II. LAS ESPECIES ESTÁN ADAPTADAS AL LUGAR DONDE VIVEN
Para entender un proceso, el científico normalmente lo divide en diferentes partes. Quisiera entonces dividir la evolución biológica en dos. El primer aspecto se refiere a la modificación que sufre la estructura de una población porque los individuos se adaptan al medio en el que viven. El segundo aspecto consiste en aquellos mecanismos que producen especies nuevas, diferentes de las anteriores.
Las siguientes dos partes de este libro analizarán cada uno de los aspectos
mencionados: la adaptación y la especiación. Existen diferentes concepciones
acerca de cómo se relacionan estos dos procesos entre sí. Darwin, por ejemplo,
consideró que la evolución es un fenómeno de adaptación al medio (Figura 11),
es decir, su concepción no incluía mecanismos de generación de nuevas especies
más que como una extensión del fenómeno de la adaptacion. La adaptación a medios
diferentes haría que con el tiempo dos poblaciones se hicieran cada vez más
distintas hasta formar eventualmente dos especies. Esta concepción puramente
adaptativa de la evolución fue transformada en lo que se ha llamado durante
este siglo el neodarwinismo. Esto es, la inclusión del mecanismo mendeliano
de herencia transformó al darwinismo en neodarwinismo. Como veremos en el siguiente
capítulo el neodarwinismo también incluye mecanismos que, como una extensión
de la adaptación, genera especies diferentes (Figura 11(e)). Una visión alternativa
de estos conceptos podría ser que ambos aspectos de la evolución son independientes
uno del otro, que la forma en la que las plantas y los animales se adaptan a
su ambiente no está relacionada con aquella que determina si aparecen o no especies
nuevas (Figura 11(c)). Otras concepciones posibles consisten en alternativas
que no ha seguido hasta ahora ninguna escuela de investigación e incluyen las
que conciben a la evolución como un fenómeno de generación de especies que no
están adaptadas a su ambiente (Figura 11(b)) y aquellas que conciben a la especiación
como un fenómeno previo a la adaptación, es decir, que las especies una vez
originadas se adaptan a su ambiente (Figura 11(d)).
Figura 11. La evolución puede ser concebida de varias maneras. Para Darwin era resultado de la adaptación (a) y en la actualidad se considera que la especiación es un producto de la adaptación (b). Otra alternativa propone que la adaptación y la especiación son fenómenos desacoplados (c).
Para entender la adaptación y la especiación podríamos seguir cualquiera de las concepciones mencionadas. Podríamos estudiar primero la especiación y luego la adaptación o viceversa o estudiarlas juntas. Pero quizá la manera más útil de hacerlo sea aquella que sigue la forma como se ha generado el conocimiento, esto es, rehaciendo históricamente los descubrimientos. En el caso de la evolución, el mecanismo propuesto por Darwin, que plantea que los organismos se adaptan a su ambiente por medio de la selección natural, fue el primer gran cambio en la concepción del proceso evolutivo. Por lo tanto estudiaremos primero el fenómeno y los mecanismos de adaptación y posteriormente los relacionados con el fenómeno de la especiación.
El concepto de adaptación puede tener varios significados. En este libro lo definiremos como el acoplamiento de un organismo a su medio ambiente.
No hay mejor prueba de que las especies están adaptadas a su ambiente que el hecho de que siempre que pensamos en algún organismo lo relacionamos a un ambiente en particular. Así, por ejemplo, a las ballenas las asociamos al mar, a los nopales al desierto, a los pingüinos a ambientes muy fríos y a las esponjas al fondo del mar.
Sabemos, por otra parte, que las abejas colectan polen en estructuras especiales que tienen en sus patas, que el ojo es un sensor ambiental muy especializado que se atrofia en animales que viven en ambientes sin luz, como le sucedió a los topos. También tenemos claro que las alas son estructuras que se usan para volar y que las aletas controlan el movimiento de los peces en el agua. La relación de estas estructuras con respecto a la función que desempeñan es una prueba de que los organismos están adaptados al lugar en el que viven.
UNA TEORÍA, CINCO HISTORIAS ADAPTATIVAS Y OTRA TEORÍA
La primera teoría. El estudio de la adaptación ha consistido en entender ejemplos específicos de cómo los organismos sobreviven en su medio natural. Existe sin embargo una condición sin la cual el concepto de adaptación no tiene ningún significado. Esta es la idea de que las poblaciones se reproducen a una velocidad mayor que los recursos alimenticios de los que dependen. Darwin tomó esta idea de los trabajos de T. Malthus acerca de la población humana. Malthus argumentaba que mientras la población humana crecía en una proporción geométrica (por ejemplo de dos individuos se producen cuatro, luego de éstos, ocho de ellos, dieciséis y así sucesivamente) los alimentos sólo crecen en progresión aritmética (la producción en generaciones sucesivas es 2, 3, 4, etc.). Esto significa que irremediablemente llegará un día que existirá escasez de recursos y por tanto una alta mortandad de aquellos individuos que no alcancen a obtenerlos en suficiente cantidad. Darwin razonó que si este fenómeno (la sobreproducción) es universal y se aplica a todas las especies, no todos los individuos que nacen sobrevivirían. Darwin propuso, además, que los individuos que murieran serían aquellos que por sus características estuvieran en desventaja respecto de otros de la misma especie (por ejemplo, las águilas que son más lentas para obtener una presa morirían más frecuentemente que aquellas que lo hacen con mayor eficiencia). Este principio que combina la idea de la mortalidad por escasez de recursos y la que propone que sólo los individuos mejor adaptados sobrevivirán se llama selección natural y es el mecanismo que propuso Darwin para explicar la adaptación de los organismos a su ambiente. Es, sin duda, el concepto más importante de la teoría de Darwin.
LA HISTORIA DE LA MALARIA Y LA ANEMIA
El primer ejemplo que voy a usar para ayudarlos a comprender la adaptación por selección natural es ya un ejemplo clásico en los estudios de la evolución y consiste en lo siguiente:
Una de las tribus bantú de África vivió por mucho tiempo en la parte este del continente. Hace tiempo, esta tribu emigró hacia las grandes planicies del centro de África. Como ocurre en la mayoría de los casos, la migración de una población de un lugar en el que está adaptada a otro distinto trae como consecuencia que los individuos se enfrenten a un medio al que no están tan bien adaptados. Para los bantú no fue diferente. Encontraron que en su nuevo ambiente había malaria, enfermedad desconocida en el lugar del que venían. Es seguro que la mortalidad por malaria (en la que un parásito de los glóbulos rojos de nuestra sangre produce la muerte) fue muy alta en las primeras generaciones, pero curiosamente un día alguien empezó a notar que algunos individuos eran resistentes a la enfermedad. Al mismo tiempo que esto sucedía apareció otra característica en la población: un tipo de anemia que también producía la muerte y que ahora se llama anemia falciforme. En esta enfermedad los glóbulos rojos de la sangre en vez de ser redondeados tienen forma de media luna, y por tanto fijan oxígeno con menor eficiencia que lo que lo hacen los glóbulos normales redondeados. A causa de esto el metabolismo y la energía disponibles para el organismo son menores que lo normal y el individuo, después de sufrir por un tiempo la anemia, muere. El porcentaje de individuos con esta enfermedad que llega a reproducirse es tan sólo del 20 por ciento.
¿QUÉ HACE A UN INDIVIDUO ANÉMICO?
El análisis de los hijos del 20% de los individuos anémicos que sí se reproducen nos enseñó la forma en la que esta enfermedad se hereda. En un grupo de familias se observó que todos los hijos de un matrimonio eran anémicos además de serlo, por supuesto, ambos cónyuges. Cuando sólo uno de los cónyuges era anémico y el otro no, había dos tipos de familias: aquellas en las que ningún hijo era anémico y aquellas en las que la mitad de los hijos lo era y la otra mitad no. Estos resultados muestran un mecanismo mendeliano de herencia con un gene, el que produce la anemia, que no se expresa en presencia del gene normal. Se dice entonces que el gene de la anemia es recesivo. Si llamamos al gene de la anemia S y al normal A, los individuos con anemia que recibieron el de su papá y de su mamá serán SS. Los que no la tienen podrían ser AS, en donde el gene S no se expresa porque es recesivo, o AA, que no tienen el gene de la anemia. Este mecanismo de herencia explica los resultados que se observaron en los distintos matrimonios ya que si por ejemplo un anémico SS se casa con un sano AS la mitad de los hijos tendrán anemia y la otra mitad no, dado que serán AS. Si por otro lado el anémico se casa con un sano AA ninguno de los hijos tendrá puesto que todos serán AS.
¿POR QUÉ ES BUENO EN ÁFRICA SER ANÉMICO?
Pero... ¿qué relación hay entre la anemia y la malaria? Ya vimos que aquellos individuos que tienen los dos genes SS tendrán anemia y muy probablemente morirán. Sin embargo, aquellos que logran sobrevivir son resistentes a la malaria: el parásito no puede invadir los glóbulos rojos que no son redondeados. Por otro lado, los individuos que tienen ambos genes A no son anémicos, pero son sensibles al parásito de la malaria. Imaginemos ahora que en una población hay cinco individuos anémicos (SS) y cinco individuos normales (AA). De los cinco anémicos sólo uno sobrevivirá y formará una familia con un individuo normal (AA). Consecuentemente todos los hijos de este matrimonio serán AS. Si los demás individuos normales se casan entre sí, todos sus hijos serán AA también. Supongamos además que cada pareja tiene dos hijos. La población en la siguiente generación estará compuesta por dos individuos AS y ocho AA. Si hay malaria en el área, estos últimos morirán por la enfermedad y la población quedará reducida a aquellos individuos resistentes a la malaria y sin anemia. Estos son los que tienen los genes AS, ya que por un lado no tienen anemia porque no son SS y por otro no tienen los glóbulos rojos redondeados y por ello son resistentes al parásito de la malaria. La siguiente generación estará formada por tanto por una pareja AS-AS que si tienen cuatro hijos dos serán AS, uno AA y el otro SS muy probablemente. Otra vez los individuos AA morirán de malaria y el individuo SS lo más seguro es que muera de anemia y quedarán otra vez sólo individuos AS.
¿Qué podemos sacar en conclusión de este análisis? Primeramente que la adaptación de un individuo depende a veces tanto de sus genes como del ambiente en el que vive: un individuo normal (AA) sobrevive perfectamente en ambientes donde no hay malaria. La segunda conclusión es que en otros casos la adaptación no depende del ambiente: los individuos anémicos (SS) estarán enfermos en cualquier ambiente. Por último, en un ambiente donde hay malaria, la población tendrá una "carga" de individuos poco adaptados (AA y SS) que serán producto de los matrimonios entre los mejor adaptados (AS). Es decir, curiosamente nunca se eliminará de la población a los individuos menos adaptados mientras la malaria no sea eliminada. Por supuesto, no siempre una población estará compuesta solamente por individuos adaptados, a veces la misma estructura de la población y el ambiente en el que vive permite la existencia de individuos menos adaptados.
El segundo ejemplo que les quiero narrar se refiere a la historia de cómo una palomilla (técnicamente llamada Biston betularia) se adaptó a un ambiente contaminado. Durante la revolución industrial de hace poco más de cien años ocurrió otra gran revolución en el medio ambiente: las fábricas empezaron a llenar el aire de humo y poco a poco se fueron depositando por todas partes. Generalmente la palomilla que nos ocupa (de hábitos nocturnos) pasa el día inmóvil sobre los troncos de los árboles (especialmente en los del abedul). Estos troncos, que eran blancos antes de la revolución industrial, se contaminaron y oscurecieron. Asimismo las palomillas más comunes antes de la revolución industrial eran claras pero, sorprendentemente, con el paso del tiempo las palomillas oscuras se convirtieron en las más abundantes; ¿qué ocurrió?
Para entender la dinámica de una población es necesario conocer su historia natural. Es decir, es importante entender como nacen los individuos, quiénes son sus enemigos naturales (parásitos, depredadores y competidores) y qué interacciones tienen con otras especies para su sobrevivencia (el caso de la polinización del que ya hablamos es un ejemplo de esto). En el caso de la palomilla, la comprensión de su historia natural ayudó a entender el proceso de cambio en la composición de su población. Hay varias especies de aves que de día depredan a las palomillas que están en los troncos de los árboles. Lo que había estado ocurriendo era que con la contaminación los troncos de los árboles se habían oscurecido y las palomillas claras, que antes se confundían con el tronco claro, ahora eran muy visibles a las aves que las depredan y por ello morían con mayor frecuencia que aquellas que al ser oscuras se confundían con los troncos contaminados y eran difíciles de ver.
El proceso de contaminación no afectó a todos los ambientes donde vivían las palomillas, de tal manera que mientras en las zonas industrializadas predominaban las palomillas oscuras, en las no industrializadas aún predominaban las claras. Este hecho nos enseña que si encontramos diferencias en la estructura de la población en distintos lugares geográficos, esto se puede deber a que, siendo diferentes los climas y en general el ambiente, los organismos están adaptados a cada uno de ellos en particular. Es por esto que la presencia de variación entre poblaciones que vivan en diferentes lugares se usa como evidencia de que la evolución existe.
Como ya vimos, no es suficiente con mostrar que las diferentes variantes tienen una distinta probabilidad de reproducirse y/o morir. Tenemos también que demostrar que existe un componente genético en la variación observada, es decir que el color de la palomilla se hereda de padres a hijos. En el caso de Biston betularia se han llevado a cabo cruzamientos entre palomillas claras y oscuras y se ha visto que el color claro lo confiere el gene D, mientras que el oscuro lo da la combinación de dos genes R. Como en el ejemplo anterior, el gene R no se expresa en presencia del D, de tal manera que los individuos que heredan un gene D de su padre y uno R de su madre son claros. El gene R es recesivo y el D dominante.
Así pudimos demostrar que la población de palomillas se adapta a su ambiente y que el mecanismo por el cual lo hace (selección natural por contribución diferencial) hace que la estructura de la población cambie de una generación a la otra, ya que hay un componente genético en la característica que varía. Esto es en esencia la teoría de la selección natural tal y como es propuesta en la actualidad. Darwin la concibió en forma parecida pero sin conocer el mecanismo de herencia de los caracteres que son seleccionados.
El fenómeno que acabamos de describir es un fenómeno general al menos en las Islas Británicas donde de un total de 800 especies de polillas que hay, 100 estuvieron sujetas a la selección llevada a cabo por la contaminación ambiental.
LA HISTORIA DE LOS CONEJOS EUROPEOS EN AUSTRALIA
Como ya vimos en la primera parte, Australia, por estar separada de Asia y haberlo estado por mucho tiempo tiene animales muy diferentes de los que, por ejemplo, tiene América del Sur, a pesar de que ambas tengan el mismo origen geológico. Mientras en Australia predominan los canguros y sus parientes los marsupiales, en América sobresalen nuestros parientes los mamíferos.
Ahora bien en Australia no había conejos; el hombre europeo hace algunos años, introdujo algunas parejas. De esta migración inicial la población de conejos empezó a crecer hasta que finalmente se convirtió en una peste. Una historia similar puede contarse de muchas de las llamadas "malas hierbas" en todas partes del mundo. Muchas plantas, que son malas hierbas en México, son traídas de otros lugares en donde no son consideradas como tales. Darwin tomó de Malthus la idea de que las poblaciones están reguladas o controladas en su crecimiento por diversos factores. Se conoce que muchas poblaciones de insectos son controladas por aspectos climáticos, como la temperatura o la cantidad de lluvia, mientras que otras son reguladas por sus enemigos naturales. Si, por ejemplo, una población de insectos crece demasiado a causa del clima, las ranas que comen mosquitos la mantendrán en densidades bajas consumiéndolos.
Regresando ahora a nuestro ejemplo de los conejos, podemos explicar el aumento desmedido de ellos en Australia: al haber sido llevados a un lugar donde ya no existían los factores que los controlaban, se reprodujeron desproporcionadamente. Pero, ¿están entonces los conejos adaptados en ambos ambientes? Definitivamente sí. Los conejos están adaptados tanto en Australia, donde crecieron mucho, como en su tierra natal, donde su densidad es siempre más baja. De este ejemplo podemos concluir que el estar adaptado no quiere decir que la población tenga el mayor número posible de individuos, sino en contender con el ambiente de tal manera que la población no se extinga de ese particular medio ambiente. Los conejos están adaptados a sus enemigos naturales y de esa adaptación depende su densidad.
Pero... ¿quiénes son los enemigos naturales de los conejos? Son varios. Uno de los más importantes es el virus de la mixomatosis. Este virus normalmente mata a los conejos que ataca. Así, después de que los conejos se hicieron una peste en Australia, se introdujo una cepa virulenta del virus que inmediatamente empezó a causar una gran mortandad entre ellos. Aun así, éstos no desaparecieron de Australia, aunque la población se mantuvo en densidades muy bajas. Estos hechos refuerzan nuestra conclusión de que los conejos están adaptados al virus, puesto que aunque la enfermedad causa mucha mortalidad no extingue completamente a la población. Desde el punto de vista de los virus el problema también es muy interesante: aquellos muy virulentos se reproducían menos que los que lo eran en menor proporción. Esto se debía a que mataban muy rápidamente a los conejos y dejaban menos descendencia: eran transmitidos por los mosquitos con menor frecuencia. Por tanto, de la población de virus se seleccionó a aquellos que a la larga no extinguían a la población de conejos, o lo que es lo mismo, a los menos virulentos. De hecho todos los depredadores y los parásitos están enfrentados en su adaptación al ambiente a dos alternativas: por un lado deben de adaptarse en su eficiencia para atacar o explotar a su presa u hospedero, puesto que ellos son su recurso de sobrevivencia, y por otro, a no especializarse demasiado, ya que si son muy eficientes en su depredación o infección acabarán por extinguirlo. Esta concepción de adaptación al medio no es exactamente la "sobrevivencia del más apto" como diría Darwin, sino la sobrevivencia del "suficientemente apto" que no acaba con su recurso. Así pues, y como conclusión, el más apto en nuestro ejemplo no será jamás el que atrape más eficientemente a las presas.
EL ARTE DE PARECERSE A OTROS: EL MIMETISMO
¿Quién no ha conocido a una persona que cambia su personalidad estando con
otros? Ésta se parece a sus interlocutores en su forma de pensar y actuar en
pocos minutos. La utilidad de esta conducta puede ser muy debatida entre los
seres humanos, pero en la naturaleza este fenómeno es uno de los ejemplos más
bellos de cómo los organismos se adaptan a su ambiente(Figura 12).
Figura 12. El mimetismo es un mecanismo de adaptación muy frecuente.
La serpiente Geophys semi oliata que no es venenosa, es casi indistinguible
de una coralillo (Micrurus limbatus) (b).
¿Qué ventaja puede tener el parecerse a otros? Existen especies de mariposas que se parecen entre sí de tal manera que llegan a ser casi indistinguibles. Este fenómeno ya lo describimos cuando mencionamos que las especies emparentadas se parecen.
La diferencia entre parecerse por tener ancestros comunes recientes y el mimetismo es que en éste las especies no están tan emparentadas, es decir que pertenecen a grupos diferentes. Hay varias razones por las que es ventajoso parecerse a otra especie. El mimetismo, en el cual la ventaja parece ser más clara, incluye dos especies: una que actúa como modelo y otra como mimético. El sistema mejor conocido de mimetismo es el que se presenta entre dos especies de mariposas: una de ellas, el modelo, es tóxica para las aves que podrían depredarlas; la otra, el mimético, no lo es, pero al parecerse a la primera los depredadores ya no la atacan porque la confunden con la especie que es tóxica. La ventaja de este tipo de adaptación es entonces que la mariposa mimética, que normalmente sería comida por los depredadores, en un ambiente donde los modelos son más comunes es mucho menos depredada.
Puede también ser ventajoso parecerse a otra especie no sólo porque ésta sea tóxica sino por presentar otro tipo de peligrosidad. Por ejemplo, hay moscas que se parecen a las avispas, a pesar de pertenecer a grupos de insectos muy diferentes. Otro ejemplo de mimetismo que ha maravillado al hombre es aquel que involucra el parecerse a otra especie para parasitarla. Este fenómeno es más o menos común en los pájaros cucos o cuclillos que ponen huevos que se parecen mucho (aunque son un poco más grandes normalmente) a otros puestos por otras especies de aves. Este fenómeno facilita el comportamiento de los cucos estos ponen huevos en los nidos de otras especies de tal manera que la crianza de sus polluelos sea realizada por una madre de un especie ¡completamente diferente! El ejemplo más ilustrativo de este fenómeno lo muestra la especie africana de cuco Chrysococcyx caprius, que tiene poblaciones que ponen huevos muy parecidos al gorrión Eupletes oryx de color azul-verdoso. Estos cucos en otras poblaciones, los ponen muy parecidos a los de otro gorrión el Ploceus velatos: moteados sobre fondo blanco. En este caso, como en los que vimos antes, la adaptación depende del ambiente en el que vive el organismo: los huevos de color azul-verdoso no serían adaptativos en lugares donde existe el gorrión con huevos moteados.
El parasitismo de los cucos es todavía más dramático cuando los polluelos eclosionan. Por ejemplo, en el cuclillo Cuculus canorus el polluelo eclosiona aproximadamente dos días antes que los de sus padres "adoptivos". Así el pequeño cuclillo durante los cuatro primeros días se dedica a echar del nido los huevos de la especie hospedera en una forma de lo más grosera. Una vez solo, el intruso recibe toda la comida que sus padres adoptivos traen al nido. Si el polluelo no tuviera esta actitud tan mal educada, probablemente la comida no alcanzaría, ya que, cuando este llega a adulto es incluso más grande que sus padres adoptivos.
¿Qué ventajas les representa a los padres del cuclillo el ir dejando a sus pequeños por todos lados? Ya vimos que el cuidado de ellos está asegurado por su conducta con los otros huevos del nido, que son expulsados. Los padres se "liberan" así del compromiso y el gasto que representa el cuidado de sus polluelos aumentando la cantidad de hijos que una pareja puede tener y por lo tanto su adaptación. Este tipo de mimetismo es uno de los ejemplos más bellos de adaptación de los organismos al medio ambiente.
A VECES LA ADAPTACIÓN PUEDE NO SER TAN APARENTE
Cuando vemos dos palomillas, una clara y otra oscura, o cuando comparamos los huevos del cuclillo con los de su hospedero, el fenómeno de adaptación es muy claro. Sin embargo los organismos tienen adaptaciones que involucran caracteres que no siempre podemos ver a simple vista. Ejemplo de ellos son las plantas que se adaptan a condiciones de poca iluminación en ambientes como el suelo de un bosque o una selva, o aquellos que lo hacen a lugares con mucha luz. En muchos de estos casos la apariencia de la hoja es muy similar, pero no es necesariamente la forma o el tamaño de éstas lo que los hace estar adaptados a diferentes niveles de luz, sino los mecanismos fisiológicos encargados de llevar a cabo la fotosíntesis.
Este último ejemplo se refiere a la adaptación fisiológica que tienen que hacer algunas plantas a diferentes niveles de contaminación del ambiente. En estos casos el aspecto de las hojas, las flores y las raíces no difiere entre aquellos individuos adaptados a condiciones contaminadas y aquellos que no lo están. Aun así, cuando se colocan diferentes individuos en tierra con diversos grados de contaminación se puede ver que el crecimiento de plantas que provienen de lugares contaminados es mayor en tierras con metales pesados que el de plantas que provienen de lugares no contaminados. Esto nos indica claramente que aquellas ya han logrado adaptarse fisiológicamente al ambiente son capaces de soportar la toxicidad de los metales pesados, de crecer y reproducirse.
Este fenómeno se ha descrito en una gran cantidad de especies de plantas, la mayoría de ellas del grupo de los pastos (gramíneas). Los biólogos empezaron a darse cuenta de él al observar que en algunos lugares donde se empezaba a trabajar una mina y que por tanto había por ejemplo, una alta concentración de zinc o cobre sólo algunas especies podían crecer. Analizando plantas de la misma especie que crecían en áreas no contaminadas observaron que su crecimiento se veía disminuido si las transplantaban a áreas con altas concentraciones de metales pesados. De hecho el fenómeno de adaptación al medio puede llegar a ser muy rápido: el cambio casi completo de palomillas claras a oscuras no llevó más de 100 años, y el de las plantas que acabamos de ver unos 50.
En los ejemplo que hemos visto hasta ahora la adaptación es un fenómeno muy bien definido. La existencia de un carácter en una población (el color de la palomilla o la resistencia a altas concentraciones de metales pesados en pastos) puede ser explicado por razones ambientales. La tendencia natural después de encontrar un fenómeno consiste en generalizar. Pensar en por qué existen personas con el pelo oscuro o los ojos claros, o por qué los árboles son de una manera o de otra. Muchas personas se han preguntado, por ejemplo, ¿para qué sirve el lóbulo de la oreja? ¿Me sirve para sobrevivir o adaptarme mejor? La respuesta en este caso parece ser un rotundo no. No lo es ni siquiera porque allí se cuelguen los aretes.
Así pues de las diferentes características que existen en los organismos algunas son claramente adaptaciones al ambiente, mientras que otras, como el lóbulo de la oreja, parecen existir por razones más oscuras. Hay todavía un tercer grupo de características que a primera vista no es obvio que lo sean como tampoco que no lo sean. ¿Por qué hay rosas de tantos colores?, ¿están adaptadas a ambientes diferentes como las palomillas? ¿Por qué hay chiles largos, anchos, chiquititos? ¿Son adaptaciones? ¿Cómo hacer entonces para entender qué tan generalizado está este fenómeno?
LA CIENCIA AVANZA PASO A PASITO
Cuando descubrimos un fenómeno, como en nuestro caso la adaptación, quisiéramos entenderlo lo mejor posible en todas sus facetas. Un científico entiende a la naturaleza basándose en aproximaciones a la realidad. La observación de que la frecuencia de palomillas oscuras aumentaba llevó a la sugerencia de que si éstas descansan de día en el tronco de los árboles, debe de haber un factor que mata más frecuentemente a las oscuras que a las claras en un tronco claro. La existencia de aves, depredadores diurnos, llevó entonces a contabilizar la sobrevivencia de palomillas en ambientes contaminados y sin contaminación.
Todo este proceso se puede resumir en tres palabras: OBSERVACIÓN - MODELO - EXPERIMENTO. Es decir, de una observación el científico se forma una idea de cómo puede ser la realidad; a partir de ella crea un modelo y con él predice qué otros aspectos debe de tener para llegar a ser un modelo lo más fiel posible. Para esto se hacen posteriormente experimentos que ayuden a entender si esas son o no ciertas. En caso que no lo sean puede suponerse que el modelo esté mal y por tanto debe modificarse repitiendo una vez más el proceso de análisis. Para entender más cosas acerca de la adaptación vamos a seguir este procedimiento. Regresemos una vez más a nuestro ejemplo de melanismo industrial con la polilla Biston betularia. Recordemos que la observación original consistió en que las polillas de color oscuro aumentaban en relación a las claras. ¿Qué fenómenos pueden estar produciendo este efecto? Existen cinco cuando menos. Veamos.
Muchas veces la frecuencia de una variante en una población se debe a que hay inmigración de individuos de una donde predomina un tipo de individuo a otra donde predomina uno distinto.
En poblaciones humanas estos eventos han existido y existen, de hecho, en todos los países. La influencia en Europa de las culturas asiáticas se observa muy claramente si analizamos el parecido entre europeos de diferentes áreas y asiáticos: los europeos orientales son mucho más parecidos a los asiáticos que los occidentales, no solamente en el aspecto físico sino también en el tipo de sangre: la frecuencia del tipo de sangre B en Europa oriental es más parecida a la que existe en Asia que a la que encontramos en Europa Occidental.
Así una migración de palomillas oscuras de otras poblaciones podría explicar el aumento en la frecuencia de ellas. Lo más probable entonces es que encontremos en zonas cercanas poblaciones con una alta frecuencia de palomillas oscuras.
Ya vimos que el gene que determina el color claro de las palomillas domina sobre aquél que determina el color oscuro. Es necesario recibir el gene oscuro de ambos padres para expresar el color oscuro. Supongamos ahora que existen diez palomillas en una población. De ellas dos son oscuras (RR) y ocho son claras con un gene claro y uno oscuro (DR). Si en esta población la formación de parejas depende del aspecto, las palomillas oscuras buscarán a las oscuras y las claras se aparearán sólo con claras. Después de una generación en la que cada pareja tiene dos palomillas la estructura de la población será como sigue: de la cruza de las dos palomillas oscuras se producirán dos oscuras, y de las cuatro cruzas entre dos palomillas claras se producirán dos claras con dos genes claros (DD), cuatro claras con un gene claro y otro oscuro (DR) y dos oscuras (RR). En esta generación entonces ya no hay dos palomillas oscuras como en la primera generación sino que habrá ¡cuatro! De hecho si continuamos este proceso en el que las palomillas oscuras se cruzan con oscuras y las claras con claras, en algunas generaciones (aproximadamente de seis a ocho) habrá seis palomillas oscuras y cuatro claras. Por tanto, la proporción de palomillas oscuras puede aumentar no sólo porque estén inmigrando de otras partes o porque estén muriendo menos que las claras sino porque el patrón de apareamiento puede cambiar y rearreglar los genes de los individuos. Pero ¿Por qué suponemos que las palomillas oscuras se aparean sólo con las oscuras? En principio podrían ser dos las razones. La primera consiste en que visualmente las palomillas prefieren a aquellas que se les parecen. La segunda sería que las palomillas se cruzan entre parientes: los hijos crecen cerca de sus padres o hermanos y entonces se cruzarían con las parecidas no porque las elijan sino porque están más cerca. Este fenómeno, el aumento en la frecuencia de un carácter determinado por genes que no son dominantes, ha ocurrido también frecuentemente en familias reales (que se casan entre parientes), lo que ha provocado que enfermedades cuyos genes están "escondidos" en individuos que tienen un gene que domina y otro que no, se expresen. Tal es el caso de la hemofilia en la familia real inglesa, por ejemplo.
LA TORMENTA QUE NO MATÓ A DOS PALOMILLAS OSCURAS.
En líneas anteriores vimos cómo las aves que comen palomillas eligen a aquellas que son más aparentes en el ambiente en el que viven. Podría claramente haber factores que las maten que no distingan entre si son claras u oscuras. Si en un árbol, por ejemplo, están descansando diez palomillas, cinco claras y cinco oscuras, y durante una fortísima tormenta cae un rayo, todas podrían morir o quizá ninguna. Las palomillas estarían como jugando una ruleta rusa. Supongamos la posibilidad de que sólo dos de las oscuras sobreviven al rayo (este hecho puede ocurrir en una de cuatro ocasiones). Esto provocaría que en la siguiente generación todas las palomillas fueran oscuras. La frecuencia de éstas por tanto habrá aumentado como en el caso en el que había selección natural por las aves, pero no porque un factor esté seleccionando a las palomillas oscuras sino ¡sólo por suerte! Por supuesto este efecto cambiará dependiendo de si hay más o menos palomillas: es más probable que sólo queden oscuras cuando mueren más que cuando mueren menos. Si, por ejemplo, mueren nueve de cada diez y hay diez en un árbol, la probabilidad de que quede una oscura es una en cinco. El número de palomillas que sobreviven determina entonces la probabilidad de que un fenotipo se haga más frecuente por factores de mortalidad que no son selectivos.
Por lo tanto podría darse el caso que el aumento en la frecuencia de palomillas oscuras se deba, no a una depredación selectiva por parte de las aves, sino a un factor de mortalidad que es independiente del color de la palomilla, el cual, por razones de suerte, dejó sobrevivir solamente a las oscuras.
LO QUE ME HEREDÓ MI PAPÁ NO ES LO QUE SOY
Por último podríamos tener el caso de que una palomilla nació clara y algo del ambiente la convirtió en oscura. Por ejemplo, se sabe que la contaminación ambiental provoca en los individuos cambios genéticos que no fueron heredados de sus padres. A estos cambios se les llama mutaciones. A partir de esto podríamos perfectamente proponer que los cambios en la población de palomillas fueron producidos por un factor ambiental, esto es, por mutaciones genéticas que no heredaron, que hizo que las que antes eran claras ahora se volvieran oscuras. Esto también podría explicar el aumento observado de palomillas oscuras.
Hay entonces cinco maneras diferentes en las que la frecuencia de palomillas oscuras puede haber aumentado. Ya vimos que una de ellas (aquélla en la que la coloración protege a las palomillas de ser comidas por las aves) representa un fenómeno de adaptación al medio ambiente, y que los demás, por razones no adaptativas y en algunos casos hasta accidentales, podrían incrementar su frecuencia. Por tanto, las palomillas están adaptadas a su ambiente, pero no todos los caracteres deben su presencia en una población a fenómenos de adaptación al medio.
Para distinguir entre las diferentes alternativas se deben de llevar a cabo tanto experimentos en el campo, como observaciones en condiciones naturales. Podríamos por ejemplo ver cuál es el patrón de apareamiento en la población de palomillas, o analizar que tanta migración hay entre las poblaciones. De hecho cada una de las causas puede ser analizada para evaluar su importancia relativa en el aumento de las palomillas oscuras en la población.
¿DE DÓNDE VINO LA PRIMERA PALOMILLA OSCURA?
Regresemos momentáneamente a un asunto crítico de nuestra historia. Para que las aves pudieran elegir entre las palomillas tendría que haber habido claras y oscuras. Antes de la revolución industrial los troncos de los árboles eran claros. ¿Cómo aparecieron entonces las primeras palomillas oscuras? La contestación más sencilla se le ocurrió hace 150 años a Jean B. Lamarck y consiste en suponer que el cambio en el color de los troncos de los árboles indujo de alguna manera la aparición de palomillas oscuras. Si pudiéramos resumir este mecanismo diríamos que el ambiente produjo una mutación que transformó a una clara en una oscura; ésta fue posteriormente seleccionada en troncos contaminados y así aumentó el número relativo de palomillas oscuras.
Cuando Darwin elaboró su teoría acerca del origen de las especies por medio
de la selección natural, él también pensaba como Lamarck que el ambiente había
producido un cambio genético en las palomillas. Tuvo que pasar medio siglo para
que se descubriera la manera cómo habían aparecido las primeras palomillas oscuras.
Se encontró que independientemente del ambiente, mutaciones genéticas las generan
continuamente y con una frecuencia muy baja (entre una en 10 mil y una en 100
mil). No existe entonces un propósito de la mutación: hace 300 años cuando todavía
no había contaminación ambiental las palomillas oscuras aparecían con la misma
frecuencia que hace 100 años cuando los troncos de los árboles empezaron a oscurecerse.
Figura 13. La forma con que las frecuencias de las mariposas de distintos
colores puede cambiar son, por (a) mutación o deriva genética (b), sistemas
de apareamiento y (c) selección y migración.
Así pues en todos los organismos se están generando continuamente individuos diferentes por medio de mutaciones genéticas. Este fenómeno produce una gran cantidad de variantes sobre las que el medio ambiente selecciona las mejor adaptadas, las cuales dejarán más hijos y aumentarán su frecuencia en la población. Algunas otras variantes pueden aumentar su frecuencia en la población por la forma como se aparean los individuos, porque provienen de otra población, por mero accidente en la manera en que mueren los individuos o porque la mutación genética los está produciendo continuamente (Figura 13).
Ahora que ya revisamos cómo es que las poblaciones pueden ir cambiando en el tiempo quisiera entrar al aspecto central de la preocupación de Darwin: ¿cómo es que se origina una nueva especie a partir de especies preexistentes? En el capítulo III trataremos de analizar este problema.
