BASES EVOLUTIVAS DE LA BIODIVERSIDAD

BASES EVOLUTIVAS DE LA BIODIVERSIDAD


Compilado por: Ing. Ezequiel Echevarria MSc*

Diciembre de 2009



I. Los enredos de la vida

De algún modo, Charles Darwin se las ingenió bastante para simplificar la historia de la vida en la Tierra. Hace 150 años, la única ilustración del libro El Origen de las Especies era el “árbol de la vida”. Una metáfora sencilla y bella para ordenar y explicar la evolución de las especies a lo largo de las eras geológicas de nuestro planeta. (http://www.pagina12.com.ar/diario/suplementos/futuro/13-2209-2009-09-06.html)



Fig. 1 Única ilustración que aparecía en el famoso libro de Darwin “Sobre el Origen de las Especies”, donde explicaba las bases de su teoría sobre la evolución.

La necesidad de un orden ya asomaba en el Génesis de la Biblia: “Dios formó de la tierra todos los animales del campo y todas las aves del cielo y se los trajo al hombre para ver cómo los llamaría”. Darles un nombre para clasificarlos, para tener poder sobre ellos. Los griegos luego ordenaron la naturaleza en una cadena o escalera (Scala naturae) que iba de los seres más perfectos y complejos a los más simples e imperfectos. Para Platón, las formas animales eran el resultado de la degradación del ser humano, la perfección. La Scala naturae fue una metáfora muy usada durante el Renacimiento y que Jean Baptiste Lamarck empleó en su versión de la evolución. (http://www.pagina12.com.ar/ diario/ suplementos/futuro/13-2209-2009-09-06.html)

A esta paradoja, trató de dar respuesta Darwin con su “árbol de la vida”: “Así como las ramas originan por crecimiento ramas nuevas, y éstas, si son vigorosas, se ramifican y dominan en todas las direcciones muchas ramas más débiles, así también, creo, ha ocurrido por generación con el gran “Árbol de la Vida”, que llena con sus ramas muertas y desgajadas la corteza de la tierra, y cubre su superficie con sus ramificaciones tan bellas y siempre lozanas”. Cada nueva rama del árbol es, a su vez, una nueva especie (o un nuevo género, filo o reino). (http://www.pagina12.com.ar/diario/ suplementos/ futuro/13-2209-2009-09-06.html)



Fig. 2 En rojo un ejemplo de filogenia, relativo a un grupo de especies de origen común (http://www.ual.es/GruposInv/myco-ual/galeria13/image3.htm)



Fig. 3 Forma ampliada de ver el “Árbol de la vida” (http://astrobiologia.astroseti.org/articulo.php?num=197)





Fig. 4 Árbol filogenético enraizado para genes rRNA. (http://astrobiologia.astroseti.org/ articulo.php?num=197; http://wapedia. mobi/es/ Archivo:MyosinUnrootedTree.jpg)

Todo ello producto del azar genético y la selección natural. Pero esta metáfora lleva consigo un tabú implícito. Las ramas crecen hacia arriba, es decir, que la transferencia de genes, fuente esencial de la evolución (y mas tarde de la Biodiversidad reinante hoy en día), se da en sentido vertical. Seres de diferentes especies no mezclan sus genes. Las ramas no se juntan. Sin embargo, hace varias décadas que se conocen episodios de transferencia horizontal de genes o al menos, diferentes evidencias de su ocurrencia, sin que se tengan claro totalmente como funciona ese mecanismo.

Se supone que la primera vez que ocurrió esto fue en los inicios de la vida, cuando las primeras células eucariotas aparecieron en la Tierra, hace unos 3 mil millones de años, semanas más o menos. Las eucariotas se distinguen de las procariotas (bacterias) por tener un núcleo en donde está guardada la información genética. Otra característica es la presencia de orgánulos como las mitocondrias, las usinas celulares. (http://www.pagina12.com.ar/diario/ suplementos/ futuro/13-2209-2009-09-06.html)

Ahora se sabe que esta parte de la maquinaria celular (presente en las plantas y animales, incluido el hombre) fueron bacterias engullidas por una primitiva célula eucariota.

Las mitocondrias generan energía a partir del oxígeno. En la Tierra primitiva el oxígeno era un elemento con características toxicas para la vida, decido a que la mayoría de las especies eran anaeróbicas (no necesitaban oxigeno para vivir), como desperdicio metabólico, liberaban precisamente oxígeno. La tragedia se veía venir; el oxígeno se fue acumulando en el ambiente y mientras algunos organismos se adaptaron otros no sobrevivieron al “holocausto del oxígeno”.

Una explicación extraordinaria trata de explicar el surgimiento de los organismos aeróbicos, considerando que uno de estos organismos era una bacteria que luego fue fagocitada (engullida, tragada) por una célula eucariota. El fagocito se dio cuenta de que si la cobijaba en su interior le sacaría más provecho que si se la comía. La pequeña bacteria procariota se transformó en una mitocondria. La teoría endosimbiótica fue popularizada por Lynn Margulis en 1967, aunque ya se hablaba de ella a principios del siglo XX (www.youtube.com/watch?v=o_RfwX7ZiIc). (http://www.pagina12.com.ar/ diario/suplementos/futuro/13-2209-2009-09-06.html).

Esta ilustre investigadora, Lynn Margulis participó además, en el desarrollo y popularización de la Teoría de Gaia, sobre que la Tierra funciona como si fuera un “ser vivo” , a partir de los numerosos mecanismos de autorregulación que posee, que facilita un estado de homeostasis en el planeta.

Dos dominios de seres vivos distintos, procariotas y eucariotas, dos ramas de árbol de la vida, se unieron hace 2 mil millones de años cuando la mayoría de los genes de la bacteria-mitocondria se transfirieron gradualmente (y en sentido horizontal) al núcleo de la célula eucariota hospedadora.

Incluso hubo una segunda endosimbiosis miles de años después, cuando otra célula eucariota engulló cianobacterias que luego se transformaron en cloroplastos. El resultado: organismos fotosintéticos y una prole variada de plantas, algunas de las cuales sobreviven hasta hoy, y son la base de las cadenas o redes troficas en la tierra.



EL TERCERO EN CUESTION

Pero la naturaleza cometió otra herejía similar mucho antes. Habíamos dicho que los seres vivos están divididos en dos grandes dominios: procariotas y eucariotas. Eso hasta que a fines de 1979 el microbiólogo Carl Woese propusiera un tercero en cuestión: “archaea”, microorganismos que se asemejan a las bacterias porque no tienen núcleo, pero que presentan caracteres de las células eucariotas en cuanto a la trascripción del material genético. (http://www.pagina12.com.ar/diario/suplementos/futuro/13-2209-2009-09-06.html)

Ahora era necesario resolver cuál era el grupo primitivo, es decir, el tronco del árbol de la vida desde el cual crecieron los seres que hoy habitan la Tierra, la Biodiversidad actual. ¿Las procariotas o las archaea? Desde fines de la década del 80, la secuenciación de genomas está aclarando el panorama. O mejor dicho, tal vez….enredándolo.

Ford Doolittle, un bioquímico estadounidense, lanzó la hipótesis de que en sus inicios, la evolución no fue un proceso dendriforme y ordenado como imaginó Darwin. Miles de millones de años atrás, procariotas, archaea y eucariotas transfirieron sus genes no de padres a hijos, sino entre primos y hermanos. Otra vez, la “transferencia horizontal” de genes. La prueba es que en cada uno de estos tres tipos celulares se encuentra material genético exclusivo de los otros dominios. (http://www.pagina12.com.ar/ diario/ suplementos/futuro/13-2209-2009-09-06.html)

Entonces, más que un tronco principal y un par de ramas importantes, la base del árbol de la vida sería un entramado de raíces que se unen y se separan, representando intercambios parciales de genes: una red. Según Woese, el antepasado ancestral fue un conglomerado diverso de células primitivas que evolucionaron juntas hasta alcanzar un estadio en que los lazos terminaron por cortarse y se delinearon los tres dominios que sobrevivieron hasta hoy.

En el mundo microscópico, que representa alrededor del 90 por ciento de las especies existentes, el intercambio horizontal de genes es más común de lo que se cree. ¿Qué sucede entre los seres pluricelulares? Para el botánico Loren Rieseber, cerca de 14 por ciento de las plantas actuales son el resultado de la fusión de dos ramas distintas del árbol de la vida. Los virus son los principales agentes que llevan y traen ADN entre especies. De hecho, entre el 40 y el 50 por ciento de genoma humano es ADN importado por virus desde otras especies. Suena raro. Sin embargo, entre los animales con larvas sucedería algo más extraño aún. ( http://www.pagina12.com.ar/diario/ suplementos/ futuro/13-2209-2009-09-06.html)

LARVAS, DOS EN UNO

Ranas y mariposas atraviesan primero por un estado larvario. Las larvas de estos animales, y de muchos más, son completamente diferentes a las formas adultas. Las ranas fueron primero coludos renacuajos y las mariposas, orugas reptantes. Incluso tienen hábitos alimentarios diferentes: las mariposas beben el precioso néctar de las flores, las orugas son devoradoras de plantas. Pero es un solo bicho, aunque parezcan dos.

Sin embargo, Donald Williamson, (http://www.pagina12.com.ar/diario/ suplementos/ futuro/13-2209-2009-09-06.html) autor de la controvertida hipótesis de la transferencia larvaria, cree que el animal adulto y su larva han evolucionado de dos diferentes ancestros que luego se han combinado para formar una verdadera quimera de la naturaleza. Una sola entidad viva que contiene dos baterías de genes de diferentes seres que se turnan para encenderse. Una especie de sociedad genética con el único fin de sobrevivir.

Mientras las larvas (verdaderas máquinas de comer) aseguran la provisión de alimentos, la belleza y movilidad de los adultos garantiza una buena reproducción. Al final de cuentas, quién puede resistirse a una mariposa.

Williamson sostiene que, en algún momento, los genes de los ancestros de larva y adulto se cruzaron. Sólo unos pocos seres híbridos sobrevivieron y resolvieron el “problema genético” (la quimera tenía dos genomas) mediante una expresión secuencial: primero se activa el genoma de la larva y luego el otro. La selección natural fue mejorando este animal quimérico.

Otro sacudión al árbol de la vida darwinista. La hipótesis de Williamson transformaría a este árbol en una red, ya que los genes de diferentes ramas, que representan especies y filos diversos, tuvieron contacto sexual. Esto es más fácil de imaginarse entre seres marinos que entre insectos, ya que en el océano la fertilización externa es más común, cuando huevos y esperma se encuentran en el medio exterior, en el mar.

Según la hipótesis de la transferencia larvaria, tiempo atrás los huevos y esperma de especies diferentes se encontraron por el azaroso efecto de las corrientes marinas. Los genes de larvas ancestrales se cruzaron con los ancestros de equinodermos, crustáceos, medusas y moluscos. A su vez, especies de estos filos que ya habían incorporado los genes larvarios se cruzaron luego con otras que no los tenían. Lo que se dice, una verdadera orgía de especies y filos para dar lugar a retoños quiméricos.

Williamson ha realizado experimentos de hibridación en laboratorio con relativo éxito. Y se ha servido de algunos estudios genéticos de otros científicos para verificar su hipótesis. Todo ello está documentado en su libro El origen de las larvas. Sin embargo, la comunidad científica y el neodarwinismo no aceptan su teoría.

También ha recolectado numerosos ejemplos en la naturaleza. El más sorprendente es el de la estrella de mar Luidia sarsi. Al igual que otras de su especie, el huevo fecundado genera luego una larva que contiene en su interior un ejemplar juvenil de la futura estrella de mar. Cuando eclosiona para dar lugar al animal adulto, lo normal sería que la larva cayera al fondo del mar para cederle la vida a la estrella.

En el caso de la Luidia sarsi, larva y estrella siguen vidas independientes por algunos meses. De un huevo surgen dos animales. La hipótesis de la transferencia larvaria lo explica por la hibridación de los dos genomas, los cuales todavía tienen la suficiente independencia como para expresarse simultáneamente.

La endosimbiosis, el enredado inicio de la vida y la transferencia larvaria no sólo distorsionan la perfecta imagen metafórica del árbol de la vida. También señalan que la competencia y el individualismo no serían los únicos mecanismos para sobrevivir y evolucionar. También puede haber cooperación y asociaciones por conveniencia en la naturaleza.





EVOLUCIÓN. ALGUNAS IDEAS

La evolución explica el proceso de cambios biológicos de las especies desde sus ancestros hasta el estado actual. El estudio de dicho proceso requiere una búsqueda interdisciplinar en la que se aúnan conocimientos procedentes de ciencias como la antropología física, la química, las ciencias comparadas y la genética.

Diferente teoria de la evolucion :

Existen varias teorías sobre la evolución de las especies, y han existido otras muchas más que no han soportado el rigor del tiempo y el análisis que generación tras generación y a la luz de los últimos adelantos científicos de cada época, se ha hecho de ellas. Una cosa si debe quedar claro: ninguna explica satisfactoriamente, todos y cada uno de los detalles de la enorme complejidad de la vida, de la evolución de los seres vivos y de la existencia de la enorme biodiversidad que observamos hoy en día, máxime si consideramos que un 90% de las especies que han existido alguna vez…..han desaparecido.

A mi entender, tomemos todo como la máxima aproximación posible, de acuerdo al nivel de nuestro conocimiento

Teoría del Creacionismo: A pesar de las abrumadoras evidencias que avalan la teoría de la evolución, algunos grupos, principalmente en Estados Unidos, interpretan en la Biblia que un ser divino creó directamente a los seres humanos, y a cada una de las otras especies animales, como especies separadas y acabadas. Este punto de vista es comúnmente llamado creacionismo, y es siendo defendido por grupos religiosos. Actualmente en una nueva versión, donde se mezclan dogmas religiosos y adelantos científicos contemporáneos, llamado Diseño inteligente.

Creacionismo evolutivo: En respuesta a la aceptación científica de la teoría de la evolución, muchos religiosos y filósofos han tratado de unificar los puntos de vista científico y religioso, ya sea de manera formal o informal; a través de un "creacionismo pro-evolución". Así por ejemplo algunos religiosos han adoptado un enfoque creacionista desde la evolución teísta o el creacionismo evolutivo, y defienden que Dios provee una chispa divina que inicia el proceso de la evolución, y (o) donde Dios creó el curso de la evolución.

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Teoría de la evolución de Lamarck (lamarckismo)

Jean B.Lamarck (Bazantín, Francia ,1744-1829) formuló la primera teoría de la evolución biológica, acuñó el término «biología» para designar la ciencia de los seres vivos y fue el fundador de la paleontología de los invertebrados

Lamarck formuló la primera teoría de la evolución. Propuso que la gran variedad de organismos, que en aquel tiempo se aceptaba, eran formas estáticas creadas por Dios, habían evolucionado desde formas simples; postulando que los protagonistas de esa evolución habían sido los propios organismos por su capacidad de adaptarse al ambiente: los cambios en ese ambiente generaba nuevas necesidades en los organismos y esas nuevas necesidades conllevaría una modificación de los mismos que sería heredable. Se apoyó para la formulación de su teoría en la existencia de restos de formas intermedias extintas. Con su teoría se enfrentó a la creencia general por la que todas las especies habían sido creadas y permanecían inmutables desde su creación, también se enfrentó al influyente Cuvier que justificó la desaparición de especies, no porque fueran formas intermedias entre las primigenias y las actuales, sino porque se trataba de formas de vida diferentes, extinguidas en los diferentes cataclismos geológicos sufridos por la Tierra.

En resumen, Lamarck tenía varias tesis básicas:

1. La Necesidad Crea al Órgano

2. La Herencia de los Caracteres Adquiridos

3. El desarrollo de los órganos y su fuerza de acción están constantemente en razón del empleo que se hace de ellos.

4. Todo lo que ha sido adquirido, trazado o cambiado en la organización de los individuos, durante el curso de sus vidas, es conservado por la generación y transmitido a los nuevos individuos que provienen de aquellos que han sufrido estos cambios

La idea de que la necesidad crea o modifica el órgano estaba entonces muy difundida. Lo que hace Lamarck es ponerla por vez primera al servicio de la teoría de la evolución.

Sin embargo, estas ideas no explicaban que características adquiridas se trasmitieran a los genes , y de ahí a la descendencia , por lo que no explicaba satisfactoriamente , su efecto sobre la evolución.



Teoría de Darwin:

La primera Teoría sobre la evolución fue escrita por Charles Darwin (Shropshire, Inglaterra. (1809-1882) cuando publico su libro Origen de las especie.

A pesar de que la teoría de Darwin pudo sacudir profundamente la opinión científica con respecto al desarrollo de la vida (e incluso resultando en una pequeña revolución social), no pudo explicar la fuente de variación existente entre las especies ( Biodiversidad), y además la propuesta de Darwin de la existencia de un mecanismo hereditario (pangénesis) no satisfizo a la mayoría de los biólogos. No fue recién hasta fines del siglo XIX y comienzos del XX, que estos mecanismos pudieron establecerse.

La selección natural fue propuesta por Darwin como medio para explicar la evolución biológica. Esta explicación parte de dos premisas:

1. La primera de ellas afirma que entre los descendientes de un organismo hay una variación aleatoria, no determinista, que es en parte heredable.

2. La segunda premisa sostiene que esta variabilidad puede dar lugar a diferencias de supervivencia y de éxito reproductor, haciendo que algunas características de nueva aparición se puedan extender en la población.

La esencia de la selección natural de las especies, consistía en el hecho de que en una población de individuos, a través del tiempo, sobreviven los mas adaptados al medio ambiente, y estos trasmiten sus genes a la descendencia. A estas características se les llamo “características adaptativas”.

La formulación clásica de la selección natural establece que las condiciones de un medio ambiente favorecen o dificultan, es decir, seleccionan la reproducción de los organismos vivos según sean sus peculiaridades. En Biología evolutiva se considera la principal causa del origen de las especies y de su adaptación al medio.

De hecho, elementos claves para entender la teoría de Darwin, serian:

• La selección natural, a partir de la supervivencia de los mas adaptados.

• La existencia de características adaptativas.

• La trasmisión de estas, a la descendencia. Con lo que resulta la reproducción un elemento clave de la evolución.

• Los procesos de especiacion , a partir de estos procesos evolutivos, que favorecería el surgimiento , de nuevas especies ( biodiversidad)



Otro aporte para entender la evolución, las Leyes de Gregorio Mendel (1865)

Primera ley, o Principio de la uniformidad: “Cuando se cruzan dos individuos de raza pura, los híbridos resultantes son todos iguales entre sí”. El cruce de dos individuos homocigotas, uno dominante (AA) y otro recesivo (aa), origina sólo individuos heterocigotas, es decir, los individuos de la primera generación filial son uniformes entre ellos (Aa).

Segunda ley, o Principio de la segregación: “Ciertos individuos son capaces de transmitir un carácter aunque en ellos no se manifieste”. El cruce de dos individuos de la F1 (Aa) dará origen a una segunda generación filial en la cual reaparece el fenotipo "a", a pesar de que todos los individuos de la F1 eran de fenotipo "A". Esto hace presumir a Mendel que el caracter "a" no había desaparecido, sino que sólo había sido "opacado" por el caracter "A", pero que al reproducirse un individuo, cada caracter segrega por separado.

Tercera ley, o Principio de la transmisión independiente: Esta ley hace referencia al cruce polihíbrido (monohíbrido: cuando se considera un caracter; polihibrido: cuando se consideran dos o más caracteres). Mendel trabajó este cruce en guisantes, en los cuales las características que él observaba (color de la semilla y rugosidad de su superficie) se encontraban en cromosomas separados. De esta manera, observó que los caracteres se transmitían independientemente unos de otros. Esta ley, sin embargo, deja de cumplirse cuando existe vinculación (dos genes están en locus muy cercanos y no se separan en la meiosis).

Actualmente existen numerosas excepciones a las Leyes de Mendel, y muchos mecanismos hereditarios se ha visto, no son explicados por sus leyes, sin embargo y sin lugar a dudas, su imaginación, rigor científico y la validez de sus conclusiones, hace que sea considerado el Padre de la Genética, con plena validez en el siglo XXI.

Derivado de los aportes de Mendel a la ciencia en general, y en especial a la genética, la definición de genotipo (bases genéticas de las diferentes especies) y el fenotipo (forma o función, manifestación de los genes, en relación con la presión del ambiente), resultan elementos básicos para entender la evolución, y el surgimiento de nuevas especies (biodiversidad actual)

BIODIVERSIDAD Y EVOLUCION. EN RESUMEN

Biodiversidad, también llamada diversidad biológica, es el término por el que se hace referencia a la amplia variedad de seres vivos sobre la Tierra y los patrones naturales que la conforman, resultado de miles de millones de años de Evolución según procesos naturales y también, de la influencia creciente de las actividades del ser humano. La biodiversidad comprende igualmente la variedad de ecosistemas y las diferencias genéticas dentro de cada especie que permiten la combinación de múltiples formas de vida, y cuyas mutuas interacciones y con el resto del entorno, fundamentan el sustento de la vida sobre el planeta.

La biodiversidad que hoy se encuentra en la Tierra es el resultado de cuatro mil millones de años de evolución. Aunque el origen de la vida no se puede datar con precisión, la evidencia sugiere que se inició muy temprano, unos 100 millones de años después de la formación de la Tierra. Hasta hace aproximadamente 600 millones de años, toda la vida consistía en bacterias y microorganismos

La Biodiversidad expresa la diversidad del mundo biológico, así como la totalidad de los genes, las especies y los ecosistemas de una región, cuyas interacciones fundamentan el sustento de la vida sobre el planeta.

El conjunto de individuos que pueblan o han poblado alguna vez la tierra, y téngase en cuenta que hablamos de millones de especies, muchas aun por descubrirse; es el resultado de los intrincados caminos de la evolución de la vida en la tierra. Es decir, la biodiversidad actual es el resultado del proceso irreversible de la vida, cada especie es la punta de una rama del “árbol de la vida”, y no importa lo que hagamos después cuando se pierde alguna especie con su extinción, pues no volverá a retoñar jamás.

Por ejemplo, las diferentes razas de perro que el hombre ha obtenido por selección artificial ilustran el potencial de cambio que tienen las especies. (http://bioinformatica.uab.cat/divulgacio/evol.html)

















*Ing. Ezequiel Echevarria MSc
Director de la carrera de Ciencias Ambientales de la UNEFA
• Consultor Ambiental (Reg. SEMARENA 02-108)

• Ingeniero Agrónomo, Instituto Superior de Ciencias Agropecuarias de la Habana, Cuba. 1979

• Master en Ciencias (MSc.). “Especialidad en Agroecologia y Agricultura Sostenible”. Centro de Estudios en Agricultura Sostenible. Universidad Agraria de la Habana. 1999.

• Master en Ciencias. “Agroecologia: un enfoque sostenible de la Agricultura Ecológica”. Universidad Internacional de Andalucía y Universidad de Córdova. España. Programa interuniversitario. 2008. En proceso de Doctorado

Localización; eechevarria1@hotmail.com, menendez63@yahoo.com