1 El origen de la vida
Los seres humanos siempre han mostrado su preocupación por conocer de qué forma surgió la vida en la Tierra y cómo se generó la gran variedad de especies que se pueden observar. A lo largo de la historia se han propuesto numerosas explicaciones, muchas en forma de mitos y leyendas, muy influenciadas por las creencias de cada época y lugar.
El problema de la generación espontánea
Una de las ideas más extendidas en la Antigüedad fue la creencia de que los seres vivos surgían por generación espontánea a partir de la materia inerte, como consecuencia de una fuerza vital de origen sobrenatural. Ejemplos de ello eran los «gusanos» que aparecían en la carne en descomposición o las ranas que crecían en el fango y aguas estancadas.
El primer intento por refutar de forma científica esta idea tuvo lugar en 1668, gracias a Francesco Redi, un médico toscano. Los experimentos de Redi no fueron concluyentes, ya que, con el desarrollo de la microscopía, pudo confirmarse la existencia de una gran variedad de seres minúsculos presentes en todos los cultivos, que reavivaron la polémica sobre la generación espontánea de estos organismos.
Hubo que esperar hasta la segunda mitad del siglo XIX, cuando el químico francés Louis Pasteur demostró con sus experimentos que ningún ser vivo, ni siquiera los microorganismos, surge por generación espontánea, sino que todos proceden de otro ser vivo anterior.
Experimento de Redi
Redi introdujo un trozo de carne en dos recipientes, uno abierto y otro cubierto por una gasa. Al cabo del tiempo observó que en ambos la carne se había descompuesto, aunque solo aparecían gusanos en el frasco abierto. Realmente no eran gusanos, sino larvas de mosca, desarrolladas a partir de los huevos que estas habían puesto en la carne.
Experimento de Louis Pasteur
Introdujo caldo de carne en dos matraces de cuello estrecho y curvo, hirvió el líquido de cada matraz y, tras dejarlos reposar, a uno de ellos le quitó el cuello. Pasado un tiempo observó que el caldo que contenía el matraz con el cuello íntegro no se había descompuesto. Sin embargo, el contenido del matraz con el cuello cortado sí se había descompuesto. Pasteur demostró que los microorganismos estaban en el aire adheridos a las partículas de polvo. Al pasar el aire por el cuello curvo de los matraces el polvo quedaba depositado en el primer codo. Sin embargo, al romper el cuello, los microorganismos entraban en contacto con el caldo y lo descomponían.
Teorías modernas sobre el origen de la vida
Panspermia
La vida habría surgido fuera de la Tierra y llegado aquí en meteoritos o cometas, apoyada en la detección de compuestos orgánicos en esos cuerpos, aunque sin pruebas de organismos vivos extraterrestres.
Abiogénesis
El modelo más aceptado, que plantea tres pasos—síntesis de moléculas orgánicas simples, formación de moléculas complejas y aparición de las primeras células—y que incluye dos hipótesis principales:
Caldo primordial: una atmósfera sin oxígeno (metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua) donde rayos y radiación UV formaron compuestos orgánicos en mares someros que evolucionaron hasta células.
Fuentes hidrotermales: la vida habría surgido en respiraderos submarinos junto a dorsales oceánicas, donde compuestos como metano y hierro permitieron el desarrollo de bacterias quimioautótrofas resistentes a altas temperaturas.
2 El origen de la biodiversidad
Lamarck y la herencia de los caracteres adquiridos
Jean-Baptiste de Monet, caballero de Lamarck (1744–1829)
Lamarck introdujo la clasificación de los seres vivos en clases, órdenes, géneros y especies.
Propuso que el origen de la vida se debía a un proceso natural, que las especies modernas surgieron por generación espontánea y que los antepasados de los seres vivos dieron lugar al árbol de la vida.
Acuñó el término biología.
Georges Cuvier (1769–1832)
Fundador de la paleontología y del catastrofismo.
Propuso que la Tierra ha sufrido catástrofes sucesivas que explican la extinción de unas especies y la aparición de otras.
Los fósiles muestran que han existido especies anteriores que desaparecieron debido a grandes catástrofes.
Dio gran importancia a los fósiles para reconstruir la historia de la vida.
Catastrofismo
Los fósiles demuestran que existen organismos desaparecidos.
La Geología es una historia de cambios bruscos.
La paleontología estudia los fósiles y ayuda a reconstruir la evolución de la vida.
El problema de la generación espontánea (Resumen)
En la Antigüedad se pensaba que la vida procedía de materia inerte.
Francesco Redi (1626–1697) rechazó la generación espontánea en el siglo XVII: demostró que los gusanos procedían de huevos de mosca y no de la propia carne.
Louis Pasteur (1822–1895) refutó la generación espontánea en el siglo XIX: sus experimentos con matraces de cuello de cisne mostraron que, en ausencia de contacto con el aire, la carne no se contaminaba; los microorganismos provenían del aire, no surgían de forma espontánea.
3 Lamarck y la herencia de los caracteres adquiridos
La primera teoría evolucionista coherente fue propuesta en 1809 por Jean Baptiste de Monet, Caballero de Lamarck, y fue publicada en su libro Filosofía zoológica. Lamarck dedicó gran parte de su vida al estudio y clasificación de invertebrados, incluidos los fósiles. Llegó a la conclusión de que las especies actuales son más complejas que las ya extintas, por lo que propuso un aumento progresivo o complejidad a lo largo del tiempo.
Los aspectos más importantes de la teoría transformista de Lamarck fueron los siguientes:
Importancia del ambiente. La modificación de las condiciones del medio es el motor que impulsa el cambio en los organismos.
Ley del uso y desuso. En función de las necesidades impuestas por el medio natural, los órganos pueden crecer y desarrollarse, e incluso reducirse y llegar a desaparecer cuando dejan de usarse. Una de las máximas de Lamarck fue “la función hace la forma, y no al revés”.
Herencia de los caracteres adquiridos. Los cambios ventajosos producidos en vida son transmitidos a la descendencia.
Pese a que la teoría propuesta por Lamarck fue aceptada hasta principios del siglo XX, con el desarrollo de la genética se pudo comprobar que los caracteres adquiridos no se transmitían a la descendencia. Por esa razón, aunque una deportista consiga un espectacular desarrollo muscular durante su vida, este no será transmitido a sus descendientes.
Principio del uso y desuso en la teoría de Lamarck
Para Lamarck, las extremidades inferiores de los canguros y los avestruces estaban mucho más desarrolladas que las superiores porque ambos las usaban intensamente y dependían de ellas. Sin embargo, tanto las alas de los avestruces como las extremidades superiores de los canguros se reducen por falta de uso. El exagerado desarrollo de algunas estructuras, como los cuernos de los ciervos machos, también era para Lamarck una consecuencia del principio del uso y desuso. Los enfrentamientos son tan frecuentes que los cuernos aumentan de tamaño y grosor para mejorar su resistencia.
4 Darwin y Wallace. La selección natural
A mediados del siglo XIX, Charles Darwin (1809–1882) y Alfred R. Wallace (1823–1913), naturalistas que estudiaban la fauna y la flora en las diferentes zonas del mundo, llegaron de forma independiente a las mismas conclusiones sobre el origen de la diversidad de las especies, aportando numerosas pruebas. Ambos presentaron sus ideas conjuntamente en 1858, que pueden resumirse en los siguientes puntos:
Todas las especies, incluyendo los humanos, descienden de otras diferentes y están relacionadas entre sí porque tienen un antepasado común.
Las especies cambian a lo largo del tiempo, es decir, evolucionan, siendo este un proceso continuo, lento y gradual. Esto se conoce como gradualismo.
El principal mecanismo para explicar de qué modo pueden cambiar las especies es la selección natural, un proceso relacionado con los cambios en las condiciones del medioambiente y la capacidad de adaptación de los seres vivos a sus entornos.
¿Cómo actúa la selección natural?
El concepto de selección natural de Darwin y Wallace se fundamenta en tres principios:
Variabilidad heredable. Entre los individuos que forman una población existen diferencias y esas características tienen que poder transmitirse a la descendencia. Esta variedad dentro de una población es la materia prima sobre la que actúa la selección natural.
Descendencia con modificación. Los descendientes no son réplicas exactas de sus progenitores, sino que durante la reproducción se combinan las características heredadas de cada progenitor y se obtienen individuos diferentes.
Reproducción diferencial. Los seres vivos hacen todo lo posible por sobrevivir y tener descendencia, por lo que aquellos que presentan características heredables más ventajosas tienen más probabilidades de transmitírselas a sus descendientes.
Selección sexual y coevolución
La selección sexual. Los naturalistas habían observado una gran variedad de formas, colores y comportamientos que, a primera vista, no se podían explicar como mejoras para la supervivencia, sino como formas de atraer a la pareja o de competir con individuos del mismo sexo. Por ejemplo, las plumas del pavo real son eficaces en el cortejo, pero le hacen más vulnerable.
La coevolución. Muchas especies llegan a interrelacionarse de forma tan estrecha que las características de una influyen recíprocamente sobre la otra, evolucionando ambas a consecuencia de esa interdependencia. Es el caso de la relación entre algunos insectos y orquídeas. Darwin estudió especialmente las orquídeas, puesto que muchas especies dependen exclusivamente de ciertas especies de insectos para la polinización, y esas flores llegan a presentar una forma de nectario tan estrecha que solo pueden ser polinizadas por un tipo concreto de insecto.
Tipos de mutaciones
Favorables
Proporcionan algún tipo de beneficio al portador, aumenta la probabilidad de tener descendencia transmitiendo sus genes.Perjudiciales
Reducen el éxito reproductivo del individuo, por lo que tienen poca o ninguna posibilidad de ser transmitidas a la siguiente generación.Neutras
No tienen consecuencias, por lo tanto la selección natural no actúa sobre ellas ya que no influyen en el éxito reproductivo del individuo.
6 Mecanismos evolutivos más comunes
Desde un punto de vista genético, los cambios evolutivos tienen lugar cuando aparecen nuevas variantes en el conjunto de genes de una población. Estas pueden ser debidas a:
Aumento o reducción de la proporción de alelos.
Adquisición de nuevos alelos, ya sea por mutaciones de los ya existentes o porque son aportados por individuos de otras poblaciones.
Selección natural
Actúa aumentando la proporción de los caracteres heredados que varían a favor de los individuos portadores, puesto que van a tener mayor probabilidad para reproducirse y transmitir a sus descendientes sus características hereditarias. Si las condiciones del entorno persisten y la presencia de una mayor probabilidad para reproducirse, con el tiempo su presencia será mayoritaria en la población, reduciéndose las de otras variantes menos ventajosas.
Flujo génico
Las migraciones de individuos de una población a otra pueden alterar las proporciones de alelos de las poblaciones de origen como de las que acogen. En la población originaria se produce pérdida de alelos, porque abandona una parte de la variabilidad; en la población de acogida aumenta la variabilidad y surgirán nuevas variantes que no había y que pueden resultar beneficiosas.
Deriva genética
Es un proceso de cambio de las proporciones alélicas que puede tener lugar cuando un grupo de individuos se separa de la población original y forma una población diferente a la original.
Los fenómenos más conocidos de deriva son el efecto fundador, en el que un pequeño grupo se separa y funda una nueva población, y los cuellos de botella, que reducen a pocos individuos sobrevivientes a un evento de gran mortalidad.
Efecto fundador
En el que un pequeño grupo de individuos de una población se separa de la población original y forma una nueva población.
Cuellos de botella
Es un proceso de cambio de las proporciones alélicas que puede tener lugar cuando un grupo de individuos queda aislado del resto de la población o cuando solo unos pocos individuos sobreviven a un evento de gran mortalidad.
7 Pruebas a favor de la evolución
Hoy día, la evolución biológica es admitida como un hecho y existen multitud de pruebas anatómicas, biogeográficas y paleontológicas en apoyo de la idea de la evolución de los seres vivos.
Pruebas anatómicas
Se basan en el estudio comparado de diferentes órganos del cuerpo de especies distintas que presentan un mismo origen. Según su interpretación evolutiva, se pueden distinguir tres tipos de órganos:
Órganos homólogos
Son aquellos que proceden de un antepasado común, presentan la misma estructura pero con funciones diferentes. Es el caso del antebrazo humano y el ala de los murciélagos.
Órganos análogos
Son aquellos que cumplen una misma función, pero en su forma y estructura provienen de antecesores distintos; presentan similitudes exteriores muy aparentes. Es el caso del ala del murciélago y el ala de los insectos.
Órganos vestigiales
Son órganos que están presentes pero no se usan. Su presencia indica que provienen de un antecesor que los usaba. Es el caso de los ojos de los murciélagos.
Pruebas biogeográficas
La biogeografía es el estudio de la distribución geográfica de las especies. Darwin y Wallace investigaron muchos grupos de fauna y flora de diversas zonas del mundo y llegaron a algunas conclusiones:
En los archipiélagos, como las islas Galápagos, existían especies próximas que presentaban grandes diferencias en su aspecto, aunque continuaban similares en su estructura interna; esto demostraba que procedían de un mismo antepasado común.
En el caso de las especies de pinzones que Darwin estudió en las islas Galápagos: las heces probaban que todas provenían de una única especie que luego se diversificó colonizando los diferentes ambientes de esas islas.
Algunas características de órganos, se repetían en especies muy alejadas entre sí pero con condiciones ambientales similares.
9 Modelos evolucionistas actuales
Aunque a lo largo del siglo XX la comunidad científica fue acumulando cada vez más pruebas sobre la evolución biológica, hasta llegar a ser un hecho probado e indiscutible, también se confirmó que es un fenómeno extremadamente complejo con múltiples interrogantes. En la actualidad se han desarrollado diversas teorías para intentar dar respuesta a todos ellos.
Teoría sintética
Con el desarrollo de la genética como ciencia, en la primera década del siglo XX, la teoría de la evolución por selección natural recibió un importante apoyo. No obstante, sus defensores, como Theodosius Dobzhansky, Julian Huxley y Ernst Mayr, entre otros, tuvieron que realizar ciertas modificaciones para ajustarla a los nuevos conocimientos, dando lugar a la teoría sintética o neodarwinismo.
La síntesis moderna de la evolución, que es como oficialmente se presentó, se fundamenta en los siguientes principios:
Rechaza la herencia de los caracteres adquiridos propuesta por Lamarck, idea que ni el propio Darwin abandonó.
Reconoce que la selección natural es el principal mecanismo de cambio evolutivo en las poblaciones. Esta actúa sobre los individuos, pero lo que evoluciona son las poblaciones.
Defiende que las variaciones existentes entre los individuos de una población se deben a las mutaciones, como principal fuente de nuevas variantes genéticas, y a los procesos de combinación aleatoria de genes durante la reproducción sexual.
Mantiene que la evolución biológica es un proceso gradualista de acumulación de pequeñas variaciones en los genes de los individuos de una población. Con el paso del tiempo, las diferencias serán tan grandes que se podrá originar una nueva especie.
Esta teoría es la más aceptada, especialmente por su desarrollo en forma de modelos matemáticos, área conocida como genética de poblaciones. Pese a ello, cada vez hay más críticas sobre su validez para explicar los grandes fenómenos de diversificación de especies.
Teoría neutralista
Motoo Kimura en 1968, como un ajuste de la teoría sintética a los nuevos conocimientos en biología molecular. Sostienen que la gran mayoría de las mutaciones que sufren los individuos de una población no son ni favorables ni desfavorables, es decir, son neutras, por lo que la selección natural no influye sobre ellas. Por lo tanto, al menos a escala molecular, la selección natural no es el factor más importante para explicar el cambio evolutivo. Como alternativa, los neutralistas defienden la importancia de los fenómenos aleatorios, como la deriva genética. Para ellos, sería el azar el que determina que una población evolucione en un sentido u en otro.
Teoría del equilibrio puntuado
Al estudiar el registro fósil, los paleontólogos ponían a prueba el gradualismo postulado por la teoría sintética. Para que fuera así, debían encontrarse multitud de fósiles con características intermedias entre unas especies y otras, que reflejaran un cambio lento y continuo. Pero en muchos casos observaron saltos que mostraban la desaparición brusca de una especie y la aparición de otra, sin formas intermedias.
Equilibrio puntuado (Gould y Eldredge, 1972)
Las especies permanecen sin cambios importantes (“estasis”) durante largos periodos.
En momentos puntuales, ante variaciones ambientales, experimentan cambios rápidos y diversifican.
No defiende el saltacionismo (especiación en una sola generación) ni es alternativa al neodarwinismo. Solo explica diversificaciones rápidas observadas en el registro fósil (p. ej., el Cámbrico).
Simbiogénesis
Conjunto de propuestas que cuestionan el papel exclusivo de las mutaciones en la obtención de nuevos genes.
Propone mecanismos como la transferencia de genes (incluso genomas completos) entre especies. Defiende la formación rápida de especies mediante relaciones simbióticas extremas (p. ej., líquenes: alga + hongo). Lynn Margulis (1967) formuló la teoría de la endosimbiosis seriada para el origen de la célula eucariótica: varias simbiosis sucesivas entre unicelulares. Hoy se aceptan al menos dos eventos (origen bacteriano de mitocondrias y cloroplastos).
Hominización
Proceso de evolución de los antecesores de los humanos modernos ligado al cambio climático en África oriental: bosques reducidos a sabana.
Primates que sobrevivieron en ambiente seco y cálido desarrollaron adaptaciones clave:
Bipedismo (caminar erguidos sobre dos pies)
Extremidades inferiores más largas al dejar de usarse las superiores para locomoción.
Columna en forma de S para soportar postura erguida y centrar gravedad en pelvis y pies.
Foramen magnum desplazado hacia la base del cráneo.
Manos especializadas en manipular objetos (pulgar más grande para precisión).
Pies menos flexibles, con arco pronunciado y pulgar alineado.
Ventajas
Menor exposición al Sol y mayor ventilación corporal.
Mejor visión del entorno (depredadores, recursos).
Manos libres para transportar alimento, crías, herramientas.
Marcha más lenta que cuadrúpeda pero con menor gasto energético.
Desventajas
Tensiones en columna y articulaciones, dolor de espalda.
Pelvis más estrecha: parto humano más complejo y doloroso.
Otros cambios craneales y dentales
Aumento de capacidad craneal: de 500 cm³ (australopitecus) a 1450 cm³ (humanos modernos).
Cerebro y habilidades cognitivas más desarrollados (herramientas de 3,3 m. a. en Kenia).
Cráneo más ligero por achatamiento facial.
Dentición reducida de 36 a 32 piezas; caninos más pequeños y molares/premolares progresivamente menores, reduciendo cara y mandíbula.