Introducción a la evolución

descripción general no técnica del tema de la evolución biológica

Este artículo es una introducción no técnica al tema. Para ver el artículo principal de la enciclopedia, consulte Evolución .

El "árbol paleontológico de los vertebrados", de la quinta edición de La evolución del hombre (Londres, 1910) de Ernst Haeckel . La historia evolutiva de las especies se ha descrito como un árbol , con muchas ramas que surgen de un solo tronco.

Parte de una serie sobre
Biología evolucionaria
Pinzones de Darwin por John Gould
Temas clave Introducción a la evolución Descendencia común Evidencia
Procesos y resultados Genética de poblaciones Variación Diversidad Mutación Seleccion natural Adaptación Polimorfismo Deriva genética Flujo de genes Especiación Radiación adaptativa Cooperación Coevolución Coextincion Divergencia Convergencia Evolución paralela Extinción
Historia Natural Origen de la vida Historia de vida Cronología de la evolución Evolución humana Filogenia La biodiversidad Biogeografia Clasificación Taxonomía evolutiva Cladística Fósil de transición Evento de extinción
Historia de la teoría evolutiva Visión de conjunto Renacimiento Antes de darwin Darwin Origen de las especies Antes de la síntesis Síntesis moderna Evolución molecular Evo-devo La investigación actual Historia de la especiación Historia de la paleontología ( línea de tiempo )
Campos y aplicaciones Aplicaciones de la evolución Criminología biosocial Genética ecológica Estética evolutiva Antropología evolutiva Computación evolutiva Ecología evolutiva Economía evolutiva Epistemología evolutiva Ética evolutiva Teoría de juegos evolutivos Lingüística evolutiva Medicina evolutiva Neurociencia evolutiva Fisiología evolutiva Psicología Evolutiva Evolución experimental Filogenética Paleontología Crianza selectiva Experimentos de especiación Sociobiología Sistemática Darwinismo universal
Implicaciones sociales La evolución como hecho y teoría Efectos sociales Controversia creación-evolución Objeciones a la evolución Nivel de apoyo
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La evolución es el proceso de cambio en todas las formas de vida a lo largo de generaciones, y la biología evolutiva es el estudio de cómo ocurre la evolución . Biológicos poblaciones evolucionan a través genéticos cambios que corresponden a cambios en los organismos ' rasgos observables . Los cambios genéticos incluyen mutaciones , que son causadas por daños o errores de replicación en el ADN de los organismos . A medida que la variación genética de una población se desplaza aleatoriamente durante generaciones, la selección naturallleva gradualmente a que los rasgos se vuelvan más o menos comunes en función del éxito reproductivo relativo de los organismos con esos rasgos.

La edad de la Tierra es de unos 4.500 millones de años. ^{[1] [2] [3]} La evidencia indiscutible más antigua de vida en la Tierra data de hace al menos 3.500 millones de años. ^{[4] [5] [6] La} evolución no intenta explicar el origen de la vida (cubierto en cambio por la abiogénesis ), pero sí explica cómo las formas de vida tempranas evolucionaron hacia el complejo ecosistema que vemos hoy. ^[7] Sobre la base de las similitudes entre todos los organismos actuales, se supone que toda la vida en la Tierra se originó a través de la descendencia común de un último antepasado universal del que todas las especies conocidashan divergido a través del proceso de evolución. ^[8]

Todos los individuos tienen material hereditario en forma de genes recibidos de sus padres, que transmiten a cualquier descendencia. Entre la descendencia hay variaciones de genes debido a la introducción de nuevos genes a través de cambios aleatorios llamados mutaciones o mediante la reorganización de genes existentes durante la reproducción sexual . ^{[9] [10]} La descendencia se diferencia del padre en formas aleatorias menores. Si esas diferencias son útiles, es más probable que la descendencia sobreviva y se reproduzca. Esto significa que más descendientes en la próxima generación tendrán esa útil diferencia y los individuos no tendrán las mismas posibilidades de éxito reproductivo . De esta manera, los rasgos que dan como resultado que los organismos se adapten mejora sus condiciones de vida se vuelven más comunes en las poblaciones descendientes. ^{[9] [10]} Estas diferencias se acumulan dando como resultado cambios dentro de la población. Este proceso es responsable de las diversas formas de vida del mundo.

La moderna comprensión de la evolución comenzó con la publicación 1859 de Charles Darwin 's El origen de las especies . Además, el trabajo de Gregor Mendel con plantas ayudó a explicar los patrones hereditarios de la genética . ^[11] Los descubrimientos de fósiles en paleontología , los avances en genética de poblaciones y una red mundial de investigación científica han proporcionado más detalles sobre los mecanismos de la evolución. Los científicos ahora tienen un buen conocimiento del origen de nuevas especies ( especiación ) y han observado el proceso de especiación en el laboratorio y en la naturaleza. La evolución es la principal teoría científica queLos biólogos utilizan para entender la vida y se utilizan en muchas disciplinas, incluida la medicina , la psicología , la biología de la conservación , la antropología , la medicina forense , la agricultura y otras aplicaciones socioculturales .

Descripción general simple

Las principales ideas de la evolución se pueden resumir de la siguiente manera:

• Las formas de vida se reproducen y, por lo tanto, tienden a ser más numerosas.
• Factores como la depredación y la competencia actúan en contra de la supervivencia de los individuos.
• Cada descendiente se diferencia de sus padres en formas menores y aleatorias.
• Si estas diferencias son beneficiosas, es más probable que la descendencia sobreviva y se reproduzca.
• Esto hace que sea probable que más descendientes en la próxima generación tengan diferencias beneficiosas y menos tengan diferencias perjudiciales.
• Estas diferencias se acumulan a lo largo de generaciones, lo que resulta en cambios dentro de la población.
• Con el tiempo, las poblaciones pueden dividirse o ramificarse en nuevas especies.
• Estos procesos, conocidos colectivamente como evolución, son responsables de las muchas formas de vida diversas que se ven en el mundo.

Selección natural

Charles Darwin propuso la teoría de la evolución por selección natural .

Artículo principal: Selección natural

En el siglo XIX, las colecciones de historia natural y los museos eran populares. La expansión europea y las expediciones navales emplearon a naturalistas , mientras que los curadores de los grandes museos exhibieron especímenes vivos y preservados de las variedades de vida. Charles Darwin era un licenciado en inglés educado y formado en las disciplinas de historia natural. Dichos historiadores naturales recopilarían, catalogarían, describirían y estudiarían las vastas colecciones de especímenes almacenados y administrados por curadores en estos museos. Darwin se desempeñó como naturalista de un barco a bordo del HMS Beagle, asignado a una expedición de investigación de cinco años en todo el mundo. Durante su viaje, observó y recolectó una gran cantidad de organismos, estando muy interesado en las diversas formas de vida a lo largo de las costas de América del Sur y las vecinas Islas Galápagos . ^{[12] [13]}

Darwin señaló que las orquídeas tienen adaptaciones complejas para asegurar la polinización, todas derivadas de partes florales básicas.

Darwin adquirió una amplia experiencia al recopilar y estudiar la historia natural de las formas de vida de lugares distantes. A través de sus estudios, formuló la idea de que cada especie se había desarrollado a partir de antepasados ​​con características similares. En 1838, describió cómo un proceso que llamó selección natural haría que esto sucediera. ^[14]

El tamaño de una población depende de la cantidad y la cantidad de recursos que puedan mantenerla. Para que la población siga siendo del mismo tamaño año tras año, debe haber un equilibrio o equilibrio entre el tamaño de la población y los recursos disponibles. Dado que los organismos producen más descendencia de la que su entorno puede soportar, no todos los individuos pueden sobrevivir en cada generación. Debe haber una lucha competitiva por los recursos que ayuden a la supervivencia. Como resultado, Darwin se dio cuenta de que no era solo el azar lo que determinaba la supervivencia. En cambio, la supervivencia de un organismo depende de las diferencias de cada organismo individual, o "rasgos", que ayudan o dificultan la supervivencia y la reproducción. Es probable que los individuos bien adaptados dejen más descendencia que sus competidores menos adaptados. Los rasgos que obstaculizan la supervivencia y la reproduccióndesaparecen durante generaciones. Los rasgos que ayudan a un organismo a sobrevivir y reproducirse se acumularían durante generaciones. Darwin se dio cuenta de que la capacidad desigual de los individuos para sobrevivir y reproducirse podría provocar cambios graduales en la población y utilizó el término selección natural para describir este proceso. ^{[15] [16]}

Las observaciones de variaciones en animales y plantas formaron la base de la teoría de la selección natural. Por ejemplo, Darwin observó que las orquídeas y los insectos tienen una relación cercana que permite la polinización de las plantas. Señaló que las orquídeas tienen una variedad de estructuras que atraen a los insectos, de modo que el polen de las flores se adhiere al cuerpo de los insectos. De esta forma, los insectos transportan el polen de una orquídea macho a una hembra. A pesar de la apariencia elaborada de las orquídeas, estas partes especializadas están hechas de las mismas estructuras básicas que componen otras flores. En su libro Fertilization of Orchids(1862), Darwin propuso que las flores de las orquídeas fueran adaptadas de partes preexistentes, mediante selección natural. ^[17]

Darwin todavía estaba investigando y experimentando con sus ideas sobre la selección natural cuando recibió una carta de Alfred Russel Wallace describiendo una teoría muy similar a la suya. Esto llevó a una publicación conjunta inmediata de ambas teorías. Tanto Wallace como Darwin vieron la historia de la vida como un árbol genealógico , y cada bifurcación de las ramas del árbol era un antepasado común. Las puntas de las extremidades representan especies modernas y las ramas representan los ancestros comunes que se comparten entre muchas especies diferentes. Para explicar estas relaciones, Darwin dijo que todos los seres vivos estaban relacionados, y esto significaba que toda la vida debe descender de unas pocas formas, o incluso de un único ancestro común. Llamó a este proceso descenso con modificación . ^[dieciséis]

Darwin publicó su teoría de la evolución por selección natural en El origen de las especies en 1859. ^[18] Su teoría significa que toda la vida, incluida la humanidad , es producto de procesos naturales continuos. La implicación de que toda la vida en la Tierra tiene un ancestro común ha sido objeto de objeciones por parte de algunos grupos religiosos . Sus objeciones contrastan con el nivel de apoyo a la teoría por más del 99 por ciento de aquellos dentro de la comunidad científica de hoy. ^[19]

La selección natural se equipara comúnmente con la supervivencia del más apto , pero esta expresión se originó en los Principios de biología de Herbert Spencer en 1864, cinco años después de que Charles Darwin publicara sus trabajos originales. La supervivencia del más apto describe incorrectamente el proceso de selección natural, porque la selección natural no se trata solo de supervivencia y no siempre es el más apto el que sobrevive. ^[20]

Fuente de variación

La teoría de la selección natural de Darwin sentó las bases para la teoría evolutiva moderna, y sus experimentos y observaciones demostraron que los organismos de las poblaciones variaban entre sí, que algunas de estas variaciones eran heredadas y que la selección natural podía actuar sobre estas diferencias. Sin embargo, no pudo explicar el origen de estas variaciones. Como muchos de sus predecesores, Darwin pensó erróneamente que los rasgos hereditarios eran producto del uso y desuso, y que los rasgos adquiridos durante la vida de un organismo podían transmitirse a su descendencia. Buscó ejemplos, como aves grandes que se alimentan de tierra y que obtienen patas más fuertes a través del ejercicio y alas más débiles por no volar hasta que, como el avestruz , no pueden volar en absoluto. ^[21]Este malentendido se denominó herencia de caracteres adquiridos y formaba parte de la teoría de la transmutación de especies propuesta en 1809 por Jean-Baptiste Lamarck . A finales del siglo XIX, esta teoría se conoció como lamarckismo . Darwin elaboró ​​una teoría infructuosa que llamó pangénesis para tratar de explicar cómo se podían heredar las características adquiridas. En la década de 1880 , los experimentos de August Weismann indicaron que los cambios por uso y desuso no podían heredarse, y el lamarckismo cayó gradualmente en desgracia. ^[22]

La información faltante necesaria para ayudar a explicar cómo las nuevas características pueden pasar de un padre a su descendencia fue proporcionada por el trabajo genético pionero de Gregor Mendel . Los experimentos de Mendel con varias generaciones de plantas de guisantes demostraron que la herencia funciona separando y reorganizando la información hereditaria durante la formación de las células sexuales y recombinando esa información durante la fertilización. Esto es como mezclar diferentes manos de naipes , con un organismo obteniendo una mezcla aleatoria de la mitad de las cartas de un padre y la mitad de las cartas del otro. Mendel llamó a los factores de información; sin embargo, más tarde se les conoció como genes. Los genes son las unidades básicas de herencia en los organismos vivos. Contienen la información que dirige el desarrollo físico y el comportamiento de los organismos.

Los genes están hechos de ADN . El ADN es una molécula larga formada por moléculas individuales llamadas nucleótidos . La información genética está codificada en la secuencia de nucleótidos, que forman el ADN, al igual que la secuencia de las letras en las palabras lleva información en una página. Los genes son como instrucciones breves formadas por las "letras" del alfabeto del ADN. En conjunto, el conjunto completo de estos genes proporciona suficiente información para servir como un "manual de instrucciones" sobre cómo construir y hacer funcionar un organismo. Sin embargo, las instrucciones detalladas por este alfabeto de ADN se pueden cambiar mediante mutaciones, y esto puede alterar las instrucciones que se llevan dentro de los genes. Dentro de la célula , los genes se transportan en cromosomas., que son paquetes para llevar el ADN. Es la reorganización de los cromosomas lo que da como resultado combinaciones únicas de genes en la descendencia. Dado que los genes interactúan entre sí durante el desarrollo de un organismo, las nuevas combinaciones de genes producidas por reproducción sexual pueden aumentar la variabilidad genética de la población incluso sin nuevas mutaciones. ^[23] La variabilidad genética de una población también puede aumentar cuando los miembros de esa población se cruzan con individuos de una población diferente, lo que provoca un flujo de genes entre las poblaciones. Esto puede introducir genes en una población que no estaban presentes antes. ^[24]

La evolución no es un proceso aleatorio. Aunque las mutaciones en el ADN son aleatorias, la selección natural no es un proceso de azar: el entorno determina la probabilidad de éxito reproductivo. La evolución es un resultado inevitable de organismos que se copian imperfectamente y se reproducen a sí mismos durante miles de millones de años bajo la presión selectiva del medio ambiente. El resultado de la evolución no es un organismo perfectamente diseñado. Los productos finales de la selección natural son organismos que se adaptan a sus entornos actuales. La selección natural no implica el progreso hacia un objetivo final . La evolución no busca formas de vida más avanzadas , más inteligentes o más sofisticadas. ^[25] Por ejemplo, pulgas(parásitos sin alas) descienden de una mosca escorpión ancestral alada, y las serpientes son lagartos que ya no necesitan extremidades, aunque las pitones todavía desarrollan estructuras diminutas que son los restos de las patas traseras de sus antepasados. ^{[26] [27]} Los organismos son simplemente el resultado de variaciones que tienen éxito o fracasan, dependiendo de las condiciones ambientales en ese momento.

Los cambios ambientales rápidos suelen causar extinciones. ^[28] De todas las especies que han existido en la Tierra, el 99,9 por ciento están ahora extintas. ^[29] Desde que comenzó la vida en la Tierra, cinco grandes extinciones masivas han provocado caídas grandes y repentinas en la variedad de especies. El evento de extinción más reciente, el Cretácico-Paleógeno , ocurrió hace 66 millones de años. ^[30]

Deriva genética

Más información: deriva genética

La deriva genética es una causa de cambio de frecuencia alélica dentro de las poblaciones de una especie. Los alelos son diferentes variaciones de genes específicos. Determinan cosas como el color del cabello , el tono de la piel , el color de los ojos y el tipo de sangre.; en otras palabras, todos los rasgos genéticos que varían entre individuos. La deriva genética no introduce nuevos alelos en una población, pero puede reducir la variación dentro de una población al eliminar un alelo del acervo genético. La deriva genética es causada por un muestreo aleatorio de alelos. Una muestra verdaderamente aleatoria es una muestra en la que ninguna fuerza externa afecta lo que se selecciona. Es como sacar canicas del mismo tamaño y peso pero de diferentes colores de una bolsa de papel marrón. En cualquier descendencia, los alelos presentes son muestras de los alelos de las generaciones anteriores, y el azar juega un papel en si un individuo sobrevive para reproducirse y pasar una muestra de su generación a la siguiente.La frecuencia alélica de una población es la proporción de copias de un alelo específico que comparten la misma forma en comparación con el número de todas las formas del alelo presentes en la población.^[31]

La deriva genética afecta a las poblaciones más pequeñas más que a las poblaciones más grandes. ^[32]

Principio de Hardy-Weinberg

El principio de Hardy-Weinberg establece que bajo ciertas condiciones idealizadas, incluida la ausencia de presiones de selección, una gran población no cambiará la frecuencia de los alelos a medida que pasan las generaciones. ^[33] Se dice que una población que satisface estas condiciones está en equilibrio Hardy-Weinberg. En particular, Hardy y Weinberg demostraron que los alelos dominantes y recesivos no tienden automáticamente a volverse más y menos frecuentes respectivamente, como se pensaba anteriormente.

Las condiciones para el equilibrio de Hardy-Weinberg incluyen que no debe haber mutaciones, inmigración o emigración , todo lo cual puede cambiar directamente las frecuencias alélicas. Además, el apareamiento debe ser totalmente aleatorio, siendo todos los machos (o hembras en algunos casos) parejas igualmente deseables. Esto asegura una verdadera mezcla aleatoria de alelos. ^[34] Una población que está en equilibrio Hardy-Weinberg es análoga a una baraja de cartas ; no importa cuántas veces se baraje el mazo, no se agregan nuevas cartas ni se quitan las viejas. Las cartas del mazo representan alelos en el acervo genético de una población.

En la práctica, ninguna población puede estar en perfecto equilibrio de Hardy-Weinberg. El tamaño finito de la población, combinado con la selección natural y muchos otros efectos, hace que las frecuencias alélicas cambien con el tiempo.

Cuello de botella de población

El modelo de cuello de botella poblacional ilustra cómo se pueden perder los alelos

Un cuello de botella poblacional ocurre cuando la población de una especie se reduce drásticamente durante un corto período de tiempo debido a fuerzas externas. ^[35] En un verdadero cuello de botella poblacional, la reducción no favorece ninguna combinación de alelos; es una posibilidad totalmente aleatoria que los individuos sobrevivan. Un cuello de botella puede reducir o eliminar la variación genética de una población. Otros eventos de deriva después del evento de cuello de botella también pueden reducir la diversidad genética de la población . La falta de diversidad creada puede poner a la población en riesgo de otras presiones selectivas. ^[36]

Un ejemplo común de cuello de botella poblacional es el elefante marino del norte . Debido a la caza excesiva a lo largo del siglo XIX, la población del elefante marino del norte se redujo a 30 individuos o menos. Se han recuperado por completo, con un número total de personas de alrededor de 100.000 y sigue creciendo. Sin embargo, los efectos del cuello de botella son visibles. Las focas tienen más probabilidades de tener problemas graves de enfermedad o trastornos genéticos, porque casi no hay diversidad en la población. ^[37]

Efecto fundador

En el efecto fundador , pequeñas poblaciones nuevas contienen diferentes frecuencias alélicas de la población original.

El efecto fundador ocurre cuando un pequeño grupo de una población se separa y forma una nueva población, a menudo a través del aislamiento geográfico. La frecuencia alélica de esta nueva población probablemente sea diferente de la de la población original y cambiará la frecuencia con la que ciertos alelos son en las poblaciones. Los fundadores de la población determinarán la composición genética, y potencialmente la supervivencia, de la nueva población durante generaciones. ^[34]

Un ejemplo del efecto fundador se encuentra en la migración Amish a Pensilvania en 1744. Dos de los fundadores de la colonia en Pensilvania portaban el alelo recesivo del síndrome de Ellis-van Creveld . Debido a que los Amish tienden a ser aislados religiosos, se cruzan y, a lo largo de generaciones de esta práctica, la frecuencia del síndrome de Ellis-van Creveld en el pueblo Amish es mucho más alta que la frecuencia en la población general. ^[38]

Síntesis moderna

Más información: Síntesis moderna (siglo XX)

La síntesis evolutiva moderna se basa en el concepto de que las poblaciones de organismos tienen una variación genética significativa causada por la mutación y por la recombinación de genes durante la reproducción sexual. Define la evolución como el cambio en las frecuencias alélicas dentro de una población causado por la deriva genética, el flujo de genes entre subpoblaciones y la selección natural. Se enfatiza la selección natural como el mecanismo más importante de evolución; los grandes cambios son el resultado de la acumulación gradual de pequeños cambios durante largos períodos de tiempo. ^{[39] [40]}

La síntesis evolutiva moderna es el resultado de una fusión de varios campos científicos diferentes para producir una comprensión más cohesiva de la teoría evolutiva. En la década de 1920, Ronald Fisher , JBS Haldane y Sewall Wright combinaron la teoría de la selección natural de Darwin con modelos estadísticos de la genética mendeliana , fundando la disciplina de la genética de poblaciones. En las décadas de 1930 y 1940, se hicieron esfuerzos para fusionar la genética de poblaciones, las observaciones de los naturalistas de campo sobre la distribución de especies y subespecies y el análisis del registro fósil en un modelo explicativo unificado. ^[41] La aplicación de los principios de la genética a poblaciones naturales, por científicos comoTheodosius Dobzhansky y Ernst Mayr , avanzaron en la comprensión de los procesos de evolución. El trabajo de Dobzhansky de 1937 Genetics and the Origin of Species ayudó a cerrar la brecha entre la genética y la biología de campo.presentando el trabajo matemático de los genetistas de poblaciones en una forma más útil para los biólogos de campo, y mostrando que las poblaciones silvestres tenían mucha más variabilidad genética con subespecies aisladas geográficamente y reservorios de diversidad genética en genes recesivos que los modelos de los primeros genetistas de poblaciones. permitido por. Mayr, sobre la base de la comprensión de los genes y las observaciones directas de los procesos evolutivos de la investigación de campo, introdujo el concepto de especie biológica, que definía una especie como un grupo de poblaciones que se cruzan o potencialmente se cruzan y que están aisladas reproductivamente de todas las demás poblaciones. Tanto Dobzhansky como Mayr enfatizaron la importancia de las subespecies aisladas reproductivamente por barreras geográficas en el surgimiento de nuevas especies. El paleontólogoGeorge Gaylord Simpson ayudó a incorporar la paleontología con un análisis estadístico del registro fósil que mostró un patrón consistente con la ruta de evolución ramificada y no direccional de los organismos predicha por la síntesis moderna. ^[39]

Evidencia de la evolución

Durante el segundo viaje del HMS Beagle , el naturalista Charles Darwin recolectó fósiles en América del Sur y encontró fragmentos de armadura que pensó que eran como versiones gigantes de las escamas de los armadillos modernos que vivían cerca. A su regreso, el anatomista Richard Owen le mostró que los fragmentos eran de gigantescos gliptodontes extintos , emparentados con los armadillos. Este fue uno de los patrones de distribución que ayudó a Darwin a desarrollar su teoría . ^[14]

Más información: Evidencia de ascendencia común

La evidencia científica de la evolución proviene de muchos aspectos de la biología e incluye fósiles , estructuras homólogas y similitudes moleculares entre el ADN de las especies.

Registro fósil

La investigación en el campo de la paleontología , el estudio de los fósiles, apoya la idea de que todos los organismos vivos están relacionados. Los fósiles proporcionan evidencia de que los cambios acumulados en los organismos durante largos períodos de tiempo han dado lugar a las diversas formas de vida que vemos hoy. Un fósil en sí mismo revela la estructura del organismo y las relaciones entre las especies presentes y extintas, lo que permite a los paleontólogos construir un árbol genealógico para todas las formas de vida de la Tierra. ^[42]

La paleontología moderna comenzó con el trabajo de Georges Cuvier . Cuvier señaló que, en la roca sedimentaria , cada capa contenía un grupo específico de fósiles. Las capas más profundas, que propuso ser más antiguas, contenían formas de vida más simples. Señaló que muchas formas de vida del pasado ya no están presentes hoy. Una de las contribuciones exitosas de Cuvier a la comprensión del registro fósil fue establecer la extinción como un hecho. En un intento de explicar la extinción, Cuvier propuso la idea de "revoluciones" o catastrofismo en la que especuló que habían ocurrido catástrofes geológicas a lo largo de la historia de la Tierra, acabando con un gran número de especies. ^[43]La teoría de las revoluciones de Cuvier fue reemplazada más tarde por teorías uniformistas, en particular las de James Hutton y Charles Lyell, quienes propusieron que los cambios geológicos de la Tierra eran graduales y consistentes. ^[44] Sin embargo, la evidencia actual en el registro fósil apoya el concepto de extinciones masivas. Como resultado, la idea general del catastrofismo ha resurgido como una hipótesis válida para al menos algunos de los rápidos cambios en las formas de vida que aparecen en los registros fósiles.

Se ha descubierto e identificado una gran cantidad de fósiles. Estos fósiles sirven como registro cronológico de la evolución. El registro fósil proporciona ejemplos de especies en transición que demuestran vínculos ancestrales entre formas de vida pasadas y presentes. ^[45] Uno de esos fósiles de transición es el Archaeopteryx , un organismo antiguo que tenía las características distintivas de un reptil (como una cola larga y huesuda y dientes cónicos ) pero también tenía características de las aves (como plumas y una espoleta ). La implicación de tal hallazgo es que los reptiles y aves modernos surgieron de un ancestro común. ^[46]

Anatomía comparada

Más información: evolución convergente y evolución divergente

La comparación de similitudes entre organismos en su forma o apariencia de partes, llamada su morfología , ha sido durante mucho tiempo una forma de clasificar la vida en grupos estrechamente relacionados. Esto se puede hacer comparando la estructura de organismos adultos en diferentes especies o comparando los patrones de cómo las células crecen, se dividen e incluso migran durante el desarrollo de un organismo.

Taxonomía

La taxonomía es la rama de la biología que nombra y clasifica a todos los seres vivos. Los científicos utilizan similitudes morfológicas y genéticas para ayudarlos a categorizar formas de vida basadas en relaciones ancestrales. Por ejemplo, los orangutanes , los gorilas , los chimpancés y los humanos pertenecen al mismo grupo taxonómico denominado familia, en este caso la familia denominada Hominidae . Estos animales se agrupan debido a similitudes en la morfología que provienen de un ancestro común (llamado homología ). ^[47]

Un murciélago es un mamífero y los huesos de su antebrazo se han adaptado para volar.

Una fuerte evidencia de la evolución proviene del análisis de estructuras homólogas: estructuras en diferentes especies que ya no realizan la misma tarea pero que comparten una estructura similar. ^[48] Tal es el caso de las extremidades anteriores de los mamíferos . Las extremidades anteriores de un humano, un gato , una ballena y un murciélago.todos tienen estructuras óseas sorprendentemente similares. Sin embargo, cada una de las extremidades anteriores de estas cuatro especies realiza una tarea diferente. Los mismos huesos que construyen las alas de un murciélago, que se utilizan para volar, también construyen las aletas de una ballena, que se utilizan para nadar. Tal "diseño" tiene poco sentido si no están relacionados y están construidos de manera única para sus tareas particulares. La teoría de la evolución explica estas estructuras homólogas: los cuatro animales compartían un ancestro común y cada uno ha sufrido cambios durante muchas generaciones. Estos cambios en la estructura han producido extremidades anteriores adaptadas para diferentes tareas. ^[49]

El pájaro y el ala de murciélago son ejemplos de evolución convergente .

Sin embargo, las comparaciones anatómicas pueden ser engañosas, ya que no todas las similitudes anatómicas indican una relación cercana. Los organismos que comparten entornos similares a menudo desarrollarán características físicas similares, un proceso conocido como evolución convergente . Tanto los tiburones como los delfines tienen formas corporales similares, pero su parentesco es lejano: los tiburones son peces y los delfines son mamíferos. Tales similitudes son el resultado de que ambas poblaciones están expuestas a las mismas presiones selectivas . Dentro de ambos grupos se han favorecido cambios que favorecen la natación. Por lo tanto, con el tiempo, desarrollaron apariencias similares (morfología), aunque no están estrechamente relacionados. ^[50]

Embriología

En algunos casos, la comparación anatómica de estructuras en los embriones de dos o más especies proporciona evidencia de un ancestro compartido que puede no ser obvio en las formas adultas. A medida que el embrión se desarrolla, estas homologías pueden perderse de vista y las estructuras pueden asumir diferentes funciones. Parte de la base de la clasificación del grupo de vertebrados (que incluye a los humanos) es la presencia de una cola (que se extiende más allá del ano ) y hendiduras faríngeas . Ambas estructuras aparecen durante alguna etapa del desarrollo embrionario, pero no siempre son obvias en la forma adulta. ^[51]

Debido a las similitudes morfológicas presentes en los embriones de diferentes especies durante el desarrollo, una vez se asumió que los organismos recrean su historia evolutiva como un embrión. Se pensaba que los embriones humanos pasaban por un estadio anfibio y luego un reptil antes de completar su desarrollo como mamíferos. Tal recreación, a menudo llamada teoría de la recapitulación , no está respaldada por evidencia científica. Lo que sí ocurre, sin embargo, es que las primeras etapas de desarrollo son similares en amplios grupos de organismos. ^[52] A muy tempranaetapas, por ejemplo, todos los vertebrados parecen extremadamente similares, pero no se parecen exactamente a ninguna especie ancestral. A medida que continúa el desarrollo, surgen características específicas de este patrón básico.

Estructuras vestigiales

La homología incluye un grupo único de estructuras compartidas denominadas estructuras vestigiales . Vestigial se refiere a las partes anatómicas que tienen un valor mínimo, si es que tienen alguno, para el organismo que las posee. Estas estructuras aparentemente ilógicas son restos de órganos que jugaron un papel importante en las formas ancestrales. Tal es el caso de las ballenas, que tienen pequeños huesos vestigiales que parecen ser restos de los huesos de las piernas de sus antepasados que caminaron por tierra. ^[53] Los seres humanos también tienen estructuras vestigiales, incluidos los músculos del oído , las muelas del juicio , el apéndice , el hueso de la cola , el vello corporal (incluidopiel de gallina ) y el pliegue semilunar en el rabillo del ojo . ^[54]

Biogeografía

Cuatro de las especies de pinzones de Galápagos , producidas por una radiación adaptativa que diversificó sus picos para diferentes fuentes de alimento.

La biogeografía es el estudio de la distribución geográfica de las especies. La evidencia de la biogeografía, especialmente de la biogeografía de las islas oceánicas , jugó un papel clave para convencer tanto a Darwin como a Alfred Russel Wallace de que las especies evolucionaron con un patrón ramificado de ascendencia común. ^{[55] Las} islas a menudo contienen especies endémicas, especies que no se encuentran en ningún otro lugar, pero esas especies a menudo están relacionadas con especies que se encuentran en el continente más cercano. Además, las islas a menudo contienen grupos de especies estrechamente relacionadas que tienen nichos ecológicos muy diferentes , es decir, tienen diferentes formas de ganarse la vida en el medio ambiente. Estos grupos se forman a través de un proceso de radiación adaptativa.donde una sola especie ancestral coloniza una isla que tiene una variedad de nichos ecológicos abiertos y luego se diversifica al evolucionar hacia diferentes especies adaptadas para llenar esos nichos vacíos. Ejemplos bien estudiados incluyen los pinzones de Darwin , un grupo de 13 especies de pinzones endémicos de las Islas Galápagos, y los trepadores de miel hawaianos , un grupo de aves que una vez, antes de las extinciones causadas por los humanos, contaba con 60 especies que cumplían diversas funciones ecológicas, todas descendientes de un pinzón único como antepasado que llegó a las islas hawaianas hace unos 4 millones de años. ^[56] Otro ejemplo es la alianza Silversword, un grupo de especies de plantas perennes, también endémicas de las islas hawaianas, que habitan una variedad de hábitats y vienen en una variedad de formas y tamaños que incluyen árboles, arbustos y esteras que abrazan el suelo, pero que pueden hibridarse entre sí y con ciertas especies de tarweed que se encuentran en la costa oeste de América del Norte ; parece que uno de esos tarweeds colonizó Hawai en el pasado y dio lugar a toda la alianza Silversword. ^[57]

Biología molecular

Una sección de ADN

Todos los organismos vivos (con la posible excepción de los virus de ARN ) contienen moléculas de ADN, que transportan información genética. Los genes son las piezas de ADN que contienen esta información e influyen en las propiedades de un organismo. Los genes determinan la apariencia general de un individuo y hasta cierto punto su comportamiento. Si dos organismos están estrechamente relacionados, su ADN será muy similar. ^[58]Por otro lado, cuanto más distantes estén dos organismos, más diferencias tendrán. Por ejemplo, los hermanos están estrechamente relacionados y tienen un ADN muy similar, mientras que los primos comparten una relación más distante y tienen muchas más diferencias en su ADN. Las similitudes en el ADN se utilizan para determinar las relaciones entre especies de la misma manera que se utilizan para mostrar las relaciones entre individuos. Por ejemplo, comparar chimpancés con gorilas y humanos muestra que hay hasta un 96 por ciento de similitud entre el ADN de humanos y chimpancés. Las comparaciones de ADN indican que los humanos y los chimpancés están más estrechamente relacionados entre sí que cualquier especie con los gorilas. ^{[59] [60] [61]}

El campo de la sistemática molecular se centra en medir las similitudes en estas moléculas y utilizar esta información para averiguar cómo se relacionan los diferentes tipos de organismos a través de la evolución. Estas comparaciones han permitido a los biólogos construir un árbol de relaciones de la evolución de la vida en la Tierra. ^[62] Incluso han permitido a los científicos desentrañar las relaciones entre organismos cuyos ancestros comunes vivieron hace tanto tiempo que no quedan similitudes reales en la apariencia de los organismos.

Selección artificial

Los resultados de la selección artificial : una mezcla de chihuahua y un gran danés

La selección artificial es la cría controlada de plantas y animales domésticos. Los seres humanos determinan qué animal o planta se reproducirá y cuál de las crías sobrevivirá; por lo tanto, determinan qué genes se transmitirán a las generaciones futuras. El proceso de selección artificial ha tenido un impacto significativo en la evolución de los animales domésticos. Por ejemplo, la gente ha producido diferentes tipos de perros mediante cría controlada. Las diferencias de tamaño entre el chihuahua y el gran danés son el resultado de una selección artificial. A pesar de su apariencia física dramáticamente diferente, ellos y todos los demás perros evolucionaron de unos pocos lobos domesticados por humanos en lo que ahora es China.hace menos de 15.000 años. ^[63]

La selección artificial ha producido una amplia variedad de plantas. En el caso del maíz (maíz), la evidencia genética reciente sugiere que la domesticación ocurrió hace 10,000 años en el centro de México. ^{[64] [ fuente no confiable? ]} Antes de la domesticación, la porción comestible de la forma silvestre era pequeña y difícil de recolectar. En la actualidad, el Centro de Stock de Cooperación • Genética de Maíz mantiene una colección de más de 10,000 variaciones genéticas de maíz que han surgido por mutaciones aleatorias y variaciones cromosómicas del tipo salvaje original. ^{[sesenta y cinco]}

En la selección artificial, la nueva raza o variedad que emerge es la que presenta mutaciones aleatorias atractivas para los humanos, mientras que en la selección natural la especie superviviente es la que presenta mutaciones aleatorias útiles en su entorno no humano. Tanto en la selección natural como en la artificial, las variaciones son el resultado de mutaciones aleatorias, y los procesos genéticos subyacentes son esencialmente los mismos. ^[66] Darwin observó cuidadosamente los resultados de la selección artificial en animales y plantas para formar muchos de sus argumentos en apoyo de la selección natural. ^[67] Gran parte de su libro Sobre el origen de las especies se basó en estas observaciones de las muchas variedades de palomas domésticas.que surgen de la selección artificial. Darwin propuso que si los humanos pudieran lograr cambios dramáticos en los animales domésticos en períodos cortos, entonces la selección natural, dados millones de años, podría producir las diferencias que se ven en los seres vivos hoy.

Coevolución

Artículo principal: Coevolución

La coevolución es un proceso en el que dos o más especies influyen en la evolución entre sí. Todos los organismos están influenciados por la vida que los rodea; sin embargo, en la coevolución hay evidencia de que los rasgos determinados genéticamente en cada especie resultan directamente de la interacción entre los dos organismos. ^[58]

Un caso ampliamente documentado de coevolución es la relación entre Pseudomyrmex , un tipo de hormiga , y la acacia , una planta que la hormiga usa como alimento y refugio. La relación entre los dos es tan íntima que ha llevado a la evolución de estructuras y comportamientos especiales en ambos organismos. La hormiga defiende la acacia contra los herbívoros y limpia el suelo del bosque de las semillas de las plantas competidoras. En respuesta, la planta ha desarrollado espinas hinchadas que las hormigas usan como refugio y partes especiales de flores que comen las hormigas. ^[68] Tal coevolución no implica que las hormigas y el árbol elijan comportarse de manera altruista.conducta. Más bien, en una población, pequeños cambios genéticos tanto en la hormiga como en el árbol beneficiaron a cada uno. El beneficio dio una probabilidad ligeramente mayor de que la característica se transmitiera a la siguiente generación. Con el tiempo, sucesivas mutaciones crearon la relación que observamos hoy.

Especiación

Artículo principal: Especiación

Existen numerosas especies de cíclidos que demuestran variaciones dramáticas en la morfología .

Dadas las circunstancias adecuadas y el tiempo suficiente, la evolución conduce al surgimiento de nuevas especies. Los científicos han luchado por encontrar una definición precisa y completa de especie . Ernst Mayr definió una especie como una población o grupo de poblaciones cuyos miembros tienen el potencial de cruzarse naturalmente entre sí para producir descendencia viable y fértil. (Los miembros de una especie no pueden producir descendencia viable y fértil con miembros de otras especies). ^[69] La definición de Mayr ha ganado una amplia aceptación entre los biólogos, pero no se aplica a organismos como las bacterias , que se reproducen asexualmente .

La especiación es el evento de división del linaje que da como resultado la formación de dos especies separadas a partir de una sola población ancestral común. ^[15] Un método de especiación ampliamente aceptado se llama especiación alopátrica . La especiación alopátrica comienza cuando una población se separa geográficamente. ^[48]Los procesos geológicos, como el surgimiento de cadenas montañosas, la formación de cañones o la inundación de puentes terrestres por cambios en el nivel del mar, pueden resultar en poblaciones separadas. Para que se produzca la especiación, la separación debe ser sustancial, de modo que el intercambio genético entre las dos poblaciones se interrumpa por completo. En sus entornos separados, los grupos genéticamente aislados siguen sus propias vías evolutivas únicas. Cada grupo acumulará diferentes mutaciones además de estar sometido a diferentes presiones selectivas. Los cambios genéticos acumulados pueden resultar en poblaciones separadas que ya no pueden cruzarse si se reúnen. ^[15] Las barreras que previenen el mestizaje son precigóticas (previenen el apareamiento o la fertilización) o poscigóticas(barreras que ocurren después de la fertilización). Si el mestizaje ya no es posible, entonces se considerarán especies diferentes. ^[70] El resultado de cuatro mil millones de años de evolución es la diversidad de vida que nos rodea, con un estimado de 1,75 millones de especies diferentes que existen en la actualidad. ^{[71] [72]}

Por lo general, el proceso de especiación es lento y se produce durante períodos de tiempo muy prolongados; por tanto, las observaciones directas dentro de la esperanza de vida humana son raras. Sin embargo, se ha observado especiación en organismos actuales y los eventos de especiación pasados ​​se registran en fósiles. ^{[73] [74] [75]} Los científicos han documentado la formación de cinco nuevas especies de peces cíclidos a partir de un único ancestro común que se aisló hace menos de 5.000 años de la población parental en el lago Nagubago. ^[76]La evidencia de la especiación en este caso fue la morfología (apariencia física) y la falta de mestizaje natural. Estos peces tienen complejos rituales de apareamiento y una variedad de coloraciones; las ligeras modificaciones introducidas en la nueva especie han cambiado el proceso de selección de pareja y las cinco formas que surgieron no pudieron ser convencidas de cruzarse. ^[77]

Mecanismo

La teoría de la evolución es ampliamente aceptada entre la comunidad científica, sirviendo para vincular las diversas áreas de especialidad de la biología. ^{[19] La} evolución proporciona al campo de la biología una base científica sólida. Theodosius Dobzhansky resume la importancia de la teoría de la evolución como " nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución ". ^{[78] [79]} Sin embargo, la teoría de la evolución no es estática. Hay mucha discusión dentro de la comunidad científica sobre los mecanismos detrás del proceso evolutivo. Por ejemplo, todavía se está debatiendo la velocidad a la que se produce la evolución. Además, existen opiniones contradictorias sobre cuál es la unidad principal del cambio evolutivo: el organismo o el gen.

Tasa de cambio

Darwin y sus contemporáneos vieron la evolución como un proceso lento y gradual. Los árboles evolutivos se basan en la idea de que las profundas diferencias entre las especies son el resultado de muchos pequeños cambios que se acumulan durante largos períodos.

El gradualismo tuvo su base en los trabajos de los geólogos James Hutton y Charles Lyell. La opinión de Hutton sugiere que el cambio geológico profundo fue el producto acumulativo de una operación relativamente lenta y continua de procesos que todavía se pueden ver en operación hoy, en contraposición al catastrofismo que promovió la idea de que los cambios repentinos tenían causas que ya no se pueden ver en funcionamiento. Se adoptó una perspectiva uniformista para los cambios biológicos. Tal punto de vista puede parecer contradecir el registro fósil, que a menudo muestra evidencia de nuevas especies que aparecen repentinamente y luego persisten en esa forma durante largos períodos. En la década de 1970, los paleontólogos Niles Eldredge y Stephen Jay Goulddesarrolló un modelo teórico que sugiere que la evolución, aunque es un proceso lento en términos humanos, sufre periodos de cambio relativamente rápido (que oscilan entre 50.000 y 100.000 años) ^[80] alternando con largos periodos de relativa estabilidad. Su teoría se llama equilibrio puntuado y explica el registro fósil sin contradecir las ideas de Darwin. ^[81]

Unidad de cambio

Richard Dawkins

Una unidad común de selección en la evolución es el organismo. La selección natural ocurre cuando el éxito reproductivo de un individuo mejora o se reduce por una característica heredada, y el éxito reproductivo se mide por el número de descendientes supervivientes de un individuo. El punto de vista del organismo ha sido cuestionado por una variedad de biólogos y filósofos. Richard Dawkins propone que se puede obtener mucha información si miramos la evolución desde el punto de vista del gen; es decir, que la selección natural opera como un mecanismo evolutivo tanto en genes como en organismos. ^[82] En su libro de 1976, The Selfish Gene , explica:

Los individuos no son cosas estables, son fugaces. Los cromosomas también se barajan hasta el olvido, como manos de cartas poco después de ser repartidas. Pero las cartas mismas sobreviven al barajar. Las cartas son los genes. Los genes no se destruyen por cruzamiento, simplemente cambian de pareja y siguen su camino. Por supuesto que marchan. Ese es su negocio. Ellos son los replicadores y nosotros somos sus máquinas de supervivencia. Cuando hemos cumplido nuestro propósito, somos rechazados. Pero los genes son habitantes del tiempo geológico: los genes son para siempre. ^[83]

Otros ven la selección trabajando en muchos niveles, no solo en un solo nivel de organismo o gen; por ejemplo, Stephen Jay Gould pidió una perspectiva jerárquica sobre la selección. ^[84]

Ver también

• Abiogénesis
• Controversia creación-evolución
• Evidencia de ascendencia común
• La evolución como hecho y teoría
• Nivel de apoyo a la evolución
• Conceptos erróneos sobre la evolución

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( Ayuda de audio  · Más artículos hablados )

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