Antonio
Barbadilla Pardos
Agosto 1999
Fuente: http://bioinformatica.uab.es/divulgacio/biodiversidad/
La
propiedad manifiesta de la vida es la diversidad de las formas que adopta
La
revolución darwiniana: el pensamiento poblacional
La
generación de la diversidad biológica
¿Cuántas
especies se han creado durante la evolución de la vida?
¿Cuánta
de la diversidad que se ha creado durante la Evolución existe hoy en la
Tierra?
La
historia de la vida = la historia de la biodiversidad
Cronología de siete momentos estelares de la evolución
Historia
de la diversidad de los grupos principales
Lecciones
que se extraen historia de la vida.
La
evolución no tiene dirección
Conclusión
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Los escarabajos son el paradigma de la evolución |
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Diversidad morfológica en caracoles hawainos |
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Difícilmente puede haber
un mayor contraste entre las imágenes de un paisaje marciano, como las
capturadas recientemente por la sonda Path Finder al amerizar sobre la
superficie marciana, y un paisaje terrestre. Un vista desolada, monótona,
salpicada por rocas y colinas arenosas, la de Marte, es el paisaje
característico de un lugar donde la vida está ausente.
Compárese con la selva
tropical, con un arrecife coralino, con el bosque rojo de secoyas
californiano... es en la Biosfera, esa minúscula película de la superficie
terrestre que es nada respecto a la inmensidad del Universo, donde se
encuentran las entidades más curiosas e interesantes del Universo conocido:
los seres vivos, la vida. Y la vida se manifiesta como diversidad a todos los
niveles que uno considere, molecular, celular, organísmico (el humilde
escarabajo es el paradigma de la diversidad en todo su esplendor), en
especies, en comunidades, en ecosistemas.
Todos los que estamos aquí
celebramos y vindicamos la singularidad de nuestro planeta, que alberga la
vida con toda su biodiversidad. Nos emocionamos ante la belleza inherente a la
diversidad inmensa y fantástica que vemos en la naturaleza.
Pero,
u ¿por qué la diversidad?
u ¿Por qué la vida se
presenta de tantas maneras y no en una única forma como en un monocultivo?
u ¿por qué no hay una
diversidad casi infinita como en una colección de museo?
u ¿Cuántas especies
hay en la naturaleza?
u ¿Cuánta diversidad
hay?
u ¿Cómo se genera la
diversidad?
u ¿Cuál es la historia
de la diversidad sobre la Tierra?
u ¿Hay un límite a la
diversidad?
u ¿Qué dirige la
diversidad?
Vamos a tratar, con la necesaria brevedad que exige una charla,
estas cuestiones.
Como no, fue ese viejo
señor llamado Charles Darwin que solucionó el problema del por qué de la
diversidad.
La diversidad es un
subproducto de la evolución de la vida sobre la Tierra, y por tanto, no puede
ser entendida sino es a la luz de la evolución.
Antes de Darwin las
especies se consideraban unidades fijas e inmutables y separadas sin solución
de continuidad, reflejaban el eidos o la idea platónica de la mente de
Dios. No había otra forma de explicar la diversidad sino era acudiendo al acto
de creación divina o a la generación espontánea de las nuevas especies.
La variación de los
individuos dentro de una especie era ruido, accidentes en la materialización
de las ideas perfectas de Dios. Pero Darwin da un vuelco conceptual al modo de
considerar la variación y allana de forma inmediata el camino hacia la
comprensión de la evolución y la diversidad.
Para Darwin, la variación
en el seno de las especies, lejos de ser trivial, es la piedra angular del
cambio evolutivo. Son las variantes genéticas que hay en las poblaciones o
especies la materia prima de la evolución, con las que va a construirse toda
la diversidad. Pues son estas diferencias individuales, las que al
amplificarse en el espacio y en el tiempo, generarán toda la diversidad
biológica. No hay una forma, un color, un aspecto arquetípico de una especie:
todos los individuos con todas sus variantes constituyen la única realidad.
En las poblaciones se
forja, por lo tanto, la evolución. Hay un continuo, no una separación
esencial, entre la variación dentro de las poblaciones y la variación entre
las especies. Desde la perspectiva darwiniana, la diversidad no es un problema
en absoluto, es una consecuencia natural del proceso de evolución.
Pero, ¿cuál es la
variación que evoluciona? La evolución es en último término variación en la
composición genética de las poblaciones. Pues es el material genético, la
molécula de DNA, lo único que se transmite a la descendencia.
En este sentido, podemos
entender la evolución de un modo reduccionista y considerar a los organismos,
a la manera de R. Dawkins, como mera máquinas de supervivencia creada por
nuestros genes para su autoperpetuación. S. Butler ha expresado la misma idea
más poéticamente: una gallina es el medio que usa un huevo para hacer otro
huevo.
Ahora bien, y concretando,
¿cómo se origina, como se forja la diversidad biológica?
En cada instante, en cada
momento, en el día a día de las poblaciones de cada especie, ahora, afuera,
mientras hablo aquí, se está generando diversidad.
Toda diversidad se inicia
con una mutación del material genético de la célula reproductora de un
individuo. Este es un cambio accidental, no previsto, contingente, un simple
error "tipográfico" en la transmisión de la información genética. El destino
habitual de una mutación es su pérdida. Sin embargo puede verse sometida a dos
agentes amplificadores que hacen que ese momento inicial y menor de
variabilidad pase a convertirse en diversidad en mayúscula: son la selección
natural y el aislamiento reproductivo. Veamos como: La selección natural es el
primer factor amplificador de una mutación individual, pues permite que la
mutación invada y se fije como única variante en la población en la que
aparece. Para que así sea estas mutaciones deben contribuir al éxito
reproductivo de los organismos que la portan. O sea, los organismos con dicha
mutación deben ser en promedio más eficientes en dejar descendientes, por lo
que aumentarán su representación (y la de la mutación que portan) en la
siguiente generación. Ahora bien, la selección natural sólo promueve la
amplificación de la variación dentro de una población, no de nuevas especies.
Para ello se requiere un segundo mecanismo de amplificación, el aislamiento
reproductivo.
El aislamiento
reproductivo, la imposibilidad de dejar descendientes entre dos o más
poblaciones de organismos, constituye un momento crucial en el origen de la
diversidad, pues es un punto final sin retorno que acaba con la fuerza
cohesiva que es el flujo reproductor entre los organismos. El aislamiento
reproductivo permite que grupos previamente homogéneos diverjan de modo
irreversible, pues la mutación y la selección natural actúan como fuerzas
centrífugas que hacen divergir más y más a las poblaciones aisladas
reproductivamente.
Si a los tres componentes,
la mutación, la selección natural y el aislamiento reproductivo, le añadimos
tiempo, entonces obtenemos la diversidad orgánica. Así, partiendo de una
primera forma de vida han surgido nuevas especies que se alejan unas de otras,
generando una topografía que nos es familiar, un árbol (o arbusto) de la vida.
El árbol de la vida es la representación canónica, arquetípica, de la historia
de la vida. Hay una metáfora que me gusta particularmente, es la que considera
la evolución de la vida como la expansión del Universo. Según ésta, las
estrellas que se han ido produciendo desde la explosión original (el Bing Bang)
se van alejando unas de otras conforme el Universo se expande. Del mismo modo,
a partir de una forma de vida inicial, se han producido más y más especies que
se alejan gradualmente unas de otras (esto se puede medir hoy comparando las
diferencias en el DNA de las especies).
Otra implicación romántica
es que todos los organismos están conectados por antepasados comunes. Nosotros
y cualquier chimpancé actual compartimos un antepasado hace algo así como 5
millones años. También tenemos un antecesor común con cualquiera de las
bacterias hoy existentes, aunque el tiempo a este antecesor se remonte en este
caso a más de 3000 millones de años. Y una observación no menos fascinante:
Muchos, la inmensa mayoría de las especies han muerto por el camino.
Estamos en la punta de las
ramas del árbol, somos "expertos" (o "afortunados") de la supervivencia.
¡Nunca en nuestra línea de ascendencia desde la primera forma que existió, se
ha cortado la corriente de vida de más de 3500 millones de años! O sea, nunca
una piedra mató a nuestro padre, abuelo, bisabuelo, o nuestra bacteria
ancestral..., ni fueron depredados, ni les cayó un meteorito,... antes de que
dejaran descendientes. ¡Que afortunados somos!
El árbol es la representación canónica de la historia de la vida La selección natural amplifica las variantes individuales El aislamiento reproductivo permite la divergencia de las poblaciones Todos los organismos están conectados por antepasados comunes
El árbol es la representación canónica de la historia de la vida
No tenemos ni idea ni del
orden de magnitud. Cuando se observa el tapiz de la diversidad se concluye que
lo pequeño domina el mundo, es el nanohábitat. Si el espacio biológico tiene
un carácter fractal, entonces los pequeños hábitat son muchos más abundantes
que los grandes. Estudios recientes de diversidad de microorganismos señalan a
las bacterias como el agujero negro de la taxonomía. Posiblemente son los
organismos con mayor diversidad del planeta.
Consideremos estimas de
diversidad para calcular la cantidad de nucleótidos de DNA que serían
necesarios para especificar toda la información genética de las especies
actuales.
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Diversidad de especies:
100 millones (108). |
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Número promedio de
nucleótidos de DNA por especie: mil millones (109). |
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Diversidad en contenido
de ADN en el conjunto de las especies: |
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108 especies por 109
pares de bases/especie = 1017 nucleótidos, es decir, |
Pero las especies son un
cúmulo de diferencias a nivel del organismo que no está incluida en esta
estima. Así, 5 de cada 1000 nucleótidos son distintos entre los individuos de
una misma especie, lo que añade una dimensión mucho mayor a la diversidad
individual.
Esta inmensa diversidad
constituye una auténtica biblioteca de Babel Borgiana, el producto exquisito
de una línea continua de vida de 3500 M de evolución. Es una información
funcional, una extraordinaria librería que sirve como proyecto para la vida
actual y futura, pues del mismo modo que cuantos más libros distintos haya en
una librería mayor probabilidad tenemos de solucionar un problema que se nos
plantee, cuanta más información genética más probabilidad hay de sobrevivir a
nuevos retos. Es una Biblioteca de los secretos de la naturaleza en la que la
mayoría de los libros están sin leer, y que posiblemente, si seguimos así,
nunca leeremos. En ellos están escritos grandes dramas, tragedias y triunfos
épicos.
El registro fósil es una
ventana maravillosa a la historia la vida. Si no existiera no podríamos
inventarlo. Sin él, el vacío acerca de la evolución de la vida sobre la tierra
sería insustituible. Podríamos especular, teorizar infinitamente, pero nunca
dispondríamos de evidencia con la que probar nuestras hipótesis más atrevidas.
¿Quién podría haber imaginado que la Tierra estuvo dominada durante 150
millones de años por unos reptiles inmensos y fantásticos, los dinosaurios,
que desaparecieron en un instante relativo de tiempo, si no hubieran existido
fósiles de dinosaurios que nos lo contasen? Siento un respeto reverencial
hacia el registro fósil.
| ¿Qué nos enseña el registro
fósil sobre la historia de la vida sobre la Tierra? |
| Esta es una lista de
los acontecimientos más importantes |
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(M=Millones de años) |
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Origen
de la célula procariota |
3600 M |
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Origen
de la célula eucariota |
1400 M |
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Origen
de la fauna de animales pluricelulares |
650 M |
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Fauna de
la explosión cámbrica |
570 M |
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Origen
de los vertebrados terrestres |
360 M |
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Extinción de los dinosaurios.
La
antorcha pasa de los dinosaurios a los mamíferos |
65 M |
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Origen de Homo sapiens |
0,1 M |
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Historia de la diversidad marina desde el Cámbrico
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Diversidad en insectos, plantas y tetrápodos no marinos
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Historia de la diversidad en moluscos y equinodermos
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Las extinciones
masivas existen. Se dan y resultan en grandes recambios de la diversidad.
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A las extinciones
masivas les suelen seguir grandes radiaciones adaptativas, debido
probablemente a la ausencia de competencia. Es el patrón típico de
crecimiento dado por la curva sigmoidal, al crecimiento exponencial le
sigue la aproximación al equilibrio. |
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No hay patrones
definidos de diversidad en los distintos taxones. Cada historia es única.
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No toda la diversidad
tiene el mismo significado. Hay taxones muy antiguos con muy pocas
especies, que están en el climaterio de un esplendor pasado por lo que
tienen una información más singular que otras especies pertenecientes a
taxones en pleno éxito evolutivo.
Así,
el Panda gigante es el único miembro del género Ailuropoda, el celocanto
del género Latimeria y la Tuatara del género Sphenedon.
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No hay una ley de progreso en la evalución |
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El aparente progreso en la evolución resulta de un sesgo en la valoración de la diversidad |
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La historia de la vida es
una historia de extinciones y muerte,... con unos pocos supervivientes. El
99,9% de las especies que han existido alguna vez están hoy extintas. Grupos
enteros de organismos, como los dinosaurios, los trilobites, los ammonoideos,
se han extinguido para siempre sin dejar descendiente alguno.
Como señala el reconocido
paleontólogo S. Gould, el registro fósil no es un relato convencional que
conduce a los diferentes linajes a más excelencia, más complejidad, más
diversidad.
La historia de la vida no
muestra dirección ni sentido. La evolución es una narración de eliminación
masiva seguida de diferenciación en el interior de unos cuantos
supervivientes.
Es a priori imposible
determinar la dirección de la evolución porque la importancia de los
acontecimientos concretos, contingentes, como la extinción o no de un grupo de
organismos en el caso de una extinción en masa, o la posesión o no de una
variante adaptativa adecuada cuando ésta es requerida, son los verdaderos
agentes de la historia.
Como conclusión, nada
mejor que la lectura de la frase final del Origen de las especies, donde
Darwin compara las leyes inalterables de la física con el carácter creativo de
la evolución de la diversidad sobre la Tierra:
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