Evolución 101: Selección Natural
El post de esta semana sobre Evolución 101 está a cargo de un grupo interdisciplinario de BEACONites, todos los cuales se basan en los principios de la selección natural en su investigación: Nikki Cavalieri, estudiante de postgrado de la MSU (Zoología), Prakarn Unachak, postdoc de la MSU (Computación Evolutiva), y Patrick Wanko, estudiante de postgrado del NC A&T (Ingeniería de Sistemas Industriales).
Si los animales están estrechamente adaptados a sus hábitats, ¿por qué vemos solapamientos?
Fotos: Rana arbórea gris por Heidi Bakk-Hansen; Rana verde por Trish Coxe; Fondo por Kahunapule Michael Johnson; Ilustración por Prakarn Unachak
Por ejemplo, las ranas arbóreas grises (Hyla versicolor) y las ranas arbóreas verdes (Hyla cinerea) del sur de Estados Unidos parecen ser ecológicamente equivalentes. Ambas especies se alimentan de insectos, viven en el suelo sobre la vegetación y ponen sus huevos en pequeñas charcas. Entonces, ¿por qué no hay una sola especie?
Adaptado Roger Conant y Joseph T Collins. 1998. A Field Guide to Reptiles & Amphibians of Eastern & Central North America (Peterson Field Guide Series).
Aunque las ranas arbóreas grises y las ranas arbóreas verdes parecen ocupar el mismo hábitat, cuando miramos más de cerca podemos ver que aunque sus áreas de distribución se superponen, las ranas arbóreas grises viven más al norte que las ranas arbóreas verdes. También podemos ver que las ranas arbóreas grises prefieren zonas boscosas con charcas temporales, mientras que las ranas arbóreas verdes prefieren zonas húmedas más abiertas con espadañas y otra vegetación acuática.
CC google Hyla versicolor (LeConte, 1825). Adultos de colores crípticos aferrados a un tronco de árbol. Foto © Painet, Inc.
En un árbol de una zona boscosa, la rana arbórea gris es mucho más difícil de detectar.
Foto de Richard Crook
En un humedal, la situación es inversa.
¿Qué es la selección natural?
La selección natural es el proceso en la naturaleza por el cual los organismos mejor adaptados a su entorno tienden a sobrevivir y reproducirse más que los menos adaptados a su entorno.
Por ejemplo, las ranas arbóreas a veces son devoradas por serpientes y aves. Las ranas arbóreas grises se mezclan bien en las zonas boscosas oscuras sobre la corteza de los árboles y las ranas arbóreas verdes se mezclan bien con la vegetación verde que se encuentra en los pantanos y ciénagas. Una rana arbórea verde en la corteza de un árbol es más fácil de encontrar para un depredador, en comparación con una rana arbórea verde en una hoja verde. Por lo tanto, las ranas arbóreas verdes que se adentran en hábitats donde no están camufladas tienen más probabilidades de ser comidas por los depredadores. Dado que las ranas arbóreas que han sido comidas no viven para tener más crías de rana arbórea, la selección natural ha favorecido a las ranas arbóreas que viven en hábitats en los que están más camufladas.
Esto explica la distribución de las ranas arbóreas grises y verdes. El hábitat boscoso de la rana arbórea gris es más grande y se extiende más al norte, mientras que el hábitat de pantano y ciénaga de la rana arbórea verde se concentra en el sur. En la zona en la que las ranas arbóreas grises y verdes se solapan, ambos hábitats se dan pero en lugares diferentes.
Sin embargo, la selección natural no siempre va a lo óptimo. Sólo va a lo que funciona. Por ejemplo, los conejos son herbívoros, que tienen la fermentación del intestino posterior (fermentación de los alimentos después de pasar por el estómago). Tienen un órgano especial llamado ciego que les ayuda a digerir los alimentos. A diferencia de otros animales, el ciego del conejo está situado demasiado abajo en el intestino del conejo para que éste pueda obtener todos los nutrientes de su comida. Por eso, cuando la comida digerida es expulsada del cuerpo, aún contiene una gran cantidad de nutrientes. Para compensar la pérdida de estos nutrientes, los conejos son coprófagos (se comen sus propias bolitas fecales). Tienen dos tipos de pellets fecales 1) las que han sido digeridas una sola vez, que depositan en una letrina especial para consumirlas después, y 2) las que han sido digeridas dos veces y no se almacenan. Los conejos han evolucionado para obtener el máximo de nutrientes de su comida a pesar de tener una disposición no óptima de los órganos digestivos.
Para ser más generales, la selección natural es un proceso que da lugar a que algunos animales y plantas con ciertas características se ajusten mejor que otros a su entorno natural. Esas plantas y animales tienen entonces más posibilidades de sobrevivir, reproducirse y aumentar su población más que los que están menos adaptados a su entorno. Por lo tanto, las plantas y animales mejor adaptados son capaces de transmitir sus características ventajosas (codificadas por los genes) a su descendencia a través de la herencia.
Sin embargo, los genes no siempre se transmiten a la descendencia en la misma forma exacta que los genes de los padres. El cambio en la secuencia de un gen puede producirse a través de dos mecanismos conocidos como cruce y mutación.
¿Cruzamiento? ¿Mutación? ¿Qué son?
No podemos ver los genes a simple vista, pero sí podemos observar los productos de los mismos a través de los rasgos físicos, conocidos como fenotipo (tipo de pelo, color de ojos/piel, sexo…). Gregor Mendel, el «padre de la genética moderna», experimentó con plantas de guisantes entre 1856 y 1863. Mendel demostró que al fecundar una determinada forma de planta de guisantes verdes con el polen de otra forma de planta de guisantes amarillos, se obtendría una variedad de guisantes verdes y amarillos de muchas formas. Los guisantes resultantes compartirán su color o su forma con los guisantes originales. Lo que hizo Mendel se llama hoy polinización cruzada, y el hecho de que los guisantes resultantes compartan algunos rasgos comunes se debe a la herencia.
Los genes están agrupados en los cromosomas. Para que se produzca el cruce, necesitamos dos cromosomas que intercambien material. Por otro lado, una mutación es un cambio o error dentro de un gen o cromosoma que puede dar lugar a un cambio de las funciones y expresiones genéticas. Cuando ese error se produce, modifica un gen que puede cambiar el fenotipo de la planta o el animal, que puede ser algo más que un simple cambio de aspecto. Las mutaciones pueden implicar deleciones, duplicaciones, inserciones, inversiones o translocaciones de secciones de la secuencia genética. Las mutaciones y los cruces proporcionan la materia prima con la que trabaja la selección natural al crear variación entre los organismos.
Mutación
La selección natural hace que organismos con características diferentes (causadas por mutaciones y cruces) prosperen en entornos diferentes. Además de la rana arbórea verde y gris (nuestro ejemplo anterior, que muestra la adaptación a través del camuflaje), hay muchas formas en que la selección natural da forma a los organismos:
- Algunas bacterias pueden vivir a temperaturas de 60°C (140°F) y superiores. Una especie, Methanopyrus kandleri, puede incluso prosperar bajo un calor extremo de hasta 120°C (248°F). Otras bacterias también se adaptan a entornos aparentemente inhóspitos: ácidos, radiactivos o bajo lo más profundo del mar, donde no hay fuentes convencionales de alimento. Por muy hostil que sea un entorno, es muy probable que se encuentre algún tipo de microorganismo evolucionado para vivir allí.
- Los pingüinos, a primera vista, son aves que no pueden volar, lo que no parece hacerlos buenos candidatos para la supervivencia. Sin embargo, en lugar de volar, los pingüinos se han adaptado para ser maestros nadadores, lo que les beneficia enormemente a la hora de encontrar comida y escapar de los depredadores. Además, en la Antártida, y en otros lugares donde viven los pingüinos, no hay depredadores naturales en tierra, por lo que perder la capacidad de volar no es una desventaja. Hay otras aves no voladoras, y todas se han adaptado para compensar su falta de vuelo de otras maneras. Ya sea siendo un corredor rápido (Avestruz), escondiéndose bien (Riel Invisible), o pudiendo defenderse eficazmente (Casuario).
- Algunas plantas, como la Venus atrapamoscas, son carnívoras. Normalmente las plantas obtienen el nitrógeno, un elemento químico vital para la supervivencia de una planta, del suelo a través de sus raíces. Sin embargo, estas plantas suelen crecer en zonas donde el suelo carece de nitrógeno. No pueden obtener suficiente nitrógeno simplemente extrayéndolo del suelo. Para prosperar en ese entorno, estas plantas carnívoras capturan insectos en hojas con forma de trampa. Estos insectos se convierten en una fuente alternativa de nitrógeno para la planta que le permite sobrevivir en un hábitat pobre en nitrógeno.
Los entornos cambian con el tiempo y la selección natural actúa sobre la diversidad genética de las especies. Los individuos con mejores rasgos para el nuevo entorno tienen más descendencia. Tras muchas generaciones en este nuevo entorno, la población actual puede no parecerse a sus antepasados porque la selección natural los ha cambiado -han evolucionado- para sobrevivir en el nuevo entorno.