Evidencias de la evolución

Los fósiles ofrecen evidencias del cambio evolutivo al paso del tiempo.

Los fósiles son “todo resto o evidencia de la existencia de un organismo que vivió en épocas geológicas pasadas, que da una idea de la naturaleza de alguna de sus partes o su totalidad, y con una antigüedad mayor a 5000 años”. Si es cierto que muchos de ellos son restos de especies ancestrales de las especies modernas, cabe esperar el descubrimiento de series progresivas de fósiles que partan de un organismo antiguo, pasen por varias etapas intermedias y culminen en una especie moderna. De hecho, esas series progresivas se han encontrado. Por ejemplo, los fósiles de los antepasados de las ballenas modernas ilustran las etapas en la evolución de una especie acuática a partir de ancestros terrestres

Si se observa la imagen arriba colocada, se puede observar la evolución de la ballena. Durante los últimos 50 millones de años, el paso de ser animales terrestres de 4 patas, a remadores semiacuáticos, a nadadores acuáticos con patas traseras encogidas, hasta los habitantes del océano con cuerpos lisos de la actualidad.

Otra forma de explicar el origen de la ballena lo podemos encontrar en la nota del Diario Clarín sobre éste hallazgo argentino y en el siguiente video

Series de fósiles pertenecientes a jirafas, elefantes, caballos y moluscos también muestran la evolución de sus estructuras corporales con el transcurso del tiempo. Estas series de fósiles sugieren que las nuevas especies evolucionaron a partir de especies previas y tomaron su lugar.

Los fósiles son una sólida evidencia de que los organismos actuales no fueron creados todos de una vez, sino que surgieron con el transcurso del tiempo por el proceso de evolución. Si todas las especies se hubieran creado simultáneamente, no se encontraría  (a) los primeros trilobites en capas de rocas más antiguas que (b) los primeros helechos con semillas, los que a  su vez no se encontrarían en capas más antiguas que (c) los dinosaurios, como el Allosaurus. Los trilobites aparecieron hace 380 millones de años y los dinosaurios hace aproximadamente 230 millones de años. 

Tipos de fósiles 

En publicaciones anteriores se explicaron los distintos tipos de fósiles, por ellos sugiero consultar: 

• La paleontología y los fósiles 
• Estudio de las huellas fósiles 

La anatomía comparada ofrece evidencias de la descendencia con modificaciones

Los fósiles brindan fotografías instantáneas del pasado, que permiten a los biólogos seguir el rastro de los cambios evolutivos, pero el examen meticuloso de los organismos actuales también ayuda a descubrir evidencias de la evolución. La comparación de los cuerpos de organismos de diferentes especies puede revelar semejanzas que sólo se explican mediante ancestros compartidos, y diferencias que sólo podrían resultar de cambios evolutivos en la descendencia de un ancestro común. De esta forma, el estudio de la anatomía comparada aporta fuerte evidencia de que diferentes especies están vinculadas mediante una herencia evolutiva común.

Estructuras homólogas ofrecen pruebas de ancestros comunes

Una estructura corporal puede modificarse mediante evolución y así cumplir diferentes funciones en distintas especies. Por ejemplo, las extremidades anteriores de aves y mamíferos tienen usos diversos, como volar, nadar, correr en diferentes tipos de terreno y asir objetos como ramas de árboles y herramientas. A pesar de esta enorme diversidad de funciones, la anatomía interna de todas las extremidades anteriores de aves y mamíferos es muy similar. Parece incomprensible pensar que una misma disposición de huesos sirva para desempeñar funciones tan diversas, si cada animal se hubiera creado por separado.

Estructuras homólogas: Los diferentes colores de los huesos resaltan las correspondencias entre las diversas especies. Esta semejanza es exactamente la que se esperaría si las extremidades anteriores de aves y mamíferos provinieran de un ancestro común. Mediante selección natural, las extremidades anteriores ancestrales experimentaron diferentes modificaciones en distintos tipos de animales. Las estructuras resultantes con similitudes internas se llaman estructuras homólogas, lo que significa que tienen el mismo origen evolutivo, a pesar de las posibles diferencias en función o aspecto actuales.

Homología en plantas: (a) Las espinas de la biznaga de agua (Ferocactus wislizenii) son hojas modificadas, así como (b) los zarcillos del guisante de jardín (Pisum sativum). Las hojas del guisante de jardín son compuestas; esto es: están divididas en componentes más pequeños llamados foliolos. Los foliolos terminales se modifican en zarcillos que frecuentemente se ramifican

Estructuras sin función se heredaron de los ancestros.

La  evolución por selección natural también ayuda a explicar la curiosa circunstancia de estructuras vestigiales que, al parecer, carecen de un propósito definido. Los ejemplos incluyen estructuras como los molares de los vampiros (que se alimentan de sangre y, por tanto, no mastican sus alimentos) y los huevos pélvicos de las ballenas y ciertas serpientes. 

Si observamos la imagen arriba colocada, es claro que las estructuras vestigiales son homólogas a estructuras que tienen y usan otros vertebrados. El hecho que sigan existiendo en animales que no la usan  se explican mejor como una especie de “equipaje evolutivos”. Por ejemplo, los antiguos mamíferos a partir de los cuales evolucionaron las ballenas tenían cuatro patas y un conjunto bien desarrollado de huesos pélvicos. Las ballenas no tienen patas traseras, pero poseen pequeños huesos pélvicos y de extremidades. Durante la evolución de las ballenas, la pérdida de las patas traseras le dio una ventaja: un cuerpo más aerodinámico para desplazarse dentro del agua. El recurso es la ballena moderna con pequeños huesos pélvicos sin una función conocida actualmente. 

Algunas semejanzas anatómicas resultan de la evolución en ambientes similares

El estudio de la anatomía comparada demostró la ancestría compartida de la vida al identificar estructuras homólogas que diferentes especies heredaron de los ancestros comunes, aunque también se identificaron muchas semejanzas anatómicas que no tiene esta última característica. En vez de ello, dichas similitudes de una evolución emergente, donde la selección natural hace que estructuras no homólogas que tiene funciones similares se parezcan entre ellas (homoplasia). Por ejemplo, tanto aves como insectos poseen alas, pero esta semejanza no surgió de la modificación evolutiva de una estructura que tanto aves como insectos heredaron de un ancestro común, sino que surgió de la modificación de dos estructuras no homólogas diferentes que con el tiempo originaron estructuras superficialmente similares.

Puesto que la selección natural favoreció el vuelo tanto en aves como en insectos, los dos grupos desarrollaron alas. Tales estructuras similares en lo externo, pero no homólogas, se denominan estructuras análogas. Por lo general, las estructuras análogas son muy diferentes en su anatomía interna, porque sus partes no provienen de estructuras ancestrales comunes.

Figura de la izquierda: Una espina de agracejo japonés (Berberis thunbergii) es una hoja modificada. (En este ejemplo, la espina en realidad es la nervadura de la hoja original, de la que se despojó).
Figura de la derecha: Las púas de espino rojo (Crataegus mollis) son tallos modificados que se desarrollan a partir de yemas axilares.

Las similitudes embriológicas sugieren ancestros comunes

A principios del siglo XIX, el embriólogo alemán Karl von Baer observó que todos los embriones (organismos en desarrollo en el periodo que va de la fertilización al nacimiento o salida del cascarón) de vertebrados muestran un gran parecido entre ellos en las primeras etapas de su desarrollo. En estas etapas embrionarias iniciales, peces, tortugas, pollos, ratones y seres humanos tiene cola y hendiduras branquiales (también llamadas ranuras branquiales). Pero, entre este grupo de animales, sólo los peces conservan las branquias como adultos, y sólo peces, tortugas y ratones conservan colas apreciables.

¿Por qué los vertebrados que son tan diferentes presentan etapas de desarrollo similares?

La única explicación convincente es que los vertebrados ancestrales poseían genes que dirigían el desarrollo de branquias y colas. Todos sus descendientes poseen todavía esos genes. En los peces, estos genes permanecen activos durante todo el desarrollo, lo que resulta en adultos con cola y branquias totalmente desarrolladas. En los seres humanos y en los pollos estos genes sólo están activos durante las etapas iniciales del desarrollo, y las estructuras se pierden o son poco notorias en los adultos.

Los análisis bioquímicos y genéticos modernos revelan el parentesco entre organismos distintos

Durante siglos, los biólogos han estado conscientes de las similitudes anatómicas y embriológicas entre organismos, pero era necesario el surgimiento de la tecnología moderna para descubrir la semejanza a nivel molecular. Las semejanzas bioquímicas entre los organismos proporciona acaso la evidencia más sorprendente de su parentesco evolutivo. Tanto las estructuras anatómicas homólogas como las moléculas homólogas ponen de manifiesto el parentesco.

Los científicos modernos tienen acceso a una poderosa herramienta para revelar las homologías moleculares: la secuencia de ADN. Ahora es posible determinar rápidamente la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN y comparar el ADN de diferentes organismos. Por ejemplo, considera el gen que codifica la proteína citocromo c.

1. El citocromo c está presente en todas las plantas y animales (y en varios organismos unicelulares).
2. Esta proteína desempeña la misma función en todos ellos.
3. La secuencia de nucleótidos en el gen para citocromo c es similar en estas especies diversas

Fig. Semejanza molecular demuestra las relaciones evolutivas: Secuencia de ADN de los genes que codifican el citocromo c en un ser humano y en un ratón. De los 315 nucleótidos en el gen, sólo 30 (resaltados en azul) difieren en las dos especies

La presencia generalizada de la misma proteína compleja, es evidencia de que un ancestro común de plantas y animales tenían citocromo c en sus células. Sin embargo, al mismo tiempo, la secuencia del gen citocromo c difiere un poco en diferentes especies , lo que demuestra que las variaciones surgieron durante la evolución independiente de la multitud de especies vegetales y animales de la Tierra.

Algunas similitudes bioquímicas son tan fundamentales que se extienden a todas las células vivientes. Por ejemplo:

• Todas las células tiene ADN como el portador de la información genética
• Todas las células usan ARN, ribosomas y aproximadamente el mismo código genético para traducir dicha información genética en proteínas.
• Todas las células usan aproximadamente el mismo conjunto de 20 aminoácidos para construir proteínas
• Todas las células usan ATP como portador de energía celular

La manera más convincente de explicar el hecho de que se compartan de forma tan generalizada caracteres bioquímicos complejos y específicos es que los caracteres son homologías. Esto es, surgieron solo una vez en el ancestro común de todas las cosas vivientes, de donde las heredaron todos los organismos actuales.

Cladograma de ballenas y sus parientes vivos más cercanos. Las diferencias en las secuencias de ADN entre mamíferos seleccionados sugiere que los mamíferos ungulados, como los hipopótamos y las jirafas, son los parientes vivos más cercanos de las ballenas. El hipopótamo probablemente es el pariente vivo más cercano de las ballenas y otros cetáceos. Los nodos (círculos) representan puntos de ramificación donde una especie se divide en dos o más linajes. (Los rumiantes son mamíferos como las vacas, ovejas y jirafas que tienen un estómago de múltiples cámaras y mastican material vegetal regurgitado para hacerlo más digerible).

Biogeografía y evolución están relacionadas con la historia geológica de la Tierra

En 1915, el científico alemán Alfred Wegener, quien observó una correspondencia entre las formas geográficas de América del Sur y África, propuso que todas las masas de tierra en una época estuvieron unidas en un enorme supercontinente, que él llamó Pangea.

Además, sugirió que Pangea se separó después y que las diversas masas de tierra se separaron en un proceso conocido como deriva continental. Wegener no conocía algún mecanismo que pudiera provocar la deriva continental, de modo que su idea, aunque debatida inicialmente, se ignoró en gran medida. En la década de 1960, evidencia científica proporcionó la explicación para la deriva continental. La corteza de la Tierra está compuesta de siete grandes placas (más algunas más pequeñas) que flotan en el manto. Conforme la placa se mueve, los continentes cambian sus posiciones relativas. El movimiento de las placas de corteza se denomina tectónica de placas.

Distribución de fósiles en continentes
que estuvieron unidos durante
los períodos Pérmico y Triásico
(hace 286 a 213 millones de años)

El conocimiento de que los continentes alguna vez estuvieron conectados y desde entonces se han separado es útil para explicar ciertos aspectos de la biogeografía. Del mismo modo, la deriva continental tuvo un importante papel en la evolución de diferentes organismos. Cuando Pangea se formó originalmente durante el período Pérmico tardío, juntó a especies terrestres que evolucionaron por separado unas de otras, lo que condujo a competencia y cierta extinción. La vida marina fue afectada de manera adversa, en parte porque, con los continentes unidos como una gran masa, existían menos áreas costeras. (Las áreas costeras poco profundas contienen mayor diversidad de especies marinas que los ambientes de agua profunda).

Pangea se separó en varias masas terrestres hace aproximadamente 180 millones de años. Al ocurrir la deriva continental, las poblaciones se aislaron geográficamente, estuvieron expuestas a diferentes condiciones ambientales y comenzaron a divergir a lo largo de rutas evolutivas separadas. Como resultado, las plantas, animales y otros organismos de continentes antes conectados (América del Sur y África, por ejemplo) se diferenciaron. La deriva continental también provocó cambios graduales en las corrientes oceánicas y atmosféricas que tuvieron profunda influencia sobre la biogeografía y la evolución de los organismos

La reproducción controlada modifica organismos

La selección artificial, también llamada cría selectiva, es un método mediante el cual el ser humano interviene en la reproducción de animales y de plantas, para desarrollar rasgos elegidos, por razones de productividad, resistencia, docilidad, estética, y otros. Se basa en la elección de los progenitores y la selección de su descendencia, un ejemplo muy conocido es el origen del perro por domesticación de lobo gris, y aún esas dos especias admiten cruzas. Los criadores que intentan "mejorar la raza" hacen selección artificial, el propio Darwin incursionó en esta practica con sus palomas.

La evolución por selección natural ocurre actualmente

Charles Darwin y Alfred Wallace propusieron de manera independiente la evolución mediante selección natural, que se basa en cuatro observaciones. 

1. Primero: la variación genética existe entre los individuos en una población. 
2. Segundo: la capacidad reproductiva de cada especie hace que sus poblaciones tengan el potencial de aumentar geométricamente en número con el transcurso del tiempo. 
3. Tercero: los organismos compiten unos con otros por los recursos necesarios para la vida, como alimento, espacio vital, agua y luz. 
4. Cuarto: los descendientes con la combinación más favorable de características heredadas tienen más probabilidad de sobrevivir y reproducirse, y transmiten dichas características genéticas a la siguiente generación.

Biston betularia

La mariposa de los abedules (Biston betularia) es una especie de lepidóptero nocturno. Debe su nombre específico de betularia a que habitualmente se posa sobre los troncos de los abedules, camuflándose sobre sus cortezas predominantes claras para evitar la acción de los predadores.​ También las larvas se camuflan, pero adoptando el color de las ramas (pardo o castaño a verdoso). Con el advenimiento de la Revolución Industrial, especialmente en Inglaterra, la atmósfera se llenó cada vez más de polvo de carbón, el principal combustible usado para las máquinas de la época. En consecuencia en las regiones industriales se oscurecieron las cortezas de los árboles. Debido a este cambio ambiental la forma oscura de Biston betularia adquirió una ventaja con respecto a la forma clara, convirtiéndose en poco tiempo en numéricamente prevaleciente.​ Este fenómeno, de melanismo industrial es considerado de gran ayuda para comprender el mecanismo de la selección natural.​

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MATERIAL CONSULTADO

Audesirk et al (2013), Biología la vida en la Tierra, Pearson, México, pp 275-279

Solomon, Berg & Martin, Biología (2013), 9na Edición, Cengage Learning, México, pp 397- 408

https://es.wikipedia.org/wiki/Selecci%C3%B3n_artificial

https://es.wikipedia.org/wiki/Biston_betularia