Evolución experimental

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El término evolución biológica experimental, o evolución experimental, se refiere a la comprobación de hipótesis y teorías de la evolución biológica mediante el uso de experimentos controlados. Con las herramientas moleculares modernas, es posible identificar las mutaciones que actúa sobre la selección natural, lo que provocó las adaptaciones, y saber exactamente cómo funcionan estas mutaciones. Debido al gran número de generaciones requeridas para que la adaptación se produzca y pueda ser observada, los experimentos de evolución biológica típicamente se llevan a cabo con microorganismos tales como bacterias, levaduras o virus.[1] [2] Sin embargo, también se han realizado estudios con animales tales como zorros[3] y con roedores, que han demostrado que adaptaciones notables pueden igualmente ocurrir dentro de tan poco como 10-20 generaciones; experimentos con los guppies silvestres han observado igualmente adaptaciones dentro de números comparables de generaciones.[4]

Evolución biológica[editar]

La evolución biológica es el cambio en herencia genética y fenotípica de las poblaciones biológicas a través de las generaciones, que ha originado la diversidad de formas de vida que existen sobre la Tierra a partir de un antepasado común.[5] [6] Los procesos evolutivos han causado la biodiversidad en cada nivel de la organización biológica, incluyendo los de especie, población, organismos individuales y molecular (evolución molecular).[7] Toda la vida en la Tierra procede de un último antepasado común universal que existió entre hace 3800 y 3500 millones de años.[8] [9]

Selección artificial[editar]

Variaciones morfológicas en diferentes animales domésticos. De arriba a abajo: Cerdo, conejo, gallina, paloma, perro.

La selección artificial es cualquier proceso por el cual los criadores elijen qué características desean en una especie animal o vegetal determinada, permitiendo la reproducción de individuos con las características deseadas y negándosela a los que no las tienen, lo cual da como resultado que tras sucesivas generaciones, las poblaciones sujetas a dicha presión vayan cambiando; estos procesos son evidencia a favor de la selección natural. En el medio silvestre el "criador" sería la competencia por la supervivencia (relaciones cazador-presa, fenómenos climáticos, preservación de la especie, enfermedades, etc.). Ejemplos de poblaciones de organismos que han evolucionado por medio de selección artificial son bastantes:

  • El perro doméstico (Canis lupus familiaris) fue producido mediante selección artificial a partir de poblaciones de lobo gris (Canis lupus); todas las variedades actuales de perro doméstico son producto de la selección artificial. La evidencia fósil más antigua de un perro domesticado fue encontrada en 2008 en la cueva Goyet de Bélgica, correspondiente a unos 31.700 años y al parecer asociado a la cultura auriñaciense.[10]
  • El cuyo (Cavia porcellus) es una especie de roedor originaria de América del sur, su evolución se dio a partir de la hibridación de diferentes poblaciones del género Cavia y su posterior selección durante siglos.
  • El banano doméstico (Musa × paradisiaca), cuyo fruto es consumido a nivel mundial, caracterizado por ser carnoso y de semillas pequeñas, desciende de la hibridación y posterior selección entre especies de la familia Musaceae, originaria de Indonesia. El fruto de esta planta silvestre no es tan carnoso, y sus semillas son enormes en comparación a las de sus descendientes artificiales.[12]

Otras especies y subespecies animales que existen gracias a la selección artificial son Bos primigenius taurus, Felis silvestris catus, Carassius auratus, Equus ferus caballus, entre muchas otras. En la crianza de aves como Agapornis y pericos australianos es común la conservación de mutaciones deseables.[13] [14]

Rosas de la especie Portulaca grandiflora con mutación (las flores de color naranja). Los horticultores suelen seleccionar mutaciones como esta para producir nuevas variedades de flor.

Todos estos ejemplos son pruebas de que la propia variación genética, sometida a presiones reproductivas, genera a la larga cambios en las poblaciones. Cabe decir que los primeros naturalistas que estudiaron el mecanismo de la selección natural (Charles Darwin, Alfred Wallace) mencionaron a la selección artificial como prueba de ésta.[15]


Experimento de Dmitry K. Belyaev[editar]

En 1950 el genetista ruso Dmitry K. Belyaev (17 de julio de 1917 - 14 de noviembre de 1985) estaba muy interesado en los procesos evolutivos que llevaron a la aparición del perro. Su hipótesis era que las conductas dóciles en los canes conllevaban también cambios morfológicos, lo cuál sugeriría que la docilidad fue fundamental en la evolución de estos animales. Llevó a cabo un experimento de selección genética, empezando con 30 machos y 100 hembras de la especie de zorro Vulpes vulpes. El procedimiento consistió en conservar a los individuos más dóciles de cada generación (sin amaestrarlos); para determinar la docilidad, los zorros eran acariciados, se les daba de comer de la mano, etc, durante diferentes periodos de sus vidas. Conforme progresó la selección las nuevas generaciones presentaron cambios en su morfología con respecto a sus predecesores, sus colas se volvieron más cortas, les aparecían manchas blancas en el pelaje, sus orejas les caían, sus colas se enrollaban hacia arriba, se volvieron más prolíficos, su pelaje se volvió ondulado; todas éstas son características morfológicas comunes en varias razas de perro. El experimentó no sólo aportó información para entender cómo evolucionó el perro, también mostró cómo es que los cambios en la conducta conllevan cambios morfológicos a lo largo de generaciones, y viceversa.[3] [16]

Experimentos en animales vertebrados[editar]

Experimentación en ratones[editar]

En 1998, Theodore Garland, Jr. y sus colegas iniciaron un experimento a largo plazo en ratones de laboratorio, el experimento implica seleccionar a los ratones que corran más rápido sobre ruedas de ejercicio.[17] Los ratones seleccionados han evolucionado y ahora corren hasta tres revoluciones más que los ratones que no fueron sometidos a cría selectiva (líneas de control); a los ratones bajo presión selectiva se les ha llamado High Runner (grandes corredores). Cuando se ensayó en una cinta rodante motorizada, los ratones HR exhibieron una capacidad aeróbica máxima muy elevada, y una variedad de otros rasgos que parecen ser adaptaciones que les proporcionan altos niveles de resistencia (por ejemplo, corazones más grandes, los huesos de las extremidades posteriores más simétricos). También exhiben alteraciones en la motivación y el sistema de recompensa del cerebro. Los estudios farmacológicos apuntan a alteraciones en la función de la dopamina y el sistema endocannabinoide.[18]

Experimentos con peces[editar]

Hembra y macho del pez Poecilia reticulata

Los guppys (Poecilia reticulata) son peces dulceacuícolas nativos de Centroamérica, muy populares como peces de ornato. Su rápida reproducción los hace excelentes para realizar experimentos de biología evolutiva. Jonh Endler llevó a cabo en 1980 uno de los primeros experimentos de este tipo. Colocó en estanques a varios ejemplares de Poecilia reticulata, machos y hembras; los estanques eran de cuatro tipos: con grava fina en el fondo y con depredadores, con grava gruesa en el fondo y con depredadores, sin depredadores y con grava fina, sin depredadores y con grava gruesa. Los guppys que habitaron los estanques con depredadores mostraron, luego de algunas generaciones, cambios en sus patrones de coloración; aquellos que nadaban en agua con grava fina desarrollaron una coloración poco llamativa y manchas pequeñas, mientras que aquellos que nadaban en agua con grava gruesa desarrollaron manchas grandes, dichas adaptaciones sirvieron para confundir a los depredadores. En los estanques sin depredadores, los guppys machos desarrollaron coloraciones llamativas para atraer a las hembras, independientemente del tipo de grava. Este experimento y similares son pruebas en favor de la selección natural, de la selección sexual, y ayudan a comprender los mecanismos del mimetismo.[19] [4] [20]

Lagartijas de Pod Mrcaru[editar]

En la isla de Pod Mrcaru, ubicada en el Mar adriático, fue liberada una población de lagartijas de la especie Podarcis sicula durante 1971. Las lagartijas provenían de la isla Pod kopiste, abundante en insectos (las lagartijas eran insectívoras), sin embargo en la isla de Pod Mrcaru no existe la misma diversidad de insectos, abundan más los arbustos. 36 años después, investigadores de la University of Massachusetts Amherst visitaron la isla para estudiar a las lagartijas introducidas; descubrieron que ante la carencia de insectos, los descendientes de las primeras lagartijas se habían adaptado a comer hojas: desarrollaron una cabeza más grande para dar una mejor mordida (las plantas requieren de mayor fuerza para masticación), su temperamento se tornó más dócil a comparación del de sus hermanos de Pod Kopiste (pues en Pod Mrcaru el alimento es abundante, y no es necesario ser territorial para conservarlo), sus patas se volvieron más cortas al no haber necesidad de correr para cazar. El cambio más sorprendente fue que comenzaban a desarrollar en su tracto digestivo nuevas estructuras (compartimientos para la fermentación del tejido vegetal) comunes en animales herbívoros. Los análisis genéticos confirmaron que estas lagartijas eran descendientes de las introducidas desde Pod Kopiste.[21] [22]

Experimentos con microorganismos[editar]

Colonia de E. coli formándose. Notese la velocidad a la que estos organismos se reproducen.

Los organismos microscópicos, tanto bacterias, arqueobacterias, protistas e incluso virus, han sido en los que mejor se han visto los fenómenos evolutivos, esto gracias a la velocidad con que se reproducen muchos, y la relativa sencillez de sus genomas y fisiología. El corto tiempo para que se produzcan nuevas generaciones convierte a los organismos microscópicos (principalmente bacterias) en excelentes candidatos para realizar experimentos evolutivos, y poder observar en pocos años grandes cambios genéticos (cosa que es más complicada con organismos macroscópicos, como animales).[23]

Evolución experimental en levaduras[editar]

Las levaduras son hongos unicelulares, usados en la industria alimentaria para fermentación de cervezas, vinos, lácteos, panes y demás productos. En Diciembre del año 2012 se publicó un estudio llevado a cabo en años anteriores por los investigadores William C. Ratcliff, Ford Denison, Mark Borrello y Michael Travisano, de la Universidad de Minnesota. El experimento consistió en aislar en tubos de ensayo a cepas de Saccharomyces cerevisiae. Mediante centrifugación, los organismos quedaban estratificados, los que formaban colonias quedaban en la parte inferior del tubo, éstos eran transferidos a un nuevo tubo de ensayo. Conforme las generaciones pasaron (luego de 60 ciclos), las colonias se volvieron cada vez más cooperativas, hasta el punto de ya no ser sólo un cúmulo de células nadando juntas, sino que permanecían interconectadas aun después de la división celular, y trabajando como un único organismo; también cambió su morfología, pareciéndose ahora a esféricos copos de nieve. Este experimento es un paso importante para entender cómo se desarrolló la multicelularidad.[24] [25]

Experimentos en bacterias[editar]

El estudio de la evolución en bacterias es de suma importancia para muchas áreas del conocimiento biológico. En investigaciones biomédicas es una parte fundamental el análisis de la genómica evolutiva de las cepas patógenas, para así desarrollar antibióticos más eficientes contra bacterias resistentes.[26] Uno de los experimentos más importantes en cuanto a evolución experimental se refiere, lo han llevado a cabo el microbiólogo Richard E. Lenski y su equipo, desde el año 1988 (continúa aún hoy). El experimento consistió en aislar cepas de Escherichia coli en cajas de petri (comenzando con 12 cultivos idénticos); cada cierto tiempo se analizaban las cepas y una parte de la población de cada caja era transferida a un nuevo medio de cultivo, la generación anterior era congelada para poder compararla tiempo después con las cepas descendientes. Para el año 2009 se contaba con aproximadamente 40,000 generaciones (equivalente a un millón de años de evolución humana). Los análisis genéticos de las cepas mostraron que en todas se producían mutaciones constantes, algunas proporcionaban ventajas significativas para la obtención de nutrientes y/o acelerar el ritmo de reproducción y crecimiento, e incluso la tasa de mutación; los organismos que tenían estas mutaciones ganaban terreno en el medio de cultivo por encima de los que no las tenían (o que no tenían mutaciones tan eficientes). El hallazgo más sorprendente fue el de una cepa que había evolucionado para nutrirse de almidón, un tipo de azúcar que E. coli no puede consumir.[27] [28]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Buckling A, Craig Maclean R, Brockhurst MA, Colegrave N (febrero de 2009). «The Beagle in a bottle». Nature 457 (7231): 824-9. doi:10.1038/nature07892. PMID 19212400. 
  2. Elena SF, Lenski RE (junio de 2003). «Evolution experiments with microorganisms: the dynamics and genetic bases of adaptation». Nat. Rev. Genet. 4 (6): 457-69. doi:10.1038/nrg1088. PMID 12776215. 
  3. a b Early Canid Domestication: The Fox Farm Experiment, p.2, by Lyudmila N. Trut, Ph.D., Retrieved February 19, 2011
  4. a b Reznick, D. N.; F. H. Shaw, F. H. Rodd, and R. G. Shaw (1997). «Evaluation of the rate of evolution in natural populations of guppies (Poecilia reticulata)». Science 275 (5308): 1934-1937. doi:10.1126/science.275.5308.1934. PMID 9072971. 
  5. Hall, B. K., Hallgrímsson, B. (2008). Strickberger's Evolution (4th edición). Jones & Bartlett. p. 762. ISBN 0763700665. 
  6. Kutschera, U., Karl J. Niklas (2004). «The modern theory of biological evolution: an expanded synthesis». Naturwissenschaften (en inglés) 91 (6): 255-276. doi:10.1007/s00114-004-0515-y. 
  7. Hall y Hallgrímsson, 2008
  8. Doolittle W. Ford (febrero de 2000). «Uprooting the Tree of Life». Scientific American (Londres: Nature Publishing Group) 282 (2): 90-95. doi:10.1038/scientificamerican0200-90. ISSN 0036-8733. PMID 10710791. 
  9. Glansdorff, Nicolas; Ying Xu, Bernard (9 de julio de 2008). «The Last Universal Common Ancestor: emergence, constitution and genetic legacy of an elusive forerunner». Biology Direct (Londres: BioMed Central) 3: 29. doi:10.1186/1745-6150-3-29. ISSN 1745-6150. PMC 2478661. PMID 18613974. 
  10. Germonpré, Mietje. et al (Febrero de 2009). «Fossil dogs and wolves from Palaeolithic sites in Belgium, the Ukraine and Russia: osteometry, ancient DNA and stable isotopes». Journal of Archaeological Science 36 (2). doi:10.1016/j.jas.2008.09.033. 
  11. Teocintle: el ancestro del maíz
  12. «Huerto Evolutivo (10): La Fruta de Dios (¿o quizás no?)». La ciencia y sus demonios. 
  13. Mutaciones en Agapornis y su crianza → http://www.agaporniscoqui.es/fischer.html
  14. Mutaciones y selección de mutaciones en pericos australianos → http://indalocan.com/revistas/colorpericoaustraliano.pdf
  15. El origen de las especies, capitulo 1: Variación en estado doméstico.
  16. Malo, Pablo. «Los zorros plateados de Belyaev». Evolución y neurociencias. 
  17. Artificial Selection for Increased Wheel-Running Behavior in House Mice, John G. Swallow, Patrick A. Carter, and Theodore Garland, Jr., Behavior Genetics, Vol. 28, No. 3, 1998
  18. Keeney, B. K.; D. A. Raichlen, T. H. Meek, R. S. Wijeratne, K. M. Middleton, G. L. Gerdeman, and T. Garland, Jr. (2008). «Differential response to a selective cannabinoid receptor antagonist (SR141716: rimonabant) in female mice from lines selectively bred for high voluntary wheel-running behavior». Behavioural Pharmacology 19 (8): 812-820. doi:10.1097/FBP.0b013e32831c3b6b. PMID 19020416. 
  19. Endler, Jonh (1980). «Natural selection on color patterns in Poecilia reticulata. Evolution 34. 
  20. «Selección artificial en el laboratorio». Berkeley: Understanding evolution. 
  21. «Evolución rápida en lagartos». NeoFronteras. 25 de abril de 2008. 
  22. Irschick, Duncan J. «Rapid large-scale evolutionary divergence in morphology and performance associated with exploitation of a different dietary resource». PNAS 105 (12). doi:10.1073/pnas.0711998105. 
  23. Guerrero Moreno, Ricardo; Berlanga Herranz, Mercedes. «La evolución y la microbiología». Ambiociencias. 
  24. Ratcliff, William C.et al (31 de enero de 2012). «Experimental evolution of multicellularity». PNAS 109 (5). doi:10.1073/pnas.1115323109. PMID 22307617. 
  25. Cháves Espinosa, Francisco P. «Científicos replican un importante paso evolutivo en el laboratorio». http://www.bioblogia.com/. 
  26. Instituto de ciencias genómicas UNAM. Programa de genómica evolutiva.
  27. Barrick, J.E. «Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli». nature 461: 1243-1247. doi:10.1038/nature08480. 
  28. «El hecho evolutivo en un experimento». http://lacienciaysusdemonios.com. 

Enlaces externos[editar]

Bibliografía[editar]