El Cedazo

En la entrada anterior de la serie sobre la Biografía de la Vida hablábamos de los caminos iniciales que habían seguido los animales de los principales filos aparecidos durante el Cámbrico. Todos siguieron sus propios vericuetos de acuerdo al campo de juego permitido por la selección natural. Hoy nos toca hablar de esta última.

Aunque es evidente, hago una advertencia parecida a la que comenté en la entrada anterior. Con el monográfico de hoy rompo de nuevo el devenir cronológico de la biografía de la Vida, que recuperaremos una vez acabemos con una especie de “miniserie” interna, que ocupará varias entradas, sobre diversos aspectos de la evolución que creo merecen una atención especial.

Llega el momento de hablar de la selección natural

La selección natural ha estado presente en todos los momentos, tanto en el mundo prebiótico como desde cuando la Vida apareció sobre la Tierra. El medio pastorea al individuo, que necesariamente se amolda a ello. El que mejor preparado esté será el que pase adelante. Pero aunque es algo que ocurrió siempre, es en el Cámbrico donde parece que el juego comenzó a ser por primera vez más intenso y sus evidencias más abrumadoras. Tuvieron que pasar unos tres mil millones de años desde las bacterias fotosintetizadoras hasta la fauna ediacara. Por el contrario bastaron sólo 70 millones de años más para que la biosfera volviera a ser irreconocible. Todo fue la consecuencia de un tira y afloja motorizado por la selección natural que respondía al empuje de la presión ambiental, no sólo geológico o climático, sino también el ejercido por la propia biosfera circundante.

La selección natural es tan decisiva en esta biografía de la Vida, y tan exuberante en el Cámbrico, que se impone un nuevo paréntesis teórico para realizar un retrato de este personaje tan fundamental.

Empezaremos por la definición de evolución.

En el diccionario de la Real Academia de la Lengua Española se dan hasta nueve acepciones para la palabra evolución. Entre ellas, la que corresponde al fondo de este capítulo:

“Proceso continuo de transformación de las especies a través de cambios producidos en sucesivas generaciones”.

Queda claro. No aparece ningún atisbo que permita pensar que en el concepto de evolución se encuentra implícito el de mejora, aunque para la mentalidad competitiva humana parece que la evolución sólo tiene sentido si es para mejorar. Sin embargo, evolucionar no es equivalente a mejorar, sino simplemente a desarrollar, transformarse, cambiar.

¿Qué es la evolución biológica?

Es el pausado caminar de la Vida por el que, partiendo de ingredientes muy elementales, tras un proceso generalmente lento y progresivo, se van derivando formas más complejas.

En cada particular momento de la historia de la Vida encontraremos latiendo a una activa biosfera cuajada de organismos interactuando con el medio, que es toda la bullente variedad que les rodea incluidos ellos mismos, con el fin de alimentarse y pasar su herencia al futuro. En este proceso no hay ningún acto volitivo y todo funciona de forma precisa y automática.

En cada momento observamos que se producen cambios y mutaciones en el acervo biológico de las especies. Estos cambios y mutaciones son provocados por muy diversas causas. En los corrillos de la Ciencia hay algunas aceptadas con gran consenso generalizado y otras consideradas meras especulaciones.

El acervo genético se transmite de generación en generación. Si hay mutaciones y cambios, estos serán también heredados por los descendientes de los padres que hayan sufrido la transformación. La consecuencia de todo ello es que la segunda generación será distinta de la anterior y deberá enfrentarse de forma distinta a su medio ambiente, que seguramente también habrá variado entre una generación y otra. Normalmente el cambio será tan nimio que resultará difícil diferenciar al hijo del padre.

El medio ambiente, como en el juego del Tetris, propone un espacio a cualquier elemento que entra en la escena, pero sólo le hace ganador si encaja. Así, los nuevos cambios y mutaciones son testados por él, dándoles continuidad si los considera favorables o neutros, o poniéndoles un magnífico stop en el caso que sean desfavorables.

Y así aparece una nueva generación en el siguiente momento temporal sobre la Tierra.

Estas ideas se comenzaron a fundamentar ya en el siglo XIX, ya que en 1809 el naturalista francés Jean-Baptiste Lamarck propuso por primera vez, en su libro “Filosofía zoológica”, que los organismos vivos no habían sido creados, sino que eran consecuencia de un proceso evolutivo a partir de formas más simples. A esta teoría se la conoce como Lamarckismo. El mecanismo que hacía funcionar su teoría lo llamo “herencia de los caracteres adquiridos”, por el que establecía que las habilidades adquiridas por los padres en su esfuerzo por la supervivencia se transmitían a los hijos. Es famosa la propuesta de que el esfuerzo que las jirafas hacen por comer las hojas cada vez a mayor altura, en competencia con sus congéneres, les hacía crecer el cuello. Una mayor longitud que era heredada por su descendencia

Cincuenta años después sería superado por lo que hasta hoy sigue siendo el paradigma: la Teoría de la Selección Natural de Darwin. A comienzos del siglo XX cuando ya se conocían las reglas básicas de la genética (genes, ADN, transmisión sexuada de los genes, la herencia implícita en ellos…), se afianzaron las ideas de Darwin. Con posterioridad, y con el desarrollo del conocimiento de la genética, de la biología molecular y la aparición de nuevas tecnologías que permitieron unos estudios más profundos y detallados, surgieron nuevas voces, discordantes o alternativas, pero siempre enriquecedoras.

Charles Darwin dio una explicación de como funcionaba la evolución. Apostó por que los organismos vivos sufrían una serie de cambios fenotípicos que serían seleccionados o excluidos por el medio ambiente según el grado de adaptación al mismo. Quien pasara adelante podría engendrar descendencia, la cual heredaría sus innovaciones genéticas colocándose en una situación exitosa como la de sus padres. El proceso sería azaroso, sin propósito determinado, y se produciría a un ritmo lento pero continuo.

A partir del desarrollo de la genética a principios del siglo XX se redescubrieron las leyes de Mendel, que ya eran conocidas, aunque habían quedado aparcadas en un armario durante la época de Darwin. Con ello se tuvo una explicación científica del porqué de las modificaciones que Mendel postuló en su teoría. La genética hizo más sólido el argumento al descubrirse los genes y sus mutaciones. La unión de todas estas ideas científicas dio lugar a lo que se llama la teoría sintética de la evolución. Con ella se ha pasado de la idea de que en un mundo con escasez de recursos el ser más adaptado es el que sobrevive, a la idea de que el que progresa es aquel que está mejor preparado para reproducirse, lo hace con más intensidad y además sus herederos poseen la misma habilidad.

Sin embargo, la propia teoría dejaba en el aire la posibilidad de diversas interpretaciones acerca de tres aspectos fundamentales, como eran cuál podía ser el motor, cuál el ritmo y cuál la dirección de la evolución. O incluso cuál pudiera ser el ente básico que evoluciona: genes, individuos, grupos, especies,… El proceso podía ser lento o rápido, el proceso podía ser azaroso o con un propósito, el motor de la evolución podía ser el medio ambiente o se encontraba implícito en el propio organismo que evolucionaba, los genes mutaban puntualmente o había transferencias genéticas en grandes bloques, el cambio era unidireccional o podía dar marcha atrás… en fin, un campo propicio para la discusión científica. Y aquí entró de lleno la especial idiosincrasia de los humanos y su ego. Aún dentro de un contexto en donde nadie discute la veracidad del proceso evolutivo, cada maestro, cada científico, manuscribe sus particulares opiniones, a veces con gran vehemencia. Y así, a lo largo de la historia podemos encontrar en los libros de la teoría de la evolución “dictámenes” para todos los gustos de grandes investigadores, biólogos, genetistas y paleontólogos, en los que se entremezclan diferentes visiones de las incógnitas que dejó abiertas la teoría básica de Darwin, fabricando entre todos ellos un exhaustivo abanico de combinaciones.

Soy de la opinión de que prácticamente todas las aportaciones son complementarias y que todas ellas pueden dar una explicación parcial de un proceso general que se esquematizó en la figura anterior. Todas mejoran el conocimiento de lo que parece que pudo ser. Algo así puede deducirse de la figura siguiente, que representa la expansión de las ideas evolucionistas.

La realidad de la evolución

Hemos comentado que nadie en el mundo de la ciencia cuestiona la realidad de la evolución, ya que hay fuertes evidencias de ello soportadas en múltiples hechos comprobados.

Podríamos empezar por una certeza: la de que no hay ningún dato, hallazgo o evidencia que muestre que todas las especies aparecieron a la vez.

Y luego seguir por la clara pista que dejan los fósiles. De su observación se concluye una línea de progresión evolutiva que no se contradice con la línea de progresión geológica-temporal de los estratos donde fosilizaron. En estratos más antiguos encontramos siempre organismos representantes de etapas evolutivas menos desarrolladas.

Así, hasta concluir con el hecho de que el análisis taxonómico de grupos de fósiles evidencia en sus estructuras y tejidos una progresión en el tiempo constante y gradual, apareciendo en diversas especies soluciones, características y funciones comunes que permiten pensar que lo más plausible es que se originaran en un ancestro común. Por ejemplo, los mismos huesos con distintas formas y tamaños en individuos de especies distintas.

Con el avance en el conocimiento de la genética y la biología molecular se ha podido hacer un rastreo de genes y proteínas y sus mutaciones, así como de las secuencias de nucleótidos en los ADN y los porcentajes que comparten las especies, llegando siempre a la conclusión de una evolución constante a partir de unos antecesores comunes y más simples. Todos los seres vivos compartimos demasiado genoma, multitud de soluciones metabólicas y reiteración de los mismos diseños corporales, con una más que plausible explicación en la evolución.

Esta evolución se ha producido por lo general de forma continua y lenta, por acumulación de pequeños cambios entre padres e hijos. Lo cual tampoco hay que considerarlo como una regla general, ya que en la crónica también se sabe de episodios en donde la velocidad del cambio se aceleró, surgiendo nuevas especies de forma muy rápida a nivel de percepción temporal geológica. El estudio de los datos reales nos ha permitido saber que el camino de la evolución ha sido progresivo, a veces al paso y a veces al galope, pero que no se ha parado en el tiempo. Al analizar los motivos de los cambios en el acervo genético de la biomasa veremos que ambas modalidades encajan perfectamente, ya que algunos cambios son claramente lentos y progresivos y otros aparecen tras lo que parece un salto.

El motor de la evolución

Antes hablaremos del motor de la evolución, aquello que impulsa el camino de los cambios. Después de todo lo comentado, no hay que insistir en que la gran mayoría del mundo de la biología acepta como la gran impulsora de la evolución, y casi única, a la selección natural. Es la principal causa del origen de las especies y de su adaptación al medio, que actúa respetando aquellos cambios que permiten a los individuos que los ostentan el sobrevivir durante un periodo lo suficiente extenso como para reproducirse y así transmitir su herencia. He dicho un par de párrafos antes que la selección natural es el motor “casi único” de la evolución, ya que hay algunas tendencias de pensamiento que le adosan un complemento, un nuevo factor de selección distinto al medioambiental: la deriva genética.

Su propio nombre, deriva, da una pista de su alcance. La selección natural hace navegar con un firme rumbo. Todo consiste en estar en el momento indicado y en el punto preciso con las mejores condiciones. El resultado es que podrás pasar tu herencia con mayor fortaleza. Mientras que el proceso de deriva genética tiene que ver con el azar que la propia palabra deriva deja adivinar. Tiene que ver simplemente con las especificidades del mecanismo de transmisión de genes y la variabilidad aleatoria que se produce en el proceso, cosa que ya conocemos de la entrada 14 de esta serie. Dos progenitores pasan sus genes a la descendencia. Para cada gen del hijo el padre aporta uno de sus dos alelos -variaciones de un mismo gen- y la madre también uno de los dos suyos. Con lo que el descendiente dispone de un par de alelos adjudicados a través de un proceso absolutamente aleatorio. Pueden ser alelos con “valor” evolutivo o “indiferentes”. No hay preferencias.

En esto consiste la deriva genética, en una variación del acervo genético de una población fuera de las normas de las mayorías, como una simple consecuencia del mecanismo de emparejamiento de genes. Pudiendo llegar el caso de que no es la selección natural sino la deriva genética la causa inicial de un nuevo fenotipo e incluso de una nueva especie. Y aún antes de haber hecho acto de presencia la selección natural, como creo que ayuda a entender el ejemplo siguiente.

La siguiente ilustración es una explicación muy gráfica del porqué de la deriva genética: el cuello de botella, circunstancia que puede ser asimilada al hecho de un aislamiento geográfico o genético experimentado por un determinado grupo poblacional. A partir de una población de fenotipo equilibrado en colores, se aísla un pequeño grupo que por azar es eminentemente azul (el motivo por el que ocurre no es importante ahora mismo, luego profundizaremos en él). Es fácil imaginar que con el tiempo la población resultante habrá cambiado su fenotipo medio y será mayoritariamente azul. Se puede haber creado incluso una nueva especie.

Este proceso explica también el hecho de que a pesar de que la selección natural tiende a eliminar los componentes perjudiciales del genoma, sigan apareciendo genes, incluso recesivos (que no se manifiestan si su alelo pareja es dominante) causantes de enfermedades graves o letales. Siempre hay una probabilidad, aunque sea mínima, de que el azar elija este gen alterado durante el proceso de transmisión de la herencia genética desde los padres a los hijos. Aunque sea perjudicial para el individuo.

Este es el contexto en el que los biólogos discuten profundamente hasta dónde el azar de la deriva genética puede “jugar” con el dictamen de la selección natural. A simple vista parece claro que la deriva genética no debería tener problemas para seguir con su aleatoriedad, incluso en aquellos casos que puedan ser dañinos. Sin embargo también parece razonable pensar que a largo plazo la selección natural quedará como juez supremo de la evolución.

El biólogo matemático japonés Motō Kimura ya planteó a finales de los 60’s una variante de la visión anterior. Postuló que la gran mayoría de las mutaciones producen genes selectivamente neutros, es decir, no tienen frente a la selección natural ni más ni menos ventajas que los genes que sustituyen, por lo que la gran mayoría de los cambios evolutivos a nivel molecular son causados por la deriva genética, dejando un escaso protagonismo a la selección natural, que sin embargo él no negaba.

Un sencillo razonamiento matemático le permitió postular a Kimura que una variación genética beneficiosa, o un gen beneficioso ya establecido, se fijará en la población proporcionalmente al tamaño de la misma, al beneficio de la mutación y al éxito de la deriva genética entre generaciones con respecto a esta mutación. La conclusión no queda fuera de lo lógico. A su teoría se la conoce como la teoría neutralista de la evolución molecular.

Las causas que motivan los cambios

Hemos vistos los motores, y ahora pasaremos a comentar cuáles son las causas que motivan los cambios. Los procesos pueden ser variados según lo que se conoce de la observación de la realidad o según lo que la teoría soporta sólidamente:

- Cambios por azar de los genes a través de mutaciones producidas por acción de agentes externos. Dichos cambios alteran la secuencia de nucleótidos del ADN. Las consecuencias suelen ser la eliminación o cambio de pares de bases, o un desplazamiento de un tramo de la cadena o una alteración de las claves de corte y empalme de los exones. Incluso con bastante frecuencia se produce una duplicación de un tramo del ADN o una división o unión de cromosomas completos. En definitiva, una nueva relación entre genes y una generación de nuevas proteínas.

Hay que precisar que contrariamente a lo que apoyan las teorías, podríamos decir, gen-atómicas, que postulan que cada gen es independiente, la realidad que se va constatando con mayor evidencia a medida que la genómica prospera, es que los genomas son objetos más organizados, con elementos que cumplen diferentes roles funcionales y entre los que se establecen múltiples interacciones. Por lo que resulta muy arriesgado el aceptar la tesis simplista de que los genes individuales son las unidades de selección o, mejor dicho, las únicas unidades de selección.

Sólo los cambios beneficiosos son los que mueven la evolución, ya que los perjudiciales serán a la larga eliminados por la selección natural. No obstante, se piensa, un poco en la línea de Kimura, que la mayoría de los cambios son neutros y que aunque pueden llegar a cambiar el fenotipo químico de las células con nuevas proteínas y relaciones entre genes, sus consecuencias serán neutras para la supervivencia, al no ser “vistos” por el medio ambiente que así no los somete a selección.

Las mutaciones en los genes son la probable causa de uno de los principales mecanismos de diversificación fenotípica y, por tanto, de diversificación evolutiva. Hablamos de la heterocronía, que consiste en el cambio de ritmo, o del momento en que se producen, de los procesos de desarrollo físico de los organismos. Lo cual diferenciará a la larga una especie de otra, inicialmente coincidentes. La principal pauta dentro de la heterocronía es el pedomorfismo, que puede resultar en una ralentización del proceso, por lo que podríamos decir que a final de vida el fenotipo es aún juvenil, o en una aceleración que adelanta la madurez sexual, la cual se produce en un cuerpo juvenil que continúa fenotípicamente así.

- Cambios en el acervo genético por aislamiento de poblaciones. Está probado que si separamos a una población en dos y las aislamos genéticamente (por aislamiento geográfico, por ejemplo) ambas poblaciones evolucionarán con el tiempo de forma divergente, aunque cada “isla poblacional” esté sometida a las mismas condiciones medioambientales. En estas “islas” cualquier mutación aprovechable sería respetada por el medio ambiente y con el tiempo, si es más eficiente que la alternativa más antigua, se extendería a toda la población en un plazo relativamente corto. La deriva genética interviene en gran medida en esta forma de cambio circunstancial de los genes.

La deriva genética es más espectacular en poblaciones pequeñas, muy por debajo del número de estasis -número  máximo de sujetos que cohabitan en un medio ambiente sin sufrir una presión suficiente que derive en cambios genéticos (hay suficiente alimento, no hay depredadores,…)- ya que cualquier cambio favorable es más fácilmente trasladable al resto de la población, y aí en poco tiempo hacerse dominante.

Esta es la hipótesis en donde se apoya una teoría muy afianzada, la del equilibrio puntuado, propuesta por los biólogos Stephen Jay Gould y Niles Eldredge. Postula que la evolución no es un camino lento y progresivo, sino que la aparición de nuevas especies se da de forma casi puntual, por aislamiento genético y deriva genética, tras lo que permanece estable en el tiempo durante muchos años hasta que se da otro episodio de especiación rápida.^[1] En principio esta teoría parece en franca oposición a la síntesis de la evolución darwiniana, pero en el fondo sólo varía en las formas. El motor del cambio es el mismo, y sólo varía el ritmo.

- Errores en los procesos de transmisión de genes por vía sexual, es decir, errores durante la fabricación de los cromosomas de los hijos, ya sea mientras son duplicados o mientras se lleva a cabo el proceso de recombinación durante la meiosis.

- Transferencia horizontal de genes. Es un proceso en el que un organismo transfiere material genético a otra célula que no es su descendiente.

Ejemplos hay, y muchos. Ya hablamos de la cesión de parte del genoma mitocondrial al ADN de las eucariotas. Incluso puede ser que un virus se incruste en la cadena del ADN de un hospedante. Dentro del mundo bacteriano está comprobado que este proceso es el principal mecanismo de expansión de los genes que les hacen resistentes a los antibióticos. Cuando una célula bacteriana evoluciona y consigue esta resistencia, puede transferir rápidamente estos genes a otras especies bacterianas.

- Por simbiosis. El proceso es similar al anterior, aunque el resultado pueda ser una modificación más importante. Dos seres se asocian para ayudarse, complementarse y encontrar un acomodo mejor en su medio ambiente.

Ya sabemos que una de las más conocidas en el camino de la evolución es la aparición de la célula eucariota, con sus mitocondrias y plastos, como ya se explicó en la entrada 11 anterior. En la naturaleza podemos observar múltiples ejemplos vivos de bacterias dentro de bacterias, y de éstas dentro de células de organismos más complejos, simbiosis en simbiosis.

Hablaremos aquí también de la controvertida teoría de la evolución hologenómica como un caso especial de simbiosis. No es una idea reconocida por la totalidad de la familia científica de la biología, aunque hay argumentos y pruebas que permiten aceptarla como una posibilidad. Se basa en el hecho de que todo animal o planta no es un organismo individual, sino un macroorganismo formado por ellos mismos y todo el conjunto de microbiota^[2] que recubre su superficie o trabaja en su interior. Por ejemplo, una vaca es una vaca más los millones de bacterias que trabajan en su aparato digestivo. Los unos sin los otros no tienen viabilidad. Al conjunto se le llama un holobionte y al conjunto de sus genomas el hologenoma. La teoría propuesta,^[3] entre otros, por los biólogos I.Z. Rosenberg y E. Rosenberg, afirma que el hologenoma se mueve casi como un todo, de forma que han podido comprobar que la asociación entre el hospedador y los simbiontes afecta a la relación del holobionte con el medio ambiente. Bajo determinadas condiciones de presión externa el genoma de la microbiota evoluciona rápidamente y arrastra a la evolución del genoma del organismo hospedante, que dispone así de una ventaja para adaptarse al nuevo entorno de estrés. Todo esto sugiere que el conjunto de los genomas de los organismos que establecen la simbiosis pueden jugar un importante papel en la adaptación y en la evolución de los organismos superiores. El holobionte se comportaría por tanto como una unidad evolutiva.

- Por selección sexual. Los machos y las hembras parecen actuar de una forma caprichosa al buscar pareja y aparearse. Sin embargo, la realidad es que eligen atraídos por alguna característica específica del oponente. El gen que expresa la característica atractiva es el que se propaga y al final se impone en la población. Un ejemplo clásico es el de las aves del paraíso, con sus kilométricas y coloridas plumas de las colas que realmente son un estorbo para volar y escabullirse de los predadores… ¡pero atraen a sus hembras!

El ente que es el paciente de la selección y evoluciona

A pesar de la longitud que va adquiriendo esta entrada, no puedo cerrarla sin hablar de cuál pueda ser la unidad evolutiva. Y en este campo, como en todo en la ciencia, hay tesis para todos los gustos. Aunque los avances en el conocimiento de los genomas y de su funcionamiento, así como de los factores que deciden los comportamientos individual o de grupo, parecen decantar la idea de que no hay una sola unidad, sino que la evolución actúa sobre todo ente en el que vemos que se puede producirse una variación su morfología y costumbres, que además legue sus rasgos biológicos a la descendencia y en el que se pueda producir una variación en la eficiencia del éxito reproductivo -o replicativo-. Y aquí entran cosas tan variadas y diferentes como los genes, los sistemas de genes, las células, los individuos, los grupos o las especies. Es más, en un determinado momento pudiera producirse un “mix” evolutivo de todas o parte de estas unidades, lo que en algún caso se conoce como selección “multinivel”, por la que los comportamientos egoístas son vector y resultado de la selección individual y los altruistas lo son de la selección de grupo. No obstante cada una de las posibilidades tiene sus partidarios y sus detractores, y la literatura al respecto es extensa.

Hasta aquí hemos navegado comprobando la veracidad del hecho evolutivo, los motores que lo dinamizan, su ritmo, las causas de los cambios sobre los que apoya su quehacer y los posibles sujetos que la viven. En la próxima entrada continuaremos el hilo principal centrando nuestra atención en la posibilidad real del cambio. Hasta entonces.

1. En biología se denomina especiación al proceso mediante el cual una población de una determinada especie da lugar a otra u otras especies. [↩]
2. La microbiota es el conjunto de microorganismos que se localizan de manera normal en distintos sitios de los cuerpos de los seres vivos pluricelulares tales como el cuerpo humano. [↩]
3. Podéis leer los detalles de esta teoría en este enlace. [↩]