La ciencia de la evolución

Tercera parte: Unas palabras sobre la adaptación

Ardea Skybreak

Obrero Revolucionario #1160, 28 de julio, 2002, posted at http://rwor.org

Muchos cambios evolutivos representan adaptaciones de los organismos a cambios del ambiente exterior, aunque no todo cambio evolutivo es una adaptación.1

La adaptación es un proceso que ocurre con el transcurso del tiempo. Se refiere al desarrollo de una marcada "correspondencia" entre ciertas características de un organismo y el ambiente en que vive. Es una especie de "afinación" de las especies al ambiente que normalmente produce la selección natural a lo largo de muchas generaciones. Los ejemplos de adaptación en la naturaleza son numerosos y maravillosos. El camuflaje es un buen ejemplo. Muchos mamíferos del Ártico (como el oso polar, la zorra ártica y otros) tienen la piel blanca y se pueden confundir con el fondo nevado, lo que los protege de los depredadores; ciertas especies de insectos parecen hojas, ramitas o corteza, lo que dificulta que los vean los depredadores.

La evolución de organismos que parecen una "copia" de otras especies es otro ejemplo de evolución de adaptaciones: por ejemplo, unos insectos tienen franjas negras y amarillas como si fueran abejas y avispas, pero no tienen veneno y serían muy apetitosos para los pájaros y otros depredadores. Esa apariencia engaña a los depredadores. Recordemos que esto no se hace de modo consciente: el insecto que parece una abeja no sabe que engaña a los pájaros. Lo que pasa es que los insectos individuales que por casualidad tenían franjas sobrevivieron más y dejaron más descendientes en promedio que los individuos de la misma especie que no tenían franjas. Con el paso de muchas generaciones, la selección natural hizo que todos (o casi todos) los individuos de la población tuvieran franjas. Hay muchas especies "copiadas": insectos sin veneno que parecen abejas y avispas; serpientes sin veneno que son casi exactas a serpientes muy venenosas, etc.

Bueno, si "copiar" animales venenosos da una ventaja reproductora, ¿por qué no todas las especies de insectos han adquirido la coloración de advertencia de las abejas y avispas, por dar un ejemplo? Esta pregunta es importante. La respuesta básicamente es que la evolución solo trabaja con la materia prima (variabilidad genética) disponible. Puede que una población no haya heredado la información genética necesaria para que aparezcan ciertas características, no importa lo ventajosas que puedan ser. Por ejemplo, para los seres humanos sería una ventaja volar moviendo los brazos, pero el "equipo" genético humano no tiene las bases para que se desarrolle esa capacidad. Así que la selección natural no llevará a la evolución del vuelo en los seres humanos, aunque se demostrara que beneficia la supervivencia y la reproducción. El biólogo Doug Futuyma (autor de excelentes textos universitarios de evolución, así como de un excelente libro para el público general, Science on Trial, the Case for Evolution ) da un mejor ejemplo: dice que para los animales sin duda sería una gran ventaja ser capaces de realizar fotosíntesis (el método por el cual las plantas producen carbohidratos con la energía del sol) pues tendrían una fuente confiable de nutrición cuando escaseara el alimento. Así que, si fuera posible que surgiera la capacidad de realizar fotosíntesis en cualquier población animal, la selección natural la favorecería y se transmitiría rápidamente de generación en generación. Pero por más ventajosa que sea esa capacidad, ¡nunca surgirá! Para repetir, eso se debe a que ningún animal ha heredado de sus antepasados la información genética necesaria para hacer la maquinaria de la fotosíntesis, que solo evolucionó en las plantas.

Por lo tanto, en una línea animal, por más que se recombine el material genético heredado de la generación precedente, no surgirá una característica para la cual no existen las bases, ¡por ventajosa que pudiera ser! Esto ilustra nuevamente el importante punto de que la evolución solo puede trabajar con lo que está disponible (con la variabilidad genética heredada de generaciones previas) y de que los caminos evolutivos (y el surgimiento de "novedades" evolutivas) están constreñidos ( canalizados y limitados ) por la historia pasada.

Pero a pesar de esas limitaciones, la evolución ha llevado a una increíble diversidad de forma y función en el mundo vegetal y animal. Pensemos en las diferentes formas y colores de las flores. ¿Por qué no son todas las flores de la misma forma o del mismo color? ¿Por qué tanta diversidad? En parte eso se debe al proceso histórico de co-evolución de distintas especies. Veamos el ejemplo de las plantas y los polinizadores. Unas plantas no producen flores completas y se reproducen soltando al aire polen (células reproductoras masculinas). El aire se lleva el polen, que a veces cae en los ovarios (órgano reproductor femenino) de la planta y se produce una nueva semilla. Pero en muchas especies la evolución ha desarrollado un mecanismo que favorece la polinización, no la deja al azar: la planta produce flores llamativas, tal vez de olor distintivo, que además de los órganos reproductores contienen néctar. Los pétalos de colores y el dulce néctar no le "sirven" a la planta en sí pero atraen animales polinizadores:miembros de especies que reconocen la flor y recuerdan que es una "bandera" que anuncia una fuente de alimento, el néctar. Entre los polinizadores figuran muchas especies de insectos voladores (como las abejas), especies de aves (como el colibrí o chupaflor) y unas cuantas especies de murciélagos y monos. En todos los casos pasa básicamente lo mismo: los polinizadores van a una flor a chupar el dulce néctar y en el proceso se les pega polen en el cuerpo. Después van a otra flor de la misma especie a buscar más néctar; ahí, el polen de la primera flor cae en los ovarios de la segunda flor, donde se producirán semillas. Este método es mucho más confiable que el viento. En la especie vegetal se ha dado la evolución de una forma de "usar" la especie animal para facilitar su propia reproducción, y en la especie animal se ha dado una co-evolución para obtener alimento. Ambas especies se benefician de la relación simbiótica (que beneficia a los dos), aunque por supuesto ni el animal polinizador ni la planta polinizada está consciente del proceso.

Lo que vemos es simplemente el resultado de un proceso de selección natural que ocurrió a lo largo de muchas generaciones y de considerables períodos de tiempo. Estos procesos no se dan en todos los linajes evolutivos (a muchas especies vegetales las poliniza el viento y hay muchas especies animales que no sirven como polinizadores) y no estaba "escrito" que la evolución se desenvolviera en esa dirección. Pero entre los antepasados de los polinizadores de la actualidad los individuos que fueron a buscar néctar de las flores se deben haber reproducido más que los que no lo hicieron; así que, si la capacidad para detectar y explotar esa fuente de alimento era heredable, se transmitió a más y más descendientes. Igualmente, entre los antepasados de las plantas de hoy los individuos que por accidente producían flores con néctar y avisos llamativos (colores vivos, olor dulce, etc.) que aumentaban la posibilidad de polinización, deben haber tenido una ventaja reproductora en comparación con otros individuos que no tenían esas características. Mediante la simple selección natural, esas características se pasaron a más y más descendientes.

Este proceso totalmente inconsciente (que no necesita un "artífice" externo en absoluto) se observa una y otra vez en la naturaleza. Normalmente no podemos ver el surgimiento de nuevas especies (muchas de las plantas y animales que vemos hoy son el producto de millones de años de evolución y adaptación), pero sí podemos realizar experimentos para manipular (transformar) la naturaleza y observar y medir si ciertos rasgos de un organismo que nos parece que le dan una ventaja reproductora efectivamente lo hacen (y a qué grado).

Este es uno de miles de ejemplos de tales experimentos: varias especies de plantas, especialmente en el trópico, producen gotas de néctar en las hojas o en los tallos que en apariencia no tienen uso directo para la planta (y cuya producción requiere mucha energía). El néctar atrae hormigas que caminan por toda la planta chupando esa rica fuente de alimento. La ventaja para las hormigas es obvia: una buena fuente de alimento. ¿Pero hay una ventaja para la planta? En experimentos de campo se ha demostrado que si se impide que las hormigas suban a esas especies de plantas, los insectos que comen hojas devorarán las plantas. Pero las "patrullas" de hormigas alejan a los insectos come-hojas, y así las plantas tienen más posibilidades de crecer y de producir semillas. La evolución por selección natural de esta co-relación inconsciente entre hormigas y plantas ha dado a ambas poblaciones una "ventaja reproductora", y la prueba es observable.

Volvamos al ejemplo de los polinizadores: la co-evolución de adaptaciones de especies de plantas y de las especies que las polinizan es tan directa que los biólogos pueden predecir qué animal polinizará una planta guiándose por la forma, el color y el olor de las flores. Por ejemplo, a las flores rojas de forma larga y tubulada las poliniza el colibrí: lo atrae el color rojo y chupa el néctar con su largo pico; a las flores de colores vivos, redondeadas y de olor dulzón las polinizan las abejas y otros insectos que detectan esos colores y olores; a las flores blancas de fuerte olor dulzón las polinizan animales nocturnos (de noche el color no importa) como las polillas o los murciélagos; y a las plantas de flores pálidas con un horrible olor a carne podrida (afortunadamente pocas) las polinizan las moscas.

En cierto sentido el cambio evolutivo por selección natural puede parecer "dirigido" por el simple hecho de que los recursos del mundo natural no son infinitos y de que los organismos tienen que competir de una forma u otra por ellos. Tanto la competencia entre individuos de la misma especie como entre individuos de distintas especies contribuye al cambio evolutivo por selección natural. Por ejemplo, los individuos de la misma especie compiten entre sí por recursos limitados como comida, agua, pareja, territorio, lugares para nidos, polinizadores, etc. Los individuos con características heredables que dan más probabilidades de obtener esos recursos seguramente sobrevivirán más y se reproducirán más que los individuos que no tienen esas características. A menos que intervengan factores que canalicen los cambios evolutivos en otras direcciones (o que lleven a la extinción de la especie), esas características tenderán a pasarse de una generación a otra por selección natural y pueden llegar a caracterizar toda una población o incluso toda una especie.

Los individuos que pertenecen a distintas especies y ocupan el mismo hábitat también pueden competir por recursos limitados como comida y agua (por ejemplo, cuando miembros de diferentes especies vegetales compiten por la luz solar en la capa inferior de un bosque). Además, los miembros de muchas especies interaccionan como depredadores o presas potenciales. De hecho, es probable que la gran variedad de interacciones entre depredadores y presas que se da entre miembros de distintas especies haya jugado un papel muy importante en la "dirección" (o canalización) de una gran cantidad de cambios evolutivos por selección natural (como la diversificación de especies) a lo largo de la historia de la vida. Las modificaciones evolutivas que facilitan a los depredadores atrapar presas y a las presas evitar a los depredadores representan claras adaptaciones de los organismos a los cambios de su ambiente.2

El trabajo conjunto de los ecologistas evolucionarios y de los genetistas de poblaciones ha producido una gran cantidad de evidencia de la evolución en ecosistemas: evidencia de cómo usan recursos limitados distintas poblaciones; los efectos de la competencia entre miembros de la misma especie y de distintas especies, y de las interacciones entre depredadores y presas; la dirección del cambio evolutivo de distintas poblaciones en respuesta a cambios en el ambiente físico o biótico (sequías, inundaciones, aumento o disminución de especies competidoras o de presa); y demás. Todo esto se puede evaluar experimentalmente y el efecto de varias variables en la "aptitud reproductora" se puede medir. También se pueden correlacionar (conectar) los cambios evolutivos con cambios subyacentes de la variación genética a nivel molecular. Por ejemplo, se puede demostrar que la frecuencia de ciertos alelos de ADN sube o baja de acuerdo con ciertos cambios observables en la apariencia y/o el modo de existencia de esa población; y todo eso se puede comparar con otra población de la misma especie que interacciona con un conjunto diferente de factores ambientales.

Es importante recordar también que el cambio evolutivo no sigue una dirección predeterminada. Es más, la dirección de un cambio evolutivo se puede invertir en una población si una característica que ofrecía una ventaja reproductora en una situación deja de ser una ventaja porque el ambiente ha cambiado. Por ejemplo, en un desierto caluroso y seco son muy comunes las adaptaciones que permiten conservar agua (como las espinas de los cactos), pero si un cambio climático transformara el desierto en un pantano tropical, es probable que las especies que tienen adaptaciones tan especializadas evolucionaran (o que se extinguieran). Repito: el cambio evolutivo ocurre a lo largo del tiempo con relación a ambientes que cambian continuamente,así que no hay una dirección, un camino único al "progreso", un propósito predeterminado ni un punto final.

Sin embargo, hay tantos ejemplos espectaculares de adaptaciones "muy afinadas" entre los organismos y su ambiente (y otras especies) que no es sorprendente que mucha gente crea que esas maravillas las tuvo que hacer un "artífice" que todo lo sabe (un dios). Pero si uno examina el asunto con una orientación científica se da cuenta de que todas las maravillas de la naturaleza, toda su diversidad, pueden ser fruto de modificaciones de los seres vivos preexistentes mediante procesos que se desenvuelven paso a paso a lo largo de períodos de tiempo muy extensos. Además, como veremos más adelante en esta serie, la evolución no es ni mucho menos un mecanismo que "perfecciona" o que "optimiza": hay montones de peculiaridades evolutivas, vestigios inútiles (cosas que tenían los antepasados y que ya no se necesitan), derroches e incluso "imperfecciones" dañinas que no tendrían ninguna explicación si un dios todopoderoso y omnisciente hubiera "diseñado" la naturaleza. Pero sí se pueden explicar si toda la vida evolucionó de un antepasado común y se diversificó en innumerables formas por medio de la selección natural y mecanismos relacionados a partir de la materia prima (variabilidad genética) que una generación hereda de la generación que la precede. Esa materia prima está limitada (canalizada y restringida) por el desarrollo histórico pasado y por lo tanto no puede producir modificaciones sin límite o "ideales".

En otra parte de esta serie veremos más a fondo que la evidencia de la evolución refuta la idea de un "artífice inteligente" supremo.

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NOTAS:

1.    Como ya mencionamos en esta serie, fuera de la selección natural otros procesos contribuyen a la evolución de poblaciones de organismos; entre ellos figuran la deriva genética accidental, el efecto fundador y las mutaciones neutrales. Estos procesos contribuyen a la evolución de una población causando cambios en la frecuencia relativa de ciertos genes de una generación a la siguiente. Tales cambios de frecuencia génica no se deben a la selección natural. Pero la selección natural es responsable por el proceso de afinación que llamamos adaptación. Por otra parte, hay que tener en cuenta que no es correcto asumir que determinado rasgo de un organismo representa una adaptación sin más ni más. Muchos rasgos de los organismos no son adaptaciones; pueden ser el resultado de limitaciones del desarrollo o subproductos del desarrollo de otro rasgo que es una adaptación producida por selección natural.

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2.    Es importante recordar que las adaptaciones no son el único tipo de cambio evolutivo. Por ejemplo, una población puede evolucionar y diferenciarse de la población de la cual desciende cuando una cantidad pequeña de individuos queda aislada tras migrar a un lugar separado, como una isla, un valle escondido, el otro lado de una cordillera u otra barrera. El pool genético de esa subpoblación aislada no tiene tanta variación genética como el pool genético de la población de la cual se separó. Eso puede llevar a una pérdida de la materia prima con que trabaja la evolución (relativa "pobreza genética"), pero también puede crear condiciones para que surjan "novedades" evolutivas (que tienen mayor probabilidad de darse accidentalmente en poblaciones pequeñas). Los fenómenos como la deriva genética y el efecto fundador suplementan la selección natural darwiniana y contribuyen al cambio evolutivo.

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