Teoría sintética

Una vez que Darwin escribió El origen de las especies, la siguiente pregunta que quedó por responder fue, ¿cuáles son los mecanismos que producen la evolución y qué origina las variaciones entre los individuos de una población? La respuesta trazó el siguiente camino.

La teoría sintética, o síntesis moderna, es una teoría que se basa en la evolución por selección natural de Darwin e integra los conocimientos de herencia aportados por Gregor Mendel. También se alimentó de otras áreas de la ciencia como la paleontología, la genética y la sistemática, pues aportaron información que daba indicios de las variaciones genéticas en las poblaciones.

En su momento, Darwin no conoció los trabajos de Gregor Mendel, y estos fueron redescubiertos años después por los botánicos de Vries (1848-1935), Correns (1864- 1933) y Tschermak (1871-1962) quienes publicaron diversos estudios en torno a la genética aportando nueva información en este campo.

Darwin, Wallace y Mendel
Teoría sintética
Darwin y Wallace	Leyes de Mendel
Todos provenimos de un ancestro común              Especiación     Todo organismo vivo produce más descendencia de la que puede sostener    El medio ambiente influye en la reproducción de las especies la producción de la descendencia    Las especies relacionadas habitan territorios colindantes    Variabilidad, los organismos en su competencia por la vida producen descendencia con (selección natural). Como resultado se producen nuevas especies.	·            Genética- herencia      ·         Principio de dominancia      ·         Reglas de probabilidad      ·         Genotipo y fenotipo      ·         Teoría cromosómica de la herencia      ·         Términos dominante y recesivo

La teoría sintética es el resultado de la contribución de diversas disciplinas, incluyendo las matemáticas, y sus principales artífices fueron el genetista Theodosius Dobzhansky (1900- 1975), el zoólogo Ernst Mayr (1904-2005), el paleontólogo George G. Simpson (1902-1984), el botánico George Ledyard Stebbins (1906-200) y otro zoólogo llamado Julian Huxley (1887-1975), todos de Inglaterra Cada uno hizo propuestas con base en sus propias investigaciones, por ejemplo:

Dobzhansky sugirió que la evolución es el resultado de cambios que ocurren en la frecuencia génica, o alélica, de una población, es decir, la proporción de un alelo con respecto al total de la población.

Mayr, por su parte, propuso como se forman las nuevas especies, así como el concepto biológico de especie y el modelo de especiación geográfica. Simpson usó las ideas de Dobzhansky sobre la evolución y las aplicó a los fósiles, fortaleciendo la idea de especiación geográfica. En cuanto a Huxley, él centró sus ideas sólo en la adaptación y la propuso como único mecanismo de la evolución.

La teoría sintética se gestó entre las décadas de los años 30 y 40 del siglo pasado. Para sus creadores, la evolución de las especies es el resultado de la interacción entre la variación genética, las mutaciones y la selección natural. Ahora sabemos que existen otras fuerzas que actúan en el proceso evolutivo, como el flujo genético, la deriva génica, la endogamia y su influencia en la genética de las poblaciones.

Darwin propuso que la evolución actúa sólo en las poblaciones y que los individuos son los motores del cambio. Para Dobzhansky y Mayr, una especie es una unidad reproductiva y sus miembros son capaces de entrecruzarse entre sí y no con miembros de otras especies. Por otra parte, la evolución de nuevas especies es el resultado de los cambios ambientales que generan adaptaciones, las cuales provocan que una especie ancestral se divida y forme una o más especies que pierden la capacidad de reproducirse entre sí.

Esto nos da una idea de que las especies se originan en ciertas condiciones de aislamiento. Los cambios ambientales pueden ser alteraciones en los patrones climáticos generados por el vulcanismo, las glaciaciones y la deriva continental que ocurren en lapsos de millones de años. La deriva continental es un proceso geofísico que genera cambios en la distribución de los continentes. Con estos cambios también se han generado modificaciones ambientales y vulcanismo.

Hacia los años cuarenta del siglo XX tenemos dos percepciones de la evolución de las especies: por un lado la idea de Darwin, en el sentido de que las especies cambian debido a las adaptaciones generadas por el ambiente; y la de Dobzhansky y Mayr, cuyo argumento se apoya en que las especies se forman en sitios aislados geográficamente debido a los cambios ambientales.

La teoría sintética propone los siguientes puntos:

1.       El fenotipo es diferente del genotipo; es decir, el fenotipo, las características observables de un individuo, no es lo mismo que el genotipo, el cual se refiere a la información genética de un individuo. El genotipo es el centro de las variaciones genéticas.

2.       Los caracteres adquiridos no se heredan, es decir, las características que un organismo adquiere debido a sus propias experiencias no se heredan. Recuerda los postulados de Lamarck, por ejemplo, las alteraciones físicas de un organismo debido a una enfermedad adquirida que no se heredan a la siguiente generación.

3.       Las variaciones son el resultado de cambios en los genes o mutaciones, que pasan de una generación a otra.

4.       Los genes experimentan mutaciones, es decir alteraciones en su secuencia de nucleótidos. La tasa de mutaciones es baja.

5.       La evolución sólo ocurre a nivel de poblaciones no de individuos.

6.       La selección natural puede generar pequeñas o grandes diferencias entre las especies. Por ejemplo, los felinos exhiben características físicas muy distintas; como también hay especies, sobre todo plantas, que sólo se pueden determinar por sus diferencias genéticas.

7.       Las poblaciones naturales pueden evolucionar rápidamente si las condiciones ambientales cambian drásticamente.

8.       Las poblaciones de una especie que habitan en espacios geográficos distantes exhiben diferencias genéticas.

9.       La especiación es el proceso mediante el cual se forman dos o más especies a partir de un ancestro común.

Como toda teoría, la sintética está sujeta a la revisión constante. Por esta razón se incorporó la genética de poblaciones, creada en 1918 por Geofrey Hardy (1877- 1947) y Wilhem Weinberg, a esta teoría. La genética de poblaciones es una rama de la genética que estudia la frecuencia y distribución de alelos en una población.

Actualmente existe un gran debate en torno a esta teoría y sus mecanismos de evolución debido a los trabajos de genética molecular y a los descubrimientos paleontológicos.

Una población que está en equilibrio genético no experimenta evolución, pero cualquier población que salga de esta condición experimenta un proceso evolutivo. Las fuerzas evolutivas que actúan sobre una población son la mutación, el flujo génico, la deriva génica y la selección natural.

Mutación.

Una mutación es el cambio que ocurre en la secuencia de nucleótidos en el ADN durante su replicación y que son heredables. No se sabe cuándo ocurrirá una mutación, pero se sabe que cada gen tiene su propia tasa de mutación. Si esta tasa es baja, la mutación no implicara evolución, pero si la tasa es alta entonces la mutación se perfila como una fuerza evolutiva. Las mutaciones pueden generar cambios estructurales, fisiológicos o conductuales y estos pueden disminuir la supervivencia del individuo. Cuando esto ocurre, se considera que la mutación es letal. Una mutación es neutra cuando su expresión no causa daño o beneficia al individuo.

Algunas mutaciones fisiológicas y estructurales pueden generar un beneficio al individuo, como hacerlo mas alto o brindarle resistencia a una toxina o generar cierta protección contra los depredadores. Si estas mutaciones se extienden a la población, mediante la herencia, es posible que se convierta en una característica evolutiva.

Las mutaciones generan nuevos alelos, pero las otras fuerzas evolutivas, como la selección natural, el flujo génico y la deriva génica producen una modificación en la frecuencia de los alelos.

Flujo génico.

El flujo génico se refiere a la transferencia de genes de una población a otra debido a la emigración de algunos individuos. Es decir, la poza génica de la población aumenta con nuevos genes.

La migración es un proceso importante porque aporta variabilidad a la especia. Mientras mas flujo exista, la variabilidad es mayor; por el contrario, si en una población no existe flujo génico, la poza génica se mantiene casi igual y no ocurre evolución.

Por ejemplo, cuando los leones machos alcanzan la edad adulta tienden a dejar a la manada para buscar pareja, la cual pueden encontrar en otra población. De esta esta manera se favorece el flujo génico entre las poblaciones de leones.

¿Qué ocurriría si los leones machos no salieran de su manada y se cruzaran con las hembras de su grupo? Es posible que los machos terminen apareándose con sus hijas, lo cual genera un fenómeno conocido como endogamia o consanguineidad. Cuando en una población se presenta la endogamia, la variabilidad genética disminuye y son mas propensos a padecer enfermedades hereditarias. En las plantas, la dispersión de semillas es el proceso que favorece el flujo de genes.

Deriva génica.

La deriva génica consiste en cambios aleatorios, en las frecuencias de los alelos que se producen al azar en las generaciones. Este fenómeno tiene grandes efectos en poblaciones pequeñas , pero es bajo en poblaciones grandes.

Por ejemplo, en grandes poblaciones, si algunos individuos no llegan a la etapa adulta para reproducirse o los hijos mueren, la frecuencia de alelos no se altera significativamente. Por el contrario, si esto pasara en una población pequeña, la frecuencia de alelos  disminuiría y se favorecería la condición homocigota.

Piensa en la población de una especie en peligro de extinción. Si no hay una inmigración la endogamia aumenta y la condición heterocigota tiene a desaparecer, lo que hace a la población susceptible a enfermedades. Cuando una población experimenta una grave reducción de individuos ocurre un fenómeno llamado cuello de botella. La descendencia que resulta tiene a se homocigota; esto ocurre con los guepardos, cuyos sobrevivientes a un cuello de botella portan genes adversos, como el que afecta su fertilidad.

También puede ocurrir que los individuos que sobreviven a un cuello de botella emigren y funden otra población (efecto fundador). Esto ocurre en varias islas oceánicas cuya numerosas poblaciones fueron establecidas a partir de muy pocos individuos. En estas islas las frecuencias de muchos pueden ser diferentes en los pocos colonizadores y en la población de la que proceden, lo cual puede tener efectos duraderos en la evolución de las poblaciones aisladas. Algo similar a lo que ocurrió con los pinzones en las islas Galápagos.

Selecciona natural.

La selección natural es el resultado de las variaciones genéticas debidas a mutaciones que ocurren en los individuos de una población, lo cual favorece su reproducción diferencial y la herencia de dichas variaciones a las siguientes generaciones, produciendo adaptaciones.

La selección natural afecta a las poblaciones de distinta manera. Existen tres tipos de selección natural.

Selección direccional.

Cuando se inició la Revolución Industrial en Inglaterra, en la década de 1850, las exhalaciones de humo y hollín afectaron al ambiente. La polilla Biston betularia existía en dos variaciones: la clara y la oscura; la última era la forma menos común. Ambas variaciones se posaban en los troncos cubiertos por líquenes claros. Cuando el hollín mato a los líquenes afectó el color de los troncos de los árboles, fue entonces que la variedad de polillas tuvo posibilidad de ocultarse de los depredadores, mientras que las polillas claras quedaron al descubierto. Así, la variedad oscura se vio favorecida al no ser presa fácil de los depredadores, a diferencia de la modalidad clara.

En esa época, la selección natural actuó en dirección de la variedad oscura. Cuando se mejoraron los procesos de producción y el hollín desapareció, los líquenes regresaron a los árboles y la variedad clara se vio favorecida de nuevo, dirigiendo la selección hacia esta variación.

Selección estabilizadora.

Como se vio en el ejemplo de la polilla Bistin betularia, la selección natural produce un desplazamiento direccional del fenotipo de los organismos. Pero también puede ocurrir que la selección natural favorezca a las variaciones intermedias y elimina las variaciones extremas, contrarrestando las mutaciones y el flujo génico.

Por ejemplo, supongamos tres variedades de lagartijas que habitan una zona de matorral espinoso: una rojiza, una café y la otra verde, y su depredador es un halcón. En su ambiente seco casi todo el año, las lagartijas café tendrán mayor posibilidad de esconderse de los depredadores, pero en temporada de lluvias las lagartijas verdes tienen esta posibilidad de sobrevivencia. Entonces, la variedad roja, es visible para los halcones en ambas épocas del año, tenderá a desaparecer.

Selección disruptiva.

A diferencia de la selección estabilizadora, la selección disruptiva favorece a las formas extremas de una población y elimina a las formas intermedias. Por ejemplo, entre los salmones existen dos variedades: grande y chico, pero no existen formas intermedias.

Especiación.

Recordemos el concepto de especie biológica: grupo de organismos capaces de reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil. Es decir, entre los miembros de una misma especie hay “flujo génico”. El proceso de especiación es aquel que permite la formación de nuevas especies a lo largo del tiempo. Esto ocurre cuando una especie se divide en dos o más, nuevas especies como resultado de la acción de las fuerzas evolutivas.

Una nueva especie se forma como resultado del aislamiento genético de una porción de la población original, es decir, por interrupción del flujo génico. Las causas de la especiación se describen a continuación.

Aislamiento geográfico.

Este se presenta cuando surge una barrera geográfica, como una montaña, un río o un barranco, que divide a la población original en dos. A lo largo del tiempo, ambas poblaciones forman una nueva especie debido a la aparición de nuevos alelos, lo que genera que ambas poblaciones sean genéticamente incompatibles.

Disminución del flujo génico.

No es necesario que se interponga una barrera geográfica, basta con que una porción de la población se reproduzca solo entre sus miembros. Por ejemplo, una población de mantis ocupa una vasta extensión de territorio. Si los individuos de la población que habita en el extremo norte del territorio solo se reproducen entre ellos, a la larga diferirán genéticamente del resto de la población, interfiriendo así del flujo de genes.

Aislamiento reproductivo.

En este tipo de especiación puede existir una barrera geográfica, pero por si solo no es suficiente para generar una nueva especie, pues se requieren de modificaciones que interrumpan el flujo génico. Estas modificaciones pueden ser un cambio en la conducta de apareamiento, un retraso o alteración de la sincronización de los periodos de apareamiento, incompatibilidad entre los órganos sexuales o alteraciones en los gametos que imposibiliten la fertilización.