerpo; así en formas evolucionadas de invertebrados, como los moluscos gasterópodos, estos órganos se encuentran en la cavidad del manto, como en el caso del caracol común; en los moluscos cefalópodos altamente avanzados, como la sepia y el calamar, en los tentáculos y en los demás moluscos en el manto o el sifón; los crustáceos los tienen en las antenas y las piezas bucales, y los arácnidos en los tarsos. En los demás casos no existen órganos quimioreceptores concretos, se habla entonces de quimio sensibilidad indiferenciada, presente en los diferentes grupos animales menos evolucionados, por ejemplo, la lombriz de tierra, sin órganos quimioreceptores específicos, puede distinguir lo amargo y lo ácido, alejándose de estas sustancias, y acercándose a las dulces, también la sensibilidad con respecto a la humedad, es atribuida a la quimiosensibilidad. Como veremos seguidamente, los sentidos del gusto y del olfato tan desarrollados, sobre todo el último, en formas avanzadas de vertebrados con sentidos quimiosensibles, es decir, capacitados para discernir entre las sustancias químicas presentes en el alimento o en el medio exterior. El olfato se presenta, al igual que el gusto, solamente en insectos, invertebrados acuáticos y vertebrados. La sensibilidad olfativa viene dada por la presencia de quimioreceptores llamados olfativos, que captan los estímulos difundidos en el ambiente exterior, ya sea en el aire o en el medio acuático, y que, por lo general, hacen gala de una gran sensibilidad. Existe en los vertebrados una clasificación referida a dicho grado de sensibilidad; los animales microstomáticos tienen el epitelio olfatorio escasamente desarrollado y el umbral de estimulación muy alto, es decir, necesitan grandes intensidades de estímulo para poder percibirlo, en cambio los macrostomáticos perciben el estímulo olfatorio aunque éste se presente en el ambiente en mínimas cantidades , incluso una molécula es suficiente para permitir la percepción, es lo que se denomina umbral olfatorio absoluto. La mayoría de los mamíferos son macrostomáticos, por ejemplo, el perro tiene unos doscientos veinticinco millones de células olfatorias y un poder de percepción entre mil y un millón de veces superior al del hombre, también en algunos peces, como el salmón y la anguila, alcanza el olfato un notorio grado de sensibilidad, estando incluidos por lo tanto en el grupo de los macrostomáticos. En las diferentes clases sistemáticas de los vertebrados, los receptores del olfato se presentan de modo diverso; excepto en los peces, las fosas nasales siempre están comunicadas con la faringe por medio de las llamadas coanas, en los animales terrestres, los olores llegan a los receptores mediante la respiración, en el caso de los reptiles aparece en la bóveda del paladar, un órgano olfativo suplementario al que llegan informaciones olfativas por medio de movimientos de la lengua; los anfibios captan estos estímulos tanto en el agua como en la tierra por medio de los mismos receptores olfatorios. En los insectos se han observado órganos olfatorios distintos, generalmente en las antenas, que portan numerosos receptores, siendo su capacidad de percepción fundamentalmente igual a la de los vertebrados, no obstante, algunos grupos están muy especializados, como por ejemplo, algunos lepidópteros, especialmente del género Saturnia, que pueden percibir la sustancia del reclamo sexual de la hembra hasta a once kilómetros de distancia. El gusto es captado por medio de las células sensitivas secundarias que actúan como receptores. En los vertebrados están situadas en las papilas gustativas de la cavidad bucal y la lengua; sin embargo, en algunos peces de escamas pequeñas, estas células se distribuyen sobre toda la superficie del cuerpo. El hombre puede distinguir cuatro tipos de sabores (dulce, salado, ácido, amargo) mediante receptores situados en regiones específicas de la lengua. Se han realizado diferentes experimentos con otros vertebrados, demostrándose que puede faltar la percepción para algún sabor determinado, La sensibilidad gustativa de los insectos, cuyos receptores se encuentran en la cavidad bucal, en los palpos labiales y también en los tarsos, se ha estudiado especialmente en las abejas. El sentido de la vista se debe a la sensibilización del ojo a ciertas vibraciones electromagnéticas, de longitudes de onda determinadas. Cuando las longitudes de onda se apartan mucho de la media, no pueden ser percibidas por una especie determinada. Así, el hombre no puede percibir los rayos ultravioleta, que si perciben las abejas, ni los infrarrojos que si perciben ciertas serpientes. La vista es también posible, gracias a la sensibilización visual o foto sensibilidad de las células epidérmicas, como ocurre en celenterados, moluscos y larvas de insectos y a la sensibilidad que manifiestan algunos foto receptores específicos que siempre son células sensitivas primarias. Los receptores suelen asociarse para dar lugar órganos complejos u ojos, cuyo rendimiento es acrecentado gracias a la presencia de estructuras anexas, como las células pigmentarias que impiden que la luz llegue de todas las direcciones, o los sistemas refringentes que concentran los rayos procedentes de determinadas direcciones. El mayor desarrollo y perfeccionamiento de estas estructuras anexas, revertirá en una mejor visión en la que también influirá, sin duda, el grado de perfección que alcance la elaboración central del estímulo en los centros nerviosos. Una visión elaborada implica un conjunto de aspectos y facetas de visualización que deben ser satisfechas por los órganos visuales; por ejemplo: la captación de la luz es debido a células sensitivas aisladas que permiten la distinción de distintas intensidades lumínicas; en el caso de la lombriz de tierra tales células se hallan distribuidas por todo el cuerpo, y resulta probable que los estímulos luminosos sean percibidos por una vacuola especifica a una sustancia que sea descompuesta por la luz. La acción conjunta de estos receptores permite una percepción global de la dirección luminosa y, en general, ello permite al animal tan sólo reacciones de alejamiento de la luz, es decir, reacciones fóbicas. La sensibilidad táctil se debe a receptores de tipo mecánico que perciben diversos tipos de sensaciones, como la sensibilidad a la presión, a la temperatura, al dolor, estática, etc. La sensibilidad a la presión está presente en todos los animales, a menudo los receptores están difundidos sobre toda la superficie corporal, pero son especialmente numerosos en las partes más expuestas que por ello son mucho más sensibles. En los invertebrados las células receptoras se asocian y forman pequeños orgánulos provistos de estructuras anexas en la mayoría de los casos. En los vertebrados aparecen células específicas unidas a las terminaciones nerviosas libres; los cilios táctiles aumentan el campo de percepción táctil y además la sensibilidad de las células receptoras. Desde el punto de vista funcional, se distinguen dos tipos de mecano receptores, es decir, receptores de movimiento mecánicos, los epidérmicos que son los receptores táctiles y los adaptados a la presión. Las reacciones a los estímulos táctiles son variadas, pudiendo originarse movimientos de fuga o alejamiento de defensa, el reflejo de la muerte aparente característico, de los insectos, la separación de la cola en las lagartijas. En los peces estos receptores se hallan en la llamada línea lateral siendo excitados por las corrientes de agua y por las variaciones de presión lo que facilita sobremanera el cálculo de la distancia en el medio acuático. La sensibilidad térmica, los termo receptores o receptores específicos de la temperatura son terminaciones nerviosas libres en la piel y comprenden puntos sensibles al frío, situados muy cerca de la superficie y puntos sensibles al calor, distribuidos a profundidades irregulares, que también reaccionan ante estímulos eléctricos y mecánicos. La sensibilidad estática, los estatocistos, estato receptores que poseen muchos invertebrados, son pequeñas vesículas con una parte móvil y densa llamada estatolito, que está en estrecho contacto con células ciliadas sensitivas que se estimulan con sus diversos cambios de posición, ya que al ser libre, cualquier variación en la posición del animal revierte en el movimiento de dicho estatolito. En el laberinto auditivo de los vertebrados se produce una acción en este sentido. La sensibilidad auditiva, los receptores no están excesivamente desarrollados entre los animales. En los invertebrados sólo aparecen de modo seguro en los insectos, algunas cuyas especies captan las ondas acústicas mediante los órganos timpánicos, fono receptores que se encuentran en diversas partes del cuerpo; otras especies pueden producir sonidos mediante estructuras con funciones defensivas y de reclamo sexual, como el saltamontes, grillos y cigarras. En los vertebrados los receptores acústicos o fono receptores alcanzan una total difusión y un elevado grado de perfección ya que el sonido como medio de comunicación en sus distintas facetas, defensa, reclamo sexual, contacto de grupo, etc. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: En este fascículo estudiaste la información que mantienen los seres vivos con sus medios internos y externos, su integración y control de funciones IRRITABILIDAD YHOMEOSTASIS. Así como los MECANISMOS QUÍMICOS mediante los cuáles los HONGOS, PLANTAS Yanimales responden a los estímulos recibidos y se mantiene como sistema. También se mencionaron los diferentes tipos de sustancias que participan en la recepción y procesamiento de información que presentan los organismos pluricelulares así también se trataron las hormonas de las plantas y los animales. Y el MECANISMO ELECTROQUÍMICO o NERVIOSO de los animales el cual esta formado por dos mecanismos químicos que son las sustancias que elaboran los animales ya sea para defensa propia o del medio y para realizar diferentes actividades como la atracción de la pareja en época de celo como por ejemplo las ferohormonas. Estas sustancias están reguladas por el Sistema Endocrino o Glándular, el cual incluye una gran cantidad de hormonas de diferente origen y actúan en la regulación de ciertas actividades metabólicas de los animales. En los animales existen varios órganos encargados de recibir información del medio interno y externo; receptores de información a la sensibilidad, como táctil, auditiva, olfativa, gustativa y el sentido de la vista. FASICULO 4 1.1 GENÉTICA MENDELIANA Pensando un poco en las ideas de la página anterior, imagínate dentro de unos años, eres feliz porque acabas de ser padre o madre. Aún no te muestran a tu bebé y las enfermeras se portan algo extraño, te evitan nerviosas y el médico con gesto adusto se acerca, te informa que no encuentran a tu pequeño, pues lo han robado. Años después, la policía te comunica que creen haberlo encontrado, pero la señora que lo tiene, alega y aporta testigos de que es su hijo. 1.1.1 FUNDACIÓN DE LA GENÉTICA La Genética es la ciencia que estudia la herencia biológica, es decir, el porqué del parecido o no de los hijos con los padres; cómo los progenitores transmiten sus caracteres a sus descendientes. Esta ciencia es muy joven aún, a pesar de que algunas de sus principales leyes fueron establecidas por Gregorio Mendel entre 1866 y 1869. En el monasterio Santo Tomas de Brunn, donde Mendel vivió y trabajó, los monjes se dedicaban a enseñar ciencias en las escuelas superiores de la región, por ello no era raro que hicieran experimentos. Mendel dedicó alrededor de siete años a sus pruebas, haciendo cruzas inducidas con plantas de chícharo y fucsias en un pequeño jardín de 245 m2. Obtuvo 34 variedades de chícharos al cultivar cerca de 27,000 plantas, observando unas 12,000 de ellas y cerca de 300,000 semillas. Publicó sus resultados en dos artículos, en 1866 y 1869, los que no pudieron desplazar la teoría de la herencia por mezcla. Ésta era considerada como un líquido que se mezclaba con otro, proveniente del segundo progenitor, y aunque no explicaba muy bien la realidad tenía mayor aceptación que las ideas de Mendel. La refutación de esta teoría debió esperar treinta años. En 1900 tres científicos redescubrieron experimentalmente los resultados de Mendel, es decir, que los caracteres en sí mismos no se heredaban, sino los determinantes de éstos, ahora llamados genes. Dicho de otro modo, los organismos heredan la información necesaria para construir o generar esos caracteres. Hugo de Vries en Holanda, Carl Correns en Alemania y Erich Tschermak en Austria, reconocieron la prioridad de Mendel en este terreno y fundaron esta rama de la Biología que, como ves, apenas va a cumplir cien años. Fue hasta 1905 cuando el inglés William Batenson introdujo el término Genética a esta nueva ciencia. ¿Cómo demostrar que ese infante es tuyo?, ¿Cómo crees que la Genética te ayudaría?, ¿Qué deberías saber para evitar triquiñuelas del abogado y solicitar una buena asesoría? Haciendo énfasis en las ideas expuestas en la Introducción, puedes imaginarte acaso cómo, a partir de la secuenciación genética, éstaserá determinante en la diagnósis y tratamiento de enfermedades, y cómo éstas determinarán las acciones sociales en aspectos de seguros médicos,así como en investigaciones, en asesinatos y paternidad basada éstas en los test genéticos que se realizaron a los individuos.Pruebas que ya han sido actualmente aceptadas en las cortes mundiales, y que, son sustentadas en las pruebas de ADN, y más aún cómogracias a los estudios antropológicos, se explica el desarrollo de la evolución humana. 1.1.2 GENES, GENOTIPOS Y GENOMA Sabías qué eres un organismo con dos juegos de información genética (diploide, 2N), pues la mitad de tus 46 cromosomas provienen de tu padre y la otra de tu madre; que eres resultado de la fecundación de un óvulo y un espermatozoide, ambos con un solo juego de cromosomas (haploide, N). Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Cuando el cigoto diploide inicia su desarrollo embrionario, como lo estudiaste en Biología II, contiene toda la información necesaria para formarse. Ésta se constituye por factores genéticos llamados genes, que siempre existen por pares, puesto que es diploide. Cada célula del cuerpo humano desde la piel a los músculos del hígado y exceptuando los glóbulos rojos, encierran 46 cuerpos diminutos, los cromosomas formados por una doble hebra extremadamente larga y varias veces retorcida, el ADN. Figura 2. Los componentes del ADN. El ADN contiene alineadas bases que de forma abreviada se designan como A, C, G, y T. Figura 3. Bases nitrogenadas. El ADN es el mismo en todas las células del cuerpo humano y constituye el patrimonio genético o genoma de cada individuo.El genoma humano está formado por casi 3,000 millones de bases La parte más importante del ADN la conforman los genes.Los del hombre suman un total que ronda los 100,000 (el número exacto lo conoceremos dentro de algunos meses o quizás años).Cada gen del cuerpo humano pasa a copiarse a una molécula parecida, el ARN mensajero que contiene las instrucciones que permiten a la célula construir un determinado tipo de proteína. Las proteínas formadas por 20 tipos distintos de aminoácidos.Son las que determinan la estructura y funciones del cuerpo humano.Pero el genoma no solo contiene genes que de hecho no ocupan más que una mínima fracción del mismo.Igual de importantes resultan los segmentos incluidos antes y después de cada gen que contienen las instrucciones sobre el momento, duración y lugar en que debe funcionar el gen. Figura 4. Síntesis del ADN. ¿Cómo consigue el ADN explicarle a las células las cadenas de aminoácidos que debe fabricar? Por ejemplo, algunos genes funcionan únicamente en el feto mientras que otros son exclusivos de las personas adultas.Muchos de ellos funcionan en determinados tejidos u órganos y en otros no.Toda esta información es especial y temporal, y está constituida en cada célula de todo organismo viviente. Los genes son largas secuencias de cuatro “letras químicas” denominadas nucleótidos en una molécula de ADN, con ella está anotada la información para fabricar las proteínas de los organismos. En cada molécula de ácido desoxirribonucléico (ADN) hay muchos genes y cada uno codifica los aminoácidos que las células deben unir para formar una de tus proteínas (recuerda lo estudiado en el fascículo 2 de Biología I). Por lo general, un gen determina la construcción de una proteína y como las distintas moléculas de proteína tienen múltiples funciones, cada uno de nosotros y cualquier otro organismo es lo que es de acuerdo con las moléculas proteicas que tiene o puede producir. Y lo que somos, nuestra apariencia, nuestro físico y la manera en que funcionamos lo denominamos fenotipo (la <<F>> te debe recordar que este término se refiere al <<F>> físico, a la <<F>>forma y a la <<F>> función de un organismo). Figura 5. La complementariedad… de bases. A todo conjunto de genes que posee cada organismo lo llamamos genoma. (El genoma humano contiene tres mil millones de pares de nucleótidos, empacados en veintitrés cromosomas, cada uno de éstos con miles de genes). Esos genes y la acción del ambiente sobre los organismos determinan el fenotipo de los seres vivos. Nuestro genoma tiene aproximadamente 50,000 genes diferentes, y como somos organismos diploides poseemos dos juegos de 50,000 genes en dos juegos de cromosomas. Tratar de seguir simultáneamente la herencia de todos esos genes es muy complicado, por no decir imposible, Por ello, en los años previos a la fundación de la Genética Moderna, cuando se desconocían los mecanismos básicos de la herencia y se ignoraba la existencia y el papel de los genes, Mendel y los primeros genetistas, con mucha intuición, empezaron por fijarse en la herencia de unas pocas características de los organismos a la vez. Es importante que comprendas que podemos distinguir muchos detalles característicos en el fenotipo de los organismos. Los genetistas denominan a cada uno de esos detalles, “caracteres”. Por ejemplo, color de ojos, textura del pelaje, amplitud de la articulación del pulgar, forma de la semilla, producción de lactasa (enzima que digiere el azúcar de la leche), etcétera. Observa la figura 6 y anota el total de cromátidas que se ven. Escribe otro ejemplo de un carácter. Figura 6. La expresión de esos caracteres puede variar, hay organismos con ojos azules, verdes o cafés; también hay personas rubias; castañas, pelinegras y pelirrojas. Muchos caracteres de los organismos están bajo control genético. En los casos sencillos un carácter depende de la actividad de un gen, las diferentes expresiones de ese carácter derivan de la actividad de formas variantes de ese gen denominadas alelos; en otros casos el carácter depende de la actividad de distintos genes y sus respectivos alelos. Cuando escribimos simbólicamente a los genes, que estamos estudiando, de un organismo hablamos de su genotipo, es decir, de su fórmula genética. Hacemos uso de letras para representar a los genes y a sus formas alternativas, los alelos. Primero, pongámonos de acuerdo con la manera de representar los genes. En los libros de Biología General, la mayoría de las veces un gen se representa por una letra o una letra con un subíndice o un supraíndice, aunque en los artículos especializados todo es más complicado y se usan varias letras para representar cada gen. Veamos algunos ejemplos: A, a, B, sR, SL, D, d H, h, L+, L-, X+, Xb, Rr, Rg, rr, rg, Rst, Rmb. Notarás que hemos usado letras mayúsculas y minúsculas. Debes tener mucho cuidado con ellas porque representar un gen con letra mayúscula o con un supraíndice <<+>>, significa que ese gen tiene una expresión dominante, en cambio, si se escribe con minúscula o con un supraíndice <<->> significa que tiene una expresión recesiva. Más adelante explicaremos la dominancia y la recesividad, por el momento sólo diremos que los alelos de los genes (las formas variantes de ellos) se expresan de diferente modo y eso lo representamos escribiendo letras mayúsculas o minúsculas. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Podemos abordar la representación de los genes de un organismo, es decir, su genotipo o fórmula genética. Para ello solo escribimos los genes que nos interesan o sabemos que posee dicho ser. Por ejemplo, AA, Aa, aa, BB, sRsR , sRSL, DD, dd, Hh, L+L+, L+L-, L-L-, RgRg, rgrg. En el caso más sencillo estudiamos la herencia de un gen de las decenas de miles que tiene cualquier organismo. Si éste es diploide, entonces tiene dos juegos de ese gen, como cada gen existe en varias formas alternativas podremos ver en los ejemplos anteriores que existen distintas fórmulas genéticas denominadas así: Genotipo homocigoto dominante. Por ejemplo, <<AA>>, porque cuando este organismo forma gametos lleva a cabo la meiosis y los genes alelos de cada par se separan y quedan en distintos gametos, pero como en este caso los genes alelos son idénticos, no importa cuál es fecundado, pues cualquiera de ellos tienen la misma información, en el ejemplo, el gen alelo dominante <<A>>. Genotipo homocigoto recesivo. Verbigracia. <<aa>>, por la misma razón, pero ahora todos los cigotos que pueden formarse contienen a un gen alelo recesivo <<a>> Genotipo heterocigoto. Por ejemplo, <<Aa>>, aquí la meiosis permite que los genes alelos <<A>> y <<a>> (dominante y recesivo) queden en gametos distintos, de ahí que se formen óvulos o espermatozoides diferentes, pues no es lo mismo tener el alelo dominante <<A>> que el recesivo <<a>>, así pues, los cigotos que pueden formarse son de dos clases distintas. Para estudiar la herencia genética empecemos por el caso más sencillo. 1.1.3 CRUZA MONOHÍBRIDA Vamos a seguir la herencia de un gen con dos alelos (formas alternativas de un gen). Al igual que Mendel usaremos plantas de chícharo. Necesitamos elegir un carácter que aparezca en solo dos formas y encontrar dos plantas progenitoras que posean dicho carácter, pero expresado en forma diferente. Esta generación la denotaremos con la letra P, por ser los padres (o f0 por ser la generación filial original). Digamos la textura de las semillas (semillas lisas vs. semillas rugosas) y que cuando se autofecunden siempre den descendientes con el mismo carácter para asegurarnos que sólo poseen la información para dar lugar a semillas lisas una planta, y dar semillas rugosas, la otra. Cosa muy fácil en el chícharo, pues tiene flores monoicas, cuyo polen madura al mismo tiempo que los óvulos de la misma flor, es decir que las plantas pertenezcan a líneas puras. Estas siempre tiene el genotipo homocigoto (ya sea dominante o recesivo). Entonces la generación P (las progenitoras) serán dos plantas de chícharo homocigotas para el carácter textura de las semillas, una con chícharos lisos (SLSL) y otra con semillas rugosas (sRsR). Como te darás cuenta, se utiliza la letra “S” mayúscula con una “L” como supraíndice para denominar al carácter dominante, en este caso la textura lisa (L) y la letra “s” minúscula con el supraíndice “R” para nombrar al carácter recesivo, en este caso la textura rugosa (R). Figura 7. Obviamente cada planta debe formar gametos para reproducirse, y como cada planta es diploide debe dividir meióticamente algunas de sus células para dar lugar a los gametos con un solo juego de información. Así el par de genes alelos determinantes de la textura de las semillas se separan y quedan en gametos diferentes, pero como alelos son idénticos sólo se forma un tipo de gameto. R Fecundemos artificialmente una planta con el polen (que contiene al gameto masculino) de la otra (figura 8). Observa que sólo tenemos un tipo de descendientes en la primera generación filial (F1), y en su genotipo encontramos un par de genes alelos distintos determinantes de la textura (SLsR) que denominamos heterocigoto. El 100% de ellos tiene semillas de textura lisa ¿Qué pasó con el gen alelo sR? ¿Desapareció? No, simplemente el gen SL ha dominado su alelo sR, de ahí que SL es el alelo dominante y sR es el alelo recesivo, pues como veremos, entra en receso. Estas plantas para reproducirse deben generar sus gametos por meiosis a partir de algunas de sus células. Los alelos de cada par se separan; como ahora el genotipo es heterocigoto, hay dos alelos distintos que terminan en gametos diferentes. De este modo se forman dos tipos de gametos, 50% tienen el alelo SL y otro 50% el alelo sR (figura 9). Figura 9. Si ahora permitimos la autofecundación de las plantas de chícharo, los descendientes- miembros de la segunda generación filial (F2)- puede tener varias combinaciones de genes. Para no confundirnos, dibujamos un diagrama de Punnet, el cual es un cuadrilátero (rombo o cuadrado), en dos de cuyos lados colocamos los genes que posee cada tipo de gametos, masculinos en un lado y femeninos en el otro, luego realizamos las combinaciones posibles, los genes de un gameto masculino con los genes de los gametos femeninos (figura 10). Figura 10. Como puedes observar, la segunda generación filial (f2) se representa por las cuatro posibilidades de combinación en los descendientes del diagrama de Punnett. Encontramos que hay los siguientes genotipos: Anota las fórmulas genéticas (genotipos) que faltan. Para ello observa la figura 10. Un homocigoto para el alelo dominante: SLSL. Dos heterocigotos: . Un homocigoto para el alelo recesivo: . Como el alelo SL es dominante sobre el alelo sR, entonces tenemos que la apariencia física (fenotipo) de cada cuatro descendientes f1 es como sigue: Tres de cada cuatro plantas tienen semillas con textura lisa (fenotipo dominante “SL”). Una de cada cuatro plantas posee semilla con textura rugosa (fenotipo recesivo “sR”). Ahora podemos decir que cuando se cruzan dos variedades de chícharos, teniendo en cuenta sólo un carácter –por ejemplo, la textura de las semillas: lisas en una variedad, rugosas en otra-, se obtiene una primera generación de descendientes que son todos idénticos para dicho carácter, y si permitimos la autofecundación de éstos o la cruza entre los hermanos de esta generación f1 o, incluso, la cruza con otra planta con el mismo genotipo heterocigoto, obtendremos la separación (segregación) de las versiones alternativas de un carácter sin que ninguna de ellas se haya contaminado por mezcla alguna como se pensaba en el siglo pasado. Esto mismo es válido para todas las especies con reproducción sexual. Estudia paso a paso lo que hemos explicado en la figura 11. Figura 11. Como puedes deducir de lo anterior, para llevar a cabo el esquema completo de una cruza monohíbrida seguimos los siguientes pasos: Anotamos el genotipo de los progenitores <<f0>> o <<P>>, como quieras denominarlos. Deducimos el genotipo de los gametos <<f0>>, también llamados <<P>>. Combinamos los gametos de un progenitor con los gametos del otro. Escribimos el fenotipo y el genotipo de los descendientes <<f1>> y las proporciones en que se forman. Deducimos el genotipo de todos los gametos <<f1>> que pueden formarse. Fecundamos los gametos de un organismo <<f1>> con los gametos del otro individuo F1 (hacemos todas las combinaciones). Y, escribimos todos los fenotipos y genotipos de los descendientes <<f2>> sin olvidar anotar las proporciones en que aparecen. Ahora haz la cruza monohíbrida de dos progenitores: el primero, homocigoto dominante <<V V>> con fenotipo dominante semillas verdes <<V>>; el segundo, homocigoto recesivo <<v v>> cuyo fenotipo recesivo, semillas amarillas, lo representamos así <<v>>. Observa en la figura 12 cómo se utiliza otra nomenclatura en la cual “V” significa el carácter verde dominante y “v” el carácter amarillo recesivo. Completa la figura 12. genotipos fo gametos fo genotipo f1 fenotipo f1 gametos f1 genotipos f2 fenotipos f2 Figura 12. Sobre la base de la figura anterior lleva a cabo esta cruza: W x w 1.1.4 HERENCIA INTERMEDIA A veces encontramos genes cuyos alelos se expresan de modo que el fenotipo de los organismos heterocigotos presenta una apariencia intermedia. Por ejemplo, imagina un par de genes alelos que determinan el color de la flor: Cuando ambos están presentes en un organismo entonces se forman los dos pigmentos y la flor resulta violeta (recuerda que mezclando el rojo con azul obtienes un tono morado). En este caso se habla de codominancia, pues ambos genes alelos determinan simultáneamente la expresión del carácter a su modo particular. Realiza la cruza monohíbrida siguiente: que aparece en la figura 13. Debes mencionar genotipo, fenotipo y proporciones en que se producen los gametos P, los organismos F1, los gametos F1 y los individuos F2 derivados de la autofecundación. Esto es semejante al ejercicio anterior, sólo recuerda que los dos alelos siempre se expresan y el fenotipo de los heterocigotos es diferente al de ambos homocigotos. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: 1.1.5 CRUZA DIHÍBRIDA Cuando seguimos la herencia de dos caracteres, es decir, de dos pares de genes alelos diferentes ubicados en distintos lugares del genoma (de loci, diferentes), hablamos de una cruza dihíbrida. Figura 14 Figura 15. Figura 16. Observa la figura 17 donde se muestra todo el procedimiento para llevar a cabo la cruza dihíbrida y responde lo siguiente: ¿Cuántos fenotipos y genotipos F1 aparecen en la cruza dihíbrida? ¿Cuántos fenotipos F2 se forman? ¿En qué proporción? ¿Cuántos genotipos F2 se forman? ¿En qué proporción? Posteriormente, lleva a cabo la cruza dihíbrida MMQQxmmqq llenando los espacios de la figura 19. Fíjate bien en el procedimiento y luego realiza otra cruza, digamos: F F H Hxf f h h en una hoja aparte sin olvidar señalar la generación, los gametos P, F1 y F2, los genotipos y fenotipos de los organismos F1 y F2, y en que proporción se forman. Figura 17. Cruza dihíbrida ¿Nace la era genómica? No cabe duda que el proyecto Genoma Humano es el más importante en la secuenciación del ADN pero no ha sido el único.En la actualidad se conocen los genomas completos de la mosca de la fruta de un tipo de gusano de la levadura y de una treintena de bacterias entre las cuales están las causantes de la úlcera y de distintas variantes de meningitis.En cuanto a los proyectos en fase de finalización cabe citar el genoma del plasmodio de la malaria y del tripanosoma (responsables de la enfermedad del sueño).Es imposible que el estudio de los genes de estos organismos permita encontrar nuevas armas de ataque contra las enfermedades infecciosas. Figura 18. Locí en cromatografía. 30 Con cincuenta caracteres 1.1.6 ALELOS MÚLTIPLES En ocasiones hay genes con más de dos alelos, por ejemplo, los genes que determinan la presencia de unos glucolípidos en la membrana celular de los eritrocitos (glóbulos rojos). Estos glucolípidos, que reconoce nuestro sistema inmunológico como propios o ajenos (antígenos), determinan los grupos sanguíneos que probablemente tu conoces. El sistema inmunocompetente reconoce las sustancias u organismos ajenos y responde produciendo unas proteínas llamadas anticuerpos, que se unen específicamente a ciertos puntos de las macromoléculas ajenas o a la superficie de los microorganismos extraños, lo que facilita su destrucción y eliminación del medio interno. Esta situación es de gran importancia porque en una transfusión sólo se aceptará la sangre de aquella persona que tenga los glóbulos rojos con las mismas glucoproteínas que nuestro organismo, de otro modo el sistema de defensa los reconocería como extraños y los destruiría. Por ello conviene investigar el tipo sanguíneo del donante y del receptor para prevenir el rechazo. La aparición de los glucolípidos en los eritrocitos está bajo control de un gen con tres alelos que representaremos de la siguiente forma: Recordarás que somos organismos diploides y por ello sólo poseemos un par de genes alelos para cada locus. En este caso, tenemos más combinaciones posibles de genotipos y fenotipos. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: 1.1.7 HERENCIA MULTIFACTORIAL Muchos caracteres de los seres vivos están determinados por la acción conjunta de varios genes que se ubican en distintos lugares (loci) del genoma. En especial los caracteres cuantitativos como la estatura, el peso, el color de la piel y otros tienen una herencia llamada poligénica (por la intervención de muchos genes), en la cual el carácter varía más o menos gradualmente, de acuerdo con el número de genes alelos dominantes y recesivos. Por ejemplo, en el maíz (Zea mays) el número de hileras de grano en la mazorca depende de los genes de tres loci. Tabla 3. Herencia poligénica en el maíz. Puedes graficar el número de hileras de granos en las mazorcas contra el número de plantas. A continuación encontrarás una breve síntesis del tema que acabas de estudiar en la: 1.2.1 DETERMINACIÓN DEL SEXO El sexo en las especies con reproducción sexual se determina de diferentes maneras. Los mamíferos, aves, insectos y otros tienen cromosomas que, además de poseer información para otros caracteres, sirve para determinar el sexo. El juego diploide de cromosomas (2N) del hombre está formado por 23 pares de cromosomas, los cuales se ordenan según ciertos criterios y se enumeran del 1 al 23. Los primeros 22 se denominan autosomas y contienen información para los caracteres del cuerpo y el par 23 se llama par de cromosomas sexuales, pues determinan el sexo, además de otras características. Figura 21. Patrón de difracción de rayos x de la estructura B del ADN, que muestra cómo se mide cada parámetro molecular. En las mujeres el par 23 lo forman dos cromosomas homólogos llamados <<XX>>; en cambio, en el hombre (como en cualquier mamífero macho) se constituye por un par de cromosomas heterólogos <<XY>>. Esto quiere decir que cuando fuiste cigoto (unos nueve meses antes de tu nacimiento) el óvulo de tu madre aportó un cromosoma <<X>> y el espermatozoide (por supuesto de tu padre) que lo fecundó el otro cromosoma sexual, <<X>> si eres mujer o <<Y>> si eres hombre. Figura 22. Cromosomas sexuales (metafásicos). ¿Qué cromosoma sexual portan los óvulos? . ¿Qué cromosoma sexual portan los espermatozoides? . Por lo tanto, ¿quién determina el sexo en nuestra especie? . Pero esto no siempre es así, en el insecto Protenor el sexo masculino lo determina la ausencia del cromosoma <<Y>> (X0) y el sexo femenino por el par <<XX>>; en las abejas hembras encontramos 32 cromosomas (son Diploides, 2N), en cambio los machos poseen sólo un juego de 16 cromosomas (son haploides, N); en las aves, el sexo lo determina el óvulo (la gallina) en vez del espermatozoide (el gallo), pues las hembras tienen el par <<XY>> y los machos el par <<XX>>, a diferencia de los mamíferos. En otras especies el sexo no se determina por cromosomas sexuales, sino por las condiciones ambientales; por ejemplo, en las tortugas el sexo depende de la temperatura en la que transcurre el desarrollo embrionario. En cada puesta, los huevos centrales dan lugar a tortugas de un sexo y los huevos de la periferia, más fríos, dan lugar a organismos del otro sexo. 1.2.2 ENFERMEDADES LIGADAS AL SEXO La información genética se encuentra grabada, de igual manera que las canciones en la cinta de un cassette. Los genes, como las canciones, se ubican uno detrás de otro a lo largo del ADN o de la cinta, respectivamente. Según la genética mendeliana los genes de todos los loci se heredan de modo independiente; sin embargo, esto es así por un fenómeno llamado entrecruzamiento que ocurre en la meiosis, en la cual, las cuatro cromátidas de cada par de cromosomas homólogos metafísicos intercambian segmentos de ADN. Esto permite que los genes de los dos loci del mismo cromosoma se hereden independientemente el uno del otro, siempre y cuando no estén muy cercanos. Figura 23. El entrecruzamiento implica la separación de genes. La probabilidad con la cual se separan los genes de loci adyacentes aumenta desde casi cero, cuando están juntos, hasta el 50%, cuando la distancia entre ellos aumenta lo suficiente, dentro del mismo cromosoma. Así, cuando las posibilidades predichas por las leyes de Mendel para los distintos descendientes no se cumplen, a causa de la cercanía entre dos genes o la ausencia de entrecruzamiento, hablamos de herencia ligada. Si no existiera el entrecruzamiento entonces habría, para nuestra especie, 23 grupos de genes con herencia ligada (un grupo por cada tipo de cromosoma) y las leyes de Mendel sólo se cumplirían para los genes ubicados en distintos cromosomas; pero como existe entrecruzamiento, las leyes se cumplen para muchos loci. En toda una serie de organismos hay un grupo de genes (los del cromosoma que determina el sexo) eficazmente ligados entre sí debido a que no pueden entrecruzarse (<<Y>> en los mamíferos machos). El cuerpo humano tiene 22 pares de cromosomas homólogos denominados en conjunto autosomas por contener información referente al cuerpo (soma), y un par de cromosomas sexuales que en las mujeres es el par (escríbelo) y en los hombres son los cromosomas no-homólogos (anótalos) . El cromosoma <<Y>> es muy pequeño y no contiene los mismos loci que el cromosoma <<X>>, así que una mujer recibe dos juegos de genes para el par 23, uno de su padre y otro de su madre, pero los hombres sólo reciben un juego, un cromosoma <<X>> de su madre y para esas características sólo se parecerán a su madre o a sus abuelos maternos (herencia por línea materna), y un pequeño cromosoma <<Y>> de su padre. Por otra parte, si el cromosoma <<Y>> tiene algún gen con efecto en el fenotipo (como la hipertricosis del pabellón de la oreja), ese carácter se transmitirá por línea masculina. El que los machos de mamífero posean un solo cromosoma <<X>> tiene consecuencias desastrosas para ellos, pues si su único cromosoma <<X>> contiene un locus con un gran alelo que se exprese patológicamente e inservible, entonces padecerá una enfermedad genética; en las mujeres si un gen alelo está “enfermo” el otro cromosoma <<X>> puede tener la versión sana y ella no sufrirá ningún problema, pero sí transmitirá el gen inservible a su descendencia, sus hijos padecerán la enfermedad y sus hijas serán portadoras. Esto ocurre con enfermedades genéticas como la hemofilia y el daltonismo, entre otras, donde ciertos genes ubicados en el cromosoma <<X>> poseen alelos incapaces de tener una expresión adecuada (sana). Por ello, cuando un hombre hereda de su madre un cromosoma <<X>> con uno de dichos genes alelos, él padecerá la enfermedad mientras su madre, su padre y sus hermanas presentan un fenotipo sano. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: .3 HERENCIA NO MENDELIANA El término clon deriva del griego klon (brote) y tiene su origen en la reproducción, por esquejes de plantas iguales. La oveja “Dolly” se ha convertido en el clon por anatomasia, pero no ha sido realmente el primer caso de clonación animal. Este título les corresponde a los biólogos americanos Robert Briggs y Thomas King, que en 1952 clonaron por vez primera una rana. Aunque hay que tener en cuenta que la rana es un organismo relativamente simple. El auténtico desafío era clonar un mamífero. El propio Ian Wilmut, el creador de Dolly, hacía ya una década que había clonado una oveja, pero con otra técnica basada en el transplante del núcleo de los Blastómeros (células derivadas de las primeras divisiones del óvulo fecundado). A partir de los años 80, fueron clonados miles de mamíferos, utilizando siempre células embrionales, es decir, aquellas que todavía no se han especializado en desempeñar una determinada función, o también llamadas células madre las cuales son totipotenciales 1.3.1 CLONES Y REPRODUCCIÓN ASEXUAL Como lo estudiaste anteriormente, en la reproducción asexual participa un solo progenitor.A nivel celular quiere decir que las células de un organismo proceden de la división de las células del progenitor, no importa si el organismo es procariótico o eucariótico, tampoco tiene relevancia si es un unicelular o multicelular, de todas maneras el fenómeno básico que ocurre durante la reproducción sexual es la replicación del ADN. La replicación de la información genética del progenitor que ocurre antes de la fisión binaria o de la mitosis requerida en cualquier variante reproductiva no sexual.Recordarás en Biología I, que el ADN se forma de dos cadenas complementarias de nucleótidos. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: 1.4 VARIABILIDAD Los hallazgos de Hubby y Lewontin y de otros después de ellos, tal como acontece con la mayoría de los descubrimientos científicos importantes, plantearon nuevas cuestiones importantes. Muchos genetistas habían pensado previamente que los individuos de una población tendrían que encontrarse cerca de la uniformidad genética como resultado de una larga historia de selección para genes “óptimos”. Sin embargo, como revelaron estos estudios las poblaciones naturales distan mucho de ser uniformes. Una escuela de genetistas, los seleccionistas sostiene que hasta pequeñas variaciones como las existentes en la estructura de las enzimas se mantienen por varias formas de selección natural que en ciertos momentos y en determinadas áreas favorecen a algunos genotípos, y en otros momentos u otras localidades favorecen a otros genotipos. En la opinión de los seleccionistas toda variación afecta directa o indirectamente la aptitud. Una escuela opuesta, la de los neutralistas, sostiene que las variaciones observadas en las moléculas de proteína son tan leves que no influyen para nada en la función del organismo y por consiguiente no son afectadas por la selección natural. Este neutralismo, por supuesto es apoyado por la evidencia de los relojes moleculares. De acuerdo con el argumento neutralista, los alelos neutrales se acumulan como resultado de procesos aleatorios, entre los que se incluye la mutación. Aunque este conflicto de opiniones no puede resolverse en base al conocimiento actual. Cada vez aumenta más nuestra comprensión de la variedad de procesos que pueden actuar para mantener, o disminuir la variabilidad existente en el reservorio génico de una población. El análisis a nivel molecular constituye un método más reciente para estimar la variabilidad. Las secuencias de aminoácidos de las proteínas reflejan las secuencias de nucleótidos de los genes que las codifican. J.L. Hubby y L.C. Lewontin trituraron mosquitos de la fruta (Drosophyla melanogaster) de una población natural y extrajeron sus proteínas, de las cuales fueron capaces de aislar 18 enzimas funcionalmente diferentes. Luego analizaron cada una de las 18 enzimas por separado, para determinar si sus moléculas existían en formas estructurales diferentes (conocidas como isozimas) o si la estructura de la enzima era uniforme en toda la población. El método que utilizaron fue la electroforesis, el mismo método utilizado por Pauling para separar las variantes de hemoglobina. De las 18 enzimas estudiadas, de esta manera 9 se componían de moléculas de proteína que eran indistinguibles por electroforesis; en otras palabras, el gen que codifica cada una de estas enzimas era el mismo en toda la población de mosquitas de la fruta estudiada. Sin embargo, cada una de las otras 9 enzimas tenían 2 o más isozimas. Así, sin analizar directamente ninguno de los genes, los investigadores pudieron concluir que entre las mosquitas de la fruta estudiadas había 2 o más alelos del gen responsable para cada una de estas 9 enzimas. Una enzima tenía hasta 6 isozimas ligeramente diferentes; o sea, cuando menos 6 alelos del gen que codifica esa enzima estaban presentes en el reservorio génico. Cada población de mosquitas de la fruta era heterocigótica para casi la mitad de los genes probados. Se estimó que cada individuo era probablemente heterocigótico para un 12 % de sus genes. Estudios similares hechos en seres humanos, usando tejidos accesibles tales como la sangre o la placenta, indican que por lo menos el 25 % de los genes de cualquier población dada están representadas por 2 o más alelos, y que los individuos son heterocigóticos para por lo menos el 7 % de sus genes, en promedio. Ahora que se han desarrollado métodos para secuenciar los nucleótidos del DNA, es posible hacer comparaciones directas del material genético. Dado que no todos los cambios en los nucleótidos dan como resultado cambios en la secuencia de aminoácidos, y que no todos los cambios en la secuencia de aminoácidos son detectables por electroforesis, se espera que la secuencia del DNA revele un mayor grado de variación genética. 1.4.1 FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA Para poder abordar estetema, es necesario recordar lo visto en tu curso de Biología I, de donde retomaremos el ADN (ácido desoxirribonucleico), su estructura, función y duplicación, así como la síntesis de proteínas, además del ARN (ácido ribonucleico). 1.4.2 TIPOS DE MUTACIONES EL genotipo determina al fenotipo a través de la expresión de la información contenida en los genes, de acuerdo con las interacciones del ambiente con el organismo y la organización del programa genético. Cualquier cambio en la información genética, es decir, en la secuencia de pares de bases del ADN, se llama mutación (muta = cambio) y puede o no afectar la secuencia de los aminoácidos de la proteína determinada por un gen: “Un cambio de genes suele causar defectos claramente apreciables, pero la mayor parte de las mutaciones son más útiles, de otra manera, todos pareceríamos monstruos”. Nuevamente, retomando tu material de Biología I, recordarás que los organismos eucarióticos que se reproducen sexualmente (la mayor parte de los unicelulares y prácticamente todos los multicelulares) presentan dos tipos distintos de células especializadas: las células somáticas o corporales y las células germinales (sexuales) o reproductoras. Menciona un ejemplo de célula somática o corporal y un ejemplo de célula sexual o reproductora Figura 32.Los genes mutágenos alteran el ADN. La mutación que ocurra en una célula somática puede, incluso, pasar inadvertida; “solo las mutaciones que ocurran en las células sexuales son de extrema importancia para la genética y la evolución de los organismos con reproducción sexual. Tales mutaciones pasan a la generación siguiente” y son la fuente principal de diversidad en el material genético. Hay muchos tipos de mutaciones, las cuales se clasifican de acuerdo con la estructura implicada (gen, cromosoma o genoma) en la alteración de la información genética. Mutaciones Normalmente los genes se copian con exactitud durante la replicación del ADN y los cromosomas homólogos se segregan en forma regular durante la meiosis (profase, metafase, anafase y telofase).Sin embargo, en ocasiones hay un error: un gen no se copia ni se codifica de manera correcta o los cromosomas no se agregan.Este repentino cambio genético se llama mutación (mutare = cambiar).Un organismo que exprese un gen mutado se llama mutante. La mutación es la fuente básica de toda variación natural hereditaria, la cual permite evolucionar a los seres vivos al adquirir nuevos tipos genéticos. Los genes mutan originando una amplia variedad de efectos, pudiendo ser inocuos, benéficos (representan algunas ventajas para el individuo) o perjudiciales que pueden causar la muerte del organismo (llamados en este caso genes letales); una gran parte de las mutaciones letales conocidas tanto en plantas como en animales son recesivas y por lo tanto sus efectos fatales se manifiestan al darse la condición homogocita recesiva. Cualquier agente del medio externo que modifique la estructura o contenido del ADN se conoce como agente mutagénico o mutágeno.Por su naturaleza, los agentes mutagénicos se clasifican en físicos y químicos.Dentro de los físicos tenemos a: rayos X, rayos gama, luz ultravioleta, temperatura, rayos cósmicos, etc.Dentro de los agentes mutágenos químicos están: algunos medicamentos como la talidomina, contaminantes del aire, agua y suelo, drogas, alcohol, peróxidos orgánicos, alfa α y beta β dioxinas α yoduro de potasio, acridina, sales de plomo, gas, mostaza y sulfato de cobre, entre otros compuestos mutagénicos. Las mutaciones se clasifican en génicas, cromosómicas y genómicas Mutaciones Génicas.Se conocen también como mutaciones puntuales, porque son “errores” que alteran la estructura o composición química del gen (o genes), pero comúnmente no se modifica su forma. o Sustituciones: un cambio de un par de bases por otro. o Delecciones: pérdida de una o más pares de bases. o Inserciones: introducción de una o más pares de bases (con frecuencia ADN viral). o Inversiones: cuando una serie de pares de bases se separan y se vuelven a unir después de un giro de 180o. Como el ADN almacena información usando un alfabeto de cuatro “letras químicas”, nosotros usaremos nuestro abecedario como modelo para estudiar varios tipos de mutaciones y darnos cuenta de sus efectos. Observa la siguiente secuencia de letras: “UNTOPOBAILABAPORLASMAÑANAS”; todos los signos están juntos sin espacios entre ellos, como en el ADN. Ahora veamos el efecto de cada tipo de mutación. Lee cada secuencia de letras en la figura 33 e intenta encontrarle sentido después de cada mutación. Figura 33. Una analogía lingüística de las mutaciones génicas. Comprenderás que las mutaciones afectan la información y pueden provocar que pierda todo significado útil, por esto muchas veces tienen efectos desastrosos para los organismos, pero la evolución de las especies requiere necesariamente el aporte de nueva información (de variabilidad) y es la mutación el mecanismo primario para generarla. Con lo anterior, te darás cuenta que prácticamente cualquier aspecto de la vida de un organismo puede ser modificado por una mutación genética. Estas pueden afectar el tamaño y la forma de un organismo, su estructura interna, la capacidad de funcionamiento del sistema nervioso, su comportamiento o la eficiencia de su actividad. Por lo tanto, las mutaciones producen una variedad muy grande de moléculas de ADN nuevas. Los nuevos genes equipan al organismo con estructuras, capacidades o apariencias, algunas de estas superiores cuando se comparan con las previas; sin embargo la mayoría de las mutaciones en los actuales organismos altamente evolucionados provocan la aparición de caracteres inferiores a los de la generación anterior, o son “silenciosos” al carecer de un efecto apreciable. Estos temas los vas a estudiar detalladamente en el siguiente capítulo, que se refiere a evolución. Mutaciones Cromosómicas (Aberraciones cromosómicas) Llamamos aberraciones cromosómicas a los extensos cambios de información genética que afecta a los cromosomas. Estas se pueden clasificar en: Anomalias de tipo estructural: delecciones, inversiones, inserciones y translocaciones, inducidas por factores ambientales como las radiaciones (rayos X, gama y ultravioleta), sustancias mutágenas (asbestos, nitrosaminas, compuestos del tabaco, infecciones virales, etc.) o errores durante los procesos celulares (figura 34). Anomalias de tipo numérico: trisomias,monosomías y otras, ocasionadas por un reparto o separaciones erróneas de los cromosomas durante la meiosis. Las mutaciones cromosómicas alteran la morfología de los cromosomas, por lo que pueden detectarse bajo el microscopio, producen alteraciones mayores que las mutaciones génicas y pueden ser de los siguientes tipos. Figura 34. Las mutaciones que sufren las células somáticas pueden provocar la muerte de dichas células, si no fallecen células, no es tan grave. Más peligrosas son las mutaciones que provocan la expansión y expresión o una mayor actividad de genes (oncogenes) que debieran estar apagados, e incluso existen mutaciones que alteran y reprograman la vida de las células somáticas pero en realidad estos se encuentran en aspectos recesivos, logrando así la apoptosis celular, estas situaciones forman parte del proceso de cancerización, con frecuencia a estas mutaciones se les considera como aberraciones cromosómicas de tipo numérico. Las aberraciones numéricas frecuentemente resultantes de errores en la primera o segunda división meiótica, dan por resultado una célula con un cromosoma de más o uno de menos.El caso más común de aberración numérica en los humanos es la trisomía 21 (tres cromosomas del par de cromosomas somáticos 21 en vez de dos), también llamado síndrome de Down o mongolismo, caracterizado por un retraso mental variable (puede corregirse parcialmente con una educación especial), cráneo pequeño y redondo, cara redonda y aplanada, orejas pequeñas, un solo pliegue de flexión en los dedos los peculiares ojos rasgados, lesiones cardiacas, etcétera. La trisonomía puede aparecer por la fecundación de un gameto normal y otro con dos cromosomas 21 debido a la no separación de las cromátidas 21 durante la meiosis, esa no disyunción origina gametos anormales con dos cromosomas 21 (tanto en el hombre como en la mujer).Observa la figura 35. Figura 35. No disyunción (separación) de cromátidas. La probabilidad de formar óvulos con dos cromosomas 21 aumenta conforme la edad de la madre avanza. A los 20 años es de 0.4 por cada 1000 nacidos vivos y a los 45 años es de 2.5 por cada 1000. Por ello se aconseja que las mujeres mayores de 35 años eviten lo posible concebir, pero si se embarazan, deberán pedir consejo genético para averiguar el estado del producto, el cual al revelarse con síndrome de Down puede considerarse apropiado para aborto terapéutico (permitido por la ley mexicana). No debes confundir la palabra síndrome con el término enfermedad, aunque suelen usarse como sinónimos, no lo son. Un síndrome se caracteriza por todo un conjunto de síntomas y enfermedades que generalmente aparecen asociadas; por ejemplo, en la trisomía 21 (síndrome de Down) es común que haya defectos cardiacos, eso sería una enfermedad que puede padecerse o no. El síndrome estaría presente aún cuando no hubiera lesiones cardiacas, si el sujeto presenta la mayoría de los rasgos anatómicos, fisiológicos y conductuales mencionados. Figura 36. Síndrome de Down. Otros síndromes comunes son los que afectan a los cromosomas sexuales de las células germinales, forman parte de las estructuras gonodales en el género masculino (testículos) y en el femenino (óvulo) tales como el deel de Klinefelter (trisomía <<XXY>>) cuya frecuencia es de uno por cada 700 niños varones, y el de Turner (monosomía <<X0>>) en una entre 2500 niñas aproximadamente. Un hombre con síndrome de Klinefelter suele ser alto, con poco vello facial y púbico, infértil, a veces con glándulas mamarias abultadas (ginecomastia) y/o con retraso mental medio o moderado en el menor de los casos. En cambio, una mujer <<X0>> es de baja estatura, falta de regla menstrual (amenorrea primaria), caracteres sexuales apenas insinuados y por lo general estériles, entre otros. Figura 37. Anormalidades cromosómicas. Mutaciones Genómicas.Son alteraciones cromosómicas que afectan el número de cromosomas por falta o exceso. Estas se pueden clasificar en: Aneuploidia. En general se llama así a la falta o exceso de uno, tres o más cromosomas.Ejemplos de aneuploidias en la especie humana, son el síndrome de Down, que se refiere a una trisomía (tres cromosomas en lugar de dos) en par 21, o bien el síndrome de Turner en el que falta un cromosoma sexual X. Poliploidía.Es el número de cromosomas completos, ejemplo 3n=tripoide, 4n=tetraploide (recuerda que el normal es diploide). En algunos casos, organismos triploides completos son viables aunque su fertilidad se ve reducida, a veces radicalmente. En ciertas plantas este tipo de mutaciones han permitido el rápido surgimiento de nuevas especies; por ejemplo, unas especies de trigo (Triticum) T. monococcum y T. aegilopodes son Diploides (2N), donde N = 7 pares de cromosomas; en otras especies de trigo, T. dicoccum, T durum, su dotación consta de 14 cromosomas (N = 14), de donde deducimos que son tetraploides (4N). Incluso existen ciertas especies de trigo hexaploides. Con todo, la poliploidía es un mecanismo evolutivo marginal, presente sobre todo en plantas, en especial en aquellas que usan variantes asexuales de reproducción. A continuación te presentamos la síntesis de un documento que expone los avances que se han obtenido sobre este tema. El desarrollo de la biotecnología en la genética* En las últimas décadas, la genética humana ha logrado pleno conocimiento como la disciplina que estudia la variabilidad humana y la herencia, y a la vez el enorme desarrollo de la biotecnología le está permitiendo profundizar en el conocimiento de muchas enfermedades que afectan al ser humano, y visualizar a corto plazo las estrategias novedosas para su tratamiento y prevención.En la actualidad, es posible localizar los genes en los cromosomas, aislar el ADN de un gen, clonarlo identificar toda su secuencia de bases y conocer la estructura y la función de su producto proteico.Este nuevo enfoque de la genética humana está aportando conocimientos invaluables acerca de la función normal de los genes, los tipos de mutación que pueden sufrir, la consecuente anormalidad del producto génico y por lo tanto, la fisiopatología de las enfermedades hereditarias. Se abren nuevos caminos para el tratamiento y la prevención de enfermedades hereditarias y ha nacido lo que se podría llamar la nueva genética que combina los conocimientos de la genética clásica con las técnicas de biología molecular. Impronta genómica El principio de la equivalencia en las cruzas recíprocas, propuesto por Gregorio Mendel, según el cual los genes se comportan en la misma forma sin importar de cuál progenitor provienen, ha sido dogma de la genética durante más de un siglo.Recientemente se ha descubierto que algunos genes no obedecen a este principio, sino a un fenómeno denominado “impronta genómica”, que se puede definir como el mecanismo por el cual la actividad de los genes homólogos en un individuo, difiere, dependiendo del sexo del progenitor que los transmite.Se trata de un proceso que marca algunos genes específicos de manera diferente durante la gametogénesis del macho o de la hembra.Esta importancia genómica explica el por qué algunas mutaciones funcionan de diferente manera cuando se heredan del padre que cuando se heredan de la madre. El proceso que conduce a la importancia genómica es muy complejo, y comprende una interacción de diversos sucesos en genes y segmentos cromosómicos específicos, que incluyen mutilación del ADN, compactación de la cromatina y replicación del ADN. Mutaciones dinámicas o amplificación de tripletas repetidas El mecanismo de la mutación, que se ha denominado mutación dinámica, implica el cambio en el número de copias de la tripleta que se relacionan con el número de copias presentes en un momento dado.Este proceso por el cual un cambio inicial en la secuencia del ADN produce inestabilidad y predispone a nuevos cambios en la secuencia del ADN, evidentemente contrasta con el concepto de las mutaciones clásicas o estadísticas en las cuales el producto de una mutación tiene pocas probabilidades de sufrir nuevos cambios. El síndrome de X-frágil es la forma más común de retraso mental familiar y afecta aproximadamente 1 en 1250 varones.La enfermedad se asocia con la expresión de un sitio frágil sensible a folatos en la banda q27 del cromosoma X, por lo cual el análisis cromosómico permitió, durante años, diagnosticar a los pacientes e identificar a las mujeres portadoras de la mutación con relativa precisión. Ahora, el hallazgo de estas mutaciones dinámicas ha permitido reconocer un mecanismo genético que explica el fenómeno de la anticipación tanto en la distrofia monotótica como en la enfermedad de Hungtinton y en el síndrome de X-frágil.Además, en estas tres enfermedades, el sexo del progenitor se relaciona con el incremento en el número de repeticiones de la tripleta involucrada en el padecimiento y la transmisión de las formas más graves.En el caso de la distrofia monotótica, la aparición de la forma congénita se observa cuando la transmisión es por medio de las mujeres, y en la enfermedad de Huntington la transmisión paterna produce la aparición de las manifestaciones clínicas a una edad significativamente más temprana. Heterogeneidad genética El concepto clásico de heterogeneidad genética se refiere a la situación en la cual dos o más genes diferentes, producen fenotipos similares y la expresividad variable a la situación en la cual un mismo genotipo varía en su expresión fenotípica.Así, por ejemplo, en la osteogénesis imperfecta que se caracteriza por fragilidad ósea, baja talla, escleróticas azules, dentinogénesis imperfecta e hipoacusia, se había reconocido heterogeneidad clínica y genética por la variabilidad en la gravedad del cuadro clínico, y porque algunas formas eran dominantes y otras recesivas.Los estudios moleculares en ésta y en otras enfermedades hereditarias, han permitido no solamente reconocer que hay heterogeneidad genética en el sentido de que existen mutaciones en diversos genes capaces de producir fenotipos similares, sino que además, puede haber heterogeneidad alélica. La heterogeneidad alélica implica que diferentes mutaciones en el mismo lucus (ge) pueden ser responsables de la variabilidad cínica que se observa en la misma enfermedad. Mosaicismo somático Se entiende por mosaicismo somático, la presencia en el mismo sujeto de líneas celulares con constitución genética diferente, y por lo general, se debe a un suceso mutacional postcigótico.De hecho, los mosaicismos se han reconocido desde hace años en síndromes cromosómicos como la trisomía 21, la monosomía X o síndrome de Turner y el síndrome de Klinefelter entre otros. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: 1.4.3 COMBINACIONES La presencia de las Matemáticas en Biología no es tan evidente. Muchas personas consideran que una forma de evitar toparse con aquellas es estudiando la última; sin embargo, para las ciencias de la vida ciertas ramas matemáticas están siempre presentes. Uno de los descubrimientos de la segunda mitad de este siglo tiene que ver con el hecho de que los organismos hacen amplio uso de las combinaciones. La vida se nos ha revelado como un fenómeno muy complejo, mostrándonos simultáneamente dos caras: la unidad básica de sus procesos y la diversidad de sus productos, es decir, lo fundamental de lo vivo deriva de un número no muy grande de componentes que interactúan e interaccionan en una serie mucho más amplia de formas. Es la combinación de esos componentes lo que permite la presencia de la vida. Una combinación es un arreglo de los elementos de un conjunto en donde el orden en el que se ubica cada uno de ellos es importante. Vamos a suponer que aún no tienes hijos y que, consciente de que ya somos muchos en el planeta, planeas tener sólo un descendiente. ¿De cuántos géneros puedes tenerlo? ¡Claro!, o es niño, o niña. Si en cambio eres de los que piensan que los hijos únicos se convierten fácilmente en pequeños emprendedores, tal vez sería mejor pensar en tener dos descendientes. ¿Cuántas combinaciones podrían ocurrir? Veamos, en el primer nacimiento podría ser niño o niña (dos) y en el segundo nacimiento también. Para contestar la pregunta hacemos un diagrama de árbol, así: Figura 38. Es decir, cuatro combinaciones. Pero si después, tiempo antes de tomar medidas anticonceptivas definitivas tienes un tercer hijo, ¿Cuántas combinaciones podrían ocurrir? . Eso mismo sucede con los demás organismos con reproducción sexual, como ya lo estudiaste en el fascículo 3, durante la meiosis los genes se recombinan (recombinación genética) y dan por resultado gametos con distinta información genética. La fuente primaria de la variabilidad es la mutación, pues ella origina los distintos alelos de los genes. Sobre esa base, las especies generan mayor variabilidad mediante la recombinación genética. Figura 40. Recombinación genética derivada del entrecruzamiento. Los seres con reproducción sexual tardaron mucho tiempo en aparecer sobre la Tierra, tuvieron que transcurrir casi 3 000 millones de años antes de su surgimiento. Se cree que la aparición de la reproducción sexual tuvo que ver más con una estrategia de sobrevivencia a un medio cambiante que exigía la presencia de organismos diferentes en su capacidad de interactuar con su entorno, que con la producción de descendientes, pues esto último lo hace más fácil, rápido y con menor cantidad de recursos. 1.5 GENÉTICA DE POBLACIONES Se llama migración al movimiento de entrada y de inmigración o de salida de los organismos del área que ocupa una población. La importancia de la migración radica en la diversidad de una población,pues el grupo que llega a un nuevo medio lleva una dotación genética distinta a la que poseen los organismos de esa población, y al cruzarse con ellos da como resultado nuevas combinaciones genéticas, que al incrementarse propiciarán la aparición de nuevos rasgos.Este fenómeno por supuesto se presenta entre organismos con capacidad de entrecruzarse y tener descendientes fértiles, es decir, de la misma especie. La migración en plantas se efectúa generalmente cuando el polen o semilla es transportada por acción del viento o del agua u otros medios. Hibridación Se da el nombre de hibridación,al apareamiento entre especies, razas o variedades diferentes, y de híbridos a los descendientes que resultan de dicho apareamiento.Cuando un híbrido que procede de dos especies distintas se cruza con un individuo de algunos de los dos tipos genéticos parentales (como los de una de sus partes o progenitores primarios), se incorporan nuevas combinaciones genéticas a ese genoma que aumentan las variaciones. La combinación de genes resultantes de la hibridación puede dar origen a un nuevo genotipo con suficiente éxito que a la larga pueda producir una nueva especie. Deriva genética Es el aumento o la disminución de un rasgo a través de las generaciones en una población, debido a las combinaciones al azar de un gen. En las fluctuaciones al azar de las frecuencias génicas a través de sucesivas generaciones, su efecto puede ser insignificante en las poblaciones grandes, en cambio, cuando se trata de una población pequeña y aislada, llega a incorporarse en el acervo génico de la población y manifestarse con beneficios o perjuicios. Figura 41. Deriva genética. Modelo de equilibrio génico de Hardy-Weinberg Después de haber explicado los diferentes mecanismos por los que puede cambiar la frecuencia de los alelos del acervo génico de una población, se analizará el modelo de equilibrio propuesto por Hardy-Weinberg.En 1908 Godfrey Hardy y Wilhem Weinberg propusieron el principio del equilibrio de la frecuencia genética entre las poblaciones de reproducción sexual, siempre que no se presentase en ellas la acción de los mecanismos generadores de los cambios que proporciona la evolución; de esta manera la frecuencia de los alelos tanto dominantes como recesivos se podrían mantener con las mismas proporciones a través de sucesivas generaciones, bajo las siguientes condiciones: Que los cruces o apareamientos sean al azar. Que no se presenten mutaciones. Que no se presenten migraciones (entrada ni salida de genes). Que las poblaciones sean grandes. Que no opere la selección natural. Así, se propuso que la segregación del par de alelos (Aa) en el cruzamiento monohíbrido quedaba representada de la siguiente manera: Cualquier cambio en las condiciones de equilibrio podría causar que la ley no se cumpliera, y existiera un cambio en el acervo genético de una población, en este caso la población evoluciona. 1.5.1 POBLACIÓN La genética de poblaciones estudia la herencia a este nivel de organización de la materia. Podemos definir a una población como un conjunto de organismos de la misma especie que viven en un territorio común al mismo tiempo y que, por lo tanto, tienen la probabilidad de cruzarse con cualquiera de los miembros del grupo (aquí no se considera a las especies con reproducción asexual). Lo importante es saber la proporción de los genes alelos (frecuencias alélicas) en la poza genética (conjunto de todos lo genes de la población) y la razón de los genotipos (frecuencias genotípicas) entre los existentes. Estas frecuencias se calculan obteniendo la frecuencia absoluta de cada alelo o de cada genotipo y dividiéndola entre el número total de genes alelos o el número de organismos, respectivamente; aunque no siempre es fácil conocer que alelos o qué genotipos posee determinada clase de individuos 1.5.2 LEY DE HARDY-WEINBERG La genética de poblaciones deriva de la aplicación de modelos matemáticos para el estudio de la herencia. Hardy y Weinberg propusieron, con base en un análisis matemático, que la estructura genética de una población (las frecuencias alélicas y genotípicas) no varían de una generación a otra. Para el caso más sencillo, cuando se estudia la herencia de un gen con sólo dos alelos, la estructura de la poza genética es como sigue: Si el gen alelo recesivo se encuentra con la frecuencia relativa q (frecuencia absoluta entre el total de genes) y el gen alelo dominante con la frecuencia p y la suma de ambas frecuencias alélicas es p + q = 1 entonces los genotipos de la población se distribuyen en las siguientes proporciones: La frecuencia de la fenilcetonuria (uria = orina) es de uno entre 14 000 recién nacidos vivos. Esta es la enfermedad genética más común. Calculemos la estructura genética de la población. Veámoslo con más detalle. Como los genes alelos se topan con las frecuencias relativas p y q, podemos decir que la probabilidad de encontrarse un gameto con el alelo <<q>> o <<p>> es igual a su frecuencia relativa. Para hallar la posibilidad de formación de los distintos genotipos, basta saber que la probabilidad de la ocurrencia simultánea de dos eventos es igual a la multiplicación de las probabilidades de ambos sucesos. De ahí obtenemos que la probabilidad para formar el genotipo homocigoto dominante <<pp>> es igual a la de encontrar primero un gameto con el alelo <<p>> multiplicada por la de encontrar un segundo gameto con el mismo alelo lo hayamos con la probabilidad q. Para el genotipo homocigoto recesivo la manera es análoga: q2 = (q) (q), ya que el primer gameto con el alelo recesivo <<q>> lo encontramos con la probabilidad q y el segundo gameto con el mismo alelo lo hayamos con la probabilidad q. En último caso, el genotipo heterocigoto puede formarse de dos maneras, primero un gameto <<p>> fecundando a un gameto <<q>> o primero un gameto <<q>>, fecundando a un gameto <<p>>, es decir, 2(p) (q). Como adviertes, las frecuencias alélicas y genotípicas no variaron de una generación a otra. Y eso es precisamente lo que predice la Ley de Hardy-Weinberg. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: En este capítulo has estudiado algunos conceptos importantes de la Genética. Como recordarás, iniciamos mencionando a Gregorio Mendel, fundador de esta rama de la Biología; introdujimos algunos términos fundamentales como gen, genotipo, genoma; te propusimos una serie de conclusiones como: Muchos caracteres fenotípicos de los organismos están bajo control de unos factores genéticos, ahora llamados genes. Los genes pueden tener varias formas variantes denominadas alelos que suelen expresarse de manera distinta. Cuando hay reproducción sexual, un organismo recibe de sus progenitores dos juegos de información. Muchos caracteres dependen de un solo gen, pero hay muchas otras características que derivan de la acción conjunta de varios de ellos. Por lo general los genes se heredan independientemente. Podemos calcular los tipos de descendientes y sus proporciones, si conocemos el genotipo de sus progenitores o viceversa. Por ejemplo, las proporciones fenotípicas de Mendel para la cruza monohíbrida (en la generación F2) son de tres a uno; si hay herencia intermedia, en cambio serán de 1:2:1. En la cruza dihíbrida se pueden esperar cuatro fenotipos posibles en la segunda generación en proporciones 9:3:3:1. Lo anterior no siempre se cumple, a veces dos o más genes, incluso todos, se heredan juntos. Esto último es así para todos los organismos con reproducción asexual, en los otros ocurre, la herencia ligada al sexo, pues en este caso los cromosomas sexuales <<Y>> y <<X>> no pueden entrecruzarse (recombinar sus genes), o el ligamiento incompleto, cuando dos genes están muy cercanos en el mismo cromosoma y tienden a heredarse juntos. Muchas sustancias y radiaciones ionizantes pueden inducir cambios en la información genética, modificación que se denomina mutación y es el principal mecanismo para el surgimiento de nuevos alelos, de nuevos genes, de nuevos cromosomas, es decir, es el origen de la variabilidad necesaria para evolucionar, a pesar del efecto negativo de muchas de esas mutaciones. Las poblaciones de distintas especies tienen la tendencia natural a no cambiar. Mas como el ambiente no ha hecho otra cosa a lo largo de los años, entonces esa tendencia sólo ha conservado los genes de aquellos organismos capaces de sobrevivir el tiempo suficiente para dejar el adecuado número de descendientes. Y cada nuevo gen producido por mutación probó, con éxito o con fracaso, su habilidad para mejorar la sobrevivencia de su poseedor. En otras palabras, a pesar de su tendencia interna, las poblaciones han cambiado y lo siguen haciendo. La lista anterior no es un resumen de lo estudiado a lo largo de estas páginas, sólo es una muestra de las ideas que esperamos que hayas aprendido con tu esfuerzo, con la lectura atenta y tu trabajo al resolver todas y cada una de las Actividades de Aprendizaje propuestas. 2. EVOLUCIÓN Cuando asistes a una excursión escolar o familiar, ya sea al bosque, a la playa, un acuario, un zoológico o simplemente das un paseo por el parque ¿Has observado qué tipos de plantas y animales viven en estos sitios?, ¿Cuántos logras reconocer?, ¿Son diferentes?, ¿Son diferentes o semejantes los organismos de uno y otro lugar?, ¿A qué atribuyes esto?, ¿Te has preguntado cuántos organismos diferentes existen sobre la Tierra?, ¿Cómo se originaron?, y si ¿Son esas las únicas formas biológicas que han existido siempre? El estudio de la Biología te puede ayudar a dar respuesta a éstas y otras preguntas al reconocer el proceso evolutivo de la vida, analizando las diferentes teorías o hipótesis que el ser humano se ha planteado para explicar los fenómenos naturales que ocurren en su entorno. Ahora bien, ¿Cuándo se planteó el ser humano por primera vez estos cuestionamientos?, ¿Cuáles han sido las explicaciones que ha dado a los diferentes fenómenos naturales a través de la historia de la humanidad?, ¿Qué relación existe entre la forma de explicar los fenómenos y los valores morales y religiosos, así como la organización política y económica de las sociedades en sus diferentes momentos históricos? Existen otras muchas preguntas que nos podemos plantear ante este interesante tema de la evolución; por ejemplo respecto al ser humano ¿Cuál ha sido su proceso evolutivo?, ¿En que se diferencia del resto de las especies? Finalmente, ¿Las explicaciones que actualmente existen para dar cuenta del proceso evolutivo son definitivas e infalibles? Para poder dar respuesta a todo lo anterior, en este segundo capítulo te proporcionamos una fase introductoria referente al desarrollo del pensamiento evolucionista, por tal motivo, se plantean las ideas generales que orientaron durante diferentes épocas la forma en que el ser humano se explicaba el origen de las especies, hasta llegar al pensamiento darwinista y posteriormente el neodarwinismo. El proceso evolutivo es un principio fundamental en el estudio de la Biología, pues permite dar cuenta del comportamiento general de los seres vivos, de su origen, así como de las causas probables que lo generan. Te invitamos a que te introduzcas en esta fascinante área biológica, la que sin duda te ayudará a resolver algunas dudas que tengas al respecto y te generará otras que provoquen la necesidad de que sigas cultivando tus conocimientos sobre Biología. 2.1 DESARROLLO HISTÓRICO DEL CONCEPTO DE EVOLUCIÓN Las ideas más antiguas sobre el origen de la naturaleza y sus pobladores, se ubica con los egipcios y sumerio-babilonios, quienes daban una explicación del mundo basada en los libros sagrados, es decir, de tipo creacionista. Los profetas hebreos establecieron la unidad moral del ser humano, considerando también a un Dios creador, eterno y único. Retomaron algunas ideas de los sumerio-babilonios en torno al origen del mundo y del diluvio universal, mismo que se ve reflejado en el relato bíblico de la creación, que perdura a través del cristianismo. Figura 49. Representación de la creación en el siglo XV. Por su parte los griegos, son los primeros en dar una explicación racional de la naturaleza. Conciben en este orden de ideas que el hombre construye su propio destino, descartando la posibilidad creacionista y determinista del desarrollo del ser humano. Es entonces con los griegos que se introduce el carácter científico del saber, dando lugar al mismo tiempo el desarrollo de los grandes sabios individuales, contra el conocimiento colectivo de las civilizaciones anteriores. Aún cuando las culturas griega y hebrea fueron contemporáneas, permanecieron ignoradas una de otra, aisladas, por la falta de formas de comunicación. Los primeros filósofos griegos, procedentes de Mileto, en Jonia explicaron el origen de los fenómenos naturales a partir de sus observaciones, planteándose como meta encontrar las causas de los mismos. De ellos sobresalen Tales de Mileto, Anaxímenes y Anaximandro, quienes conciben al Cosmos como algo sujeto a cambios continuos. Sin embargo, no son evolucionistas, ya que este cambio según su propia concepción es cíclico, en perpetua repetición. Si bien algunos, como Anaximandro, Heráclito y Empédocles trataron de explicar racionalmente el origen del hombre y de los animales, otros, por ejemplo Parménides, concebían el ser como algo inmutable, lo que constituye la base del fijismo, o inmutabilidad de las especies, idea que se mantiene hasta el siglo XIX cuando se conforman las bases de la Teoría de la Evolución. De acuerdo con el Fijismo, se tiene una visión del mundo estático, la cual es apoyada por Aristóteles y Platón. Figura 50. Aristóteles. Aristóteles aún cuando se le considera fijista, realizó un estudio y ordenación de algunas especies de animales, utilizó la anatomía animal comparada y siguió una secuencia que va de las formas más sencillas a aquellas más complejas. La obra de Aristóteles con sus limitaciones y errores, influyó profundamente en el pensamiento universal por mucho tiempo. A la caída de Grecia, en manos del Imperio Romano, sucumbió consecuentemente la cultura helénica y con ella el conocimiento científico desarrollado en esa época, que permaneció estático por varios siglos. Posteriormente, en la Edad media, con la invasión de los bárbaros al Imperio Romano, éste se dividió en dos zonas cuyo avance fue divergente. El oriente se mantuvo por más de un milenio con ideas conservadoras, manteniendo la literatura antigua a través de la cultura bizantina, sin crear nada nuevo. Los últimos sabios de esta zona se trasladaron al Occidente cuando ocurrió la invasión turca. En el Occidente se formaron varios estados ocupados por diversas tribus de bárbaros, donde la cultura antigua fue prácticamente eliminada, no quedando más que la iglesia como el lazo de unión entre los hombres y actuando como fuerza cultural unificadora, de tal suerte que la idea cristiana de la vida ubicó a la Teología como la ciencia suprema durante muchos siglos, descuidándose el saber científico, racional. Con la expansión del cristianismo, las ideas sobre el origen del mundo contenidas en la Biblia alcanzaron resonancia universal, cuya base está dada primordialmente por la dimensión ética del hombre en relación con la existencia de un Dios creador y eterno; por tanto toda explicación de los fenómenos naturales es a partir de la creación divina. Además la imagen fijista del génesis bíblico coincidía con las ideas platónicas y aristotélicas precedentes, lo que contribuyó a mantener tanto tiempo la idea del cristianismo Sin embargo, hubo algunos clérigos, entre ellos San Agustín que compartía algunas ideas sobre la evolución cósmica y biológica como antecedentes a la creación del ser humano, pero a diferencia del verdadero evolucionismo, concibe que en la sucesión de organismos no necesariamente descienden unos de otros. Por tal motivo tampoco se le puede considerar evolucionista. Con base en lo anterior nos podemos dar cuenta que la ciencia en la Edad Media permaneció prácticamente “olvidada”, la cultura y la actividad científica se refugió en los monasterios y es hasta el siglo XIII cuando se puede hablar de un ligero avance, toda vez que se crean las universidades en la zona occidental y se rebasa así la cultura árabe. Entre los sabios destacados de este siglo se encuentra San Alberto Magno, (1206-1280) quién compiló una gran cantidad de información así como otra generada de observaciones directas de la naturaleza. Alberto Magno fue un fiel admirador de Aristóteles, y preparó el terreno para las aportaciones de Santo Tomás de Aquino. El trabajo de Alberto Magno se constituyó como la fuente de conocimiento de la mayoría de los sabios medievales, quienes se caracterizaron por dar mucha mayor importancia a los documentos que a los hechos, es decir, no se preocupaban por observar directamente los fenómenos. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Así se mantuvo el conocimiento científico hasta el Renacimiento, época marcada por dos grandes acontecimientos: se reinstauraron conocimientos de la antigüedad clásica y se establecieron las bases para nuevas y originales investigaciones. Por ejemplo, en el campo de la Historia Natural se introdujo el arte al naturalismo, ya que se hizo común el uso de las ilustraciones de la flora y la fauna propias de cada lugar. Consecuentemente se hizo indispensable la observación directa de las especies en la naturaleza. Por otro lado se inició una labor de difusión de la cultura a través de la publicación de enciclopedias, la exploración de nuevos territorios, la creación de museos, jardines botánicos, la introducción en las universidades de estudios anatómicos –en este campo destacan las obras de Leonardo Da Vinci y Andres Vesalio-. Con todo esto se conforma una idea más real y amplia de la naturaleza basada en su observación directa. Figura 51. El sistema cardiovascular según Leonardo Da Vinci. El descubrimiento de América proporcionó nuevos datos sobre la flora y la fauna, detectándose así los primeros problemas de distribución geográfica de las especies o biogeografía, al no coincidir las evidencias vivas con las explicaciones creacionistas y fijistas de las sagradas escrituras. Figura 52. Expediciones y descubrimientos de diferentes zonas geográficas. Esta serie de problemas tuvo una fuerte influencia en el desarrollo de la Teoría de la Evolución, paralelamente con la interpretación de los fósiles, ya que estos representan los “documentos” históricos del proceso evolutivo. Si bien la existencia de los fósiles ha intrigado desde la antigüedad al ser humano, su origen estuvo basado en el Diluvio Universal, o como formas imperfectas por influencia de los astros. En el siglo XV Da Vinci y Bernardo Palissy los interpreta adecuadamente, al considerarlos formas de vida extintas, sin embargo no se toma en cuenta sus aportaciones en ese momento. El pensamiento científico se amplía considerablemente durante el siglo XVII, destacan Bacon y Descartes en Filosofía, Harvey en Biología, Galileo y Kepler en Física y Astronomía. Existe pues un verdadero despliegue de la ciencia en la mayoría de sus campos, se genera o desarrolla su metodología y algunos instrumentos que facilitan el avance científico, tales como el microscopio, el telescopio, el reloj de péndulo, el barómetro, el termómetro, etc. Estos aparatos permitieron hacer estudios no sólo cualitativos sino comparativos y cuantitativos. También es en este siglo cuando se generan las academias de ciencias y sociedades científicas, sitios en los que se reunían los sabios, cuyo propósito central era el de compartir sus experiencias y avances en los trabajos realizados. Contaban con el apoyo económico de monarcas y grupos de personas adineradas. Se estableció una fuerte difusión gracias a la publicación periódica de revistas. Ejemplo de estas sociedades son las Academias de Lincey, fundadas en 1603 por Federico Cesi, la Academia de Sciences (1668) fundada en Francia por Luis XIV y el ministro Colbert, y la Royal Society de Londres, en 1660. Uno de los campos de estudio con mayor auge y apoyo financiero fue el de la Sistemática, debido a las expediciones a nuevos lugares; se estableció el concepto de especie y se elaboraron los sistemas de clasificación, donde destacan John Ray y Linneo. Carlos Linneo de origen sueco (1707 – 1778), propuso un sistema de clasificación y nomenclatura en su obra “Sistema Naturae" (1735), cuya décima edición se amplió a dos tomos (1758), un verdadero catálogo razonado de las especies animales, distribuidas en clases, órdenes y géneros. En cuanto a la nomenclatura el nombre está dado en latín y conformado por el género y la especie. A este sistema se le conoce como binomial, vigente a la fecha. Figura 53. Árbol filogenético del reino animal. (Según Haeckel). Linneo fue un fijista convencido de la inmutabilidad de las especies, aún cuando su método de clasificación ponía de manifiesto lo contrario, al evidenciar las relaciones y diferencias filogenéticas entre grupos de organismos. La ventaja que proporciona el sistema desarrollado por Linneo es el orden que establece para la inmensa variedad de seres existentes. Coloca cada especie en un sitio particularmente adecuado mostrando las semejanzas con otros. Utiliza tanto la Anatomía como la Fisiología como criterios de ordenamiento. A partir de este esquema surge la idea de origen de las especies a través de ancestros comunes, donde una rama se divide y origina a otras, sin embargo, Linneo negó rotundamente esto y se resistió a buscar otro tipo de explicación que no fuera el creacionismo y la inmutabilidad de las especies; esto lo reitera en su obra Philosophia Botánica (1751) y la Scala Naturae, apoyada por Leibnitz, Robinet y Bonnet, donde se considera una escala de organismos que van de las formas más sencillas a las más complejas, existiendo una idea de continuismo, más que de evolución, pues no considera el tiempo y por lo tanto el aspecto de las líneas filogenéticas se anula. Aún con esta situación el sistema de Linneo resultó ser más poderoso que él mismo, y el pensamiento que las especies semejantes se desarrollan de ancestros comunes persistió y facilitó la apertura hacia las teorías evolutivas. ¿De qué manera el trabajo de Linneo genera el pensamiento evolucionista? En párrafos anteriores se mencionó que la inmutabilidad de las especies se sostuvo por mucho tiempo debido a que nadie había visto lo contrario; si existían cambios eran tan leves y el tiempo tan corto que no se percibía la formación de una nueva especie en la historia conocida. Se requería de mucho tiempo, varios miles o cientos de miles de años para ello, y en la época de Linneo y 50 años después, el tiempo se calculaba desde la creación divina que plantea la Biblia, la cual establece que la edad de las especies es de aproximadamente 7 000 años tiempo por demás insuficiente para observar la formación de nuevas especies. En este momento histórico, se hacían aseveraciones muy aventuradas, tal es el caso de James Ussher (1650), quien consideraba que el mundo con todas sus criaturas fue generado “el 18 de julio de 4004 a. de C. a las 9:00 hrs.”. Poco a poco se fueron encontrando evidencias de que el mundo no podía haber sido creado con toda esa variedad de características en unos cuantos miles de años. En 1785, James Hutton, naturalista escocés, publica su teoría sobre el Principio deUniformidad de la Tierra, considerado como el nacimiento de la Geología. En esta teoría Hutton describe la manera como se transformaron las rocas, los cambios que sufren a través del tiempo, la formación de los estratos sedimentarios, etc., concluyendo que los procesos que modifican a la Tierra actualmente son los mismos que actuaron en el pasado, lo cual implica que los procesos naturales actúan de modo uniforme a través del tiempo. A partir de ésto, centra su interés en calcular la edad de la Tierra considerando para ello la velocidad de la formación de los estratos y la salinidad de los océanos. Los cálculos resultantes son muy variables, sin embargo, ponen de manifiesto que la edad de la Tierra es mucho mayor de que se creía y que abarca varios millones de años. Sin embargo el poder eclesiástico es muy fuerte y las ideas huttonianas no son apoyadas por la sociedad científica. Paralelamente, se inicia el redescubrimiento de los restos fósiles y con ello un punto de vista alternativo para calcular la edad de la Tierra, al relacionar ciertos fósiles presentes con cada estrato de la corteza terrestre, llegándose a la conclusión de que eran formas de vida extintas. Los seguidores de la Biblia los consideraban como formas imperfectas de la creación, sin darles mayor importancia, esto hizo que la Paleontología se ubicara como verdadera ciencia hasta 1791. Entre los primeros paleontólogos se encuentra Guillermo Smith, -el cual observa la correspondencia entre estratos y tipos de fósiles- y George Cuvier (1769 – 1832), quien al iniciar el siglo XIX descubre los restos fósiles de antiguos reptiles y con ello los fundamentos estratégicos y paleontológicos básicos para comprender el hecho evolutivo. También a través de estos estudios vuelve a manifestarse la tendencia progresiva en la organización de las especies más recientes respecto de las más antiguas. Cuvier se dedica a comparar las especies animales e introduce la noción de phylum, dando mayor consistencia al sistema de clasificación linneana, al ubicar fósiles dentro de las categorías establecidas por Linneo. Cuvier, aún cuando puede ubicarse como precursor del evolucionismo, no es evolucionista, ya que explica sus observaciones a través de la teoría de las Catástrofes Sucesivas, en la cual sostenía que todas las especies existentes en el pasado habían sido destruidas por una catástrofe que afectó simultáneamente a todo el mundo, tras ella había vuelto a surgir la vida pero con formas vegetales y animales diferentes, lo que se repetía continuamente, siendo el diluvio universal la última de la que se tenía conocimiento. Esta teoría fue utilizada para explicar el origen de los diferentes estratos, así como el predominio de ciertos vegetales y animales asociados a ellos, sin embargo mantiene los rasgos creacionistas fijistas propios de la época. Posteriormente Carlos Lyell, restablece la polémica, al publicar en 1830 un texto sobre Principios de la Geología, en el que recopila una buena cantidad de pruebas a favor de la teoría huttoniana, eliminando con ello las Catástrofes de Cuvier. El mejor argumento fue que a través del tiempo se han mantenido algunos organismos y otros han desaparecido, pero que la vida nunca ha tenido un fin, con lo que se reconoce la enorme edad de la Tierra y los fósiles como testimonio de ello. En este momento las condiciones van generando un ambiente propicio para el desarrollo de las teorías evolucionistas o transformistas, que tratan de explicar el hecho evolutivo interpretado como el desarrollo de la vida de formas sencillas a formas cada vez más complejas. Figura 54. Conchas fósiles. Argumentos de Lamarck contra el catastrofismo. 2.2 EVOLUCIONISTAS Y FIJISTAS (LAMARCK-DARWIN Y WALLACE) Juan Bautista Monet caballero de Lamarck (1744 – 1829), se considera el primer evolucionista al proporcionar una hipótesis transformista basada en el estudio y perfeccionamiento del sistema de clasificación animal. Esto le hizo pensar que los seres cambian conforme avanza la clasificación. Lamarck no coincidía con Couvier, afirmaba que la vida no fue creada, que las plantas y los animales han cambiado, que en la naturaleza han existido seres sencillos que gradualmente y a lo largo del tiempo se han ido modificando hasta constituir formas cada vez más complejas, formando una larga cadena evolutiva, cuyos huecos se deben a la carencia de información y no a catástrofes como pensaba Couvier. Estos planteamientos hechos hace casi dos siglos por Lamarck están aún vigentes, sin embargo se ha observado que es incorrecto el mecanismo que utiliza para explicar la evolución. En su “Filosofía Zoológica” Lamarck asegura que los diversos lugares del mundo se diferencian por su clima, su ubicación geográfica y su composición florística y faunística, lo cual es fácilmente observable al viajar; pero lo que no es notable, es que también los lugares están sujetos a cambios que ocurren lentamente y que se requieren varios millones de años para ello, por lo tanto es imperceptible y ello hace pensar que el ambiente es estático. Paralelamente el naturalista francés George Bufón, propone una teoría sobre las adaptaciones de los seres vivos a partir de las exigencias del ambiente lo que provocaba el perfeccionamiento de sus estructuras. Posteriormente Lamarck indagaba más sobre estas adaptaciones, ordena la información y da mayor claridad a las ideas preliminares de Bufón, concluyendo que los seres adaptan sus órganos en función de las características particulares de cada ambiente. Figura 55. Lamarck atribuye a la influencia del ambiente la variedad que se observa en muchas especies animales. (Los perros constituyen un buen ejemplo de su afirmación.) Lamarck reconocía que parte de la evolución era adaptativa, que la diversidad biológica se puede explicar considerando que la Tierra es muy antigua y que la evolución es un proceso de lenta transformación de las especies, lo que se representa a través de la escala de seres en cuya cúspide se encuentra el ser humano. Sin embargo cree que las especies menores tales como los gusanos, se originan por Generación Espontánea, es decir, a partir de materia orgánica en putrefacción. (Esta teoría fue descartada después de la invención del microscopio y de los experimentos de Redi, Spalanzani y Pasteur, cada uno en diferente época) Lamarck propone dos leyes para explicar los cambios de las especies: La ley de el uso y desuso de los órganos. La ley de los caracteres adquiridos. Cabe hacer notar que esta última ley, no fue realmente introducida por Lamarck, aún cuando es por lo que más se recuerda, sino que se trataba de un principio aceptado sin mayor discusión durante esa época. El mismo Darwin asumió que el uso y desuso de órganos podría reflejarse en la siguiente generación. La herencia de los caracteres adquiridos fue desechada hasta el fin del siglo XVIII, cuando Augusto Weismann demostró su improbabilidad, a través de un experimento con varias generaciones de ratones a los que les cortaba la cola, observó que los nuevos críos, siempre nacían con cola. La primera ley lamarckiana establece el uso frecuente de un órgano lo hace más fuerte y grande, mientras que lo contrario lo debilita y por lo tanto tiende a desaparecer. La segunda, afirma que los cambios pequeños y graduales son transmitidos de una generación a la siguiente. ¿Cómo se producen estos cambios? Según Lamarck, los organismos “tienen el deseo interno” de que se produzcan los cambios, esto es, considera que tienen un sentimiento interno, sobre todo aquellos organismos con un sistema nervioso complejo, del cual emanan las emociones interiores dotándoles de una fuerza que les permite efectuar los movimientos y las acciones que requieren sus necesidades. Este sentimiento activa los músculos y éstos el fluido nervioso. Figura 56. El sentimiento interior, explica Lamarck, actúa por inteligencia, por instinto, satisfaciendo las necesidades del ser vivo. Los organismos, desde esta perspectiva, creaban los órganos de acuerdo con las necesidades o problemas que tienen que resolver en el medio en que se desarrollan. Lo anterior actualmente parece imposible, sin embargo tuvieron que pasar 200 años para conocer los mecanismos que explican los cambios y ello con ciertas reservas, ya que en la actualidad no son totalmente definitivos y los avances científicos siguen proporcionando nuevas formas de explicar o complementar las explicaciones del proceso evolutivo. Aún con sus limitaciones y errores, la teoría lamarckiana, tiene el mérito de eliminar los razonamientos sobrenaturales, mencionando una serie de causas naturales que pretenden explicar el origen; la diversidad y la evolución de las especies, y aunque sus trabajos tanto en Botánica como en Zoología fueron muchos, Lamarck no gozó de buena fortuna, sin embargo, el siguiente evolucionista Carlos Darwin, retoma, 50 años después, dos de las contribuciones de Lamarck, en la teoría de la evolución por selección natural. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Carlos Roberto Darwin, nació en Shrewbury, Inglaterra el 12 de febrero de 1809, provenía de una familia acomodada, su padre fue un eminente médico y su abuelo Erasmo Darwin un sobresaliente naturista; fijista. Figura 57. Carlos Roberto Darwin (1809 – 1882). Siguiendo la tradición familiar Carlos Darwin orientó sus estudios hacia la medicina, sin embargo poco después de haberse iniciado en este campo, tomó los servicios clericales, graduándose en 1831. Se integró al Christ College de Cambridge, donde establece amistad con el botánico John Stevens Henlos, quien lo recomienda para realizar una expedición a Sudamérica. El 27 de diciembre de 1831, zarpó de Davenport, el navío inglés “Beagle” rumbo a Cabo Verde, con el propósito de hacer los mapas de las costas de América del Sur y de las islas del Pacífico. Durante la expedición Darwin tuvo la oportunidad de recabar información y algunas pruebas de los cambios que sufren las especies de diferentes lugares, lo cual le facilitó llegar a las conclusiones de la Teoría de la Evolución porSelección Natural. Darwin tuvo la oportunidad de recorrer las selvas brasileñas, lo mismo que el árido territorio de Argentina, en la inhóspita Tierra del Fuego, así como las altas montañas de la cordillera de los Andes. Finalmente el “Beagle” estuvo en las islas Galápagos, frente al Ecuador. Figura 58. Viaje del “Beagle”. En este último lugar Darwin estudió ampliamente el caso de las aves llamadas pinzones y las tortugas gigantes de los galápagos, animales que se pueden considerar exclusivos de estas islas. Todo esto le permitió, por un lado maravillarse de la gran variedad de organismos y por otro ir construyendo una explicación científica para dichas variaciones y particulares formas de vida basadas en la selección natural, a través de la cual Darwin explicaba que en las poblaciones existe una gran variación en los caracteres de los individuos que conforman una población. Esta variabilidad –decía Darwin- es heredable y confiere a los seres que la poseen mayor adaptación al medio, de esta manera sobreviven a la competencia, la existencia que impone el medio ante la carencia de alimento y espacio, es decir, son seleccionados por la naturaleza. Darwin aprovechó muy bien su viaje por Sudamérica gracias a los conocimientos de geología y a las aportaciones que en este campo le proporcionó Carlos Lyell. Esto le facilitó la comprensión de la presencia de los restos fósiles, así como la variedad de flora y fauna que observaba. Apreciaba los cambios en el medio y en la diversificación de especies en cada sitio que visitaba (biodiversidad). Cinco años después, en 1836, cuando regresó de la expedición, la lectura del ensayo de Thomas Malthus sobre el comportamiento de la población humana, le aclaró algunas dudas y le dio la pauta para plantear la teoría evolutiva. El ensayo de Malthus trata sobre el aumento de la población humana y su relación con la producción de alimentos, en él explica que mientras la población aumenta siguiendo una progresión geométrica, los alimentos son producidos en una progresión aritmética, esta diferencia provoca una “lucha por la supervivencia”, donde obviamente sólo los más aptos y competitivos logran sobrevivir. Figura 59. Número de generaciones. Darwin aplica las conclusiones de Malthus a sus observaciones en torno a la diversificación de las especies, como una fuerte competencia por el alimento, o lucha por la vida, donde aquellos organismos más aptos son seleccionados por el medio, eliminando a los demás. Darwin fue madurando sus ideas y siguió recabando pruebas por más décadas. La decisión de publicar su teoría, surge cuando Alfred Wallace otro naturista inglés, envía a Darwin un ensayo titulado “Acerca de la tendencia de las variedades a separarse indefinidamente del tipo original”, solicitándole que lo revise y envíe a la Sociedad Científica Linneana de Londres. Este ensayo contenía las ideas generales de su investigación, por tal motivo presionado por Lyell tuvo que presentar un resumen de su trabajo, el cual fue leído simultáneamente con el de Wallace en 1858. Después de un año dió a conocer sus reflexiones completas a través de la publicación de su libro “El origen de las especies por medio de la Selección Natural o preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida”. La última publicación se hizo en 1872. Figura 60. Alfred Russal Wallace. Basándose en la coincidencia entre las investigaciones de Wallace y Darwin, actualmente la teoría evolucionista por Selección Natural se conoce también como teoría Darwin – Wallace, sin embargo existen algunos contemporáneos que consideran que las evidencias y el análisis críticos sobre los fenómenos evolutivos se deben a Darwin, y solo a él se le atribuyen. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: ¿Cómo se pueden explicar los principios de la teoría Darwin – Wallace? El mundo es cambiante Los estratos geológicos revelan que existen diferencias entre los organismos actuales y los que vivieron en otro tiempo, esto a partir de las evidencias fósiles, y que tales diferencias son mayores entre más alejado esté un estrato de otro, lo que implica mayor tiempo de separación entre un grupo y otro. La Biogeografía también revela la diversificación de especies al colonizar y distribuirse estas en diferentes ambientes. En estas dos dimensiones –vertical y horizontal- se evidencia tanto la extinción como el origen de las especies. Darwin al respecto hace la aclaración, de que desafortunadamente no se han conservado fósiles de todas las especies que han existido, debido a las propias características del proceso de fosilización y a los cambios geológicos de la corteza terrestre. Es un proceso gradual y continuo La paleontología, aún cuando no presenta un registro fósil completo, permite corroborar que el proceso evolutivo es gradual y continuo, lo que puede observarse en las diferencias entre unos organismos y otros en las diferentes eras geológicas. Origen común Mientras Lamarck consideraba a la evolución de las especies como líneas paralelas, Darwin argumentaba que eran divergentes y que partían de un centro u origen común. Observó que las especies de Cabo Verde la flora y fauna africanas son semejantes que las especies de las Islas Galápagos; provienen de las islas suramericanas (Biogeografía y distribución geográfica). Muchos de los órganos de los seres son semejantes en cuanto a la estructuración, aún cuando realizan funciones diferentes (órganos homólogos). Existen también semejanzas entre el desarrollo embrionario de las diferentes especies. Todo esto lo llevo a concluir que los seres tienen un ancestro común. La “clave” del proceso evolutivo es la Selección Natural, y no la fuerza “interna” lamarckaniana del perfeccionismo Darwin intuía la existencia de la variación genética, pero desconocía sus implicaciones así como los mecanismos que la causaban. (En este momento histórico ya Mendel había realizado sus experimentos sobre cruza de chícharos, sin embargo se desconocía su trabajo por parte de Darwin). Mientras Lamarck consideraba que las especies cambian por un deseo interno ante las variaciones del medio, Darwin y Wallace lo explicaban por la selección natural. Es conveniente mencionar que el trabajo de Lamarck tiene un sentido vertical, ya que sus estudios eran sobre la escala de las especies en relación con las eras geológicas, mientras que el de Darwin – Wallace buscaban una explicación a la diversidad de especies en las diferentes zonas geográficas (Tabla A). Tabla A Teorías de Lamarck y Darwin Concluyendo, la teoría de Darwin y Wallace tiene como base tres observaciones y dos conclusiones derivadas de ella: “Cuando no existen presiones ambientales, es decir, en condiciones ideales, las poblaciones tienden a crecer en forma geométrica”. “En condiciones normales, donde existen variaciones e interacciones con el ambiente, las poblaciones se mantienen constantes por largos períodos de tiempo”. De lo anterior se concluye que no todos los óvulos y los espermatozoides formarán cigotos y seres adultos con capacidad reproductiva, ya que existe una selección de aquellos individuos de una especie cuyas características les facilitan la supervivencia en un ambiente determinado. “Existe una gran variedad individual entre los organismos que conforman una especie”. Esta variación permite que actúe la Selección Natural, y sobrevivan aquellos organismos cuyas variaciones les otorgan “ventajas” respecto a los que no las poseen. Manteniéndose por varias generaciones. Como se puede observar tanto Darwin como Wallace consideran que el ambiente es la principal causa de la evolución, ya que iría eliminando aquellos seres con variaciones desfavorables y conservando a través de la reproducción (por ello algunos autores hablan de reproducción diferencial) a aquellos que presentan variaciones ventajosas en relación con un ambiente determinado. Esto provocaría que después de varias generaciones sólo existieran las variantes más adaptadas, habiéndose alejado consecuentemente del tipo ancestral, y dando como resultado, la formación de nuevas especies. Como la mayoría de las teorías, la de Darwin – Wallace, presenta algunas deficiencias, por ejemplo, no explican cuál es la fuente de las variaciones individuales y cómo se originan éstas. También Darwin recurría a la herencia de los caracteres adquiridos para explicar esto. Esta diferencia vino a resolverse 30 años después con el descubrimiento del trabajo de Gregorio Mendel sobre los mecanismos de transmisión de los factores hereditarios. Otra deficiencia del darwinismo, era la explicación sobre la selección natural, ya que se decía; si este proceso se limita a conservar o a eliminar las variaciones que ya existen en los individuos de una especie. ¿Cómo es que se puede crear algo nuevo? La selección natural fue mal interpretada, ya que generalmente se le asociaba con la “lucha por la existencia”, “la sobrevivencia del más apto” concediéndole por tanto una fuerza destructiva y generando dos problemas, Se ignoraba el carácter creador propuesto por el darwinismo. Las afirmaciones equivocadas fueron aceptadas por la mayoría de la población como lo “último en la evolución”. Después de más de un siglo, se ha llegado a comprender el papel real de la selección natural, entendida como un proceso de reproducción diferencial, que nada tiene que ver con “lucha” o “más aptos”. Si bien ni Lamarck, ni Darwin o Wallace, lograron identificar las fuentes de la variación así como su generación, si proporcionaron las bases para desarrollar y tratar de explicar el proceso evolutivo, cuyas deficiencias se han ido eliminando poco a poco con el avance científico y las aportaciones de numerosos investigadores, que se resumen en la Síntesis Moderna de la Evolución o Neodarwinismo. En ellos han participado especialistas en genética, fisiología, bioquímica, paleontología, etc., como son Dobzansky, Mayr, Morgan y Simpson, entre otros. 2.3 EVIDENCIAS EVOLUTIVAS Es un asunto conocido que la idea evolucionista ha sido aceptada a través de la acumulación de las muchas evidencias que conforman tal proceso, algunas de ellas las proporciona la Paleontología. ¿Qué es y a qué se dedica la Paleontología? La Paleontología es una rama de la Biología que ha proporcionado ayuda a la Teoría Evolutiva. Su significado etimológico nos habla del “estudio de los seres antiguos”, pero en un sentido más práctico puede decirse que se hace cargo de estudiar a los seres orgánicos que vivieron en épocas pasadas sobre la Tierra, y los que actualmente reciben el nombre de fósiles. Esta ciencia trata de abarcar todos los aspectos posibles de esos organismos desde sus estructuras hasta las relaciones que tuvieron entre sí y con su ambiente, por lo que ahora a esta ciencia se le denomina Paleobiología. Han sido considerados como fósiles, individuos completos, parte de ellos, sus huellas o restos orgánicos, que de alguna forma lograron preservarse y llegar hasta la época actual en la que han podido ser estudiados. ¿Cómo se formaron los fósiles? Se ha observado, que algunas veces cuando un organismo o parte de él, quedo sepultado y se mantuvo, antes de su descomposición llegó a sufrir un proceso de fosilización. La mayor parte de los fósiles se han preservado en rocas sedimentarias aunque también hay otros ambientes de depósito como se verá más adelante, y de esa forma se han conservado por periodos muy largos de tiempo. Generalmente, cuando un organismo muere, su cuerpo se destruye rápidamente a causa de agentes mecánicos y la acción de bacterias y hongos, hasta su completa degradación y reintegración molecular al sustrato. Pero en algunos casos ocurrió, que el organismo o una parte de él quedó protegido por un material y se aisló del ambiente y de la acción de los microorganismos, por lo que el proceso de desintegración no ocurrió y entonces pudo conservarse. Es importante aclarar, que usualmente se consideran fósiles a aquellos que tienen una edad mínima aproximada de 10, 000 años. Se conocen diversos tipos de fosilización: la petrificación, los moldes, los vaciados, las impresiones, las inclusiones y las huellas de materiales orgánicos. Cuando las partes duras de un organismo, como sus conchas o esqueletos cayeron en un ambiente en el que hubo intercambio de sustancias químicas, entre la estructura orgánica y el medio, se dice que ocurrió una petrificación. Figura 62. Fósiles petrificados de una especie ya extinguida Trilobites. En cambio si el proceso sucedió porque alguna estructura o el individuo se “empotró” en un medio que lo fue disolviendo pero se marcó el hueco, se formaron moldes naturales; en caso de que tal hueco se hubiera rellenado con un material duro como el cuarzo, entonces se habría formado un vaciado natural; si el objeto de este proceso era muy delgado y por lo tanto el molde resultante no es muy profundo, recibe el nombre de impronta, es el caso de algunas hojas. Figura 63. Improntas de hojas de plantas procedentes del Jurásico (izq.) y del Mioceno (der.). Otro tipo de fosilización ocurrió cuando pequeños insectos y esporas fueron cubiertos casualmente por alguna resina vegetal, la que al pasar el tiempo, se transformó en ámbar y los cuerpos ahí atrapados, se conservaron tal como eran. Estas son las inclusiones. Algunos excrementos de animales también se fosilizaron, constituyendo a los coprolitos. También se conoce el caso de organismos que se han incluido en el hielo y conservado hasta nuestros días, tal es el caso de algunos mamuts, en los que aún se han encontrado restos vegetales de los que se alimentaba el animal en el momento de su congelación. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: A los fósiles se les considera como pruebas directas de la Evolución, y su estudio está relacionado con la Geología, de este nexo nacen algunas inferencias, tales como: Los estratos más profundos de la tierra son más antiguos, por lo que los fósiles depositados en ellos serán más primitivos, de la misma forma que los encontrados en capas más superficiales, son considerados más recientes. Los animales que se encuentran en los estratos, indican condiciones de temperatura, presión, humedad, etc., y por lo tanto puede saberse en qué parámetros ambientales se desenvolvían los organismos, cuyos fósiles aparecieron en dichos estratos. Existen algunos fósiles llamados guías o indicadores, a los que se les ha podido determinar su edad aproximada, gracias a la utilización de métodos radiactivos, que nos permiten establecer la datación de los estratos en que se encuentran y de otros fósiles ahí presentes. Tal es el caso de un grupo de protozoarios, los foraminíferos, que son organismos cuyo cuerpo ameboideo se encuentra dentro de un pequeño caparazón a modo de caracol y viven en el mar. Su concha está constituida por carbonato de calcio (CaCO3), extraído de las sales del agua. Este grupo es muy grande numéricamente hablando, de modo que al morir las conchas, se han depositado y cubierto de 30 al 40 % el fondo del océano, constituyendo capas de sedimento calcáreos, llamados cienos de foraminíferos; ahora bien, han formado estratos característicos y han resultado de gran utilidad para predecir o localizar yacimientos de petróleo. ¿Qué son los “relojes radiométricos”? Ya se mencionó que para considerar a un fósil como tal, se requiere que tenga una antigüedad mínima de 10 000 años. Pues bien, se conocen diferentes métodos de cuantificar la edad de los fósiles, sin embargo la base de dichos métodos descansa en los elementos radiactivos o isótopos presentes en las rocas de la corteza terrestre. Se sabe que muchos isótopos naturales son radiactivos e inestables y por lo tanto emiten energía en proporción constante hasta llegar a una forma estable, además se sabe que esa degradación ocurre en un lapso de tiempo definido; estos tiempos varían según el isótopo de que se trate. Por ejemplo, una cierta cantidad de Ra (radio) se descompone en Pb (plomo), en un cierto intervalo de tiempo, de tal forma que si en una roca encontramos ambos elementos, es seguro que originalmente la roca haya contenido solo Ra, y calculando el tiempo necesario para que se haya formado la cantidad de Pb presente en ese momento, se podrá inferir la edad del estrato y de los fósiles ahí encontrados. Actualmente se manejan cinco isótopos: Uranio-Plomo, Radio-Plomo, Potasio-Argón, Rubidio-Estroncio; que nos permite establecer períodos de tiempo de millones de años y el Carbono Radiactivo, comúnmente llamado Carbono 14 (C14) que nos indica fechas menores de 50 000 años. Por otra parte, los fósiles también nos han indicado que en los organismos, existe una tendencia evolutiva hacia la complejidad, ya que en tanto más primitivos más simples serán. Otra información que se ha obtenido; aunque discutible es el que, cuando no existe una adaptación profunda al ambiente, los organismos pueden llegar a extinguirse. Es evidente la importancia del registro fósil, para demostrarla Teoría Evolucionista, sin embargo, dado que no todos los tipos de organismos son susceptibles de fosilizarse y es muy raro, que en un lugar particular, el registro se haya conservado completo, mucha de esta información se ha logrado por complementación de datos obtenidos en diferentes lugares y se considera que no tienen un panorama completo. Otro tipo de evidencias con que cuenta la teoría evolucionista, son aquellas consideradas como indirectas, ya que las pruebas aportadas son más de interpretación de tendencias estructurales y funcionales; de ubicaciones espaciales y composiciones químicas entre otras, que de la observación de huellas definitivas, como en el caso de los fósiles. La Embriología y la Anatomía Comparada, son disciplinas que aportan este tipo de evidencias. La embriología, es una rama de la Biología que se hace cargo de estudiar a las células huevo desde que son fecundadas, convirtiéndose en embriones y de todo su desarrollo hasta su nacimiento. Una variante de este estudio se dedica a hacer equiparaciones entre desarrollos embrionarios de diferentes especies y en tal caso, se habla de Embriología Comparada, la cual es de gran utilidad en el análisis del proceso evolutivo. ¿De qué manera contribuye la Embriología comparada con la Teoría Evolutiva? Ernst Haekel, en 1886 propuso la Teoría Biogenética, que establece: “La Ontogenia recapitula a la Filogénia”, es decir, que durante el desarrollo embrionario de un individuo se repiten fases o estado evolutivos previos, hasta llegar a la que le corresponde, según su especie, precisamente antes de nacer. Esta teoría no se sustenta tan solo en el desarrollo embrionario de vertebrados, sino que también es plausible en insectos, en cuyo caso se sabe que sus antepasados presentan un par de patas en cada segmento del cuerpo, (eran semejantes a los milpiés actuales), así pues, que en el desarrollo embrionario de estos organismos hay una etapa, en la que en el abdomen aparecen brotes de extremidades, como debieron haber en los ancestros dotados de muchas patas, pero una vez que la larva eclosiona del huevo, solo persisten las seis patas del tórax, características de este grupo. Figura 64. Estadio en el desarrollo embrionario de un insecto. Aunque todos los segmentos aparecen brotes de extremidades, como seguramente ocurrió en los antepasados de los insectos, sólo aquellos que se forman en el tórax (gris) llegan a ser patas. Los que se forman en la cabeza originan las piezas bucales. Las del abdomen desaparecen En cuanto al embrión humano, cuando éste tiene un mes de progreso, posee una serie de fosas branquiales pareadas en la región del cuello, las cuales presentan en su interior bolsas bronquiales; pues bien, este modelo de desarrollo se manifiesta en todos los vertebrados, pero es solamente en los peces en donde dichas fosas y bolsas se unen y forman las ranuras branquiales, por donde penetrará el agua en su camino de la faringe hacia las branquias y hacia el exterior. En vertebrados superiores esas fosas y bolsas desaparecen; en el hombre quedan como vestigios de ellas, las Trompas de Eustaquio y el canal auditivo que conectan la faringe con el ambiente exterior. Figura 65. Comparación de embriones de vertebrados. (G.J. Romanes. Darwin an After Darwin, Open Court Publishing Co.) Entre otros ejemplos que proporciona la Embriología, está la existencia de una cola y un corazón bicavitarios en el desarrollo del embrión humano, pero como en los ejemplos anteriores, son fases transitorias, ya que finalmente son caracteres que no se mantienen al terminar el desarrollo. ¿Qué puede concluirse con las pruebas embriológicas? En resumen lo siguiente: El desarrollo embrionario de los vertebrados, recorre sólo algunos de los estadios de desarrollo de nuestros antepasados. Los estadios ancestrales que aparecen, se modifican según las formas de vida de las especies. Mientras más lejano sea el parentesco entre dos vertebrados más breve será el periodo de fases similares e inversamente, si la relación es más estrecha, el paralelismo de estructuras similares durante el desarrollo, durará más tiempo, es decir semejante en un mayor número de fases. ¿Cuáles son las evidencias que proporciona la Anatomía Comparada? La anatomía comparada hace un análisis de las similitudes que pudieran encontrarse entre las estructuras de los organismos, y según éstas, si dos especies han compartido un antepasado común, también debieran compartir un cierto número de órganos genéricos, siempre que tal compartimiento sea más o menos reciente, ya que debemos recordar que los organismos van cambiando, debido a que descienden de otros con modificaciones, y las diferencias se van acumulando en generaciones subsecuentes. En este contexto se consideran como parámetros, el origen embrionario, la forma y la función de los órganos y surgen así tres evidencias: las homologías, las analogías y los órganos vestigiales. ¿Es acaso palpable a simple vista, que la ballena, el caballo, el murciélago y el hombre, pertenecen a la misma clase y tienen un origen común? En cada caso, los ambientes y formas de vida son diferentes, y aparentemente también sus estructuras, más si analizamos a fondo sus órganos encontraremos que existen homologías entre ellos. Las aletas de las ballenas, las patas posteriores de los caballos, las alas de los murciélagos y las manos del hombre, tienen un origen embrionario común, si bien su forma y función, difieren notablemente. Este tipo de órganos se llaman homólogos y demuestran que a partir de un antecesor común, se generaron modificaciones o adaptaciones al ambiente natural de cada especie. A este proceso adaptativo suele llamársele evolución divergente y se considera una manera muy importante de multiplicación de cada especie. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Puede resultar fácil pensar que las mariposas, las gaviotas y los mosquitos, pertenecen a un mismo grupo, dado que su manera de desplazarse coincide, así como son parecidas las estructuras que utilizan para ello. Pero resulta que sus alas tienen diferente origen embrionario en cada caso, y no puede pensarse, por lo tanto en un ancestro común. En este caso se trata de órganos análogos, y también puede hablarse de evolución convergente, ya que existe tendencia a una semejanza funcional que permitió la adaptación de poblaciones diferentes a un mismo ambiente y forma de vida. Figura 67a. Los tiburones, los elementos Figura 67b. Apéndices análogos. La de sostén son de cartílago y no tienen aleta pectoral del tiburón y la aleta de la semejanza con los huesos de la ballena. ballena tienen una función similar y una Los tiburones desarrollan las estructuras apariencia generalmente similar. Sin de las aletas mucho antes de que embargo, no son extremidades aparecieran los primeros tetrápodos sobre homólogas. En la ballena, las aletas la Tierra. A las estructuras con una acojinadas poseen huesos altamente función similar, pero con un origen modificados que corresponden a los diferente, se les denomina huesos de la pata del tetrapodo terrestre análogas.Tomado de Wallace. que fue su ancestro, con huesos de cinco dedos, dos de los cuales están muy desarrollados. En las aletas pectorales de los tiburones Algunas veces junto con el concepto de convergencia, se menciona el de paralelismo o evolución paralela, en tal hecho están implicadas tanto las homologías como las analogías y las especies involucradas no tienen relación de parentesco, o bien, éste es muy lejano, pero posee adaptaciones parecidas dado que las especies comprendidas no convergen, sino que modifican correlativamente por presiones ambientales semejantes. Es difícil, diferenciar entre convergencia y paralelismo pero simplificando en el primer caso, los descendientes tienen parecido sólo en cuanto algunas características que no tenían sus ancestros, y en el segundo, el parecido es general. Por ejemplo, hay marsupiales en Australia que parecen verdaderos lobos, gatos, ardillas, topos, etcétera, pero estos organismos tienen desarrollo embrionario completo, dentro del seno materno; mientras que en los marsupiales sólo una parte de ese desarrollo ocurre así y el resto transcurre en una bolsa externa o marsupio. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Concluyendo. Las homologías surgen como variaciones que permiten la adaptación a los diferentes ambientes (divergencias). Las analogías y las homologías, lo mismo que los paralelismos no conducen hacia la selección de estructuras “mejores” sino que son variaciones que se ven favorecidas, ya que permiten solucionar el problema adaptativo al ambiente, pues la adaptación es solo una cuestión de momento y de lugar y no de superioridad. Figura 68. Evolución paralela de mamíferos placentarios y mamíferos marsupiales australianos. (Según Simpson y Beck 1965). La última de las evidencias anatómicas y que merecen discusión aparte son los órganos vestigiales o rudimentarios. Ellos pueden ser caracterizados dentro de las homologías, pero en las plantas y animales en que se presentan no parecen tener utilidad alguna, puede ser incluso que su tamaño sea reducido. Son modelos de estos órganos los músculos que mueven las orejas en los mamíferos y permiten en algunos de ellos girar los pabellones auriculares para localizar sonidos; en el hombre, aunque están presentes dichos músculos y toleran cierto movimiento, no tienen una función adaptativa. El vello corporal, el apéndice y la muela del juicio son otros órganos que en el hombre ilustran esta prueba. Las ballenas y las serpientes presentan huesos vestigiales de patas traseras dentro de los músculos abdominales. Algunas aves tienen huesos alares vestigiales; animales ciegos o cavernícolas presentan ojos vestigiales. Figura 69. Algunos órganos vestigiales existentes en el hombre. Tomado de Miró. A partir de la ley del uso y desuso de los órganos propuesta por Lamarck, argumenta la existencia de los órganos vestigiales. Los órganos que nos ocupan pueden ser entendidos como trazos de los mismos, que en organismos ancestrales fueron funcionales y útiles, pero que al presentarse un cambio en el ambiente original o en la forma de vida esas estructuras ya no fueron necesarias para sobrevivir, paulatinamente degeneraron y sólo se conservan como reminiscencias. Ahora bien en todos los organismos ocurren mutaciones regularmente y si alguna de ellas es propicia adaptativamente, la selección natural favorecerá a los individuos que las contengan. En caso contrario tales estructuras serán eliminadas, pero selectivamente. Tal es el caso del apéndice en algunos mamíferos. El conejo por sus hábitos herbívoros requieren digerir la celulosa de los vegetales; presentan un apéndice que produce sales biliares que le permite la degradación de tal molécula. En cambio en el hombre el apéndice no tiene ninguna función y se dice que es sólo un remanente de sus ancestros herbívoros. Como resultado de este último análisis, surge la siguiente conclusión: Los órganos rudimentarios no deben ser considerados como “errores” adaptativos, sino como pruebas de la relación evolutiva entre organismos ancestrales y sus descendientes. Finalmente puede inferirse, que las pruebas proporcionadas por la Anatomía Comparada, respaldan en buena medida la propuesta de la Teoría Evolutiva. La Bioquímica es otra ciencia que puede proporcionar evidencias del proceso evolutivo. Originalmente, investiga acerca de la constitución química y los cambios que a este nivel ocurren en los seres vivos, sin embargo, recientemente al añadirse un enfoque diferente a la información que proporciona se han encontrado evidencias de apoyo a la teoría que nos ocupa. A pesar de que las células de diferentes organismos, como los vegetales, animales, hongos o bacterias, varían en tamaño, forma y función, aún dentro del mismo individuo existen puntos comunes que han sido expuestos por esta ciencia. ¿Cuáles son las similitudes en composición y funcionamiento que existen en todas las células? La estructura química de las células es semejante pues todas contienen agua, carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleícos, además las funciones metabólicas, la división celular, la herencia y la base de la evolución que es la mutación, son reguladas en todos los casos por la molécula del ADN (ácido desoxirribonucleíco), así mismo, en todos los cuerpos vivos la molécula fundamental de obtención de energía es el ATP (adenosin de trifosfato) y en todos ellos es universal la presencia de ADN mitocondrial, manteniendo la función e importancia de las enzimas. El citocromo C, cadena peptídica primordial en los procesos respiratorios y fotosintéticos, está presente en organismos tan diversos como el hombre, el pingüino, el gusano de seda, las levaduras, los hongos, etc., tal citocromo presenta en común un gran número de aminoácidos; y si bien difiere la secuenciación de los mismos, especialmente entre aquellos organismos que ya se suponían lejanamente emparentados, existe un intervalo que son comunes a todos los organismos conocidos. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Se sabe que las proteínas son moléculas que evolucionan en función de los cambios en el ADN; el citocromo C es una proteína de evolución lenta, por esta razón y por su presencia en tantos y tan diversos organismos, es posible establecer grados de parentesco entre poblaciones, ya que cuando dos grupos tienen poco de haberse separado, las cadenas citocrómicas son casi idénticas, por ejemplo: los hombres y los chimpancés se separaron hace 10 a 15 millones de años y la estructura primaria de esa molécula, en ambos es igual; en cambio, el hombre y el macaco tuvieron un antepasado común hace 40 a 50 millones de años y sus citocromos difieren en un aminoácido. Figura 71. Grupos de macacos en los que se observan las diferencias estructurales con el hombre. También ha logrado establecerse el hecho de que proteínas distintas evolucionaron a velocidades diferentes, lo que ha permitido inferir relaciones filogenéticas, por ejemplo: entre marsupiales y mamíferos placentarios; entre aves, peces e invertebrados; entre primates, etcétera. Por otra parte las secuencias de aminoácidos en las cadenas de las hemoglobinas de diferentes especies, han revelado estrechas similitudes entre mamíferos. En las pruebas que se denominan propiamente métodos serológicos y que se realizan con proteínas sanguíneas, se tiene como principio fundamental la formación de un sedimento cuantificable, producto de la reacción entre antígenos y anticuerpos de distintos organismos, en dichas pruebas se han determinado las llamadas “distancias inmunológicas” que al analizarse sugieren dos grados de parentesco. Si se mezclan anticuerpos antihumanos con sueros de hombre, de un mandríl, de un mono araña y de un cerdo en tubos diferentes, se formará una cantidad de precipitado en cada tubo, que disminuirá del hombre al cerdo y por lo tanto indicará el grado de unión filogenética entre dichos animales, actualmente, esta inferencia en relación al hombre y al cerdo, gracias a la genética, solo se tiene un 1% de diferencia genética, ya que en relación el hombre y el cerdo se parecen genéticamente en un 99%. Figura 72. Los números de la columna derecha indican la distancia inmunológica de algunas especies respecto al hombre. En otro ejemplo de estas mismas pruebas, se ha mostrado que los conejos están poco relacionados con roedores, (a pesar del parecido estructural) y lo están más estrechamente con los cerdos. Un argumento más, aportado por la Bioquímica es el hecho que la mayoría de los vertebrados producen hormonas similares. Por lo anterior puede concluirse: Las homologías bioquímicas encontradas sólo pueden ser explicadas si se considera la existencia de un antepasado común, ya que no sería posible entender tantas similitudes de otra forma. La Bioquímica comparada en muchos casos, ha confirmado relaciones de origen y parentesco que ya habían sido propuestas por otras vías, como la Anatomía y Embriología comparadas. De la misma forma que ha ofrecido nuevas propuestas. Estas pruebas también han podido ser aplicadas y han arrojado secuelas positivas en vegetales. En algunos casos pueden resultar datos aparentemente incongruentes, pero éstos solo indican que se requiere de estudios pertinentes más profundos. Los fallos deducidos a partir de la Bioquímica Comparada, no son aislados sino que deben ser vinculados y suplementados con los conocimientos anatómicos, embriológicos, biogeográficos y paleontológicos necesarios para adquirir un panorama evolutivo completo. Figura 73. Filogénia construida por computadora en las diferencias de la secuencia de aminoácidos del citocromo C en cada especie. (Tomado de Evolución Científica Americana). Cuando se da un vistazo a un Atlas Geográfico, notarán que existen áreas que difieren grandemente en cuanto a condiciones climáticas y topográficas, pero además con un poco más de cuidado, podemos observar que existen regiones similares a pesar de estar alejadas, y hasta en diferentes continentes; así que encontramos desiertos lo mismo en Australia, que en América o en África; o bien existen praderas en América, en Europao en Oriente. ¿Se ha desarrollado alguna disciplina científica que se haga cargo de investigar el efecto de climas semejantes y diferentes sobre la diversidad biológica? La biogeografía es la ciencia que tiene como cometido el análisis de la distribución de los cuerpos vivos sobre el planeta, tomando en consideración la influencia ambiental, la deriva continental y la dispersión de las especies, entre otros aspectos. Esta rama de la Biología, ha introducido la idea de que la vida tiene un proceso histórico y como tal ha sufrido cambios, de tal forma que los organismos se presentan en la actualidad cómo son y dónde están debido a acontecimientos pasados. ¿Cuál es la idea central de la Teoría de la Deriva Continental? La Teoría de la Deriva Continental establece que los Continentes formaban una sola masa terrestre llamada pangea, hace unos 200 millones de años, pero la tectónica de placas, movimiento de las estructuras del suelo, generaron que se fracturara, desde hace unos 165 millones de años, formándose primero dos grandes submasas y más tarde, por fisuras subsecuentes, se construyeron los continentes, mares y océanos actuales, aunque tales formaciones no fueron simultáneas. Colateralmente esta teoría también sugiere que continúa el movimiento de tales masas continentales. Figura 74. Deriva continental como se supone en la actualidad. a) El supercontinente Pangea del periodo Tríasico, hace unos 200 millones de años. b) Rompimiento del Pangea para formar Laurasia (hemisferio norte) y Godwana (hemisferio sur), hace 135 millones de años, durante el periodo Cretácico. c) Continúa la separación de las masas terrestres, durante el periodo Terciario, hace 65 millones de años. Nótese que Europa y Norteamérica siguen unidas, mientras que la India es una masa terrestre separada del continente. d) Los continentes en la actualidad. e) Posiciones probables de los continentes dentro de 50 millones de años. Este fenómeno de la deriva junto con cambios geográficos de menor magnitud, han tenido gran influencia en los procesos evolutivos y ofrece una evidencia más acerca de un posible ancestro común para los diversos organismos actuales, pero cuyas particularidades se pueden explicar, atendiendo al aislamiento ocurrido por las separaciones continentales. Considerando que el flujo de las corrientes marinas, corresponden en ambos hemisferios como imágenes espectaculares, reanudando sus efectos en el norte y en el sur, y que además dichas corrientes influyen directamente en la climatología de los continentes, se generan entonces zonas ecológicas “repetidas”, en diferentes lugares del planeta, sin importar que tan alejados están. Figura 75. Principales biomas del mundo (Odum, 1971) ¿La flora y la fauna de regiones climáticas semejantes, es la misma en todas ellas? De acuerdo con lo anterior tenemos un ancestro común que se dispersó y posteriormente se aisló con motivo de la deriva continental, la cual a su vez generó la formación de porciones importantes de tierra, en las que pueden localizar diversas áreas climáticas muy similares; por otra parte, los descendientes de las poblaciones originales, fueron variando generacionalmente y adaptándose a esos diferentes ambientes, de tal manera que en el planeta se originaron procesos de evolución paralela, divergencias y convergencias, como ya se discutió, y como resultado tenemos que: No todos los tipos de organismos se encuentran en todas partes. Organismos diferentes encontraron alternativas semejantes en habitats similares La distribución de las especies no ha permanecido estática, ya que frecuentemente hay migraciones, lo que genera, junto con posibles extinciones locales, que esa distribución se contraiga y se expanda a través del tiempo. ¿Cuáles son las regiones geográficas que tienen climas semejantes y dónde se localizan? Según la Biogeografía existen siete grandes regiones en las que se presenta homogeneidad adaptativa florística, faunística y obviamente climatológica: a. Región Paleártica:Europa y zonas nórdicas de Asia. b. Región Neártica:Norteamérica. c. Región Neotropical:Sudamérica. d. Región Etiópica: África. e. Región Oriental:Asia tropical. f. Región Austral: Australia, Nueva Zelanda y Nueva Guinea. g. Región Oceánica:Islas oceánicas. Puede decirse que la Biogeografía es la ciencia que conjunta muchas evidencias ya discutidas e igualmente aporta pruebas propias y muy actuales, lo que le da un gran peso en el proceso de comprobación de la Evolución. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Es importante retomar la idea de que la Evolución, es un proceso real pero que ocurre con tal lentitud, que no es posible que se pueda observar directamente, sin embargo, el hombre en algunos casos ha sido presionado por el ambiente y otras veces ha sido él mismo quien ha apremiado a algunos organismos, generándose con tal hecho, resultados rápidos llamados cambios contemporáneos, lo que ha facilitado dos cosas: advertir casi instantáneamente el evento evolutivo y comprobarlo concretamente. ¿Cuáles son los cambios contemporáneos que se conocen? Biston betularia, es una mariposa que habita en Inglaterra, en donde comúnmente se le llama, polilla moteada. Según los datos obtenidos de las tradicionales colecciones inglesas, esta forma moteada se registra en abundancia desde hace siglos, y en el XIII se reportó una forma completamente negra, pieza muy extraña y por lo mismo valiosa. A mediados del siglo XIX, ya en plena revolución industrial, comenzó a aparecer reiteradamente dicha forma negra, especialmente cerca de las ciudades más industrializadas, como Manchester, en donde la frecuencia de tales ejemplares llegó al 98%, mientras que la forma moteada continuaba predominando en las áreas básicamente rurales. La polilla moteada disimulaba muy bien en los árboles, sobre las cortezas jaspeadas por la presencia de líquenes, pero a medida de que Inglaterra se industrializó y sus bosques se contaminaron con el hollín producto de las fábricas, los líquenes fueron cubiertos y destruidos, haciendo que las formas moteadas fueran muy visibles y vulnerables a sus depredadores, en cambio las pocas formas negras tuvieron una mayor probabilidad de pasar desapercibidas y sobrevivir. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: El color negro en Biston betularia, se debe a una mutación, que siempre había estado presente, pero en pequeña cantidad, así que tal variación permitió una semejanza protectora que favoreció en esas circunstancias a dichos individuos, aumentando su número en la población. ¿Hay algún sustento experimental para la prueba de la Evolución según la semejanza protectora? H.B.D. Kettlewell, un naturalista inglés, realizó un experimento en el que liberó a un número conocido de polillas marcadas en ambas coloraciones, en bosques sin contaminación y otro lote igual en un bosque contaminado de hollín. Después de un tiempo recolectó y encontró que en el lote liberado en bosques sin contaminación, se recuperaron casi dos veces más polillas claras que oscuras, mientras que en lote liberado en un bosque quebrantado, sobrevivió un gran porcentaje de formas negras y se vió mermado el grupo moteado. El experimento de marca y recaptura de Kettlewel con polillas Dorset, Inglaterra Forma Forma Bosques sin contaminación jaspeada Negra Marcadas y liberadas 496 473 Recapturadas después de la depredación 62 30 Porcentaje recapturado 12.5% 6.3% Supervivencia relativa 1.00 0.507 Birmingham, Inglaterra Forma Forma Bosques ennegrecidos por el hollín jaspeada Negra Marcadas y liberadas 137 447 Recapturadas 18 123 Porcentaje recapturado 13.1% 27.5% Supervivencia relativa 0.477 1.00 Se sabe que desde mediados de este siglo, Inglaterra ha mantenido un riguroso control de su ambiente, por eso la acumulación del tizne industrial ha ido disminuyendo, y los bosques cercanos a esas áreas han recuperado sus cubiertas de líquenes, también se sabe que la polilla moteada ha incrementado su frecuencia, en relación con las formas negras. Una vez más, es notable el hecho de que no son seleccionadas variaciones “mejores” o más “aptas”, ya que la polilla negra, no resultó superior a la polilla moteada o viceversa, sino que según las circunstancias, una fue favorecida y la otra no. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: El proceso de selección artificial ha sido practicado por el hombre, utilizando perros, gatos, ganado, aves, moscas y vegetales, desde tiempos ancestrales. Fue Carlos Darwin quien nombró a este proceso como selección artificial y estriba en la elección de individuos que contienen ciertos caracteres seleccionados para permanecer en la siguiente generación. Darwin observó y dominó la cría de palomas, en las que al ir seleccionando las características anheladas, se llegaron a producir, después de generaciones, razas raras y muy particulares, a partir de una misma especie silvestre. Puede decirse que la selección natural opera en beneficio de la población, no tiene una finalidad y depende de las diferencias entre los individuos en cuanto a su capacidad para generar descendencia, además de que ocurre tanto en individuos de laboratorio, domesticados y silvestres, como en condiciones naturales y artificiales. La selección artificial en cambio, obra sólo en provecho del hombre, pues es un proceso con un objetivo concreto, observable y acelerado, no influye el ambiente en él, únicamente puede actuar por medio de la mano del hombre y sólo simula una parte del complejo proceso evolutivo. Este hecho demuestra el alto grado de variabilidad potencial que pueden poseer y manifestar las poblaciones bajo presión y también destaca, el que en la selección natural se favorece todo un fenotipo y no cierto rasgo particular. Sin embargo, la selección artificial tiene inconvenientes, pues en la práctica se ha demostrado que una consecuencia habitual en la descendencia, es la pérdida de la fertilidad; igualmente al utilizar las cruzas consanguíneas, las homocigosis se vuelven más frecuentes, reduciendo la variabilidad y por lo mismo, la capacidad de respuesta ante posibles cambios ambientales, o bien se incrementa la aparición de enfermedades congénitas. Punto aparte en la discusión de evidencias indirectas de la Evolución, es el caso de Taxonomía; en principio, ésta es una rama de la Biología que trata de la clasificación de los seres vivos y fue creada por Carlos Linneo a principios del siglo XVIII, de entonces a la fecha se ha transformado, pero se usa universalmente. La proposición original de tal ciencia, sugiere que similitudes estructurales en algunos organismos pueden significar que pertenecen a un mismo grupo de clasificación e igualmente, entre más se parecen dos organismos, más probable es que estén emparentados. ¿Se contrapone esta premisa con lo propuesto por las evidencias directas de la Evolución? Como ya se dijo, esta disciplina ha cambiado, integrando conocimientos aportados por otras ciencias como aquellas argumentadas en párrafos anteriores, de modo tal, que la Taxonomía ha adquirido una orientación francamente evolutiva, y en este caso, algunos autores la llaman “Sistemática”. Escapa al objetivo de este capítulo, el análisis histórico de tal ciencia, pero en una breve semblanza puede decirse que en la actualidad, se opera con diversos enfoques, cada uno de ellos con diferentes métodos y teorías de clasificación. ¿Cuáles son las discrepancias en tales enfoques? Son tres los métodos Taxonómicos actuales: el numérico, el cladista y el evolutivo. En la taxonomía numérica o fenética, se toma en cuenta la mayor cantidad posible de caracteres observables y a todos se les asigna el mismo peso evolutivo, se le numera y se le señala como presentes (+) o ausentes (-) en los organismos. Toda esta información se introduce a una computadora y el resultado agrupa a los individuos según las características que tienen en común. Porción de un cuadro de datos codificado para el análisis fenético de cuatro taxones* Caracteres Taxón A Taxón B Taxón C Taxón D unitarios 1 + + - 0 2 + + + + 3 + + + - 4 - + 0 0 5 + + + + 6 + + - + 7 + + - 0 8 0 - + + 9 + + + + 10 + + + - 11 + 0 - 0 12 + + + - En el sistema fenético no se toman en cuenta las homologías ni las analogías y por ejemplo la existencia de cinco dedos en los lagartos significaría que éstos están más emparentados con los seres humanos que con las serpientes; en otro ejemplo, los delfines estarían mucho más relacionados con los peces, que con los mamíferos. Los que sustentan este método Taxonómico aducen que tales incongruencias se resuelven, si se tienen en cuenta suficientes caracteres. La taxonomía cladista, es la más innovadora de está metodología y se basa en el desconocimiento de la similitud estructural general, pero reconoce la filogenia o la historia evolutiva de los grupos, en este sistema se contempla con atención el momento en que los mismos se separaron y la presencia de caracteres derivados con un ancestro común, por lo que construye taxones monofiléticos que incluyen a la especie ancestral del grupo y a todos los miembros del mismo. Figura 78. En este sistema, los cocodrilos resultan más emparentados con las aves, que con los lagartos, serpientes y tortugas y los cladistas argumentan que éstos últimos, tienen otro ancestro, pero que en la clasificación tradicional, se les agrupó con los cocodrilos más por similitud adaptativa y ecológica, que por afinidad filogenética verdadera. Por último, los taxónomos tradicionales manejan el método filogenético, el que considera los cambios evolutivos y las relaciones de parentesco basada en caracteres compartidos, pero sólo si éstos derivaron del mismo ancestro común. Su principal sustento son las analogías y homologías, además de que juzgan que el peso de los caracteres debe ser diferente, sin embargo la elección de dichos parámetros y su nivel de importancia, varía según el filogenetista, por lo que se adquiere una cierta subjetividad, ya que no siempre coinciden. Retomando el caso de los delfines en este contexto de clasificación, se discutiría que esos organismos comparten muchas características afines con mamíferos y que estas podrían ser rastreadas retrospectivamente hasta llegar a un ancestro común. Figura 79.La historia de un grupo de organismos emparentados se puede representar con un árbol filogenético. Localizaciones verticales de los puntos de ramificación indican el momento en que determinados taxones divergieron entre ellos; las distancias horizontales indican la magnitud de la divergencia entre los taxones, teniendo en cuenta una cantidad de características distintas. Estos dos diagramas representan la historia evolutiva de los grupos de Taxones marcados A a I en (a) y J a R (b). Ambos grupos se clasificaron de acuerdo con los métodos tradicionales. En a) el taxón ancestral indicado se incluye en el taxón I por su gran semejanza con los taxones B y C. En b) el antepasado se sitúa en el taxón II por su gran semejanza con el taxón M. En ambos casos, los taxones I y II pertenecerían a un taxón de un nivel de categoría más alto, que también podrían incluir otros taxones. La taxonomía filogenética tiende más bien a separar que a agrupar a los organismos. No obstante en los tres enfoques taxonómicos, se coincide en la idea del ordenamiento de la diversidad biológica para mejorar su conocimiento, además de que en ningún caso se considera al metabolismo y la autoperpetuación, o las funciones y formas de vida, ya que las dos primeras son muy similares en todos los organismos y las dos últimas, sólo tienen un papel muy limitado en la definición de taxones. En cambio para todos los métodos son importantes las pruebas directas del registro fósil y las evidencias indirectas ya expuestas (Anatomía, Embriología, Bioquímica y Biodistribución) e igualmente la propia Taxonomía resulta una prueba indirecta del proceso evolutivo. Concluyendo, puede decirse que el sistema de clasificación con mayor utilidad será el que muestre un panorama filogenético más completo, pero esto último es muy difícil de lograr. Wyles, en 1983, establecieron que “la comparación de datos anatómicos, conductuales y bioquímicos pueden dar un panorama acerca de los procesos que gobiernan el proceso evolutivo”. El siguiente diagrama muestra la manera en que ha ido consolidándose la Teoría de la Evolución a partir de las pruebas directas e indirectas aportadas por diferentes disciplinas. Figura 80. Esquema sobre la Teoría de la Evolución. A continuación encontrarás una breve síntesis del tema que acabas de estudiar en la: 2.4 SÍNTESIS MODERNA DE LA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN La teoría de Darwin y Wallace sobre la evolución de las especies generó grandes polémicas entre los intelectuales, políticos y científicos del siglo XIX, debido a que representaba una revolución en la forma de concebir la existencia de los seres vivos, y porque además sus principios impactaron el ámbito social, sirviendo de apoyo a las ideas marxistas y liberalistas de esa época. La mayoría de los naturalistas aceptaban el proceso de evolución, no así el mecanismo de selección natural propuesto para explicarlo. Poco a poco y gracias a la defensa del darwinismo, el mecanismo de selección natural fue aceptándose. Dentro de los defensores de éste se encuentran Carlos Lyell, Julián Huxley, Ernest Haeckel y Augusto Weismann. Figura 81. La teoría de Charles Darwin sobre “el origen de las especies” ganó adeptos, pero también enemigos. Una caricatura de la época lo ridiculiza por suponer que el hombre desciende del mono, aunque este científico no se atrevería a afirmarlo en su famosa obra. (Tomado de El viajero incomparable, Panger 1989). Sin embargo la teoría de Darwin – Wallace tenía un punto débil: no explicaba cómo se formaban las variaciones sobre las que actuaba la selección natural. Darwin consideraba, al igual que Lamarck, que las características de los padres se mezclan en los hijos, esto implica que los caracteres de los progenitores se diluyen de una generación a la siguiente hasta desaparecer. Lo anterior contradice la acción dada por Darwin a la Selección Natural sobre las variaciones de las especies, si las variantes se “van perdiendo” a través de varias generaciones. Hacia 1900, Hugo De Vries, publicó un trabajo sobre mutaciones, donde aseveraba que son estas las causantes de la evolución, y no la acumulación de pequeñas variaciones tal como lo plantea el darwinismo. Paralelamente a los trabajos de De Vries, se descubren los principios mendelianos sobre la herencia de los caracteres, descartándose así las ideas lamarckianas utilizadas por Darwin sobre la mezcla de variaciones hereditarias. Con el trabajo de Mendel se concluye que son los genes quienes controlan las características genéticas, que pueden separarse y degradarse los genes independientemente unos de otros. Esto permite mantener su individualidad y persistencia dentro de una población determinada. Figura 82. Hugo De Vries. Hacia 1930 los avances logrados en la Genética, así como en otros campos de la Biología, especialmente la Biología Molecular y la Ecología de las poblaciones, recabaron un mayor número de argumentos a favor de la Teoría de la Evolución, complementando los trabajos de Darwin y Wallace y dando paso a lo que ha sido llamado Teoría Sintética de la Evolución o Síntesis Moderna de la Evolución. Esta propone que “los fenómenos evolutivos se explican a través de la acción conjunta de pequeñas mutaciones al azar, recombinaciones genéticas y selección natural y aislamiento reproductivo”. Todos estos mecanismos son complementarios, ya que sólo en conjunto son capaces de explicar el fenómeno evolutivo. Por lo anterior, la Síntesis Moderna de la teoría evolutiva, no es el resultado de las investigaciones de un solo hombre, sino la conjugación de varios estudios y diferentes autores en el campo de la Biología, los cuales tienen como meta común, buscar explicaciones científicas cada vez más completas y convincentes del proceso evolutivo. Destacan Julian Husxley, Ernst Mayr, Theodosius Dobzhansky, George Gaylord Simpson, Fisher, Morgan, Oparin, Haldane y Wrigth, entre otros. Figura 83. Ernest Mayr y George Gaylord Simpson Si retomamos la definición de la síntesis moderna, podemos observar que son tres los mecanismos a través de los cuales la síntesis moderna explica la evolución: La Variación; la cual puede deberse tanto a las mutaciones como a las recombinaciones genéticas. Figura 84. R.A. Fisher (Tomado de Templado. J. Teorías Evolutivas) La selección natural y el aislamiento reproductivo La variación representa el material sobre el cual actúa la selección natural provocando la adaptación de las especies a su medio. Si estos organismos son separados o aislados reproductivamente después de mucho tiempo exhibirán características tan diferentes que llegan a constituirse como nuevas especies ante la incapacidad de poder cruzarse entre sí y tener descendencia fértil. Figura 85. En adición a lo anterior existen otros factores que fomentan tanto la variación como la acción de la selección natural y el aislamiento reproductivo. Nos referimos a los movimientos migratorios de algunas especies, la hibridación entre especies cercanas, y la deriva génica. Todos ellos incrementan el número y tipo de variaciones entre los individuos de una población. Cualquier cambio evolutivo, para que sea significativo, debe estudiarse a nivel de población, pues sólo a través de la comparación entre los elementos de la población es posible argumentar a favor de algún cambio de carácter evolutivo. Si bien se considera que la selección natural actúa a nivel individual su efecto o efectos, sólo pueden interpretarse con el conjunto de una población, debido a que modifica sus atributos: densidad, mortalidad, natalidad, etcétera. ¿Cómo explican el hecho evolutivo estos tres mecanismos: variación, selección natural y aislamiento? a variación es un fenómeno presente y fácilmente reconocible en cualquier grupo de organismos de una misma especie, sean estos silvestres o domésticos, y trátese de animales, plantas, hongos u otro ser vivo. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Los variados fenotipos que se observan en una población, en general se deben a la recombinación genética y el entrecruzamiento de cromosomas, las mutaciones –sean éstas cromosomáticas o de punto-, la formación de híbridos entre especies diferentes pero cercanas filogenéticamente, la migración y la deriva génica como se había mencionado en párrafos anteriores. En los organismos con reproducción asexual, la progenie es genéticamente idéntica a su progenitor. Por tal motivo, la única fuente para su variación genética es la mutación. En cuanto a las especies que se reproducen sexualmente cuentan además con la recombinación de genes y el entrecruzamiento. Cada organismo de una población tiene un paquete genético (poza genética) cuyas características están determinadas por dos o más alelos, de ahí que el número de combinaciones sea inimaginable y en consecuencia no existan dos organismos iguales o idénticos dentro de la población excepto los gemelos univitelinos. La reproducción sexual contribuye a la variación, debido a que durante el momento de la fecundación, cada progenitor aporta la mitad de los genes del nuevo ser, aumentando así la variación.Durante la meiosis, ocurre el proceso de entrecruzamiento, donde los alelos de los cromosomas homólogos intercambian material genético, por lo que se constituye también en una fuente de variación de las especies. Figura 86. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: La mutación, cambio brusco del material hereditario, que afecta el lote genético de las especies, se produce al azar, y puede ser a nivel de cromosomas, afectando su número, su estructura o simplemente afecta un par de bases nitrogenadas del ADN que determinan un gene. Las mutaciones en general no pueden ni deben calificarse como “benéficas” o “nocivas”, ya que ello depende básicamente de las condiciones ambientales en un lugar y momento determinados. Un ejemplo de esto lo podemos ilustrar con el caso de la anemia falciforme (figura 88). Esta es una enfermedad sanguínea causada por una mutación de punto en la molécula de hemoglobina, proteína respiratoria de los glóbulos rojos; la mutación afecta sólo una de las cuatro cadenas –dos alfa y dos beta- de la proteína ocasionando que en lugar de sintetizar el aminoácido ácido glutámico se elabore valina. Figura 88. Anemia falciforme. ¡En una molécula de 574 aminoácidos sólo dos son diferentes!, esto evidencia la importancia de la estructura primaria de la proteína para su adecuado funcionamiento. Esta anemia se caracteriza porque los glóbulos rojos tienen una forma de hoz, esto provoca que la hemoglobina se amontone dentro de los glóbulos obstruyendo los capilares de todos los órganos del cuerpo causando una deficiencia en el transporte de oxígeno y anhídrido carbónico durante el proceso respiratorio, llegando a ser en algunos casos letal. La anemia falciforme es un tipo de herencia codominante, ya que el gene A para la hemoglobina normal no impide la manifestación del gene S causante de la anemia. Los individuos homocigotos para la anemia SS, generalmente no alcanzan la madurez reproductiva, sin embargo, a través de los heterocigotos AS, se mantiene el gene de la anemia dentro de la población. Existe una circunstancia donde el gene para la referida anemia resulta “benéfico”, se trata de aquellas zonas tropicales en África, Europa Mediterránea, Arabia, Asia y América, donde es frecuente la malaria, enfermedad causada por el protozoario Plasmodium, provocando la resistencia a la malaria por parte de los portadores del gene S y consecuentemente la persistencia en una mayor proporción del gene S comparado por aquellas zonas donde la malaria no es frecuente y la anemia es perjudicial e incluso mortal para quienes portan el gene S. Por ejemplo en África (lugar con malaria) el 22% de los pobladores tienen el gene S, en tanto que en USA sólo el 9% es portador de ese gen. Esto refuerza la idea con la cual iniciamos la presente explicación de que no existen mutaciones “buenas o malas”, simplemente hay formas alternativas de los genes o alelos que pueden favorecer o no la sobrevivencia de las especies, en relación con las circunstancias imperantes en el ambiente particular en un momento específico. Estas formas alternativas persisten, se anulan o desaparecen debido a la reproducción diferencial, punto central de la evolución por selección natural. Finalmente; no todas las variaciones tienen valor adaptativo. Es lógico comprender que los principios propuestos por Darwin y Wallace suscitaron grandes polémicas en su tiempo, ya que no existían aún conocimientos suficientes para explicar claramente los mecanismos propuestos. Actualmente, el desarrollo de la genética, la biosistemática y la ecología, han permitido establecer irrefutablemente la Teoría de la Evolución de las Especies por Selección Natural. Selección Natural La selección natural es un mecanismo que ocurre cuando los organismos con variaciones favorables para un ambiente en particular, tienen mas probabilidades de sobrevivir, se reproducen y pasan estas variaciones a la siguiente generación. Figura 89. Tipos de Selección Natural Estabilizadora, direccional y disruptiva. Cada uno de los tres tipos de selección natural causan cambio en el banco de genes al actuar sobre la variación de las poblaciones. El tipo de selección natural que favorece a los individuos promedio de una población se llama selección estabilizadora. Considera a una población de arañas en la cual el tamaño promedio es una ventaja en término de supervivencia y reproducción. Las arañas que son más grandes que el promedio pueden tener desventajas porque se les puede ver y capturar mas fácilmente. Por otro lado, las arañas que son más pequeñas que el promedio no son capaces de capturar presas suficientes para sobrevivir y reproducirse, y por consiguiente también se encontrarán en desventaja. En otras palabras, las arañas de tamaño promedio tienen una ventaja selectiva en ese ambiente en particular. Cuando la selección natural favorece una de las formas extremas de una característica, se dice que hay selección direccional. Por ejemplo, imagina una población de pájaro carpinteros. Los pájaros carpinteros se alimentan picoteando y abriendo huecos en los árboles para sacar a los insectos que viven debajo de la corteza. Supón que en un año, un tipo de insecto que vive más hacia adentro en los árboles, invade el área de los pájaros carpinteros. Solo aquellos pájaros carpinteros que tengan picos más largos serán capaces de alcanzar los insectos, tendrán una ventaja selectiva con respecto a sus congéneres de picos cortos, o con respecto a aquellos de pico de tamaño promedio. Figura 90.Favoreciendo cualquiera de las formas extremas de una característica, la selección direccional puede hacer que una población evolucione rápidamente. En la selección disruptiva, los individuos con cualquiera de las dos formas extremas de la característica se encuentren en ventaja selectiva. Por ejemplo, considera una población de organismos marinos conocidos como lapas. El color de su concha varía de blanco a café oscuro. Las lapas pasan su etapa de vida adulta pegadas a las rocas. Sobre rocas de color claro, las lapas de concha blanca tienen ventaja porque las aves que se alimentan de ellas tienen más dificultad para localizarlas. Sobre las rocas de color oscuro, las lapas de concha café oscura tienen ventaja porque también están camufladas o mimetizadas. Por otro lado, las lapas de color habano, es decir, las formas intermedias, se detectan con facilidad sobre las rocas claras u oscuras. En otras palabras, la selección disruptiva elimina las formas intermedias favoreciendo las extremas. Figura 91. En la selección disruptiva se favorecen ambas formas extremas de una característica. En resumen la selección natural puede conducir a la formación de nuevas especies y a la extinción de otras. El resultado de la selección natural es que algunos miembros de una población tienen más probabilidad que otros de contribuir con sus genes (variación genética) a la siguiente generación. En otras palabras, entre mayor sea la variabilidad de una población serán mayores sus posibilidades de adaptación. Adaptación es una característica o conjunto de características heredadas, que mejora las oportunidades de supervivencia y de reproducción de un organismo. ¿Cómo se originan las adaptaciones y cómo actúa la Selección Natural? Para dar respuesta a la pregunta planteada, retomemos el ejemplo del melanismo industrial, que abordaremos en páginas anteriores. En Inglaterra, a través de una rápida evolución a través de las mismas (Bistum betularia, una polilla de alas blancas con pequeñas motas negras). Alrededor de 1850, casi todas las polillas moteadas de Inglaterra eran de un color muy claro. Las polillas negras con un pigmento llamado melanina eran raras. Durante el día, las polillas descansan sobre los troncos de los árboles. En un tiempo los troncos fueron de un color muy claro, de manera que las polillas de color se confundían en ese ambiente. A los pájaros que se alimentaban con estas polillas les era difícil localizarlas, pero las polillas de color oscuro eran vistas con facilidad y eran devoradas. Por tanto, las polillas de color claro tenían una ventaja de adaptación y producían más descendientes. A medida que se incrementó la industria en Inglaterra, los troncos de los árboles se volvieron negros por el hollín y el humo. Entonces tuvieron una ventaja adaptativa las polillas mutantes negras. En los troncos oscuros de los árboles, los pájaros no las podían distinguir, pero las polillas de color claro resultaban presas fáciles. Durante los últimos 100 años, el banco de genes ha cambiado, por lo que el 90% de las polillas son negras. Este cambio se denomina melanismo industrial. Esta explicación del melanismo industrial es importante por dos razones. La primera, muestra que la evolución es una interacción de los organismos y el medio ambiente. Lasegunda, señala que la evolución y la selección natural trabajan en base a los cambios genéticos dentro de una población. ¿Se originaron las polillas negras en respuesta al cambio del medio ambiente? ¡La respuesta es No! El alelo para las polillas negras ya estaba presente en el patrimonio genético (variación genética) pero era muy raro. No fue hasta que cambió el medio ambiente que las polillas negras se volvieron numerosas. Los organismos no varían para poder sobrevivir en su medio. Más bien es el ambiente el que determina a través de la selección natural qué organismos tienen la oportunidad de sobrevivir. La selección natural eliminó la mayoría de las polillas con alelos para el color claro, al mismo tiempo, aumentó el porcentaje de alelos para el color negro. Este ejemplo muestra que los organismos cuyo color provee un mejor camuflaje tiene mayor probabilidad de sobrevivir y de reproducirse (adaptación). Las adaptaciones pueden ser de tres tipos: las adaptaciones estructurales que se usan para la defensa contra predadores, como las espinas de los rosales o de los erizos de mar, elmimetismo que copia la apariencia de otras especies o el camuflaje que le permite al organismo confundirse con su entorno. Las adaptaciones fisiológicas que son cambios en los procesos metabólicos, como por ejemplo, la resistencia de algunos insectos después de estar expuestos a pesticidas o la resistencia de las bacterias a los antibióticos. Las adaptaciones de comportamiento que comprenden reacciones al medio, por ejemplo las migraciones de las aves, la búsqueda y almacenamiento de nueces por las ardillas, etcétera. Aislamiento reproductivo Una especie se define como un conjunto de individuos que comparten la misma poza genética (totalidad de los alelos de cada gen en una población). Esto significa que, para producir descendencia fecunda, solo pueden cruzarse entre sí y no con miembros de otras especies. Las especies se mantienen separadas unas de otras gracias a su aislamientoreproductivo, la clave para mantener la segregación entre ellas radica en ciertos mecanismos que impiden la mezcla de las poblaciones en edad reproductiva. Uno de tales obstáculos reproductivos son las barreras geográficas que impiden que los individuos de dos poblaciones entren en contacto unos con otros. Imagina una población de ranas arbóreas que habita en el denso bosque húmedo tropical del Amazonas. Con el paso del tiempo, las sequías periódicas empiezan a dividir tramos de bosque, separando los árboles de la población inicial de ranas. Si pequeños grupos de ranas quedaran aislados entre sí por áreas de deforestación, no serían capaces de entrecruzarse y el intercambio de genes entre ellas terminaría. Con el paso del tiempo, cada población pequeña se adaptaría a su ambiente local a través del proceso de selección natural. Finalmente, los bancos de genes se volverían tan diferentes que cada grupo se podría considerar como una especie nueva. Figura 92. Cuando la geografía no impone barreras pueden surgir mecanismos biológicos que mantienen la segregación entre poblaciones. A estos mecanismos biológicos se les llaman tipos de aislamiento que son: Aislamiento Ecológico.Es aquel que aún en el mismo lugar, dos especies pueden permanecer aisladas debido a sus necesidades ecológicas. Por ejemplo, las distintas necesidades de humedad de los gusanos los separan en diferentes estratos subterráneos. Aislamiento Estacional. Las diferencias de la actividad reproductiva en el tiempo también separan a dos poblaciones que de otra manera podrían cruzarse entre sí: las especies diurnas tienen muy poca probabilidad de interactuar sexualmente con las especies nocturnas. Aislamiento Etológico. A menudo sucede que el apareamiento se frustra desde su inicio debido a que los miembros de especies ajenas no comparten los mismos rituales de cortejo. El apareamiento debe ir precedido por una serie de conductas rituales precisas, sobre todo en el caso de las aves y los mamíferos, de modo que si no se observan dichos rituales la mezcla de los genes queda imposibilitada. Aislamiento Gamético. En muchos casos, en los cuales llega a ocurrir la unión sexual entre especies diferentes, los gametos no se fusionan o bien el embrión no puede desarrollarse (es abortado). La incompatibilidad de los gametos es un eficaz obstáculo contra la desintegración de la línea divisoria entre las especies. Aun cuando llegue a haber fecundación entre individuos de distintas especies, los descendientes híbridos resultantes son estériles. Si el aislamiento reproductivo mantiene la segregación de las especies, entonces resulta claro que el cambio hacia la especiación debe incluir un suceso que aísle a un segmento de una especie de las demás poblaciones de dicha especie. Como se ha podido observar, en este estado de segregación reproductiva el grupo aislado desarrolla mutaciones y características recombinantes que no comparte con la especie original. Después de un tiempo suficiente de separación, la población segregada puede llegar a convertirse en una nueva especie que ya no participe de la misma poza genética. El tipo de especiación que ocurre cuando el grupo segregado se separa físicamente (aislamiento geográfico) de la población original se denomina alopátrica. Sin embargo una subpoblación dentro del grupo original puede desarrollar características que lo van desvinculando de sus semejantes (aislamiento reproductor) y así emprende el camino hacia la adquisición de una peculiaridad cada vez más distintiva sin tener que salir siquiera de su vecindario. Este fenómeno es la especiación simpátrica. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: En las poblaciones puede ocurrir cualquier tipo de selección e incluso pasar de un tipo a otro dependiendo de las condiciones ambientales que imperen en un momento determinado. Independientemente del tipo de selección, el resultado en la población es su adaptación al medio en el que se desarrolla, en un momento particular. La adaptación es la capacidad de los organismos de “ajustar” su estructura, su fisiología y su conducta a una serie de condiciones ambientales imperantes en un medio específico por un tiempo determinado. La adaptación incluye tanto cambios en la morfología como en el funcionamiento orgánico y conductual de las especies. Generalmente no son de un solo tipo sino que unas y otras se relacionan o complementan. La adaptación de las especies se puede apreciar a partir del número de descendientes que permanecen en un ambiente por varias generaciones en los diferentes medios o ecosistemas de la Tierra, llamada ésta, Biodiversidad o diversidad Biológica. De acuerdo con lo anterior podemos decir que cada una de las especies de los diferentes habitats, son “exitosas” en su medio en tanto las características que poseen les permite sobrevivir, dejar descendencia fértil y desarrollarse adecuadamente en su nicho ecológico. Figura 94. Diversidad de las especies. Hasta este momento se han expuesto algunos medios a través de los cuales se puede explicar el proceso evolutivo; como parte de él o mejor dicho resultado de él existen muchas especies diferentes y surge la pregunta. ¿Cómo se originan las especies? A través del proceso de especiación, en el cual una población pierde la capacidad para cruzarse con poblaciones emparentadas tiende a desarrollar caminos diferentes. Una especie es aquel grupo de organismos que se caracteriza por compartir un lote genético, reproducirse entre sí y tener descendencia fértil. Para que puedan originarse las diferentes especies es necesario el aislamiento de los elementos de la población. Figura 95. E. Mayr, es el principal defensor del aislamiento geográfico o alopátrico, que consecuentemente produce el aislamiento reproductivo y por lo tanto la especiación. Por el contrario T. Dobzhansky, Grant y Ehrman, apoyan la segunda teoría –aislamiento simpátrico- donde la especiación se explica a través de mecanismos de aislamiento ecológico, sexual, estacional y etológico (conductual). Figura 96. El aislamiento geográfico es el más sencillo de observar y explicar ya que el aislamiento entre organismos de una población son separados por barreras físicas (geográficas) como pueden ser una cordillera, un río o el océano mismo. Al quedar separados los organismos de la población, con el tiempo sufren cambios estructurales, fisiológicos y conductuales que están relacionados con el ambiente que ocupan, por tanto, después de muchas generaciones y ante la imposibilidad de intercambiar genes se constituyen como especies diferentes. En el segundo caso o teoría, se considera que la barrera geográfica no es indispensable, ya que en la población existen diferencias en cuanto la época de reproducción (estacional), al hábitat y nicho ecológico, o bien a las estructuras reproductoras y conductas de cortejo que impiden la cruza y por tanto favorecen la especiación. La especiación puede ser de tres tipos: filética, o en serie, secundaria o por hibridación y primaria o verdadera. La filética explica el origen de una especie a partir de otra y que requiere largos periodos de tiempo. Figura 97. (a) Especiación filética o en serie. “Las formas posteriores se van alejando cada vez más del ancestro original” La especiación secundaria o por hibridación, tiene como origen la participación de dos especies diferentes, pero cercanas que al cruzarse forman una tercera con características propias. Figura 98. (b) Especiación secundaria o por hibridación. Este tipo de especiación es muy frecuente en vegetales. En los animales frecuentemente la tercera especie es estéril, tal es el caso de la cruza entre el caballo (o yegua) y burra (o burro), donde el producto es mulo (llamada comúnmente mula). En las plantas aún cuando los productos sean estériles el “problema” se resuelve a través de la poliplidía, o por reproducción vegetativa. Son ejemplos de este tipo de especiación el colinabo, el trigo, el maíz y el algodón. El último tipo de especiación, primaria o verdadera, es cuando una especie se diversifica dando origen a dos o más. Figura 99. (c) Especiación primaria o verdadera. Puede ser simpátrica, debido al aislamiento reproductivo, producto o de barreras ecológicas, fisiológicas y conductuales, o bien alopátricas, donde el aislamiento reproductivo tiene como antecedente el aislamiento geográfico. En resumen el proceso evolutivo implica una gran variedad de mecanismos que se explican a través de la combinación de diferentes disciplinas de amplio campo de estudio de la Biología, tales como la genética, la ecología de poblaciones y la etología, la biogeografía, la biología molecular entre otras. No es un proceso con un solo origen se trata de un complejo engranaje de fenómenos que cada día se esclarecen y amplían para dar una explicación cada vez más completa de la evolución, pero de ninguna manera acabada, y que el conocimiento continúa enriqueciéndose con nuevas aportaciones científicas y tecnológicas. 2.5 ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA ESPECIE HUMANA (HOMINIZACIÓN) ¿Ha estado el hombre sujeto al proceso evolutivo? ¿Es un caso especial? Todos los seres vivos están emparentados en mayor o menor medida, pues proceden de las formas de vida primitivas, el hombre no se excluye de lo anterior y además desde el actual punto de vista evolutivo, esta especie no es la cúspide de la creación, sino solamente resultado de procesos evolutivos similares a los que operaron en otras especies. La inquietud científica acerca de los orígenes del hombre ha transcurrido en diferentes etapas históricas y por ello las interpretaciones de las evidencias encontradas han sido diversas. Antes de la proposición del hecho evolutivo los fósiles carecían de importancia, cuando comenzaron los análisis formales de éstos, se encontraron con que contaban con restos muy fragmentados que podían hallarse en áreas cercanas o muy alejadas y que no han sido descubiertos en el orden cronológico en que vivieron, además de que en ciertos momentos no se tenían las técnicas de estudio adecuadas. Lo que la Teoría Sintética de la evolución puede decir actualmente del proceso de hominización está basado en la investigación interdisciplinaria y se ha requerido de un verdadero trabajo de equipo entre diversos especialistas para resolver preguntas y formular teorías, sin embargo, es evidente que el propio avance en este campo, cada vez encuentra nuevas pruebas, suscitando reinterpretaciones de las ya conocidas y la reconsideración de hipótesis, de modo que aún ahora no hay un planteamiento absolutamente aceptado y permanente, pero si un horizonte cada vez más completo e interesante. Figura 100. Del cuello hacia abajo, el Homo erectus es más parecido al H. sapiens que al Australopithecus; pero el orificio de la vértebra (arriba, izq.) que da cabida a la médula espinal era menor que el de un ser humano moderno, y limitado para permitir el habla. El cerebro reproducido en el molde blanco, tampoco se parece al actual. Para facilitar la comprensión del proceso evolutivo humano, es necesario conocer las transformaciones que ha sufrido el ambiente terrestre, ya que es un hecho que éste ha tenido un profundo efecto en el desarrollo de todas las especies incluyendo la del hombre. También es importante analizar algunos árboles filogenéticos que nos permitan ubicar la posición de nuestra especie con respecto a otras; por tales razones se intercalarán los esquemas pertinentes que nos sirvan para dichos fines. El siguiente cuadro muestra un panorama general de las eras geológicas de la Tierra, así como los sucesos biológicos y físicos más relevantes, teniendo como base el registro fósil. Cuadro. Eras Geológicas de la Tierra CONDICION SUCESOS ES ERA PERIODO ÉPOCA BIOLÓGICOSIMPORTA AMBIENTAL NTES ES Retroceso de la última RECIENTE glaciación, el Evolución del hombre CUATERNAR clima más IA benigno. Cuatro PLEISTOCEN glaciaciones O periódicas. Clima frío, actividad CENOZOICA volcánica. PLIOCENO 50 – 75* Aparición de Origen del hombre gran zonas radiación de los mamíferos templadas. y de las plantas con flores. TERCIARIO Clima MIOCENO templado semiárido. Clima cálido y OLIGOCENO húmedo. EUCENO Clima caliente. PALEOCENO Clima caliente. Fluctuaciones del clima, Extinción de los grandes formación de reptiles. MEZOZOICA grandes CRETÁCICO cadenas Primeros primates. 130 – 200* montañosas, desaparición Primeras plantas con flores. de zonas pantanosas. Mares continentales Gran radiación de los poco grandes reptiles. JURÁSICO profundos, clima muy Primeras aves. cálido. Clima caliente, muchos Primeros mamíferos. TRIÁSICO desiertos, se extienden los Terápsidos dominantes. continentes. Elevación de continentes con desaparición Extinciones marinas de mares importantes. PÉRMICO continentales, clima seco y Pelicosaurios dominantes. frío, zonas áridas, glaciación. Tierras planas pantanosas, PENSILVÁNI elevación y Primeros reptiles. CO enfriamiento de terrenos. Clima caliente CARBONÍFE y húmedo, RO mares extensos poco MISSISÍPICO profundos, Pleridospermas. PALEOZOIC elevación de A algunos terrenos, enfriamiento. Pequeños 300 – 350* mares interiores poco Primeros anfibios. profundos, DEVÓNICO algunas Diversificación de peces regiones con mandíbula. elevadas y áridas. Baja la Primeras plantas vasculares SILÚRICO temperatura, terrestres. extensas inundaciones, grandes mares continentales, aridez periódica. Gran hundimiento de tierras, Diversificación de ORDOVÍCICO climas cálidos Metazoarios. hasta el ártico, mares interiores. Terrenos Primeros peces. bajos, mares CÁMBRICO interiores y Primeros cordados. clima suave. Rocas ígneas y metamórficas, pocas Primeros elementos PRECÁMBRI sedimentarias. esqueléticos, primeros CA EDICARIENSE Gran erosión y metazoarios de cuerpo actividad blando, primeros animales 1500* volcánica. celomados. Perturbaciones geológicas. Actividad AZOICA volcánica. Origen de la vida (?) 3000* Formación de los océanos. * Tiempos de duración aproximados y estimados en millones de años. Los tiempos más antiguos se ubican en la parte baja del cuadro y los más recientes en la parte alta. Tomado de Suárez y L: G: L: , 1990. ; Weisz. P. 1982.; Casamitjana A. 1981. ¿Cómo eran los primeros mamíferos? Hace aproximadamente unos 200 millones de años, a partir de un grupo de reptiles primitivos, se generaron los primeros mamíferos y no obstante que se conocen pocas evidencias, partes de cráneos, dientes y algunas mandíbulas, se ha podido inferir que eran animales tan pequeños como un ratón actual, sus dientes indican una dieta carnívora, pero seguramente dada la competencia con animales más grandes, su alimentación consistía en pequeños gusanos, insectos, frutas, brotes tiernos y tal vez huevos; por el tamaño de sus orbitas oculares se cree que hayan sido de hábitos nocturnos y casi con certeza puede decirse que eran de “sangre caliente”. Durante más de 120 millones de años, esos pequeños animales subsistieron discretamente en un ambiente que estaba avasallado por los gigantescos reptiles, sin embargo a finales del cretácico éstos se extinguieron y si bien las causas de ese hecho siguen en discusión, lo importante es que en esa etapa geológica comenzó la gran radiación de la Clase Mammalia. Tal vez entonces aquellos antiguos mamíferos divergieron en tres líneas los Prototherios o mamíferos ovíparos, como los ornitorrincos; los Metatherios o marsupiales, como canguros y Koalas y los Eutherios o placentarios, que son el grupo más numeroso y entre los que se cuentan leones, delfines, lobos. ciervos, roedores, murciélagos, el hombre, etcétera. a) Ornitorrinco. Es un mamífero como el perro y el gato. Pero tiene un pico como un pato y pone huevos como ave o reptil.El ornitorrinco mide medio metro. Vive cerca de los ríos, en Australia. Come camarones, gusanos y renacuajos. b) Canguro. Viven enAustralia y en las islas vecinas. Las madres llevan las crías en unas bolsas que tienen en el estómago llamada marsúpia, de ahí el términos de marsupiales. Al nacer, una cría de canguro sólo mide 2 centímetros. Pero un canguro mayor puede tener casi 2.50 m. de alto y puede dar saltos de trece metros. El canguro come plantas c) Ciervo. Es el único animal que tiene cuernos ramificados. El ciervo rojo, el ciervo de cola blanca, el reno, el alce y el caribú son variedades del ciervo. El pudu, el ciervo más pequeño, tiene unos 30 cm. de alto. El alce americano, el mayor ciervo, tiene unos 2 m. de alto. Los ciervos comen hierbas y plantas. Figura 101. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: Dentro de los placentarios (eutherious) se incluye el Orden de los Primates y a este pertenecen el hombre, los monos y los lémures entre otros. ¿Cómo se caracteriza a los primates? Como grupo, estos animales son difíciles de definir ya que no presentan rasgos que los aparten mucho de otro mamífero, de modo que ellos son mejor explicados desde el punto de vista de sus tendencias evolutivas, la mayoría de las cuales están relacionadas con su modalidad de vida arbórea. Generalmente tienen cinco dedos, siendo el pulgar divergente, lo que proporciona capacidad de aprehensión y manipulación afinada, que alcanza su máxima expresión en el hombre. Tiene una amplia rotación del brazo y sus falanges no tienen zarpas sino uñas, las que dejan libres el área táctil del dedo aumentando la sensibilidad de exploración. Presentan tendencia hacia los ojos frontales, visión estereoscópica, percepción visual muy fina y a color, puede ser que sea por eso que hay una disminución en la dependencia del olfato. Tienen clara propensión a sentarse erguidos cambiando la orientación de la cabeza y favoreciendo la mirada de frente, se dice que de esa posición se derivó una verticalidad más permanente y el bipedalismo humano. Por último una modificación de la conducta es la tendencia hacia el cuidado creciente de las crías, las que tienen largos periodos de sujeción materna y aprendizaje. Figura 103. Comparación de la estructura corporal de tres primates. a)Mono macaco b)Gorila c)Humano. Tomado de Sherman, V. 1987. No todas las tendencias descritas se presentaron en todos los primates y en donde si se manifestaron, no fue al mismo tiempo que en otros. Realmente estas disposiciones sólo reflejan el potencial adaptativo que tienen esos organismos como grupo. Figura 104. Ilustración del orden primate.Adaptación de Weisz, p. 1986; Curtis, H. 1983 y Suarez y L.G.L. 1990. Los nombres en los paréntesis y con asterisco ilustran algunos animales de cada grupo de primates. ¿Cómo comenzó la historia del ser humano? Hace unos 30 millones de años, a mediados del mioceno, existió un grupo de primates antropomorfos: el género Dryopithecus, el cual estaba distribuido a través de África, Asia y Europa; se cree que habitaban en los bosques y se alimentaban más de frutos que de hojas. Ellos se desarrollaron por unos 20 millones de años y tal vez por presiones ambientales se diversificaron adaptativamente favoreciéndose diferentes tallas, formas y estilos de vida (conductas) de modo que hace 13 millones de años se produjeron tres nuevos géneros: Sivapitecus, Gigantopithecus y Ramaphitecus. Figura 105. Tomado de Weisz, 1972. Durante algún tiempo se aceptó que los Ramapithecus fueron el primer grupo de homínidos; los fragmentos de mandíbulas encontradas indican de 12 a 14 millones de años de antigüedad y como Dryopithecus, se cree que se originaron en África y emigraron a Europa y Asia. Medían de 90 a110 cm de altura y serían muy parecidos a los chimpancés pigmeos actuales. Sus dentaduras señalan que se alimentaba de hojas, semillas, raíces y quizá carne cruda y huesos. Se dice que utilizaban las manos para arrancar la vegetación y esto favoreció la postura erecta. Estas poblaciones vivieron cerca de bosques, lagos, ríos, y arroyos, seguramente comían de día y dormían en los árboles por las noches. Al reducirse las superficies boscosas, es probable que hayan emigrado hacia zonas de matorral y sabana teniendo que cambiar sus hábitos a cazadores-recolectores usando más sus manos y favoreciendo considerablemente el bipedalismo. Figura 106. Reconstrucción artística de Dryopithrcus y Ramapithecus, basada en restos fósiles de sus cráneos y pelvis. Tomado de Sherman, S. 1987) Figura 107. Comparación de la mandíbula superior de Homo sapiens y Ramapithecus. (Tomado de Curtis, H. 1983). Pero ¡Cuidado! Pruebas bioquímicas recientes sugieren que los ramapitecos tuvieron más bien una evolución paralela con los homínidos y no deben figurar como un ascendiente común. Tal es la razón por la que algunos autores ignoran a este grupo en la filogenia del hombre. Hoy se cree que tanto Sivapithecus como Ramapithecus fueron dos especies de un mismo género y que ellos dieron origen a los antropomórficos asiáticos, (monos del viejo mundo: macacos, babuinos, gibones, etc.). Cualquiera que sea el resultado de las investigaciones estos hechos son una prueba más de la evolución. En la actualidad se admite que los homínidos conocidos más antiguos son los denominados como Género Australopithecus, (mono del sur). Su edad se calcula en 3 a 5 millones de años y eran caminantes en dos extremidades y terrestres. Vivían en África en praderas abiertas, cerca de corrientes de agua, posiblemente cazaban lagartijas, roedores, conejos y pescarían; su talla no sería mayor de 120 cm y su peso de menos de 25 kg; junto a sus huesos fosilizados se han encontrado rudimentarios utensilios de piedra y de hueso, los que fueron modelados para cortar o raspar. Figura 108. a) Utensilios de los australopithecus útil cortante (a la izquierda) y “hacha de mano” primitiva (a la derecha). Estos utensilios a veces llamados “pebble” (guijarros) fueron utilizados por los homínidos australopitecinos hace 1 – 2 ½ millones de años o más. (Tomado de Weisz, 1972) b) Algunos ejemplares de las herramientas encontradas en Olduvai, África. (Tomado de Starr. C. 1981) ¿Hubo divergencia dentro de este grupo? ¿Alguno de ellos fue el ancestro del hombre moderno? Los vestigios de estos animales no han aparecido en orden cronológico de antigüedad como ya se dijo, además algunos fueron encontrados en mejor estado y otros más deteriorados, obviamente han sido descubiertos y analizados por antropólogos distintos de modo que también hay interpretaciones diferentes, no obstante hay consenso en la opinión de que éste grupo es importante por que su postura erguida sugiere que el bipedalismo permanente apareció mucho antes de que comenzara a aumentar la capacidad craneana y también, en que la historia filogenética de este género se inició con Australopithecus afarensis (Lucy), según los datos más recientes. La especie anterior fue encontrada en 1974 por Donald Johanson, en la región africana de Hadar, Etiopía. Se trata de una hembra joven, cuyo esqueleto se preservó casi completo mostrando una capacidad craneana de 400 cm3 aproximadamente; sus molares señalan una dieta omnívora y es el vestigio homínido más antiguo que se ha descubierto. Pero actualmente, datos recientes nos indican que ya no es así, sin embargo (Lucy) A. Afarensis ha sido destronada recientemente, en el 2001 Meave Leakey, del Museo Nacional de Kenia, halló un homínido más antiguo que Lucy. En Kanapoi, un yacimiento cerca del lago Turkana, encontraron fragmentos de una nueva especie bípeda de 4.1 millones de años de antigüedad a la cual llamó Australopithecus, Anamensis, en contraste conlos 3.5 millones de Lucy, la nueva especie encontrada por Leakey tiene muchas características en común con Lucy, pero es mucho más primitiva y de dientes más simiescos. Entretanto, Lucy y su familia aún tienen mucho que aportar, en base al estrato geológico que contienen los fósiles de Homínidos se extiende más allá de lo que creíamos y podría albergar mucho más especímenes, y estos nos seguirán ofreciendo una mejor comprensión sobre cuánto variaban los individuos dentro de un grupo de la especie de Lucy, sin embargo, son ya 28 años del Hallazgo de Lucy (noviembre 1974), y quizá ya no sea nuestro antepasado más antiguo, pero sigue siendo el más conocido. Figura 109. a) Uno de los homínidos más completos y más antiguos hallados hasta ahora, llamado Lucy por su descubridor Donald Johanson. Lucy y otros miembros de la Primera Familia, como los llama Johanson, fueron descubiertos en el triángulo de Afar en Etiopía. Johanson sostiene que representa una especie aparte. Australopithecus afarensis. Pero otros consideran que pertenece a A. Africanus. La Primera Familia, extraordinaria colección fósil que representa 35 a 65 individuos distintos, fue contemporánea de los australopitecinos descubiertos por el grupo de Leakey en Laetoli, a 1600 kilómetros de distancia. b) Cráneo y pelvis de un chimpancé (izq.) y un miembro de la primera familia (der.). Los cráneos son muy similares pero las pelvis son por completo distintas. La pelvis de la derecha es casi la misma que la humana moderna. La conclusión es que los homínidos caminaban bien erguidos antes de que se produjese un aumento importante en el tamaño del encéfalo. Tomado de Johanson. , D. 1982) Tal parece que A. Afarensis, dió origen a otros grupos de australopitecos: A. africanus y A. boisei, el primero junto con A. afarensis se consideran formas gráciles y los dos siguientes, formas robustas. A. africanus, vivió en el sur de África hace 2.5 a 3 millones de años, con una talla media aproximada de 140 cm y peso de 27kg., su capacidad craneana era de 450 cm3 y sus dientes indicaban dieta omnívora. Antes de aparecer “Lucy “, se consideraba a este grupo el ancestro que dió origen al hombre actual, se encontró en 1925 y se le dió originalmente el nombre vulgar de niño de Taung. Figura 110. Australopithecus. Figura 111 .a, b, c y d, ilustran reconstrucciones de A. Africanus al que originalmente se llamó niño de Taung. En c y e se puede comparar el cráneo de Taung con el de un niño Homo sapiens(Tomado de Johanson, D. 1982) A. robustus, se descubrió en Sudáfrica, en 1938 y 1947, (el primer nombre que se le dió fue Paranthropus robustus), se ha calculado su edad de 1 a 2.5 millones de años y en promedio medía 150 cm., su peso era de 45 Kg y su capacidad craneal de 530 cm3; el desgaste dental hace pensar en una dieta vegetariana. Figura 112. Reconstrucción de Australopithecus robustus (Tomado de Johanson, D. 1982) oisei, fue hallado en Olduvai y Laetoli, Tanzania (África), en 1959, en esa época se le dió el nombre de Zinjanthropus boisei (el hombre rompenueces); en los años 80 aparecieron en Turkana, Kenia (África), otro espécimen igual, al que se dató en 2.5 millones de años. Algunos caracteres coinciden en ambos fósiles, por ejemplo la capacidad craneal, sin embargo en este último se sugiere una musculatura más robusta y facilidad para masticar sustancias vegetales duras, semillas y nueces, por estas razones los expertos no coinciden y para algunos los dos vestigios corresponden a A. robustus, mientras que para otros se trata de dos especímenes diferentes. Aparentemente en lo que sí hay acuerdo es en que ninguna de las formas robustas de australopithecus es un ascendiente del hombre, sino que son grupos que se extinguieron hace tiempo. Figura 113. Comparación de los cráneos de A. Robustus y A. boisei. Figura 114. Estilo de vida de los “habilis”. (Tomado de CONACYT, 1982). Al buscar alimentos, los “habilis” encuentran a un pequeño antílope. Uno de ellos fabrica utensilios con la piedra que llevaba consigo. Figura 115. Los “habilis” comparten la carne, pues es suficiente para todo el grupo. Después siguen su camino y abandonan los utensilios y los huesos. ¿Cuándo utilizó el hombre el fuego? Hace 1.5 millones de años se presentaron en el planeta una serie de severos cambios ambientales, en los que ocurrieron cuatro glaciaciones que cubrieron de hielo desde los polos hasta las zonas templadas, entre cada etapa helada se manifestaron periodos interglaciales calientes y en ellos los hielos retrocedían. La última regresión comenzó hace 20 000 años y aún no ha terminado, pues todavía hay regiones heladas en los polos. Los hielos del Pleistoceno tuvieron una enorme influencia en la evolución humana y puede decirse que fue puesto a prueba el potencial adaptativo de los hombres tempranos. Es entonces que surge el Homo erectus, el primer humano verdadero, aceptado casi unánimemente por los científicos y a quien se ha conocido con diferentes nombres: Pitecanthropus erectus, (el hombre-mono), el hombre de Java, el hombre de Pekín o Sinanthropus pekinensis y el hombre de Heidelberg; en realidad cada forma de llamarlo más bien señala el lugar en que fueron encontrados sus vestigios, esto a su vez apunta al hecho de que tuvieron una amplia distribución geográfica y dado que el representante más antiguo de ese grupo (1.5 millones de años) fue descubierto en Turkana, Kenia, se considera también que se originó en África y que tal vez por presión ambiental y competencia con otras especies, pero gracias a su capacidad adaptativa pudo radiarse a tan distintos lugares. Aunque las poblaciones de los diversos yacimientos exhiben variaciones en las formas, los individuos tuvieron algunos rasgos comunes: el cráneo tenía una capacidad de 800 a 1200 cm3 siendo el promedio 1000 cm3 éste era de paredes gruesas y macizas, sus frentes eran bajas, las mandíbulas voluminosas, sin mentón y con dientes grandes. Su estatura promedio era de 150 – 170 cm y obviamente caminaba erguido y a zancadas. Figura 116. Homo erectus. A) Cráneo. B) Reconstrucción del hombre de Pekín (antes llamado Pithecanthropus). (Tomado de Sherman, V. 1987) Eran cazadores de los grandes y abundantes herbívoros de esa época, aunque se ignora como lo hacían pues no se considera que las herramientas que fabricaban hayan sido eficientes con animales tan feroces y de tan considerable talla: elefantes, rinocerontes, antílopes, osos y babuinos gigantes, se presume que los asustaban con fuego hasta los pantános y acantilados, en donde al quedar inmovilizados eran fácil presa de los hombres. Muy cerca de los restos de estos hombres han aparecido huesos de australopitecos, lo que ha levantado gran polémica acerca de un posible canibalismo por parte del Homo erectus. No se duda acerca de que al menos para esta actividad, haya sido necesaria y ventajosa alguna forma de comunicación, pero no hay evidencias al respecto. Las herramientas que este hombre fabricaba eran de piedra tallada y comúnmente eran hachas de mano, las cuales se modelaban según un patrón formal; tanto en Asia, como en Europa y África, este dato hace suponer que había surgido ya, una tradición que se transmitió generacionalmente, y también que hubo intercambio de conocimientos entre estos grupos humanos. Homo erectus, conocía el fuego, pero no hay pruebas de que haya podido producirlo, más bien lo recogía de los incendios ocasionados por los rayos en las praderas o de los volcanes activos en esa época y una vez que lo conseguían, entonces debían conservarlo. Los vestigios más antiguos de uso de fuego datan de 1.4 millones de años en el Valle de Rift, Kenia, si bien está más asociado a Australepitécidos tardíos. El uso del fuego propiamente asociado con el Homo erectus data de unos 500 000 años, según evidencias encontradas en Pekín. El conocimiento del fuego permitió modificar en buena medida la vida de estos hombres: facilitaba la masticación de carnes y plantas duras, esto permitió diversificar y enriquecer la dieta. Seguramente el fuego les brindó protección contra el frío y animales. Con seguridad favoreció la vida social, ya que habrá existido un centro de actividad para calentarse y compartir los alimentos. Figura 117. Estilo de vida del Homo erectus. Existen pruebas de que el homo erectus usaba fuego y podemos imaginar la Influencia de tal uso en su estilo de vida. (Tomado de CONACYT, 1982. “El origen del hombre”). Como todos los primates, estos homínidos, habrían comenzado siendo nómadas al estar siguiendo a los animales que les servían de sustento, sin embargo hay evidencias de que en ciertas temporadas acampaban cerca de ríos o lagos y que volvían a ellos cada año. Se cree, que como los australopitecos vivirían al aire libre, pero una vez que tuvieron el fuego pudieron habitar en cavernas, de donde viene que precisamente a este grupo se le llame cavernícola. Varios autores creen que algunos de ellos construyeron viviendas con paredes de piedra, recubiertas en su interior con ramas o pieles, sostenidas por postes y de forma ovalada. Para reforzar tu conocimiento, realiza la siguiente: ¿Quiénes fabricaron las primeras herramientas? Figura 118. En 1964, se reportó que nuevamente en Olduvai, Tanzania, habían descubierto restos de homínidos pero cuyas características no coincidían con los australopitecos encontrados en los años 50. Los nuevos restos eran de talla más pequeña, sus dientes eran diferentes, e indicaban dieta carnívora, junto a ellos había huesos de ranas, cerdos, camaleones, pájaros, peces y pequeños antílopes, se cree que pudieron haber sido carroñeros, cazadores o ambos; pero las dos cosas más importantes: que su capacidad craneal era de 680 cm3 y que junto a los huesos se encontraron herramientas primitivas. Cuando se fecharon esos depósitos, se calculó una antigüedad de 1.8 a 2 millones de años, esto indicaría que coincidieron temporal y espacialmente con las formas robustas de australopitecos, que eran vegetarianos. No existe un acuerdo general en cuanto a la ubicación de este fósil, para algunos es un australopiteco tardío, otros lo consideran un hombre prematuro y para muchos ya es un hombre y lo llaman: Homo habilis, (el hombre diestro). Estos últimos argumentan que para fabricar utensilios, se requiere un cierto nivel de inteligencia, dado por el tamaño del cerebro, pero además el hecho de que como muestran las evidencias, estos organismos hayan traído piedras de lugares alejados para fabricar utensilios y de que con estos hayan manufacturado otros, debe ser un argumento definitivo para considerarlo como un ancestro del hombre moderno. Figura 119. Mandíbula (arriba) y parietal izquierdo (abajo)de Homo abilis (cortesía del Dr. P.V. Tobias) (Tomado de Dobzhanzky T. Evolución 1988). No obstante se ignora, si usaba algún tipo de ropa, no se sabe nada de su estructura social, religión, arte o cultura, pues en este sentido no hay evidencias. A pesar de que este hombre debe haber tenido una gran plasticidad en su habilidad para ser flexible y adaptarse a un amplio rango de demandas, se cree que se extinguió hace unos 300 000 años. ¿El lugar de origen del hombre fue África? Las pruebas aportadas por la Biogeografía, nos conducen a reflexionar que no se debe pensar en que ninguna especie biológica se originó en una localidad geográfica restringida, ya que las condiciones ambientales que favorecieron los procesos evolutivos, pueden estar repetidas en el planeta, aunque las velocidades de presión sobre los organismos sean diferentes en los distintos lugares. En el caso del hombre, se tiene una considerable cantidad de información proveniente del Sur y Oriente de África, debido a que son zonas en las que hay explotaciones de yacimientos de diamantes y son constantes las excavaciones que descubren mantos fosilíferos; la propia investigación en este sentido, retroalimenta a esta industria y de esa forma se cuenta con presupuesto continuo y suficiente. Si se contara con facilidades económicas en otros lugares, es seguro que el avance de estas investigaciones sería semejante. ¿De dónde surgió el Homo sapiens? n muchos lugares del Viejo Mundo se han descubierto fósiles humanos de formas transicionales, desde cráneos con mayor capacidad que los anteriormente encontrados hasta herramientas medianamente sofisticadas. Se dice que durante la penúltima glaciación, Homo erectus, se diversificó dando origen a una variedad de tipos contemporáneos. Figura 120. Localización geográfica de yacimientos de Homosapiens (Tomado de Nacional Geographic). En Swanscombe, Inglaterra (1933, 1936 y 1955) se encontraron fragmentos de un cráneo con unos 250 000 años de antigüedad y una capacidad de 1 300 cm3 ; en ambos casos no se alcanza el volumen del hombre actual, pero si se supera el de Homo erectus, el análisis anatómico de sus huesos señala que se trata de formas intermedias entre éste y Homo sapiens, y se le ha dado en llamar “presapiens”, los cuales son muy semejantes a una subespecie prehistórica: el hombre de Nehanderthal. Capacidad craneal media y peso corporal medio estimado de una selección de homínidos extinguidos Especies de Edad aproximada Volumen cerebral Peso corporal homínidos millones de años medio estimado total estimado cm3 kg Ramapithecus 15 300 ? 25 – 35 H. africanus 2.5 a 5 450 25 – 35 H. erectus 0.5 1000 55 – 60 H. sapiens 0.2 1260 55 – 60 (Swanscombe – Steinhelm) Procedencia: R.M. Tullar, “The Human Species”, Figs. 7 – 9 (modificada), McGraw Hill, 1977 Figura 121. Homo sapiens primitivo. (A) Cráneos de Steinheim (a la izquierda) y de Swanscombe (a la derecha). (B) Etapas seguidas en la reconstrucción de los rasgos faciales de H. Sapiens primitivo basados en el cráneo de Steinheim. A la izquierda, molde del cráneo completo reconstruido. En el centro, las partes del cráneo en las que se insertan los músculos sirven de guía para la reconstrucción de los músculos faciales. A la derecha, busto completo. Los primeros fósiles del homo sapiens neanderthalis, se encontraron en el valle de Neander, Alemania en 1856 (incluso hay desacuerdo en cuanto al nombre de estos seres. Tal significa “valle” en alemán moderno, pero la palabra se escribía thal en el siglo XIX. Algunos científicos todavía prefieren la ortografía original: “Neanderthal”. Descubierto por los picopedreros de una cantera cerca de Düsseldorf, el original hombre de Neanderthal fue proclamado por algunos investigadores como el eslabón perdido entre los simios y los humanos. Otros defendían que este extraño espécimen con arcos superciliares simiescos era simplemente un ser deforme de la Edad Media. Pero enseguida se desenterraron más huesos con los mismos rasgos extraños en Bélgica, Francia y otros lugares de Europa. Entonces, hacia fines de siglo, fueron hallados los huesos de unos 80 neanderthales en una cueva de la localidad croata de Krapina no eran humanos modernos, los orígenes de los neanderthales son inciertos, pero los científicos sospechan que comparten un antepasado común con los humanos modernos: el homo erectus, una especie alta y esbelta que migró desde África hasta Europa posiblemente a través de Asia occidental hace entre 700 mil y un millón de años. Tampoco sabemos porqué desaparecieron los neanterthales. Hace unos 40 mil años, los humanos modernos empezaron a extenderse a través de Europa. Alrededor de 10 mil años después de su llegada, todo indicio de vida neanderthal acaba y desde entonces, han aparecido en toda Europa y muchos lugares de Asia. Esta subespecie surgió hace unos 150 a 200 000 años, estaba adaptada a las duras condiciones ambientales de la época, era corpulento, musculoso, con frente baja y gruesas crestas superciliares, de hecho no difería mucho de H. Erectus, pero si tenía grandes diferencias tecnológicas y culturales. Figura 122. Espacio Craneal. Incluso el listo chimpancé (der.)tiene un cerebro pequeño comparado con el del humano moderno (der., abajo). La cabeza de una cría de chimpancé pasa con facilidad a través del canal de parto (diagrama, abajo). En cambio, se requiere mucha fuerza para que la cabeza de un humano atraviese la estrecha pelvis de su madre. Los científicos especulan que las hembras A. afarensis, como Lucy, compartían ambas características: daban a luz crías de cabeza pequeña, pero el parto era complicado, ya que su pelvis se estrechó para facilitar la postura erguida. Tomado de Robert A. Tague y C. Owen Lovejoy. Journal of Human Evolution, mayo de 1984. Los neanderthales fabricaron utensilios de piedra tallada: diversas armas, hachas de caza, mazos y objetos “domésticos” para raspar pieles, por lo que se cree que se cubría con ellas. Se considera que no sólo conocían, sino que sabían producir el fuego. Eran nómadas y temporalmente vivían en cavernas, en donde han dejado pruebas de que practicaban ceremonias y creían en una vida posterior, ellos sepultaban a sus muertos con ofrendas como armas y alimentos. No hay seguridad de que ya hubieran desarrollado un lenguaje hablado, pero el nivel cultural que alcanzó hace evidente que requirieron de alguna forma de comunicación para intercambiar ideas entre ellos. Eran cazadores y hay pruebas contundentes de que practicaban el canibalismo. H. sapiens neanderthalensis no fue una especie distinta a la nuestra como se había afirmado: formas intermedias entre ellos y nosotros, encontradas en el Monte Carmelo, Palestina, confirman que se trató de una raza de H. Sapiens sapiens y que ambos grupos coexistieron en algún tiempo, generándose cruzas de las que probablemente descendemos, pero también competencia por alimento y espacio, resultando aniquilado el hombre de Neanderthal hace unos 30 a 40 000 años. Figura 123. Se considera que Homo sapiens neanderthalis fue una raza de Homo sapiens, pero no sobrevivió. (Tomado de Sherman, V. 1987) ¿Al fin Homo sapiens? Después de H. Sapiens neanderthalis, el registro fósil aparece un hombre alto, 180 cm en promedio, musculoso con gran volumen cerebral: 1700 cm3 y rasgos finos; los restos de estos humanos aparecieron por primera vez en el sur de Francia, en la provincia de Cro- magnon, pero han ido descubriéndose más por toda Europa. Se calcula que dominan el panorama hace unos 30 a 20 000 años y que se trata sólo de una variedad del hombre actual y nuestro ancestro más directo. Figura 124.Hombre de Cro-magnon. Dos reconstrucciones. (Tomado de Sherman, V. 1987). El Cro-magnon, fue el último cavernícola, sus herramientas eran de piedra pero cuidadosamente trabajadas, más pequeñas, planas y estrechas, además de una gran variedad de formas para raspar y cortar, cuchillos planos, formones, etcétera; con esos mismos útiles tallaron hueso y marfil para confeccionar puntas lisas y con espinas, arpones, anzuelos, agujas, silbatos, broches y figurillas. En este sentido no eran muy diferentes al neanderthal, pero si desarrollaron mucho más esa actitud. Figura 125. Algunos instrumentos encontrados cerca de fósiles de Cromagnon. (Tomado de Biología: Unidad, Diversidad y Continuidad CECSA. CNEB, México 1975.) Continuaron cazando, pero dado que los grandes herbívoros se extinguieron, se dedicaron a presas menores, lo que lo conduciría más tarde a la domesticación vegetal y animal. Una notable característica de este hombre es su gran capacidad artística, que quedó plasmada en las pinturas rupestres de las cuevas que habitó en la Dordoña, Francia, las cavernas prehistóricas salpican las colinas de piedra blanda como agujeros en un queso, la cueva de Lascaux, junto al río Vézere, es una de las más importantes descubiertas hasta el momento, pues en sus paredes alberga una de las colecciones más completas e impresionantes de pinturas murales prehistóricas, frescas como el día en que los hombres de las cavernas, de hace al menos 20 mil años, las esbozaron en las rocas. Este arte realista, extraído de la vida, muestra los enormes cambios que se han producido desde que los pintores de la Edad de Piedra registraron escenas que les eran familiares, aunque ahora sean prácticamente desconocidas para la mayoría de la gente, es así como Francia, rica en cavernas prehistóricas y junto con España, como son los casos de las cavernas de Altamira, en Cantabria, las cuevas de Mouthe, en Les Eyzies-de-Tayac, en la Dordoña, por tan sólo citar algunas. A través de ellas se sabe que practicaban rituales usualmente centrados en la caza, ya que los dibujos son casi exclusivamente de animales; la distribución de esas pinturas en las cuevas sugiere que tenían zonas consideradas sagradas. Figura 126. Reconstrucción de la elaboración de pinturas rupestres por los “artista cromagnones”. También se sabe que estos hombres vivían en comunidades en las que era importante el sentido de colaboración grupal y que algún tiempo después de su aparición no tuvieron ya contemporáneos, en cuestión de 10 a 20 000 años se dispersaron por todo el planeta. Figura 127. A partir de las migraciones y cruzamientos de grupos de hombres Cromagnones formaron las poblaciones actuales del mundo. (Tomado de CONACYT, 1982). Es válido hacer hincapié, en que como en todo razonamiento científico, en lo referente a la evolución biológica humana no se debe asumir conclusiones definitivas, pues las propias bases del Método Experimental nos indican que debemos mantenernos a la expectativa de nuevos conocimientos. Figura 128. El esquema muestra uno de los árboles genealógicos del hombre, hasta el momento el más actualizado. (Tomado de Johanson, D. 1982) 2.6 EVOLUCIÓN CULTURAL (HUMANIZACIÓN) ¿Qué hace diferente al hombre de otros animales? La aparición y el desarrollo de los seres humanos, han sido el resultado de los mismos procesos evolutivos que operaron en todos los organismos, pero al mismo tiempo junto con sus estructuras y funciones biológicas fueron desarrollando una particularidad exclusiva, la evolución cultural, la cual se refiere a la información y patrones de conducta que se transmiten a través de las generaciones mediante aprendizajes, imitaciones y ejemplos, incluye el lenguaje, los conocimientos científicos y tecnológicos, el arte, los modos de vida, los valores sociales y las creencias religiosas. La cultura no se transmite a través de la herencia biológica y sin embargo sólo los genotipos humanos pueden adquirirla, comunicarla o modificarla. ¿Qué fue lo que permitió la evolución cultural? Desde Australopithecus hasta Homo sapiens, se ha evidenciado el aumento de la masa cerebral, de modo que es indiscutible el hecho de que este fue un factor determinante en el aumento de las aptitudes de la especie humana para sobrevivir en el medio ambiente. Figura 130. El arte rupestre, como en estos bustos de rostro y medio cuerpo, son claros ejemplos de evolución cultural y manifestaciones artísticas en la época prehistórica. (Tomado de Nacional Geographic Revista, “Nuestros Orígenes” 2002 Edición Especial. Algunos autores opinan que fueron las manos en libertad lo que favoreció el desarrollo del cerebro, dando paso hacia la evolución cultural; otros más opinan que al tener la necesidad de vivir gregariamente para protegerse, lo primero que se desarrolló fue el lenguaje pues requerían de comunicación para organizarse; hay quienes consideran que fue el trabajo, la elaboración de herramientas, lo que desencadenó la cultura. Tal vez no sepamos nunca que ocurrió primero, pero lo que es indiscutible, es que no fue un hecho aislado, sino una serie de ellos que operaron paralelamente y en reciprocidad, los que finalmente condujeron a la adaptación del hombre a su ambiente. Tal vez una probable ruta para explicar el desarrollo de la especie humana antecedente de la evolución cultural sea la siguiente: el bipedalismo liberó a las manos y éstas se convirtieron en estructuras de trabajo que le permitieron adaptarse cada vez más activamente al medio generando un desarrollo recíproco entre la postura erecta, la mano y el cerebro. Las herramientas fabricadas con las manos e ideadas con el cerebro, fueron más fácilmente utilizadas en posición erguida y de esta forma pudieron vencer obstáculos diversos. Figura 131. Los modelos tallados, representan claramente el desarrollo de habilidades motrices y artísticas, claros ejemplos de evolución cultural. Tomado de: Nacional Geographic 2002, Revista “Nuestros orígenes” Edición especial. El aumento del cerebro, también favoreció el desarrollo del lenguaje la forma de comunicación a través de imágenes o símbolos para plantear actividades como la caza o la preservación del fuego; sirve también para entrenar a las crías, para alertar al grupo sobre posibles enemigos, para congregar a otros individuos o para invocar a fuerzas sobrenaturales. Puede discutirse que el uso del fuego favoreció la formación de grupos sociales y éstos a un lenguaje, pero en un principio esté más basado en signos, gestos y señas, más restringido en su significado. Posteriormente se desarrollaron códigos simbólicos que han permitido el lenguaje escrito y hablado. De esta manera, el ser humano ha sido capaz de dejar una huella tangible sobre su proceso de desarrollo cultural-social en diferentes épocas. Podemos decir que la evolución humana ha transgredido el aspecto de la adaptación biológica para incrementar la creatividad de nuestra especie y para poder adaptar el medio ambiente a sus necesidades a diferencia del resto de los organismos. Con los que comparte la biosfera. Es por ello que la humanidad debe ser muy cautelosa en el uso que hace de todos y cada uno de sus inventos y descubrimientos para preservar el medio en el que vive, ya que de otra manera también se expone a desaparecer de la faz de la Tierra. El proceso de evolución biológica del hombre continúa lentamente, pero para el Homo sapiens ya no significa un mecanismo de adaptación predominante, pues uno de sus resultados: la evolución cultural, es lo que le permite la domesticación del ambiente para sobrevivr, siendo este tipo de evolución mucho más rápida y perceptible. El siguiente cuadro basado en la división histórica-materialista del desarrollo del hombre, muestra un panorama general de los principales momentos y los hechos más relevantes en tal proceso, el cual abarca desde hace 2 millones de años a la fecha. División Histórica – Materialista del Desarrollo del Hombre Edad SOCIED HABILID CONOCIMIE DESCUBRIMIE RELIGI ÉPOCA Antigua AD AD NTO NTOS ÓN Nomadis Caza, mo, pesca, Época comunis recolecció Domina el fuego. Empírica sin Idealista mo n de Elaboración de base teórica Paleolític primitivo; frutas; no instrumentos de experimental. Politeísta a sin clases existe la piedra. sociales. propiedad privada Surge el Agricultura. sedentaris Domestica Época mo, Ganadería. Piedra Idealista ción forman Empírica. tallada. vegetal y Neolítica pequeñas Mágica animal. aldeas. Cerámica primitiva. Se Metalurgia. introducen sistemas Uso de animales Época del Forman de riego en de carga. Bronce o ciudades la Empírica. Idealista Preclásica fluviales. agricultura Probable invento . Se inicia de la rueda. el Medicina comercio. Plutocraci Florece el a comercio y esclavista, las Edad de los surge la artesanías. Metales clase rica Se genera Metalurgia. en el la poder. propiedad Deductiva. Matemáticas. Época del privada, Idealista Clases que Razonamiento Lógica. Hierro o Sociales: incluye a Materiali de lo general a Clásica los medios sta lo particular Medicina. Amos y de Esclavos producció Biología. n, la producció n y la vida del hombre. Época Feudalis Comercio. Dogmático. Idealista Edad Pólvora. mo Media Medieval Navegació Razonamiento Cristiana ClasesCle n. determinista Brújula. ro sin aceptación Ganancias de Imprenta. SocialesS por pagos escepticismo r. Feudal tributarios procedente Siervos. s de los pueblos dominados en acciones belicosas. Desarroll Comercio, o de la manufactu Mundo Deductiva. burguesía ra. heliocéntrico, órbitas elípticas Inductiva. Clases Nace el de los planetas en capitalism torno al sol; Razonamiento SocialesS o, el circulación de lo particular Edad Renacimi r. burgués sanguínea. Leyes Materiali a lo general. Moderna ento Burgués posee los del movimiento sta Observación y medios de de los cuerpos. experimentació Propietari producció n sistemáticas: os n; el Fundación de proletario sociedades Método posee sólo científicas, arte, Científico. su fuerza etc. de trabajo. Burguesía Revolució Capitalista n : Rige el Desarrollo de las Industrial. Método ciencias Física, Materiali Siglo XIX Imperialis científico Química, sta Se plantea mo experimental. Biología. Edad el colonial. Contempor socialism ánea o. Burguesía Capitalista Energía atómica. imperialis : Método ta. Cibernética. científico Materiali Siglo XX Monopolio sta En el s Medicina nuclear. experimental socialism industriale o se trata s Ingeniería de abolir genética las clases sociales. Para reforzar tu conocimiento, realiza las siguientes: Una preocupación del hombre ha sido siempre, el cuestionamiento de la dinámica de la naturaleza y sus integrantes, incluido el mismo hombre, y en cada etapa histórica se ha planteado una respuesta acorde a las características socio-culturales del momento. Una de las primeras explicaciones en tal sentido sería la corriente idealista, en la que todo corresponde a un origen predeterminado y estados inmutables de los organismos (fijismo). Más tarde se propone un proceso de cambio, a partir de la información obligada de estructuras por exigencias ambientales y la capacidad de transmitir tales características a la prole. Con la acumulación de los conocimientos biológicos, se replantean esas proposiciones y surge la teoría de la selección natural, como la causa de la variación de las especies, para adaptarse y sobrevivir: la evolución. Toda la serie de pruebas directas e indirectas, que han ido proporcionando diferentes ciencias, han sustentado cada vez más solidamente la teoría de la Evolución, en la cual el surgimiento del hombre ha sido de especial interés. Actualmente se tiene un bosquejo más completo de la historia filogenética humana, pero es prudente y razonable considerar un mayor cúmulo de información antes de emitir conclusiones definitivas. La siguiente lectura contiene una serie de apartados que integran los principales temas que estudiaste en los dos capítulos. Analízala detenidamente para que comprendas la importancia de lo que en este fascículo abordaste. La evolución continúa Carlos Darwin acumuló pruebas, recopiló bibliografía, realizó observaciones y escribió su libro “El origen de las especies” a lo largo de más de 20 años, aún cuando sabía que era un tema difícil, una propuesta que no sería bien acogida, tal como ocurrió. Más de 140 años después de haberse dado a conocer la teoría de la evolución, de los grandes avances en la ciencia y la tecnología y de tener más pruebas y evidencias que la apoyan, en algunos lugares, como el estado de Kansas en los Estados Unidos, prohíben su enseñanza, según lo informaron los periódicos del 22 de agosto de 1999. La variabilidad de los organismos vivos Darwin propuso que en todos los seres vivos existen variaciones, es decir, diferencias entre uno y otros individuos de la misma especie, y que sobre éstas actúa la selección natural, eligiendo las formas mejor adaptadas al medio y, eventualmente, dando lugar a nuevas especies. La secuenciación de genes y proteínas, así como la obtención de cristales proteicos, nos han permitido conocer estas variaciones moleculares e, incluso, se han podido establecer en muchos casos las relaciones entre las moléculas, como ocurre en el complejo mayor de histocompatibilidad constituido por proteínas que se asocian con la respuesta inmune y están implicadas en el rechazo de tejidos u órganos. Las proteínas de este complejo son muy distintas entre el ser humano y el ratón, luego de 80 millones de años existe la divergencia entre estas especies, en cambio el hombre comparte con los primates superiores los mismos alelos para las proteínas del complejo, lo que indica que el ancestro de ambos ya lo poseía y los heredó a sus descendientes. Las técnicas moleculares han permitido rastrear el origen de las especies hasta miles de millones de años atrás, pues el estudio de múltiples proteínas hace suponer que algunas de estas moléculas ancestrales ya existían en la célula que daría origen a plantas, animales y hongos; asimismo las proteínas presentes en los animales se han buscado en las plantas utilizando técnicas de la ingeniería genética y se han encontrado, entre otros los llamados receptores de epinefrina, histamina, hormona luteinizante y paratifoidea; en las plantas estos receptores parecen intervenir en la percepción de las hormonas vegetales llamadas citocininas necesarias para la división celular, por ejemplo en la arabidopsis thaliana, una pequeña planta de laboratorio se ha obtenido gran cantidad de mutantes, así una de ellas es verde, aún cuando no este expuesta a la luz (en ausencia de luz normalmente no enverdecen) y es enana. Estas plantas crecen por lo común cuando se les suple con las hormonas llamadas brasinosteroides. En los animales hay hormonas esteroides que son muy importantes para el desarrollo del embrión y también para el adecuado funcionamiento de órganos y tejidos en los adultos, como las hormonas sexuales. El gen mutado en arabidopsis es llamado det 2 y resulta muy parecido al esteroide 5 alfa-reductasa de los mamíferos, una enzima que participa en la biosíntesis de las hormonas esteroides, en tanto que las mutantes det 2 crecen como plantas normales cuando se les transforma con la enzima de aquellos. Otra semejanza entre los animales y las plantas se da en la reacción celular, ante el ataque de patógenos, en el ensamble de la oxidasa en los glóbulos blancos (neutrófilos) es muy parecido al de las células vegetales y aunque no se conoce en detalle, la oxidasa vegetal parece ser muy similar a la del origen animal. Además, en los animales, el ácido acetilsalisílico tiene un efecto antiinflamatorio, el cual inhibe el ciclo oxigenasa que interviene en la producción de prostaglandinas, y también la activación de un factor de transcripción que, como su nombre lo indica, participa en el copiado del ADN en ARN de los genes que también intervienen precisamente en la respuesta inflamatoria. En las plantas el acetilsalisílico parece actuar de forma similar, inhibiendo la producción de compuestos parecidos a las prostaglandinas (derivados de ácidos grasos en lo que se conoce como la vía del octa decanoico) y también en la activación de un factor de transpiración, pero se podrían dar muchos ejemplos más que apoyan el origen común de los seres vivos, incluyendo las vías metabólicas, las enzimas y los mecanismos de regulación. La mutación de un solo gen que codifica para un receptor de luz, conocido como fitocromo en la arabidopsis, puede tener efectos espectaculares sobre el fenotipo (la apariencia) de la planta en tanto que otro gen llamado TFL 1 provoca que ésta tenga una inflorescencia con tallo muy largo y ramas laterales, o si es mutado, el tallo de la inflorecencia es corto y la planta deje de crecer luego de producir una cuantas flores. La mutación de tres genes en un gusano (helmintos) llamado caernohaditis elegans lo vuelve más longevo, viviendo así casi cuatro veces más que los no mutantes (tipo silvestre), mientras que las mutaciones en un proteína llamada opsina, responsable de captar la luz enel ojo, permiten que los organismos se adapten a su ambiente como en el caso del celecanto, pez famoso por ser considerado un fósil viviente cuyas mutaciones le permiten ver mejor en su ambiente, a 200 metros bajo la superficie marina donde penetra muy poca luz, sobre todo la de la calidad (de color azul) a la que están acostumbrados nuestro ojos, pero el pez se ha adaptado a su entorno al tener mutadas esas proteínas, que absorben un poco mejor las longitudes de onda más larga, (hacia el rojo, que es la calidad de luz que penetra a tal profundidad). Un caso muy interesante es el de los criptocromos, presentes en plantas y animales, que son proteínas útiles para captar la luz azul en las plantas intervienen en la floración y en el alargamiento del hipocotilo, tanto que los animales participan en ritmos relacionados con el comportamiento y parecen ser los que captan la luz en sitios distintos a la retina, esto es, si se ilumina durante la noche a una persona en sitios diferentes a los ojos, sin que vea la luz, ésta será capaz de percibir esa luz (aunque no de forma consciente) en este caso las proteínas parecen haber surgido por eventos evolutivos independientes, es decir, no hubo un ancestro común para plantas y animales. Este es un ejemplo de evolución convergente en dos proteínas que, de manera independiente evolucionaron para convertirse en fotorreceptores. Las diferencias entre el teosintle, la planta silvestre que es el ancestro del maíz, y este, son tales que durante mucho tiempo se dudó de que el primero hubiera dado origen al segundo, y en este caso podríamos hablar de la aparición de una nueva especie surgida gracias a la intervención humana. Casos fehacientes de especiación La Isla Gran Inagua es la mayor de las Bahamas en el sureste, y hoy en día está habitada por tres especies de caracol del género cerión: A) el cerión columna, que es liso, blanco y triangular habita en la línea costera norte; B) el cerión rubicundum que vive al sur al interior de la isla, y tiene nervaduras además de estar moteado de café; C) que es del tipo enano llamado cerión rehderi y habita en toda la isla, convive con otras especies y es simpátrica a las otras dos. Los depósitos del pleistoceno y del holoceno en esta isla muestran dos especies fósiles, una grande, lisa, alta, extensamente distribuida en el sur, que se conoce como ceriónexcelsior y otra grande también aplanada de arriba que probablemente es una especie inmigrante llamada cerión dimidiatum, conocida en Inagua solo en las rocas de finales del pleistoceno, en la localidad costera del norte. Todas las especies fósiles muestran evidencia temporal directa de hibridización (cruzamiento) con las que reciden actualmente en los lugares mencionados. En la especie cerión columna no varía la forma de la concha en toda su área de distribución, excepto en una zona restringida de la costa norte, en un tramo de 3-5 km del total de 80 km costeros, donde el c. columna posee un ápice muy aplanado, característica desconocida en la especie, a no ser por presentarse en esta pequeña región mientras que hacia el este y el oeste hay una rápida trancisión a la forma ordinaria (aplanada) que aparece en el mismo lugar donde se obtienen los fósiles más planos del c. dimiatum. Este tipo del c. columna moderno y aplanado, es una forma intermedia entre el fósil c. dimidiatum y la población ordinaria, alta y con espirales del propio c. columna donde existen tres alelos desconocidos en el grueso de dicha población y están presentes con baja frecuencia entre la que tiene concha aplanada, lo que indica que fueron heredados del c. dimidiatum, cuyos fósiles poseen una antigüedad de 13 070 años, y los efectos de la hibridación pueden persistir a lo largo de miles de años después de extinguirse la población que contribuyó con sus genes a los de la población sobreviviente. Los fósiles de c. excelsior aparecen en los sedimientos del holoceno en las islas vecinas a la gran Inagua, en una de cuyas localidades, ahora habitada por el cerión rubicundum, hay miles de conchas de aspecto variable, que va desde la forma pura del cerión excelsior, pasando por todas las intermedias, hasta las que tienen la forma típica de la especie viviente del cerión rubicundum. A simple vista salta que las conchas del primero están más intemperizadas y erosionadas que las segundas, e incluso poseen incrustaciones secundarias de carbonatos. Las de c. rubicundum inalteradas tienen una apariencia mucho mejor, y las conchas de forma intermedia muestran un estado de intemperización, lo cual sugiere que excelsior se hibridizó con la especie invasora de rubicundum, que no se halla en el registro fósil a pesar de su abundancia y amplia distribución actual. La forma intermedia más antigua tiene 16 600 años y la más joven 3,000 por lo que la hidrización entre las dos especies duró 13 mil años. La zona de contacto entre ambas permitió este cruzamiento a lo largo de mucho tiempo, pero la extinción de una de las especies rompió el equilibrio y los híbridos fueron eliminados rápidamente al desaparecer uno de sus progenitores. Si dichos híbridos logran reproducirse entre ellos, pueden propiciar el surgimiento de una nueva población, es decir, de una nueva especie. Los cíclidos son peces que habitan los ríos y lagos de las aguas cálidas en África, Madagascar, la India, norteamérica, centro y sudamérica. El pez conocido como óscar y cuyo nombre científico es astronotus ocellatus pertenece aesta familia. En África, en el lago Victoria, habitan más de cuatrocientas especies de cíclidos, número sólo superado en cuanto a diversidad por el lago Malawi. Esta gran cantidad de especies debió evolucionar rápidamente a partir de una sola especie ancestral, tal y como lo apoyan los estudios del ADN mitocondrial de los peces. Se sabe que el lago se secó completamente hace unos 17 mil o 15 mil años, por lo cual era imposible que sobreviviese algún pez, pero al volver a llenarse llegó una familia de cíclidos y en 14 mil años originó todas las especies presentes hoy día en este cuerpo de agua. La especie de girasol ía en este cuerpo de agua La especie de girasol llamada helianthus anomalus crece en las dunas de arena de Utah y Arizona, y los estudios moleculares indicaban que surgió al cruzarse las especies denominadas helianthus annus y helianthus petiolaris, que se hibridizan pero tienen como descendencia híbridos estériles. Cruzando estas dos especies en el inverdadero, luego de múltiples intentos se logró obtener la especie h. Anomalus, que es capaz de reproducirse entre ella pero no se cruza ya con sus progenitores; es decir, se obtuvo una especie aislada reproductivamente de aquellas que le dieron origen, y el análisis de los cromosomas reveló la pérdida de muchas regiones del ADN proveniente de h. petiolaris, que intervienen en la inferitilidad del híbrido. La combinación genética de este heterocigoto de invernadero es semejante a la del que se encuentra en la naturaleza, que se calcula surgió hace unos 100 mil años. En México, el estudio de 37 pares de especies separadas por el Istmo de Tehuantepec ha permitido demostrar que la especiación puede tener lugar por aislamiento geográfico y, así, las poblaciones apartadas por esta barrera han dado origen especies que, cada una por su lado, siguen ocupando el mismo nicho que su hermana, (podríamos decir que mantuvo su función y su espacio). Aún cuando hace entre 2.4 y 10 millones de años se podían entrecruzar la separación de las poblaciones, debida a la extinción del bosque que cubría esta zona, las ha convertido en especies distintas que ya no pueden reproducirse entre ellas; sin embargo, su nicho ecológico se conserva porque están tan bien adaptadas a ese ambiente que su velocidad de cambio para adecuarse a nuevas situaciones es muy lenta, de tal manera que la mayoría de ellas se extingue antes de haberse adaptado. Sin duda, esto resulta especialmente importante en el presente, cuando la actividad humana ha provocado tales cambios que está llevando al exterminio de muchas de ellas.Darwin pudo dar una explicación satisfactoria al hecho de cómo se originan las especies, y observó que hay una relación recíproca entre ellas y con su medio. Además logró una visión del mundo y de la naturaleza que pocos humanos han alcanzado, pues fue capaz de distinguir la diversidad en la unidad y la unidad en la diversidad, así como las características privilegiadas de los seres humanos por su conciencia e inteligencia, pero también la necesidad de adoptar una actitud menos arrogante, más tolerante y de mayor respeto por todo aquello que nos rodea, especialmente los seres vivos.