Evolución: teorías y opiniones
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PRÓLOGO El imperativo de hacer juicios morales se deriva necesariamente de la presencia conjunta de tres atributos: anticipar las consecuencias de las acciones, hacer juicios de valor y practicar el libre albedrío. Para que una acción sea moral, es necesario que el sujeto anticipe las consecuencias de tal acción. Un acto moral no es por sí mismo, sino por sus consecuencias. Las raíces evolutivas de reconocer al medio como medio, surgieron cuando nuestros antepasados migraron de la selva a la estepa. Esta migración conllevó la evolución hacia una postura bípeda para poder observar el acercamiento de sus enemigos desde lejos. Esta postura bípeda deja libre los miembros anteriores que nuestros antepasados utilizaban para construir utensilios para cortar, para cazar, etc. La secuencia de relacione causales es clara. Primero evolucionó la postura bípeda, la cual permitió utilizar las manos para construir utensilios; esto llevó al desarrollo de la inteligencia, puesto que traía consigo la capacidad de diseñar objetos cada vez más complejos para propósitos cada vez más remotos. La inteligencia nos da la capacidad de abstracción y, con ella, la de anticipar las consecuencias de nuestros actos. Nuestra historia biológica define y delimita lo que somos y lo que podemos ser. El lema de este libro es que sólo si entendemos lo que somos en relación con nuestros antecedentes, seremos capaces como especie, de resolver los conflictos radicales que afligen a la humanidad moderna. Sólo bajo el prisma de la evolución es posible entender lo que los humanos somos, de donde venimos y las posibilidades que nos brinda el futuro. • EVOLUCIÓN BIOLÓGICA Y SOCIEDAD • LA CIENCIA DE LA EVOLUCIÓN La teoría de la evolución se ocupa de tres materias diferentes. La primera es el hecho de la evolución, que dice que las especies vivientes cambian a través del tiempo y están emparentadas entre sí debido a que descienden de antepasados comunes. La segunda materia es la historia de la evolución, que son las relaciones particulares de parentesco entre unos organismos y otros. La tercera materia se refiere a las causas de la evolución de los organismos. La primera cuestión es la básica, pues si los organismos no evolucionan, la teoría de la evolución no tendría nada que estudiar. Charles Darwin, el fundador de la teoría moderna de la evolución, acumuló evidencias para convencer a los científicos de su época de que los seres vivos son descendientes modificados de antepasados comunes. El origen evolutivo de los organismos es un hecho aceptado por los biólogos y por todas las personas bien informadas sobre el asunto. La investigación histórica de la evolución incluye, además, precisar los ritmos de la evolución, la multiplicación y la extinción de especies, la colonización de islas y continentes, y muchas otras cuestiones relacionadas con el pasado. Los evolucionistas tratan de descubrir los mecanismos o los procesos que causan y modulan la evolución de los organismos a través del tiempo. Darwin descubrió la selección natural, que es el proceso que explica la adaptación de los organismos a su ambiente y la evolución de órganos y funciones. 1 En el siglo XIX, y durante las primeras décadas del XX, los evolucionistas buscaban evidencias a favor y en contra de la evolución. Los científicos actuales no se ocupan activamente de investigar tal asunto, puesto que el hecho de la evolución esta ya establecido de forma definitiva, como consecuencia de la acumulación de tal evidencia. Los evolucionistas actuales se ocupan de la historia y las causas de la evolución. Los conocimientos sobre estas materias son extensos y muchos descubrimientos están definitivamente confirmados. Lo mismo ocurre con respecto a las causas de la evolución. Los descubrimientos sobre la selección natural, las mutaciones génicas o el origen de las especies son extensos, pero aún hay mucho por descubrir. • IMPACTO CIENTÍFICO Y SOCIAL La teoría de la evolución extiende su influencia sobre todas las disciplinas biológicas. Esto se debe a que los conceptos evolutivos penetran en todos los conocimientos biológicos, de manera que es apropiado decir que la evolución es la esencia de la biología. Theodosius Dobzhansky, gran evolucionista, expreso esta idea a modo de sentencia: "Nada tiene sentido en biología excepto bajo el prisma de la evolución." El término evolución y el concepto de "cambio a través del tiempo" han sido, además, incorporados al lenguaje de otras ciencias como la astronomía y la sociología, e incluso al lenguaje común. Estas y otras disciplinas comparten algo en común al utilizar el termino evolución; la noción del cambio gradual, y tal vez direccional, en el transcurso del tiempo. La noción de Darwin de selección natural ha sido también extendida a otras áreas del discurso humano pero sólo ocurre cuando se dan variaciones hereditarias como consecuencia de la reproducción biológica. • IMPACTO RELIGIOSO La teoría de la evolución, siempre ha sido vista como incompatible con las creencias religiosas, en particular con el cristianismo. Los primeros capítulos del Génesis, describen la creación del mundo, las plantas, los animales y el hombre. Una interpretación literal del Génesis parece incompatible con el origen de las especies como consecuencia de procesos naturales. Hodge, un teólogo protestante americano, publicó uno de los ataques más concienzudos contra el Darwinismo. Hodge, percibía la teoría de Darwin como "la más completamente naturalística que pueda imaginarse jamás; aún más atea que la de su predecesor, el evolucionista Lamarck". Otros teólogos concluyen que la existencia y la creación divinas son compatibles con la evolución y otros procesos naturales. La solución reside en aceptar la idea de que Dios opera a través de causas intermedias: que una persona sea una criatura divina no es incompatible con la noción de que haya sido concebida en el seno de la madre y que crezca y se mantenga por medio de alimentos. La evolución también puede ser considerada como un proceso natural a través del cual, Dios trae las especies vivientes a la existencia de acuerdo con su plan. La explicación propuesta por un eminente teólogo fue: "aceptamos el principio de la evolución, pero lo vemos sólo como el método usado por la Inteligencia Divina". Ya en el siglo XX, la teoría de la evolución biológica llega a ser aceptada por la mayoría de los escritores cristianos. En 1950 el Papa Pío XII en su carta solemne, escrita para los obispos de todo el mundo, llamada 2 "Humani generis", reconoce que la evolución biológica es compatible con la fe cristiana, aunque deduce como consecuencia natural, que para la creación del alma humana, es necesaria la intervención de Dios. La tesis del Papa dice que es un error tomar la Biblia por un tratado introductorio de astronomía, geología y biología. Su discurso estaba claramente dirigido contra los fundamentalistas cristianos, que ven en el Génesis una descripción literal de cómo fue creado el mundo por Dios. • LA LEY CIVIL Los fundamentalistas bíblicos representan una pequeña minoría de cristianos y desgraciadamente han ganado una considerable influencia política y pública en algunos países. El caso más exacerbado es el de los Estados Unidos, que durante la década de los años veinte los cuerpos legislativos de más de veinte estados, bajo la influencia de los fundamentalistas, debatieron proyectos de leyes antievolucionistas. Cuatro estados, aprobaron leyes prohibiendo la enseñanza de la evolución en sus escuelas públicas. En 1968 el Tribunal Supremo de Estados Unidos declaró anticonstitucionales las leyes que proscribieran la enseñanza de la evolución en escuelas públicas. A partir de ese momento los fundamentalistas estadounidenses cambiaron de táctica e introdujeron en varios estados proyectos de ley ordenando que la enseñanza de la "ciencia de la evolución" fuera "compensada", dedicando igual tiempo a enseñar "ciencia de la creación". Tal ciencia de la creación no existía en ningún libro de texto, pero fue definida en los proyectos legislativos como la ciencia que sostiene lo siguiente: que todas las especies de organismos aparecieron repentinamente durante la Creación; que el mundo ha existido sólo unos miles de años y que el diluvio universal fue un suceso real en el cual sólo una pareja de cada especie animal sobrevivió. El propósito implícito de tales proyectos legislativos, era impedir la enseñanza de la teoría de la evolución al requerir que también se deben enseñar las descripciones del Génesis como si fueran proposiciones científicas. Los antievolucionistas estadounidenses siguen buscando el modo de impedir la enseñanza de la teoría de la evolución, a la que todavía consideran como antirreligiosa. • DARWIN Y SUS CRÍTICOS: HISTORIA DE LAS IDEAS EVOLUCIONISTAS • MITOS PRIMITIVOS Todas las culturas humanas tienen mitos sobre el origen del mundo, del hombre y de las demás criaturas. Los filósofos de la Grecia clásica propusieron mitos sobre la creación, algunos de los cuales tienen reminiscencias evolucionistas. Anaximandro propuso que los animales pueden ser transformados de un tipo en otro. Más cercanas a las ideas evolutivas modernas, son las nociones propuestas por la Iglesia cristiana primitiva por parte de algunos padres de la misma. San Gregorio Nacianceno y San Agustín, sostienen que no todas las especies de plantas y animales fueron creadas desde el principio por Dios, sino que algunas se han desarrollado en tiempos más recientes a partir de especies o "semillas" creadas por él. La motivación de estos autores religiosos no es proponer una teoría científica, sino avanzar una explicación posible de un hecho religioso. La Biblia describe el diluvio universal y que Noé incluyó en el arca una pareja de cada una de las especies vivientes. No hubiera sido posible en aquellos tiempos construir una embarcación suficientemente grande para contener y mantener a todas las especies conocidas. San Gregorio y San Agustín concluyeron, pues, en sus comentarios bíblicos con que no todas las especies existían ya en la época del arca de Noé; muchas de ellas aparecieron después del diluvio universal. • LA EDAD MEDIA Y EL SIGLO DE LAS LUCES El interés en materias científicas durante la Edad Media era virtualmente nulo. La posibilidad de que los 3 organismos puedan cambiar por procesos naturales aparece de forma incidental en los escritos de los dos grandes teólogos de la época, San Alberto Magno y Santo Tomás de Aquino. Aquino se plantea la posibilidad de que larvas y moscas surjan de forma espontánea en la carne putrefacta y otras materias en descomposición. Después de investigaciones, llega a la conclusión de que no existen objeciones ni racionales ni teológicas en contra de la proposición de que ciertos animalitos puedan aparecer por generación espontánea a partir de materia muerta. Santo Tomás comenta al final de la discusión que él ni propone ni niega que tal cosa ocurra de hecho, pues este es un asunto que han de decidir los científicos. La idea de que el progreso humano es ilimitado, es la principal idea en el pensamiento iluminista del siglo XVIII, sobre todo en Francia, entre filósofos como el marqués de Condorcet, y científicos tales como Buffon. Pero su fe en el progreso no les llevó a concebir o defender una teoría de la evolución. Buffon, uno de los grandes naturalistas de su tiempo, propone una teoría del origen de las especies por procesos naturales. Los organismos según Buffon, aparecen por generación espontánea, como consecuencia de la asociación de moléculas orgánicas, de manera que puede haber tantos tipos de animales y plantas como combinaciones viables de moléculas orgánicas. Buffon rechaza la posibilidad de que especies vivientes puedan descender de un ancestro común. Erasmus Darwin, abuelo de Charles Darwin, en su libro Zoonomia, especula sobre la transmutación de las especies vivientes, pero no desarrolla en detalles una teoría evolutiva. • LAMARCK El gran naturalista francés Jean−Baptiste de Monet, caballero de Lamarck, aceptaba la perspectiva iluminista de su tiempo, es decir, que los organismos vivientes representan una progresión creciente de avance, con los humanos en la cumbre del proceso. A partir de esto, Lamarck propone en los primeros años del siglo XIX una teoría de la evolución biológica, la primera que es detallada, extensa y consistente, aunque tiempo después se demostró que era errónea. Según Lamarck, los organismos evolucionan necesariamente a través del tiempo en un proceso que pasa de manera continua, de formas más simples a otras más complejas. El proceso se repite sin cesar, de manera que los gusanos de hoy tendrán en eras posteriores como descendientes a seres humanos, igual que los humanos de hoy descienden de gusanos del pasado. Lamarck propone que se dan modificaciones en los organismos en tanto que estos se adaptan a su ambiente debido al cambio de sus hábitos. El uso de un miembro o un órgano lo refuerza, y el desuso de los mismos conduce a su eliminación gradual. Esta idea llamada herencia de caracteres adquiridos, fue rechazada en el siglo XX. Contribuyó de manera importante a la gradual aceptación de la evolución biológica. • DARWIN El fundador de la teoría moderna de la evolución es Charles Darwin. El 27 de Diciembre de 1831 Darwin zarpó como naturalista del HMS Beagle para realizar un viaje alrededor del mundo, que duró hasta octubre de 1836. El descubrimiento en Argentina de huesos fósiles de grandes mamíferos extintos, y la observación de numerosas especies de pinzones en las Islas de los Galápagos, se incluyen entre los sucesos que llevaron a Darwin a interesarse en como se originan las especies. En 1859 publicó el origen de las especies, un tratado que expone la teoría de la evolución y el papel de la selección natural en determinar su curso y explicar el diseño de los organismos. 4 Darwin es considerado como un gran científico y como un revolucionario intelectual. Darwin completa la revolución copernicana que empezó en los siglos XVI y XVII con los descubrimientos de Copérnico, Galileo y Newton que marcan los principios de la ciencia moderna. Los descubrimientos en astronomía y física de estos grandes científicos, trastocaron las concepciones tradicionales sobre el Universo. El significado global de estos descubrimientos no es simplemente cambiar ciertas concepciones particulares, tales como la noción de que la Tierra es el centro del Universo. Más importante es que estos descubrimientos llevan a la concepción de que el Universo es un sistema de materia en movimiento gobernado por leyes inmanentes. El funcionamiento del Universo deja de ser atribuido a la inefable voluntad del Creador y pasa al dominio de la ciencia. • LA REVOLUCIÓN DARWINIANA Darwin demostró que los organismos evolucionan; que los seres vivientes, incluyendo al hombre, descienden de antepasados muy diferentes de ellos; que las especies están relacionadas entre sí porque tienen antepasados comunes. Pero más importante que la evidencia de la evolución, es el hecho de que Darwin proporcionara una explicación causal del origen de los organismos que constituye la teoría de la selección natural. Con ella Darwin extiende al mundo orgánico el concepto de naturaleza derivado de la astronomía, la física y la geología; la noción de que los fenómenos naturales pueden ser explicados como consecuencia de leyes inmanentes, sin necesidad de postular agentes sobrenaturales. Antes de Darwin, las adaptaciones y diversidad de los organismos se aceptaban como hechos sin explicación científica, eran atribuidas a la sabiduría omnisciente del Creador. Darwin acepta la premisa que dice: los organismos están adaptados para vivir en sus ambientes y tienen órganos específicamente diseñados para llevar a cabo ciertas funciones. Acepta la organización funcional de los seres vivos, pero pasa a dar una explicación natural de tal organización. Con ello reduce al dominio de la ciencia los únicos fenómenos naturales que todavía quedaban fuera de ella: la existencia y la organización de los seres vivos. • MENDEL Y LA GENÉTICA La dificultad más seria con la que se enfrentaba el darwinismo era la carencia de una teoría sobre la herencia que pudiera explicar la persistencia, de generación en generación de las variaciones sobre las que actúa la selección natural. El eslabón que faltaba para completar la cadena del argumento darwiniano era la genética mendeliana. Durante la década de los años sesenta, del siglo XIX, cuando el impacto de la teoría de Darwin comenzaba a notarse en varios países, el monje agustino Gregor Mendel llevaba a cabo experimentos con guisantes en el jardín de su monasterio en Brünn, Austria−Hungría. El artículo de Mendel, un ejemplo magistral de método científico, publicado en 1866 en los Proceedings de la Sociedad de Historia Natural de Brünn, formula los principios fundamentales de la teoría de la herencia, que aún hoy es vigente. La teoría da cuenta de la herencia biológica a través de pares de factores ("genes"), heredados cada uno de un progenitor, que no se mezclan sino que se separan ("segregan") el uno del otro en la formación de las células sexuales o gametos. El darwinismo, en la última parte del siglo XIX, se enfrentaba con una teoría alternativa conocida como neolamarckismo, que compartía con la de Lamarck la importancia del uso y del desuso en el desarrollo y en la atrofia de los órganos. Entre los defensores de la selección natural, durante la segunda mitad del siglo XIX, destaca el biólogo 5 alemán August Weismann. Durante la década de los años ochenta, publicó su teoría del germoplasma. Weismann distinguía dos componentes en cada organismo: el soma, que comprende las principales partes del cuerpo y sus órganos, y el germoplasma, que contiene las células que dan origen a los gametos, y por tanto a la descendencia. Afirma que la herencia de caracteres adquiridos es imposible. Después de esto se abrió el camino triunfal para la selección natural como el único proceso que puede dar cuenta de las adaptaciones biológicas. Las ideas de Weismann, fueron conocidas como el neodarwinismo. • LA TEORÍA SINTÉTICA El redescubrimiento en 1900 de la teoría mendeliana de la herencia llevó a poner énfasis en el papel de la herencia en la evolución. Hugo de Vries, propuso una teoría de la evolución, el mutacionismo, que elimina a la selección natural como el proceso principal de la evolución. De Vries dice que hay dos tipos de variaciones en los organismos: un tipo consiste en la variación ordinaria observada entre los individuos de una especie, por ejemplo la variación del color de los ojos. El otro tipo consiste en las variaciones que surgen por mutación genética, que son alteraciones espontáneas de los genes que ocasionan grandes modificaciones de los organismos y que pueden dar origen a nuevas especies. El mutacionismo para explicar el origen de las especies, fue rechazado por muchos naturalistas contemporáneos y biometristas. Según los cuales, la selección natural es la causa principal de evolución, a través de los efectos acumulativos de variaciones pequeñas y continuas, tales como las que se observan entre individuos normales, con respecto al tamaño, la fecundidad, etc. Estas variaciones se denominan métricas o cuantitativas, porque se pueden medir, y no son cualitativas, como las que distinguen las diversas razas de perros y gatos. Mutacionistas y biometristas se enzarzaron en una agria polémica centrada en la cuestión de si las especies aparecen de forma repentina por mutaciones importantes, o de manera gradual por acumulación de variaciones pequeñas. A principios de siglo, se creía frecuentemente que las variaciones cuantitativas observadas entre individuos no obedecen a las leyes mendelianas de la herencia. Los mutacionistas sacan en claro que la herencia de variaciones cuantitativas era necesariamente "mezclada". Y los biometristas, por el contrario, decían que el tipo de mutaciones cualitativas que obedecen a las leyes mendelianas, son anormalidades. La resolución de la controversia entre mutacionistas y biometristas, tuvo lugar entre las décadas de los años veinte y los años treinta. Dobzhansky publicó "La genética y el origen de las especies", y da cuenta del proceso evolutivo en términos genéticos. La genética y el origen de las especies, puede ser considerada la contribución más importante a la formulación de lo que se conoce como la teoría sintética o la teoría moderna de la evolución, que integra la selección natural darwiniana y la genética mendeliana. En 1950 la aceptación de la teoría de Darwin de la evolución por selección natural ya era universal entre los biólogos, la teoría sintética era aceptada como correcta, y las controversias se limitaban a cuestiones de detalle. • LA EVOLUCIÓN MOLECULAR Y OTROS AVANCES RECIENTES Durante los últimos años los avances más importantes en la teoría de la evolución provienen de la biología molecular. En 1935, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, el material hereditario contenido en los cromosomas del núcleo celular. La información genética está contenida en la secuencia de los cuatro tipos de nucleótidos de que se compone el ADN. Esta información determina la secuencia de aminoácidos en las proteínas, incluyendo las enzimas responsables de los procesos vitales de los organismos. La información genética contenida en el ADN puede entonces ser investigada examinando el propio ADN o las secuencias de aminoácidos en las proteínas. Durante las décadas de los setenta y los ochenta la acumulación de datos sobre la evolución molecular, ha 6 llevado a la conclusión de que el reloj molecular no es exacto. Aun cuando sea sólo un reloj impreciso, el análisis de la evolución del ADN y de las proteínas, se ha convertido en el mejor método para reconstruir la historia, aun la más remota, de los linajes de los seres vivientes. En los últimos años las técnicas de clonación y secuenciación del ADN, han brindado un medio nuevo y más poderoso de investigar la evolución en el ámbito molecular. • EL HECHO DE LA EVOLUCIÓN • DARWIN Y LA EVOLUCIÓN Durante su viaje, Darwin se convenció de la evolución de los organismos. A su vuelta siguió investigando y descubriendo cada vez más pruebas de la evolución de los organismos. Las pruebas acumuladas a favor de la evolución por las disciplinas biológicas como la paleontología, anatomía, etc., han seguido aumentando con el avance científico, llegando a ser aplastantes. Además, disciplinas biológicas nuevas como la genética, la bioquímica, la fisiología y la ecología han proporcionado poderosas evidencias adicionales. • EL REGISTRO FÓSIL Los paleontólogos han descubierto y estudiado durante décadas los restos fósiles de miles de organismos que vivieron en el pasado. El registro fósil nos muestra que muchos tipos de organismos extintos fueron muy diferentes de los actuales. Cuando un organismo muere, sus restos son rápidamente destruidos, descompuestos por el clima y por las bacterias. Algunas veces, el organismo, o algunas de sus partes, se petrifican y preservan de forma indefinida, en asociación con rocas en las que están incrustados. El registro fósil es muy incompleto. De la pequeña proporción de organismos que llegan a preservarse como fósiles, sólo una pequeña fracción ha sido descubierta, y aún menor es el número de ejemplares estudiados por los paleontólogos. En la época de Darwin no se conocían fósiles de animales intermedios entre los simios y los hombres. Los críticos de Darwin dedujeron como consecuencia natural que la evolución desde un antepasado parecido a los simios modernos hasta el hombre requiere que hayan existido organismos intermedios entre ambos. La ausencia de un eslabón intermedio en la cadena de simio a hombre servía a los críticos como grito de guerra. El "eslabón perdido" fue eventualmente encontrado, y no sólo uno, sino muchos restos fósiles pertenecientes a especies intermedias entre los simios y los humanos: 1. − Australopithecus, vivió hace cuatro millones de años. Con postura erecta. Capacidad craneana de menos de 300 c.c. 2. − Homo habilis, vivió hace un millón y medio o dos millones de años. Capacidad craneana de 600 c.c. 3.− Homo erectus, vivió entre medio millón y un millón de años. Capacidad craneana entre 800 y 1100 c.c. • BIOGEOGRAFÍA Una de las observaciones que contribuyó bastante a convencer a Darwin del hacho de la evolución es la 7 distribución geográfica de plantas y animales. La inusual diversidad de especies en algunos archipiélagos se explica con facilidad como consecuencia de la evolución. Las islas de Hawai o las de los Galápagos se encuentran extremadamente alejadas de continentes y de otros archipiélagos, por lo que muy pocos colonizadores, plantas o animales, pudieron llegar a lugares tan aislados. Pero las especies que llegaron encontraron muchos nichos ecológicos desocupados, es decir, sin especies competidoras o depredadoras que limitaran su multiplicación. En respuesta a tal situación ecológica, las especies se diversificaron con rapidez. Este proceso de diversificación de especies que ocupan nichos ecológicos preexistentes, se conoce como radiación adaptativa. • BIOLOGIA MOLECULAR La biología molecular es una disciplina reciente, desarrollada durante la segunda mitad del siglo XX a partir del descubrimiento de la estructura del ADN (1953) por James Watson y Francis Crick. El ADN y las proteínas retienen información detallada sobre los ancestros de un organismo. Esta información hace posible reconstruir eventos evolutivos que antes eran desconocidos. La información genética está cifrada en el ADN, que a su vez se encuentra compuesto por secuencias variables de los mismos cuatro nucleótidos. Todas las proteínas son sintetizadas a partir de veinte aminoácidos. El código genético que regula la traducción de la información cifrada en el ADN nuclear en proteínas, es siempre la misma. • LA EVOLUCIÓN COMO PROCESO GENÉTICO • EL CONCEPTO DE SELECCIÓN NATURAL El argumento central de Darwin para formular la teoría de la evolución parte de la existencia de variaciones hereditarias. Las variaciones favorables son las que incrementan su probabilidad de supervivencia y procreación. Tales variaciones serán entonces preservadas y multiplicadas de generación en generación, a expensas de las menos ventajosas, precisamente porque sus portadores sobreviven y se multiplican con más eficacia. Este proceso de multiplicación de variaciones ventajosas, a costa de que las que no lo son, es lo que Darwin llama selección natural. Otro resultado importante de la selección natural es la evolución. A medida que van apareciendo variaciones más útiles que las anteriores, irán reemplazándose éstas, y como consecuencia de ello, los organismos cambiarán de forma gradual e su apariencia y configuración. La selección natural puede ser definida como un proceso de reproducción diferencial. La selección natural se cuantifica, mediante una medida denominada eficacia biológica o adecuación darwiniana. La eficacia biológica es la probabilidad relativa de que una característica hereditaria se reproduzca, esto es, el grado de adecuación como una medida de la eficacia reproductiva. • DOS EPISODIOS EN LA EVOLUCIÓN La evolución biológica es e proceso de cambio y diversificación de los organismos en el tiempo y afecta a todos los aspectos de su vida, tales como la morfología, fisiología, comportamiento y ecología. La evolución puede ser considerada como un proceso con dos episodios: el primero abarca el origen de la variación hereditaria; el segundo se refiere a la selección natural, según la cual unas variantes genéticas se multiplican en los descendientes de forma más eficaz que otras, de manera que las primeras se difunden entre 8 los descendientes, mientras que las variantes desventajosas, desaparecen. El origen de la variación hereditaria incluye, a su vez, dos mecanismos: 1.− El proceso propiamente de la mutación, por el cual una variante genética aparece a partir de otra. 2.− El proceso sexual que recombina esas variantes en las células sexuales, dando lugar a una infinidad de combinaciones entre ellas. • EL ACERVO GENÉTICO El acervo genético es la suma de todos los genes y las combinaciones de genes que existen en un grupo de organismos de la misma especie. El acervo genético puede ser descrito de forma exhaustiva, simplemente determinando las frecuencias de cada una de las constituciones genéticas diferentes que existen en una población o especie. Las diferentes formas en que un gen dado puede existir, se llaman alelos. • VARIACIÓN GENÉTICA Y RITMO DE EVOLUCIÓN La posibilidad de que se observe evolución es mayor en la medida en que exista mayor variación genética en una población. Cuantos más genes sean variables y cuantos más alelos haya de cada gen, mayor será la probabilidad de que alguno de ellos aumente su frecuencia a costa de otros alelos. El genético británico Fisher, demostró matemáticamente que existe una correspondencia directa entre la cantidad de variación genética y el ritmo de evolución causado por la selección natural. • LA MUTACIÓN, ORIGEN DE LA VARIACIÓN • DIVERSIDAD DE ESPECIES La vida se originó hace algo más de 3500 millones de años en forma de organismos primordiales, que eran microscópicos y relativamente simples, y todos los seres vivos han evolucionado a partir de esos humildes principios. En el presente se conocen más de dos millones de especies que difieren entre sí en el tamaño, la forma y el estilo de vida, así como en la composición del ADN que contiene la información genética. El proceso por el que se originan nuevas variantes hereditarias se conoce con el nombre genérico de mutación. La herencia es un proceso conservador. La información codificada en la secuencia de nucleótidos del ADN es reproducida fielmente durante la replicación, así que cada replicación, produce dos moléculas de ADN que son idénticas una a otra y a la molécula parental. Pero si la herencia fuera un proceso completamente fidedigno, la evolución no podría suceder, porque no existiría la variación necesaria para que tenga lugar la selección natural. Durante la replicación del ADN ocurren errores ocasionales, o mutaciones, de manera que las células hijas difieren de las parentales en la secuencia de los nucleótidos o en el número de ellos en el ADN. Una mutación dada aparece primero en una sola célula de un organismo, pero es transmitida a todas las descendientes. Las mutaciones pueden ser clasificadas en dos categorías: • mutaciones puntuales o génicas, que afectan sólo a uno o a unos pocos nucleótidos en un gen. • mutaciones cromosómicas, que afectan a muchos nucleótidos y pueden cambiar el número de los genes, su 9 organización en un cromosoma dado, y también el número de cromosomas. • MUTACIONES GÉNICAS Una mutación génica tiene lugar cuando la secuencia de nucleótidos del ADN, es alterada, de manera que la secuencia transmitida a la descendencia es diferente de la parental. El cambio puede deberse a la sustitución de uno o unos pocos nucleótidos por otro u otros, o a la inserción o deleción de uno o varios nucleótidos. El ADN consta de largas cadenas de cuatro nucleótidos, representados por las letras A,C,G y T (que simbolizan respectivamente adenina, citosina, guanina y timina, las cuatro bases nitrogenadas que distinguen los cuatro tipos de nucleótidos). Un gen consta de varios cientos de nucleótidos; cada tres nucleótidos consecutivos, llamados un codón, codifican un aminoácido. La secuencia de codones determina la secuencia de aminoácidos que constituyen una proteína particular. La secuencia nucleotídica en el ADN, es primero transcrita en una molécula de ARN mensajero. La secuencia de nucleótidos en el ARN mensajero refleja fielmente la secuencia del ADN que determina la secuencia de aminoácidos en la proteína resultante. • EFECTOS DE LAS MUTACIONES La sustitución de un nucleótido en el ADN que produce un cambio de aminoácido en la proteína correspondiente puede pasar desapercibida, pero también provocar alteraciones importantes de la función biológica de la proteína. A menudo los efectos mortíferos de una mutación dependen de condiciones ambientales particulares, por ejemplo, en las moscas drosófilas, hay una clase de mutantes conocidos como temperatura−sensitivos. A temperaturas de 20º a 25º, que son normales para éstas moscas, las moscas que carecen del gen normal, sobreviven, y se reproducen sin dificultades. Pero a temperaturas de 28º tales moscas se paralizan y mueren, mientras que las que tiene el gen normal funcionan bien. • MUTACIONES CROMOSÓMICAS El ADN está contenido en los cromosomas, que son estructuras microscópicas alargadas que existen en el núcleo de las células. Los cromosomas se presentan en pares, con un miembro de cada par heredado del padre y otro de la madre. Los dos cromosomas de cada par, se llaman cromosomas homólogos. Cada célula de un organismo y todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de cromosomas. Las células reproductivas (gametos) son una excepción, puesto que sólo tienen la mitad de cromosomas que el resto de las células del cuerpo. Las mutaciones cromosómicas pueden afectar al número de cromosomas o a su estructura y a su configuración. • EVOLUCIÓN DEL TAMAÑO DEL GENOMA Las duplicaciones y las pérdidas de un segmento cromosómico aumentan o disminuyen la cantidad de ADN del organismo, un proceso que a lo largo de la evolución puede tener consecuencias importantes. Las pérdidas de un segmento cromosómico son frecuentemente letales, al menos en homocigotos, debido a que faltan genes esenciales para los organismos. Estas pérdidas de segmentos cromosómicos pueden no ser letales debido a que faltan genes esenciales para los organismos. Las pérdidas pueden no ser letales si los 10 genes perdidos se han duplicado previamente y su función todavía puede ser llevada a cabo por los genes restantes, o cuando los genes perdidos ya no son esenciales para el organismo. Hay pruebas de que en la evolución se dan con frecuencia las pérdidas de segmentos y duplicaciones cromosómicas, que reducen o aumentan la cantidad global de ADN de un organismo. • EVOLUCIÓN DE GENES DUPLICADOS Frecuentemente las duplicaciones de los segmentos cromosómicos comprenden sólo uno o unos pocos genes. Como se ha descubierto en años recientes, muchas secuencias de ADN se han originado por duplicación, en algunos casos por divergencia evolutiva de las secuencias duplicadas. Las secuencias de ADN reconocibles como duplicadas se pueden clasificar en tres clases generales: 1.− Duplicación de un único gen seguida por la evolución divergente de los genes duplicados para realizar diferentes funciones. 2.− Genes que existen en varias copias dentro de cada genoma, pero que en muchos casos permanecen esencialmente idénticos uno a otro en la secuencia y la función del ADN. La presencia de varias copias de un único gen permite al organismo obtener grandes cantidades de producto génico en un corto período de tiempo. 3.− En algunos organismos cortas secuencias de ADN están repetidas muchas veces, desde un millar hasta más de un millón, aunque no todas las copias son siempre idénticas. La segunda clase de secuencias duplicadas de ADN, son genes repetidos en cada genoma, desde unas pocas veces a varios cientos, siendo todas las copias exactamente iguales, o casi por lo que transcriben idénticas secuencias de ARN. Esta clase incluye a los genes que codifican para el ARN ribosómico y el ARN transferente, y a los genes que codifican para proteínas histónicas y para anticuerpos. Los ribosomas son orgánulos implicados en la síntesis de las proteínas y constan de tres clases de ARN ribosómico (ARNr), y de casi cien proteínas diferentes. Las moléculas de ARN transferente (ARNt) son las que conducen los aminoácidos a los ribosomas, donde tiene lugar la síntesis de proteínas siguiendo las instrucciones codificadas en las moléculas del ARN mensajero (ARNm). • SELECCIÓN NATURAL • EL PROCESO NATURAL DE SELECCIÓN La selección natural fue introducida por Darwin para referirse al proceso por el cual individuos que tienen características hereditarias ventajosas, dejan mas descendientes que los que carecen de ellas, de lo que se deduce que tales características aumentan en frecuencia en los descendientes a costa de las características perjudiciales. El concepto moderno de selección natural es fundamentalmente el mismo de Darwin, pero formulado con más detalle y precisión. El proceso se describe hoy día en términos genéticos, como la reproducción diferencial de alelos o genotipos que favorecen la adaptación al ambiente de sus portadores. Además, se ha desarrollado una teoría matemática que permite medir la selección, especificar las condiciones importantes en casos particulares, y predecir el resultado del proceso. Lo que cuenta finalmente es el número de descendientes, por lo cual es posible describir el proceso simplemente en términos de eficacia reproductora. 11 ¿Cuáles son los genes que favorecen la eficacia reproductiva? Precisamente aquellos que son útiles como adaptaciones; es decir, aquellos que facilitan la percepción del ambiente (como los sentidos corporales), conseguir y procesar alimentos, tolerar la temperatura, evitar depredadores y muchas otras características que se conocen con el nombre general de adaptaciones a las circunstancias en que el organismo vive. Es precisamente como consecuencia de la selección natural, por lo que los seres vivos son organismos, es decir, están bien organizados, constan de partes muy integradas entre sí y que pueden llevar a cabo las funciones apropiadas para el estilo de vida del organismo. El proceso de selección natural continúa de forma indefinida, puesto que sólo requiere que existan variantes hereditarias que afecten la eficacia reproductora de los organismos. Tales variantes aparecen por mutación, si es que no están presentes en la especie. El proceso es facilitado por el hecho de que los ambientes en que viven los organismos están siempre cambiando. El entorno biológico de una especie cambia sin cesar, puesto que las especies que constituyen ese entorno están evolucionando a su vez. El proceso de evolución por selección natural implica una retroalimentación (feedback) que resulta en su continuación indefinida. La mutación, la migración y la deriva genética son procesos aleatorios con respecto a la adaptación: ocurren independientemente de las consecuencias de dichos cambios. Si esos fueran los únicos procesos de cambio evolutivo, la organización de los seres vivos se desintegraría de forma gradual. La selección natural da cuenta no sólo de la preservación y el mejoramiento de la organización de los seres vivos, sino también de su diversidad. • EFICACIA BIOLÓGICA Los efectos de la selección natural pueden medirse. El parámetro usado para medir los efectos de la selección natural es, la eficacia biológica, o simplemente "eficacia" (fitness) o "adecuación". La eficacia puede ser expresada como un valor absoluto o como uno relativo. • ADAPTACIÓN Y SELECCIÓN La selección natural aumenta la frecuencia de los genotipos que tienen mayor eficacia biológica. Se trata de una cuestión de definición. Los genotipos que se reproducen en promedio más eficazmente, se dice que tienen una eficacia biológica superior. Tales genotipos, incrementarán su frecuencia a través de las generaciones. Pero la teoría de la evolución sostiene, además, que eficacia biológica y adaptación están correlacionadas, es decir, que, por regla general, los genotipos con eficacia biológica superior también proporcionan adaptaciones útiles a sus portadores. Una adaptación es algo que resulta útil, que sirve para alguna función, tal como las alas para volar, los ojos para ver y los riñones para regular la composición de la sangre. Por tanto, "eficacia" no es lo mismo que "adaptación". Esto puede confirmarse demostrando que valor adaptativo y adaptación no siempre van unidos. • LAS ESPECIES • EVOLUCIÓN Y CREACIÓN La explicación tradicional del origen de las especies es que fueron creadas por Dios, de la misma manera que el de la tierra, los planetas y las estrellas. La noción de "creación" en estos casos puede entenderse en dos sentidos distintos, que pueden llamarse creación general y creación especial. La noción de "creación general" atribuye a Dios el origen del universo y todo lo que en él existe a partir de la nada. Esta noción de creación a partir de la nada no es científica, sino metafísica o religiosa. 12 La noción de "creación especial" atribuye a Dios no sólo el origen del universo en general, sino también el de entidades particulares en su forma actual, sea la creación de especies, como el gato, o el hombre, o de los cuerpos celestes, como la Tierra o el Sol. La creación especial atribuye también al Creador, la configuración y las propiedades de estos seres, tales como los ojos del gato, o los mares y las montañas de la tierra. La atribución a Dios del origen especial de las realidades del universo es un residuo de culturas precientíficas. El origen de los planetas, así como el de las especies, son asuntos que se pueden investigar científicamente, puesto que no se trata de creación de la nada, sino de la transformación de la realidad material del universo. • DEFINICIÓN DE ESPECIE Es evidente que aunque las especies son identificadas por su apariencia, hay algo que es fundamental y de gran significado biológico subyacente a la similitud de apariencia: los individuos de una especie son capaces de cruzarse entre sí, pero no pueden entrecruzarse con individuos de otras especies. Esta noción está expresada en la siguiente definición: "las especies constan de grupos de individuos que son capaces de cruzarse entre sí, pero no con individuos pertenecientes a otros grupos." • CRONOESPECIES Y ESPECIES CLONALES A nuestros ancestros de hace 500.000 años (alrededor de 20.000 generaciones) se les califica en la especie "Homo erectus", y a los humanos actuales en una especie diferente, "Homo sapiens". No hay un momento preciso en el que "Homo erectus" se convierta en "Homo sapiens", aunque no se sigue de ello que lo razonable sea clasificar dentro de la misma especie a los antepasados y a sus descendientes. Las diferencias entre individuos de dos generaciones consecutivas son muy pequeñas, pero las diferencias se van acumulando a lo largo de las generaciones y llegan a ser importantes cuando se comparan individuos separados por muchas generaciones. A pesar de que la transformación de una especie en otra es un proceso gradual, resulta conveniente reconocer las diferencias morfológicas importantes que existen entre los humanos actuales y sus antepasados remotos, clasificándolos en especies diferentes. Son considerados miembros de especies diferentes, aquellos organismos de distintas épocas que difieren morfológicamente entre sí tanto como difieren organismos contemporáneos clasificados en especies distintas. Los evolucionistas llaman "cronoespecies" a especies que tienen nombres distintos, pero que son una descendiente de la otra. La definición dada de especie, se aplica propiamente sólo a organismos de reproducción sexual, puesto que utiliza como criterio la posibilidad o no de entrecruzamiento. Pero existen muchos tipos de organismos cuya reproducción es clonal, es decir, que procrean no por entrecruzamiento sexual, sino por fisión de un individuo en dos. • EL CRITERIO DE ESPECIACIÓN El origen de una nueva especie implica la evolución de mecanismos o barreras biológicas que impiden el entrecruzamiento con individuos de especies diferentes. Las propiedades biológicas que impiden el entrecruzamiento, se llaman "mecanismos de aislamiento reproductivo" (MAR). La separación geográfica impide el entrecruzamiento, pero no por razones biológicas y, por ello, no es un MAR. Encinas en islas diferentes, truchas en ríos separados, o ardillas en diferentes cordilleras no se pueden entrecruzar de hecho, pero sí, si ello se debe sólo a su separación física, no son especies diferentes. Los mecanismos de aislamiento reproductivo, se pueden clasificar en dos grupos: 13 1.− PRECIGÓTICOS. Aquellos que impiden la fecundación del óvulo (el cigoto es el óvulo fecundado, del que se desarrolla el individuo). Los MAR precigóticos pueden ser ecológicos, estacionales, conductuales, mecánicos y gaméticos. 2.−POSTCIGÓTICOS. Los que actúan después de la fecundación, es decir, que interfieren con el desarrollo del individuo o lo hacen estéril, de manera que no pueden dejar descendientes. Los MAR postcigóticos son la inviabilidad y la esterilidad de los híbridos. • AISLAMIENTO ECOLÓGICO Aunque las especies son virtualmente indistinguibles por su morfología, están reproductivamente aisladas, en parte debido a su preferencia por diferentes hábitats. • AISLAMIENTO CONDUCTUAL La atracción entre machos y hembras es necesaria para que se produzca la unión sexual. En la mayoría de las especies animales los miembros de los sexos deben buscar a los del otro para aparearse. • AISLAMIENTO MECÁNICO La copula es a veces imposible entre individuos de especies diferentes, porque, en caso de los animales, el tamaño o la configuración de sus genitales los hace incompatibles, o en el de las plantas, porque variaciones en la estructura floral impiden la polinización. • EL ORIGEN DE LAS ESPECIES • TEORÍAS DE LA ESPECIACIÓN Una especie esta formada por grupos de organismos que están reproductivamente aislados de individuos de otras especies. Se han propuesto dos teorías de especiación, que llamaremos la teoría incidental y la teoría selectiva. La "teoría incidental" considera el aislamiento reproductivo como un subproducto incidental de la divergencia genética. La "teoría selectiva" considera el aislamiento reproductivo como un producto directo de la selección. • MODELO GENERAL DE ESPECIACIÓN Las dos teorías anteriores de la especiación no son necesariamente incompatibles, sino que pueden integrarse en una teoría más general, que considera a las dos teorías como parciales y enfocadas cada una en único aspecto del problema, o como teorías que se aplican a circunstancias particulares. En el caso, por ejemplo, de las moscas drosóphilas en Hawai, encontramos numerosas especies, todas ellas distintas de las de Sudamérica continental. El aislamiento reproductivo es completo como resultado de la divergencia genética gradual a través de muchísimas generaciones. • ESPECIACIÓN GEOGRÁFICA El patrón más común de especiación se conoce como especiación geográfica o especiación alopátrica (del griego "alo", diferente y "patria", territorio propio). 14 La primera etapa se inicia como el resultado de la separación geográfica entre poblaciones. Esto puede ocurrir cuando aparecen individuos que colonizan un nuevo hábitat, como una isla, un lago, un valle aislado o una cordillera. Si la separación geográfica continúa por algún tiempo, aparecerán movimientos de aislamiento reproductivo postcigóticos, como resultado de la divergencia genética entre las dos poblaciones. La segunda etapa comienza cuando se presenta la oportunidad para el entrecruzamiento, debido a cambios topográficos que restablecen la continuidad entre los territorios previamente separados. • ESPECIACIÓN CUÁNTICA Existen circunstancias en las que la especiación es muy corta o está eliminada. Estos casos son conocidos como especiación rápida, cuántica o saltacional. A menudo la especiación cuántica en animales se inicia también con mutaciones, en particular en grupos como topos y otros roedores que viven en nidos subterráneos o que tienen poca movilidad. La especiación cuántica puede también iniciarse debido a mutaciones en uno o unos pocos genes. • EVOLUCIÓN MOLECULAR • MOLÉCULAS QUE HABLAN El idioma genético es el ADN. Los nucleótidos son los elementos del alfabeto genético. El lenguaje genético se distingue de los idiomas en que las letras no son nucleótidos únicos, sino combinaciones de tres de ellos. En este sentido, el lenguaje genético se parece más al lenguaje morse, en el que cada letra está expresada por una combinación particular de dos símbolos diferentes, punto y raya. En el ADN hay cuatro clases de nucleótidos, representados por las letras A, C, G y T, y por tanto, sesenta y cuatro combinaciones distintas de tres de ellos. Estas sesenta y cuatro combinaciones o tripletes forman las veinte letras del alfabeto genético y los dos signos de puntuación, que indican dónde comienza y dónde termina el mensaje. Aunque los sesenta y cuatro tripletes de nucleótidos son más de los necesarios para expresar las veinte letras, todos tienen sentido, pero son redundantes, es decir, ciertos tripletes son sinónimos. Por ejemplo, los tripletes CAA y CAG son sinónimos, ambos codifican para el mismo aminoácido. • TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN Además de los dos signos de puntuación que señalan dónde comienza y dónde termina un mensaje, el idioma genético, al igual que el semántico, tiene otros signos de puntuación con un papel análogo. Sin embargo, varios de estos signos de puntuación constan de combinaciones de más de tres nucleótidos. Una diferencia notable concierne al modo de expresión o de comunicación, que en el idioma genético requiere dos pasos fundamentales. El primer paso es la transcripción de los elementos del ADN en los del ARNm. El ácido ribonucleico, o ARN, está compuesto como el ADN, de cuatro tipos de nucleótidos, tres representados igualmente por A, C, G y el cuarto por U. La secuencia de letras en el ARN mensajero, es complementaria a la del ADN, excepto por la sustitución de T por U. El segundo paso es la traducción del mensaje al idioma de las proteínas, moléculas constituidas por cadenas de veinte tipos de aminoácidos, cada uno de los cuales corresponde a los tripletes del ARNm. El "diccionario" con arreglo al cual el mensaje del ARN se traduce al idioma proteico se llama código genético. 15 Además, una clase importante de proteínas, las enzimas, son responsables de las reacciones químicas que constituyen los procesos vitales, incluyendo la síntesis de los materiales de los que se componen los organismos. DISERTACIÓN SOBRE EL LIBRO En el libro se plantean algunas preguntas como: "¿de dónde nos viene el sentido moral?" o "¿cómo surge el sentido moral en la evolución?". Las respuestas a estas preguntas las encontramos en el interior del libro. INTRODUCCIÓN La pregunta de cómo surge el sentido moral y de dónde nos viene, plantea una serie de dudas acerca de nuestro origen, es decir, dudas filosóficas existenciales. DESARROLLO Hacemos juicios morales porque tenemos atributos que anticipan las consecuencias de las acciones, hacen juicios de valor y practican el libre albedrío. Surge a partir del desplazamiento de nuestros antepasados de la selva a la estepa, lo que conllevó todo tipo de evoluciones, desde la postura bípeda que dejó libre las manos, y desarrolló la inteligencia, hasta el desarrollo de la moral. Según dice el autor, "lo humano, lo que nos distingue de otros seres vivientes y del resto del universo, sólo puede ser entendido como producto de la evolución". Esta es la premisa fundamental de una obra cuya intención es poner al alcance de todos los lectores la explicación y la historia de una teoría apasionante: la evolución. Un proceso que resulta inteligible sin necesidad de haber estudiado biología y sin conocimientos especializados. Uno de nuestros más prestigiosos investigadores, el autor de este libro, Francisco J. Ayala, con tres décadas de reconocida labor científica en Estados Unidos, expone en un lenguaje claro y con gran lucidez las ideas germinadas a lo largo de este tiempo sobre la evolución y la genética: la revolución darwiniana, el origen de las especies, los efectos de las mutaciones, el reloj molecular, la selección natural, etc. Porque sólo si entendemos lo que somos en relación con nuestros antecedentes, seremos capaces, como especie, de resolver los conflictos radicales que afligen a la humanidad moderna, así como explorar y modelar el futuro que nos espera. CONCLUSIÓN Como se puede observar, el sentido moral nos viene dado por la evolución del hombre de hoy en día hacia lo que es. Esta evolución conlleva unos argumentos difíciles de tratar en poco espacio, así, que será el momento de emplazar esto hasta un nuevo libro sobre la evolución en el cual podamos observarlo con más claridad. 30 1 16