PRIMERA LECTURA...

El mundo Volvox 

Una de las formas microscópicas de vida más bellas y fascinantes que podemos encontrar en una gota de agua es el Volvox. Allí, bajo el escrutinio de la lente del microscopio, el Volvox, de forma esférica, parece un precioso planeta verde fotosintético, un microcosmos de vida. Veremos al final que esta metáfora se mantiene más allá de lo que podemos creer.

Los Volvox y otras especies emparentadas están distribuidos por todo el mundo. Se suele encontrar en lagos o en charcas profundas de agua dulce. Algunas especies emparentadas son algas unicelulares, mientras que algunas forman colonias que llegan a tener 50.000 células de alga. Como vamos a ver sus células están especializadas según su función y no están simplemente juntas. Tienen cierto nivel de organización “social” entre ellas. 

Un Volvox típico es una colonia de unas 2000 células de alga embebidas todas ellas en una esfera gelatinosa de glicoproteínas y que algunos casos están unidas por filamentos citoplasmáticos entre sí. Las células flageladas de su superficie se coordinan de tal modo que la colonia puede desplazarse en el agua. Generalmente lo hace hacia la luz, ya que cuenta con células sensibles a la misma situadas predominantemente en el “hemisferio norte” de este “microplaneta”. Cada célula mide unas 5 micras, pero la colonia puede llegar a tener medio milímetro o incluso llegar a los 2 mm o más en algunas especies. Las más grandes se pueden ver a simple vista.

Las células del Volvox están especializadas, de tal forma que pueden formar parte de la reproducción o bien de la locomoción, pero no poseen ambas funciones a la vez. Nota del profesor: para darte una idea mas concreta de un volvox, has de cuenta que son pequeños coches que se unen para formar un robot superior, pero que finalmente son coches independientes, como ocurre con los transformers.

Los Volvox pueden tener incluso habitantes dentro de ellos provenientes de otras especies no emparentadas, por ejemplo,  hay una especie de rotífero (Proales parasita) que puede introducirse dentro y vivir de las células del alga (es un parásito). El rotífero puede detectar si la colonia está inmóvil. Si así sucede rápidamente practicará un agujero en su superficie y escapará, para invadir otra colonia.

Como se puede ver, el Volvox es un buen modelo de estadio de organización intermedio entre los organismos unicelulares y los organismos pluricelulares más complejos. Si queremos saber cómo surgió la cooperación entre células individuales para así formar un sistema más complejo, el Volvox nos podría proporcionar pistas.

Todos los organismos macroscópicos tienen un antepasado unicelular y cada grupo de seres vivos que ahora vemos tuvo que sufrir en un pasado remoto una transición de este tipo. Se cree que cambios en la cooperación y en los conflictos entre las células individuales llevaron de algún modo, y en algunos casos, a una resolución de estos conflictos y a la formación de colonias que más tarde evolucionaría hacia organismos plenamente pluricelulares. Esto se habría dado en algún momento, hace más de 600 millones de años en el Neoproterozoico, pero puede haberse intentado más veces desde entonces.
Hasta hace poco se estimaba que el primer Volvox apareció hace sólo 50 millones de años, pero según un nuevo estudio, para el que se han empleado las más modernas técnicas genéticas, estas colonias habrían aparecido hace unos 200 millones de años, durante el Triásico. En esa época el mundo estaba poblado por dinosaurios primitivos, reptiles mamíferoideos, helechos arborescentes, ginkgos y alguna conífera. No había flores, ni insectos polinizadores, ni hierba, ni rumiantes. Según Matthew D. Herron de la Universidad de Arizona en Tucson, uno de los autores del estudio, el Volvox pasó de ser células independientes a ser una colonia en sólo 35 millones de años, un parpadeo en el tiempo geológico.

Un dato muy interesante es que la construcción de una estructura extracelular como las colonias de volvox, necesita un gasto de recursos que requiere cooperación. En este punto existe, por parte de algunos individuos (células en este caso), la tentación de engañar  y de no cooperar.
Imaginemos un grupo de cuatro células que van a formar una colonia. Una de las células podría no gastar recursos en la formación de la matriz y gastarlos en su reproducción. Aquí aparece el conflicto. Esta célula tendría una ventaja reproductiva respecto a las otras y además contaría con la protección que brinda la colonia. Estas células “egoístas” serían seleccionadas desde el punto de vista evolutivo. Pero ojo, si este rasgo se generaliza no se forma la colonia y todas pierden, terminando todas siendo víctimas de los depredadores unicelulares. De hecho, da la impresión de que debido a este mecanismo, nunca se llegaría a formar evolutivamente ni la primera colonia.
Evitar este conflicto es esencial para poder llegar a ser un organismo pluricelular. Los beneficios del engaño tienen que ser reducidos para que las células cooperen satisfactoriamente.

Ahora, este ejemplo no es el único de cooperación entre células individuales. Un caso cubierto en el pasado por NeoFronteras fue el del moho mucilaginoso. Otro caso es el de las bacterias Pseudomonas fluorescens, que flotan sobre la superficie del agua formando un tapete si hay suficientes células altruistas que produzcan el polímero que las mantiene juntas (a un costo metabólico), pero se hunden en el agua y se ahogan por falta de oxígeno, o  si el número de células mutantes “aprovechadas” que no segregan el polímero supera una cierta proporción.

Si la selección de grupo permite la proliferación de células aprovechadas, éstas se reproducirán mucho más al no gastar energía en mantener el tapete y aprovecharse así del esfuerzo ajeno. Entonces éstas serán cada vez más numerosas hasta que la comunidad no logre superar el umbral crítico de flotabilidad.

Todo esto nos enseña, metafóricamente, la importancia de la cooperación. En una sociedad habrá siempre individuos dispuestos a “desertar” y a aprovecharse de las estructuras sociales que los demás, como comunidad, les proporcionan.

Así por ejemplo en la sociedad humana, debido a la existencia inequívoca de este aspecto, se crean sistemas legales y correctivos que tratan de evitar la deserción y de fomentar la cooperación. Sin embargo a diferencia de las colonias Volvox, los seres humanos y otros organismos pluricelulares, no podemos sobrevivir de manera unicelular, pero tenemos otras características, de a cuerdo al nivel de organización, por ejemplo,  como consecuencia de este “trabajo en equipo”, las células de los organismos pluricelulares han tenido que especializarse en determinadas funciones, para lo cual han sufrido una diferenciación estructural, que se traduce en una división del trabajo fisiológico, es decir, que se reparten entre ella, según su especialización, las funciones vitales del organismo de que forman parte. 

Así en los animales tenemos células dedicadas a la recepción y conducción de estímulos (células sensoriales y nerviosas); a la contracción (células musculares); a las funciones de secreción (células glandulares), etc., y en los organismo vegetales, células especializadas en la conducción (vasos leñosos y liberianos); en la fotosíntesis (células expuestas a la luz, ricas en cloroplastos): etc.

ESTIMADO ALUMNO, ESTE EL FINAL DE LA LECTURA,  SIN EMBARGO, SI QUIERES SABER MAS ACERCA DE LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS, O POR ALGÚN MOTIVO FALTASTE A CLASES, TE RECOMIENDO CONTINUAR LEYENDO..... 

Niveles de organización biológica

Uno de los principios fundamentales de la biología es que los seres vivos obedecen a las leyes de la física y la química. Los organismos están constituidos por los mismos componentes químicos -átomos y moléculas- que las cosas inanimadas. Esto no significa, sin embargo, que los organismos sean "solamente" los átomos y moléculas de los cuales están compuestos; hay diferencias reconocibles entre los sistemas vivos y los no vivos. En cualquier organismo, como la bacteria Escherichia coli, los átomos que lo constituyen se combinan entre sí de forma muy específica. Gran parte del hidrógeno y del oxígeno está presente en forma de agua, lo cual da cuenta de la mayor parte del peso de la E. coli. Además del agua, cada bacteria contiene aproximadamente 5.000 clases de macromoléculas diferentes. Algunas de ellas desempeñan funciones estructurales, otras regulan la función celular y casi 1.000 están relacionadas con la información genética. Algunas de las macromoléculas actúan recíprocamente con el agua para formar una película delicada y flexible, una membrana, que encierra a todos los otros átomos y moléculas que componen la E. coli. Así encerrados, constituyen, notablemente, una célula, una entidad viva. Al igual que otros organismos vivos, puede transformar la energía tomando moléculas del medio y utilizarlas para sus procesos de crecimiento y reproducción. Puede intercambiar información genética con otras células de E. coli. Puede moverse impulsándose con la rotación de fibras delgadas y flexibles unidas a una estructura que se asemeja a la caja de cambios de un automóvil, pero es mucho más antigua. La dirección del movimiento no es al azar; la E. coli, pequeña como es, tiene un número de distintos sensores que la capacitan para detectar y moverse hacia los alimentos y alejarse de las sustancias nocivas. La E. coli es uno de los organismos microscópicos más conocidos. Su residencia preferida es el tracto intestinal del ser humano, donde vive en íntima asociación con las células que forman el tapiz de ese tracto. Estas células humanas se asemejan a la E. coli en muchos aspectos importantes: contienen aproximadamente la misma proporción de las mismas seis clases de átomos y, como en la E. coli, estos átomos están organizados en macromoléculas. Sin embargo, las células humanas también son muy distintas de la E. coli. Por un lado, son de tamaño mucho mayor; por otro, mucho más complejas. Lo más importante es que no son entidades independientes como las células de E. coli, pues cada una forma parte de un organismo pluricelular. En éstos, las células individuales están especializadas en cumplir funciones particulares, que ayudan a la función del organismo en conjunto. Cada célula del tapiz intestinal vive durante unos pocos días; el organismo, con suerte, vivirá varias décadas. La E. coli, las células de su huésped humano y otros microorganismos que viven en el tracto intestinal interactúan unos con otros. Habitualmente esto ocurre sin consecuencias, de modo que no nos damos cuenta de estas interacciones, pero ocasionalmente tomamos conciencia del delicado equilibrio que existe. Por ejemplo, muchos de nosotros hemos tenido la experiencia de tomar un antibiótico para curar un tipo de infección para finalmente adquirir otro tipo de infección, causado en general por un tipo de levadura. Lo que ocurre es que el antibiótico mata no sólo a las bacterias que causan la infección inicial, sino también a las E. coli y a los otros habitantes normales de nuestro tracto intestinal. Las células de levadura no son susceptibles al antibiótico y, por lo tanto, se apoderan del territorio, del mismo modo que ciertas especies de plantas se apoderarán rápidamente de cualquier pedazo de terreno del que se elimine la vegetación original. Las E. coli y otras células con las que interacstúan ilustran lo que conocemos como niveles de organización biológica. En cada nivel, la interacción entre sus componentes determina las propiedades de ese nivel. Así, desde el primer nivel de organización con el cual los biólogos habitualmente se relacionan, el nivel subatómico, hasta el nivel de la biosfera, se producen interacciones permanentes. Durante un largo espacio de tiempo estas interacciones dieron lugar al cambio evolutivo. En una escala de tiempo más corta, estas interacciones determinan la organización de la materia viva.

A medida que la vida fue evolucionando, aparecieron formas de organización más complejas. Sin embargo, los niveles más simples de organización persistieron en especies que también fueron evolucionando, muchas de las cuales sobrevivieron hasta la actualidad. La formas de vida con niveles de organización tisular, de órganos y de sistemas aparecen en el registro fósil en el mismo período geológico. En el diagrama anterior no se representan los numerosos tipos de organismos que se extinguieron a lo largo de la historia de la vida

Articulo  consultado  y adaptado para la clase de Biología de:

http://neofronteras.com/?p=1911

TERCER LECTURA...

Azúcar: hechos y mitos

Al azúcar se le adjudican muchos de los males de la alimentación moderna. Pero lo dañino no es el azúcar, sino el consumirla en exceso. La distinción es importante para poder cuidar nuestra salud sin dejar de disfrutar del dulce encanto de lo dulce.Diabetes.La diabetes mellitus (DM) es un problema médico reconocido por la humanidad desde hace miles de años. Los registros más antiguos acerca de esta enfermedad se encuentran en el papiro de Ebers (1535 a.C.), en el que se describe a una enfermedad caracterizada por el flujo de grandes cantidades de orina, además de remedios y medidas para tratarla, entre éstas algunas restricciones dietéticas. El término diabetes (dia: a través; betes: pasar) es atribuido al griego Areteo de Capadocia (s. II d.C.), quien posiblemente fue el primero en diferenciar a la diabetes de orina dulce (mellitus, vocablo latino usado después) y la que carecía de tal sabor (insipidus). Es notable que entre las formas de tratar la DM figuraron desde la antigüedad las modificaciones de la dieta y el aumento de la actividad física, ambas ejes del tratamiento actual. A la humanidad le ha llevado muchos años llegar a tener el conocimiento contemporáneo de la DM. Tal vez en un futuro cercano se haga posible la meta anhelada por siglos: curar la diabetes mellitus.






Un problema de nomenclatura

Cuando un químico dice "azúcar", se refiere a una amplia gama de sustancias, no sólo a la que usamos para endulzarnos el café. Para el químico son ejemplos de azúcares losmonosacáridos (o azúcares simples) glucosa, fructosa (ambas presentes en las frutas o elaboradas industrialmente) y galactosa, así como los disacáridos sacarosa (nuestro azúcar de mesa, obtenido de la caña y compuesto de glucosa y fructosa), lactosa (el azúcar de la leche, compuesto de glucosa y galactosa) y maltosa (obtenida del almidón y compuesta de dos moléculas de glucosa). Tanta variedad causa confusión en los legos.

La glucosa, la fructosa y la galactosa, por ser azúcares simples, las asimilamos sin necesidad de que sean procesadas en el sistema digestivo y por lo tanto pasan rápidamente al torrente sanguíneo. Los disacáridos requieren ser digeridos ya que las dos moléculas de azúcar están unidas químicamente: la lactosa de la leche es particularmente difícil de digerir. Cuando un gran número de moléculas de glucosa están químicamente unidas, como en el almidón de los cereales o la fructosa en la inulina de las plantas, para que el azúcar se haga disponible, se requiere de un proceso de digestión más complejo.

Una forma de clasificar la disponibilidad de azúcares en los alimentos que se ha puesto de moda (sobre todo en revistas relacionadas con la dieta) es el llamado índice glicémico (IG). El IG es una medida de la capacidad de un alimento para elevar la concentración de glucosa en la sangre y la carga glicérica (CG) está dada por la cantidad que consumimos de ese alimento. A pesar de su popularidad, los nutriólogos no aceptan plenamente el IG por ser un parámetro muy variable. Para que la glucosa pase del torrente sanguíneo al interior de las células y asimilemos el azúcar, el páncreas debe producir suficiente cantidad de una proteína conocida como insulina y la cantidad de insulina requerida depende desde luego del tipo y la cantidad de azúcar que ingerimos, pero también con qué viene acompañado. La fibra, por ejemplo, actúa como barrera física que retarda la digestión y absorción del azúcar. Por eso los nutriólogos insisten tanto en incluir en la dieta frutas, cereales integrales y vegetales en vez de calorías vacías (solo azúcares), como las botanas, los dulces y los refrescos. Así, los alimentos de bajo IG contienen azúcares que se asimilan lentamente y por lo mismo tienen un menor impacto en los niveles de glucosa en la sangre.

Según algunos informes, para el año 2030 el 4.4% de la población —es decir, unos 366 millones de personas— padecerá diabetes. En 2000 la cifra se ubicaba en 171 millones. El aumento predicho se atribuye fundamentalmente a cambios en los patrones de consumo y al aumento de la población de más de 65 años. Hay pruebas que sugieren una asociación entre consumir azúcar (particularmente refrescos), la obesidad y la diabetes. En un estudio publicado en septiembre de 2007 en el Journal of Nutrition, se encuentra que varios marcadores asociados con la resistencia a la insulina se ven negativamente asociados con el consumo de refrescos, lo que significa un claro riesgo de contraerla al consumirlos. La diabetes tipo II (veáse ¿Cómo ves? No. 107) se produce cuando el cuerpo no puede producir insulina o las células no la reconocen. Entre otros factores, incluido el genético, es probable que esta enfermedad surja de mantener al páncreas en permanente estimulación para que produzca insulina a fin de que el cuerpo pueda lidiar con el alto consumo de azúcar. Por otro lado hay una evidente relación entre azúcar y diabetes, debido sencillamente a que, como consecuencia de esta enfermedad, se acumula glucosa en la sangre. Dada esta relación, es natural asociar el consumo de azúcar tanto con la aparición de la enfermedad como con sus consecuencias: fallas renales, cataratas y endurecimiento de las arterias. Pese a todo, consumir azúcar no es suficiente para desarrollar diabetes, e incluso un diabético insulinodependiente puede tolerarla en su dieta. Los niveles de azúcar en la sangre requeridos para producir efectos como los mencionados son de tres a cuatro veces los niveles normales en un individuo saludable, que se ubican entre 0.8 y 1.1 gramos de glucosa en cada litro de sangre (80 y 110 mg/dL). Todo esto sugiere que, si bien consumir azúcar no conduce automáticamente a la diabetes, beber refrescos de manera regular aumenta el riesgo de padecerla. Pero también sugiere que este riesgo depende igualmente del estilo de vida, la dieta y el peso del individuo, y sus antecedentes familiares.

Referencia 

Revista de divulgación de ciencia de la UNAM. 

Autor: Agustín López Munguía

Extraidop de:  http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/113/azucar-hechos-y-mitos

SEGUNDA LECTURA...

El microbioma humano

Los microbios benignos que nos habitan cumplen una variedad muy amplia de funciones indispensables para nuestra supervivencia y nuestra salud. Recientemente se publicó el catálogo más completo hasta ahora de estos microorganismos y los genes útiles que nos aportan.

Sin lugar a  duda, el cuerpo humano es un territorio mucho más densamente poblado que una metrópoli como la Ciudad de México, en la que habitan unas 5,900 personas por kilómetro cuadrado. 

Así es claro que sin pasar de la piel en nuestro cuerpo, podemos encontrar una gran variedad y un inmenso número de microorganismos, principalmente bacterias. No obstante, debido a que son mucho más pequeños que una célula, esos inquilinos aportan sólo del 1 al 3% de nuestra masa corporal: un individuo de 70 kilogramos de peso lleva a cuestas, en la piel y en las entrañas, entre 700 gramos y dos kilogramos de bacterias.

Los humanos estamos, pues, atiborrados de bacterias, pero no hay motivos para alarmarse ni ir corriendo al médico, pues la mayoría de estos microbios no son dañinos. Al contrario: las numerosas y diversas comunidades de bacterias que habitan en el cuerpo de una persona común cumplen funciones benéficas e importantes para la vida y la salud, entre las que destacan, las funciones que ayudan  a controlar las poblaciones de microorganismos patógenos; esto es, causantes de enfermedades, que también llevamos en el cuerpo.

Pero, ¿cómo conocer la identidad y fisiología de nuestras bacterias, que son tan importantes, si son tan numerosas y variadas? El método tradicional para identificar y estudiar microorganismos relacionados con el cuerpo humano ha sido aislar o separar las bacterias de las muestras y cultivarlas en el laboratorio. Así se ha logrado identificar cientos de especies de bacterias tanto benéficas como patógenas. Pero dada la enorme cantidad de especies bacterianas que existen, esa labor puede resultar lenta y costosa. Además, no es sencillo determinar cuáles son las condiciones óptimas de cultivo, como temperatura y tipo de nutrientes, que las bacterias requieren (ver ¿Cómo ves? No. 152). Se estima que de todas las especies de bacterias que existen en el planeta, se han cultivado menos del 1%. Y esta cifra podría ser similar en lo que respecta a las bacterias de nuestro cuerpo.

Por fortuna, ya contamos con técnicas que permiten analizar muestras de comunidades de organismos sin tener que cultivarlos por separado. En vez de identificar bacterias al microscopio o a partir de las sustancias que desechan, se analizan los genes que contiene una muestra mezclada de microorganismos y tejido humano. Estas nuevas técnicas —parecidas a las que se emplearon para descifrar el genoma humano, la secuencia de letras genéticas que forman nuestro ADN—, se utilizan en una joven área de investigación llamada metagenómica (ver ¿Cómo ves? No. 37). En ella se inscribe el Proyecto del Microbioma Humano (PMH), que el pasado junio dio a conocer la recuperación e identificación de más de 5 000 000 de genes bacterianos que estaban mezclados con los humanos.

En palabras de los autores de los artículos del PMH, los datos obtenidos en conjunto, representan el mayor recurso hasta ahora “que describe la abundancia y variedad del microbioma humano, al tiempo que proporciona un marco de referencia para estudios de bacterias, que pudieran ser  desconocidas en algunos aspectos,  pero que se relacionan de alguna manera con bacterias descritas, de tal manera que se puede dar una solución y entender el comportamiento de la especie, de manera indirecta. Nota del profesor: imagina que alguien describe un cítrico como el limón, y después alguien encuentra una naranja  y necesita aplicarle algo para producirla, pero como la naranja nadie la conoce o es muy rara, ni como empezar. Ha pero como ambos, el limón y la naranja son cítricos (como primos), puedes comprender y predecir el  comportamiento de la naranja a partir del limón. 

Trasplante insólito

Los médicos han logrado trasplantes asombrosos, como los de mano o rostro. Pero ¿te imaginas uno de materia fecal? Suena descabellado (y repugnante), pero ya se está usando en Estados Unidos para combatir los graves trastornos gastrointestinales que produce la bacteria Clostridium difficile. Esta bacteria suele invadir los intestinos de personas que han recibido tratamientos con antibióticos, y como es resistente a éstos, no hay manera de combatirla. Con el trasplante (por medio de supositorios) de materia fecal de individuos saludables, expertos como Alexander Khoruts, de la Universidad de Minnesota —quien ya prepara ensayos clínicos en forma— han logrado restablecer la población microbiana capaz de desalojar al inquilino indeseable. También se está buscando extraer del excremento las bacterias necesarias para introducirlas en el organismo del paciente sin el desagradable, aunque eficaz, trasplante fecal.

A decir verdad el avance en el conocimiento y clasificación de los seres vivos, como las bacterias y de otros organismos, es muy importante para los seres humanos. Así por ejemplo el descubrimiento de plantas medicinales, la  picadura de  un insecto portador de enfermedades, son  muestra de la utilidad de la clasificación de los seres vivos. 

Referencia 

Revista de divulgación de ciencia de la UNAM. 

Autor: Guillermo Cárdenas Guzmán

Extraído de: 

Esta es la lectura para el tercer parcial...

El agente secreto de la evolución

La base de la teoría moderna de la evolución se dio a conocer en El origen de las especies, libro publicado en 1859 por el naturalista inglés Charles Darwin. A casi 150 años de su publicación, la teoría de Darwin sigue siendo la base para entender los fenómenos del mundo biológico. Con un impacto así de grande, hay que preguntar… ¿qué es eso de la evolución?                                               Cuando los científicos hablamos de la evolución, nos referimos a un cambio, pero no a cualquier cambio. ¿Cuánto mides hoy? ¿Cuánto medías hace 10 años? Seguramente en ese tiempo creciste: los huesos de tus piernas y de tus brazos y de otras partes de tu cuerpo, incluida tu cabeza, cambiaron. Pero, ¿fue eso una evolución en el sentido biológico? Es muy probable que te hayas topado con un insecto conocido como cochinilla común (Dactylopius coccus). Hace millones de años vivía en los mares de la Tierra un animal parecido a las cochinillas de hoy. Este animal se llamaba trilobite, y desapareció hace unos 250 millones de años. Tal vez te estés imaginando que vamos a decir que las cochinillas evolucionaron a partir de los trilobites de la antigüedad. Después de todo, las cochinillas prefieren ambientes húmedos, lo cual podría sugerir que alguna vez fueron acuáticas, y el parecido entre la forma de los trilobites y la de las cochinillas —es decir, su parecidomorfológico— es sorprendente. Pero lo cierto es que los parientes vivos más cercanos de los trilobites son unos animales que no se les parecen mucho: los alacranes y las cacerolitas de mar. Aun así, todos estos organismos (cochinillas, trilobites, alacranes y cacerolitas de mar) tienen algún ancestro común: mucho antes de que aparecieran incluso los trilobites, existió una especie que fue sufriendo cambios morfológicos y genéticos, los cuales, al cabo de varias generaciones, fueron dando lugar a grupos de organismos diferentes a la especie original. Cochinillas y trilobites sí están evolutivamente emparentados (como todos los organismos vivos de la Tierra, a fin de cuentas), pero las cochinillas no descienden de los trilobites.

A diferencia de los rápidos cambios que sufre tu organismo al crecer, es prácticamente imposible observar, en un lapso relativamente corto (digamos una vida humana), las transformaciones morfológicas y genéticas que sufrió la especie antecesora y que desembocaron, al paso del tiempo, en los trilobites por un lado y en las cochinillas por otro. La evolución es un proceso de cambio en el tiempo, pero no implica la transformación de un individuo de una especie en uno de otra especie. Tampoco implica que las especies surgen a partir de los cambios más o menos drásticos que ocurren a lo largo de una vida. Para que haya evolución es preciso que los cambios se hereden a las siguientes generaciones. El crecimiento de tus huesos es un cambio en tu desarrollo corporal, pero no es un cambio evolutivo: al crecer tu cuerpo tus células óseas se multiplican por mitosis, un proceso de reproducción celular en el cual se producen nuevas células sin que haya modificaciones heredables en el material genético que contienen. En cambio, las cochinillas, trilobites, alacranes y cacerolitas surgieron como especies debido a que, entre otras causas, un ancestro común a todos ellos heredó algunos cambios genéticos a sus descendientes y éstos a su vez heredaron nuevos cambios que se acumularon a través del tiempo. Mientras en tu cuerpo el crecimiento de los huesos ocurre a lo largo de, digamos, 15 años, los cambios genéticos y morfológicos heredados del ancestro común a los demás organismos no ocurrieron en 15, ni en 20, ni en 100, sino en cientos de miles o en millones de años.

Cómo evolucionan las especies

Charles Darwin postuló que las especies evolucionan por un proceso llamado selección natural. La teoría de la evolución por selección natural fue muy discutida entre los científicos. A medida que se acumularon pruebas y se reinterpretó la evidencia, se modificó la explicación que propuso Darwin.

La versión más actual de la teoría se deriva de la llamada Síntesis Moderna, que a la selección natural añade la explicación genética de la herencia e identifica a las mutaciones genéticas como fuente de variabilidad de las especies. Esta revolución ocurrió a partir de los años 30 del siglo pasado. Su resultado fue reconocer al menos cuatro procesos responsables de los cambios evolutivos. Estos procesos se conocen con los nombres demutación, selección natural, deriva génica y migración.

¿Mutación... yo?

Todas nuestras células contienen la información necesaria para realizar las funciones fisiológicas que nos mantienen vivos. No todas las células realizan todas estas funciones, pues algunas se han especializado para, por ejemplo, producir pelo o grasa (las de la piel), otras para realizar intercambios de gases tóxicos por oxígeno (las de la sangre), y otras más para dar soporte a los músculos (las óseas, o de los huesos). Las "instrucciones" para realizar dichas funciones están alojadas —en todas las células de nuestro cuerpo— en una molécula de ácido desoxirribonucleico, mejor conocido como ADN: una larga cadena de cuatro tipos de eslabones denominados nucleótidos (adenina, guanina, citosina y timina), que se unen por medio de enlaces químicos para hacer un código de información muy parecido a un lenguaje. Pero las palabras en este lenguaje molecular a veces sufren cambios que tienen consecuencias importantes en la evolución: las mutaciones.

En el mundo natural ocurren mutaciones cada vez que nuestras células se multiplican; algunas se deben a errores en la duplicación de la información genética (cambiar una palabra como "gato" por "gota"), pero otras se deben a la acción del ambiente sobre el organismo, específicamente, algunos tipos de radiación —como la ultravioleta— que alteran el mecanismo de duplicación de la información genética. Así, en cada ciclo de duplicación del ADN se modifican, a lo mucho, uno de cada millón de pares de nucleótidos. Para darte una idea de cuán pocas mutaciones ocurren, imagínate que cada vez que contaras un millón de granos de frijol negro, te encontraras con que sólo uno de ellos tiene manchas claras. Al provocar este tipo de cambio, una mutación puede generar un nuevo alelo en el frijol. Unalelo es una de las versiones posibles de un gen. Un gen es una madeja de material genético (ADN o ARN) que contiene información relacionada con una o varias características de un organismo; en el ejemplo del frijol, para la coloración de la capa externa de la semilla. En nuestra población imaginaria de frijol hay dos alelos para la coloración: uno que da frijoles negros, y uno que da frijoles con manchas claras. Así, las mutaciones generanvariación en la naturaleza.

El surgimiento de variantes genéticas (nuevos alelos) no es bueno ni malo, es un proceso que ocurre al azar, es decir, no tiene propósito ni dirección establecida. Si tú te propusieras transformar una bola de plastilina sin forma en un perro, harías cambios para que tu material adquiriera la forma de un simpático canino, ¿verdad? Bueno, pues eso es un cambiodirigido, con un propósito muy claro. Pero la mutación —al igual que toda la evolución— es un proceso que no persigue ningún fin ni tampoco ocurre para mejorar o empeorar a un organismo o a una especie.

Las mutaciones que importan en la evolución son las que se heredan a las siguientes generaciones y éstas son la fuente de todas las novedades que han aparecido en la historia de la vida. Una mutación puede generar un cambio morfológico, por ejemplo el cambio de la posición de los ojos en muchas aves y mamíferos que, de tenerlos a ambos lados de la cabeza, pasaron a tenerlos casi juntos (visión binocular estereoscópica), como los búhos y los primates. Los cambios morfológicos producidos por mutación no son inmediatos; de hecho, algunas mutaciones ni siquiera se heredan a las siguientes generaciones. Esto tampoco significa que un cambio tan drástico en la biología de los organismos sea resultado de una sola mutación. En el caso del cambio de posición de los ojos, nos referimos a un cambio que probablemente se heredó a varias generaciones, y que, acompañado de otras mutaciones durante un periodo de tiempo considerable, resultó en la adaptación de los organismos con visión binocular a esta nueva forma de percibir el mundo.

A nivel fisiológico y bioquímico, una mutación puede haber sido responsable de la capacidad de algunas bacterias, y en general de las plantas, de usar luz como fuente de energía para producir alimento. Las mutaciones han dejado huella incluso en la conducta: algunas aves no hacen nidos para sus huevos, sino que los depositan en los nidos de aves de otras especie. Existen diferentes teorías para explicar la evolución de una conducta como ésta, pero en principio es probable que una mutación haya provocado que ciertas aves perdieran la capacidad de construir un nido, o que promoviera la puesta de un huevo como resultado de encontrar nidos ajenos con huevos dentro. Esta mutación probablemente se heredó a los polluelos que crecieron en un nido "ajeno", de tal manera que los adultos de la siguiente generación también pondrían huevos en nidos ajenos, y como resultado final dicha conducta fue incorporada al patrón conductual de la especie. Pero la mutación no es la única explicación a la aparición de estas conductas; para entender cómo éstas se mantienen en una población a lo largo del tiempo es necesario considerar otros factores como la disponibilidad de recursos, el sistema de apareamiento de los individuos, o el cuidado de los padres hacía las crías.

Algunas mutaciones pueden provocar modificaciones minúsculas en una proteína, pero no generan un cambio funcional importante. Las mutaciones también pueden modificar la forma en la que está "escrito" el código genético, pero no las proteínas que producen los organismos, pues este código es más o menos como los lenguajes con los que nos comunicamos: puede expresar la misma información con secuencias diferentes de caracteres (como el uso de las palabras "can" y "perro"). De esta manera, la mutación genera variación genética; de esta variación, la mayor parte tiene efectos neutrales, es decir, no afectan la supervivencia y reproducción de los seres vivos.

La reproducción del que sobrevive

La selección natural es el proceso evolutivo por excelencia. Los documentales de la vida salvaje nos la presentan como sinónimo de una lucha por la supervivencia: la indefensa gacela africana escapa de un feroz guepardo que la persigue durante media hora; las plantas rastreras (así se les llama porque viven al ras del suelo y casi no crecen verticalmente) de la selva compiten frenéticamente entre sí por obtener un poco de luz solar. A diferencia de las batallas, que se darían entre dos adversarios igualmente dispuestos a luchar, en la realidad la selección natural no implica la confrontación de unos organismos con otros. La selección natural no es más que la supervivencia y reproducción diferenciales. En algunas poblaciones naturales existe un diferencial (o variación) en la probabilidad de sobrevivir y reproducirse debido a alguna característica del organismo que está relacionada con su desenvolvimiento en el medio ambiente. Por ejemplo, en una población de gacelas, casi siempre hay algunas que por alguna razón no son capaces de correr y hacer maniobras más rápido que un guepardo, su depredador natural; éstas tienen menores probabilidades de sobrevivir, y por tanto, de reproducirse (hablamos de probabilidad porque en la naturaleza no existen "contratos" que garanticen la supervivencia). Entonces, tal variaciónestá sometida a la acción de la selección natural.

Lo curioso de la selección natural es que no es una fuerza omnipotente que actúe sobre los organismos; tampoco es una especie de "dedo señalador" que conscientemente escoja a algunos organismos y no a otros. La clave de la selección natural es su relación estrecha con la reproducción de los organismos. Las gacelas corredoras sobreviven y se reproducen, en promedio, más que aquéllas con características diferentes; cuando se reproducen, heredan sus habilidades corredoras a sus descendientes; las que no escapan del depredador, mueren. Si murieron después de haber producido crías, sus características permanecerán en la población. Sin embargo, esas crías también se las verán negras en un futuro, ¡precisamente porque heredaron de sus padres una habilidad disminuida para escapar del guepardo! Pero, si murieron en las garras de un depredador sin haber producido crías, entonces esa característica desaparecerá de la población. Un organismo "seleccionado", entonces, se ha adaptado a lo que se conoce como presión de selección.

¿Selección o perfección?

No hay organismos perfectos. La selección natural no es una "madre naturaleza" que actúa con un propósito (el de lograr la perfección, por ejemplo). ¿Qué tienen en común los osos polares, los tigres de bengala y los chacales de África? Los tres son depredadores. Pero entre ellos no hay "mejores" y "peores"; la realidad es que los tres se han adaptado al medio en que viven, tanto así, que están vivos. Lo que pasa es que sus adaptaciones han surgido en contextos diferentes. La selección natural es sólo un proceso y sus consecuencias dependen del medio en que se desarrollan los organismos en el tiempo y en el espacio. Las condiciones en que viven los seres vivos cambian de una región a otra y no han sido las mismas a lo largo de los millones de años de historia de la vida sobre el planeta. Por eso, características que hoy son adaptaciones, por ejemplo las semillas resistentes a la sequía de muchas plantas de zonas con estacionalidad muy fuerte, podrían no ser adaptaciones en el futuro, si dentro de unos miles de años las lluvias se repartieran homogéneamente a lo largo del año.

Barcos sin vela… genes a la deriva

El azar desempeña un papel importante en la evolución. El proceso de selección natural implica, como hemos dicho, que ciertos organismos tienden a dejar mayor descendencia. Imaginemos una población de 10 plantas de frijol que tienen la misma probabilidad de reproducirse, independientemente del color de sus raíces. Si no todos los frijoles se reproducen en cada generación, a la población que se reproduce "…el azar se le (va) enredando, poderoso, invencible", parafraseando una canción de Silvio Rodríguez. El azar hace que el barco sin vela (la población) siga un rumbo impredecible conforme van pasando las generaciones: en la población original había diferentes linajes de frijoles y conforme pasó el tiempo, algunos linajes se extinguieron de manera que todos los frijoles modernos llegaron a tener raíces del mismo color: rojo. Así, un alelo —el que confiere el color rojo— quedó fijo en la población no porque haya conferido a los frijoles mayores ventajas reproductivas o de supervivencia, sino por deriva génica. En otras palabras, todos los linajes (el rojo, el blanco y el morado) tenían al principio la misma probabilidad de fijarse; el que se haya fijado uno y no otro es, en este caso, producto del azar.

La población original de frijoles era diversa: había distintos alelos para los distintos colores de raíces. Pero la población actual dejó de ser diversa, pues se fijó un alelo. La deriva génica hace que disminuya la diversidad genética. Si en una población el número de individuos que se reproducen (a esto se le llama tamaño efectivo) es bajo, se incrementa la probabilidad de que esos no sean representativos de la diversidad genética de la población; algo similar sucede con un juego de cartas: mientras más cartas tengas, la probabilidad de que puedas hacer una tercia o una corrida es mayor que si sólo tienes el número mínimo necesario para hacer una tercia (tres cartas). Esto sucede siempre y cuando tengas un juego de cartas completo, o diverso; es decir, uno en el que cada número aparece cuatro veces, una por cada símbolo: corazones, diamantes, tréboles y espadas. En el mundo natural, el tamaño efectivo de la población es el número de individuos que se reproduce, a partir de los cuales se forman las combinaciones genéticas o genotipos de la siguiente generación, "la mano de la siguiente ronda". Si el tamaño efectivo de la población fuese cercano a infinito, la diversidad genética no disminuiría. Pero por grande que sea una población, su tamaño es menor a infinito. El azar actúa en todas las poblaciones y sus efectos se manifiestan más o menos pronto dependiendo del tamaño efectivo poblacional (a mayor tamaño efectivo, más tiempo).

Mudanza y migración

Cuando decimos migración no nos referimos al viaje anual de las mariposas Monarca de Canadá a México. La migración, desde el punto de vista evolutivo, se refiere a una mudanza a largo plazo, en la que los organismos se desplazan a otra casa y se quedan a vivir ahí. Hay migraciones fortuitas (ocurren de vez en cuando), como la de ciertas lagartijas montadas en troncos que son arrastradas por el mar en medio de un huracán y se establecen en una isla donde ya hay lagartijas, o el movimiento de las semillas de árboles, ya sea por medio del viento o por transporte de animales, de modo que algunas germinan en bosques distantes a los bosques donde vivían los padres.

Pero en la evolución no todo es color de rosa y algunas mudanzas no terminan bien: una semilla podría germinar en un ambiente inhóspito y no poder establecerse como adulto, o las lagartijas podrían no adaptarse bien al nuevo hábitat isleño. Sin embargo, los eventos que sí desembocan en el establecimiento de los organismos en nuevos lugares añaden nuevas variantes genéticas a una población. Esto es importante porque a veces entre los organismos migrantes puede estar contenida la variación que permita a la especie adaptarse a un cambio ambiental. Si es así, la nueva población podría tener más oportunidades de adaptarse a un posible cambio ambiental y sobrevivir.

Surge una nueva especie

El elemento crucial para que puedan surgir dos especies a partir de una es el aislamiento reproductivo, es decir, un periodo en el que dos poblaciones de una misma especie dejen de interactuar al punto de no realizar ningún tipo de intercambio genético, es decir, no reproducirse. Para que esto suceda, el aislamiento puede ser provocado por la aparición de una barrera geográfica que interrumpa el contacto y por ende la migración entre poblaciones (una cordillera montañosa, un río, o el surgimiento de una isla por hundimiento de un pedazo de tierra), pero también puede suceder si las características morfológicas o conductuales de una o ambas poblaciones sufren cambios que las hacen irreconocibles una para la otra. Cuando estas barreras se erigen entre las poblaciones, dos procesos —la deriva génica y la selección— las van diferenciando hasta que la reproducción entre organismos de un lado y de otro de la barrera (geográfica o morfológica o conductual) deja de ser posible, aun si la barrera desaparece. Al cabo de un tiempo en el que ambas poblaciones se han reproducido por separado durante suficientes generaciones, se pueden convertir en dos especies distintas.

Hacia dónde va la evolución

¿Cómo han surgido en la naturaleza formas vivas tan dispares como bacterias que pueden vivir a 110º C junto a surtidores submarinos de agua caliente y osos polares de media tonelada que nadan hasta 50 km en aguas heladas? La mutación, la selección natural, la deriva génica y la migración, en última instancia, han engendrado la diversidad de formas vivas que se han adaptado a diferentes condiciones de vida.

Una de las cosas interesantes de conocer y entender la evolución biológica, es que casi cualquier fenómeno que involucre caracteres biológicos plantea nuevas preguntas cuando se estudia desde la teoría de la evolución. En este sentido, la obra El origen de las especiesde Darwin es ejemplar al estudiar de manera articulada fenómenos de biogeografía, ecología, paleontología, genética, etc. Por eso se dice que la teoría de la evolución unifica y da sentido a la Biología como ciencia, ya que proporciona explicaciones para diversos tipos de fenómenos.

La teoría evolutiva moderna plantea una explicación material, no especulativa ni mística, acerca del cambio de los seres vivos a través del tiempo. Ese cambio ocurre en un escenario que a su vez es dinámico: los organismos vivos no son meros objetos de los procesos evolutivos, sino que pueden modificar activamente el ambiente en el que se desenvuelven y con ello las condiciones en que evolucionan.

El ejemplo histórico más dramático (por lo menos para quienes respiramos oxígeno) es el proceso en el que una serie de microorganismos unicelulares sin núcleo llamados cianoprocariontes, alteraron radicalmente la composición de la atmósfera hasta volverla predominantemente oxidante y respirable. Por medio de la fotosíntesis, estos organismos fijaban grandes cantidades de carbono a partir del bióxido de carbono (CO₂) y el agua (H₂O), compuestos abundantes en la Tierra primitiva. El proceso de la fotosíntesis (distinto del de los primeros organismos quimiosintéticos, que para fijar carbono usaban ácido sulfhídrico, H₂S, directamente del medio) liberó constantemente a la atmósfera cantidades considerables de oxígeno libre. Dicho proceso transformó la atmósfera radicalmente, pues contribuyó a la formación de una capa de ozono que, entre otras cosas, protegió a la superficie terrestre y a los organismos de la radiación ultravioleta. Al cobijo de una atmósfera oxigenada, protegidos de los daños genéticos causados por radiación, y con alimento en abundancia (gracias a los productos de la fotosíntesis) los organismos primitivos pudieron reproducirse a gran escala y eventualmente vivir fuera del agua. En los nuevos medios, entre otras cosas, las tasas de depredación y competencia por alimento y espacio permitieron la acción de nuevas presiones de selección que impulsaron la diversificación de los seres vivos.

Bibliografía

Revista de divulgación de ciencia de la UNAM. 

Autor: José Manuel García Ortega

extraido de: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/97/el-agente-secreto-de-la-evolucion