Simulación computarizada del proceso de evolución biológica

Salvo excepciones, la evolución biológica es un proceso demasiado lento para ser observado directamente. Para ello se recurre a disciplinas como la Paleontología, Biología evolutiva o Filogenia, para la observación y el estudio indirecto de la evolución. Thomas Ray creó un programa informático que se denomina Tierra.

Tierra es una simulación computarizada de la evolución biológica. La idea es simple: crear organismos digitales que vivan en un ambiente digital con recursos digitales. El ambiente sería la memoria de la computadora y los recursos para proliferar el tiempo en el procesador. Por tanto estos organismos digitales competirán por un espacio en la memoria del ordenador y por una tiempo en el procesador que les capacita para la replicación.

A continuación un video sobre este proyecto:

http://www.youtube.com/watch?v=Wl5rRGVD0QI&noredirect=1

 

Observación directa del proceso evolutivo en bacterias

Lenski tomó de un congelador un vial que contenía una cepa de una bacteria; con el objetivo de observar si se producía alguna diferencia entre la cepa original y sus descendientes.Cada 75 días transcurre unas 500 generaciones desde el comienzo del experimento , por lo que actualmente ya han pasado más de 40000 desde la cepa original.

Tras 10000 generaciones las bacterias ya mostraron bastantes diferencias con su ancestro. Las bacterias evolucionadas al compararlas con la cepa original, eran ahora más grandes y se dividían mucho más rápidamente en el medio de cultivo utilizado para el experimento.

Al crecer en un medio ambiente constante, la mayor parte de las nuevas mutaciones fueron su carácter neutral (mutaciones neutrales), pero también se comenzó a notar un incremento de las mutaciones beneficiosas en los descendientes de este subcultivo.

Los resultados de Lenski propiciaron que se establecieran otros experimentos parecidos pero con diferentes condiciones: temperatura, otras fuentes de carbono, presencia de antibióticos; o con diferentes microorganismos. Los microorganismos cambiaban, evolucionaban y se adaptaban a las condiciones del cultivo. 

Variaciones en la expresión de los genes

El proceso que produce estas variaciones deja intacta la información genética y es con frecuencia reversible. Este proceso es llamado herencia epigenética que resulta de la transmisión de secuencias de información a través de la meiosis o mitosis; y puede incluir fenómenos como la metilación del ADN o la herencia estructural.

Se sigue investigando si estos mecanismos permiten la producción de variaciones específicas beneficiosas en respuesta a señales ambientales. De ser éste el caso, algunas instancias de la evolución podrían ocurrir fuera del cuadro típicamente darwiniano, que evitaría cualquier conexión entre las señales ambientales y la producción de variaciones hereditarias.

Endosimbiosis y el origen de las células eucariotas

Se han anunciado dos hipotesis para explicar el origen de los eucariotas, la endosimbiosis y la autogénesis.

La hipótesis de la endosimbiosis indica que la evolución de las primeras células eucariotas es el resultado de la incorporació permanente de lo que alguna vez fueron células procariotas sisiológicamenre diferentes y autónomas, dentro de una arquea como célula hospedadora.

En un pricipio, un individuo entraría en contacto con una bacteria, al comienzo esa relación podría ser parasitaria, pero con el tiempo ambos individuos podrían llegar a una relación mutualista, el hospedador encontraría ventajas en las características y especialidades del hospedado.

La hipótesis autogénica sostiene que las mitocondrias y los cloroplastos se desarrollaron como consecuencia de las presiones de selección para la especialización fisiológica dentro de una antigua célula procariota.

 No obstante, numerosos hechos, tales como la estructura de la membrana, el tipo de reproducción, la secuencia de ADN y la susceptibilidad a los antibióticos de los cloroplastos y de las mitocondrias tienden a sustentar la hipótesis simbiogenética.

Microbiología y transferencia horizontal de genes

La microbiología fue prácticamente ignorada por las primeras teorías evolucionistas. Esto se debía a la escasez de rasgos morfológicos y la falta de un concepto de especie particularmente entre los procariotas. Estos estudios están revelando niveles totalmente inesperados de diversidad entre los microbios.

En Japón se descubrió la transferencia horizontal de genes. Esta transferencia de material genético entre diferentes especies de bacterias ha jugado un papel importante en la propagación de la resistencia a los antibióticos. Se ha sugerido que la transferencia horizontal de material genético ha jugado un papel importante en la evolución de todos los organismos.

Como parte de la teoría endosimbiótica del origen de los orgánulos, la transferencia horizontal de genes fue un paso crítico en la evolución de eucariotas como los hongos, las plantas y los animales.

La síntesis de la biología del desarrollo y la teoría de la evolución

La biología del desarrollo y la biología evolutiva se han unido para formar una nueva rama de la investigación biológica llamada Biología evolutiva del desarrollo que explora el modo en que han evolucionado los procesos del desarrollo y cómo, en última instancia, se han logrado los planes de desarrollo de las diversas partes del cuerpo de los organismos del pasado y de los organismos actuales.

El factor más importante responsable de la síntesis de la biología del desarrollo con la teoría de la evolución fue el descubrimiento de un grupo de genes reguladores llamado familia de genes homeóticos. Estos genes codifican proteínas de unión al ADN  que influyen profundamente en el desarrollo embrionario. Es importante destacar que la familia de genes Hox ha sido identificada en los artrópodos y hay análogos entre las especies de plantas y hongos. Los genes HOX desempeñan un papel muy importante en la morfogénesis de los embriones de los vertebrados ya que proveen información regional a lo largo del eje anteroposterior del cuerpo. Por lo tanto, la familia de genes HOX es muy antigua y aparentemente muy conservada, lo que tiene profundas implicaciones para la evolución de los patrones y procesos de desarrollo.

 

Macroevolución, monstruos prometedores y equilibrio puntuado

La macroevolución da cuenta de la emergencia de discontinuidades morfológicas importantes entre las especies, razón por la cual se las clasifica como grupos marcadamente diferenciados, es decir, pertenecientes a unidades taxonómicas distintas y de alto rango.

El gradualismo es el modelo macroevolucionista ortodoxo. Explica la macroevolución como el producto de un cambio lento, de la acumulación de muchos pequeños cambios en el transcurso del tiempo.

El modelo del equilibrio puntuado sostiene en cambio que el registro fósil es un fiel reflejo de lo que en realidad ocurrió. Las especies aparecen repentinamente en lo estratos geológicos y luego desaparecen abruptamente del registro. Según el modelo de Elderedge y Gouldlas interrupciones abruptas en el registro fósil de una especie reflejarían el momento en que ésta fue reemplazada por una pequeña población periférica que compitió con la especie originaria y terminó por sustituirla. La selección natural no sólo opera dentro de la población, sino también entre especies y los cambios importantes ocurrirían en períodos breves.

Un monstruo prometedor es un organismo con un fenotipo profundamente mutante que tiene el potencial para establecer un nuevo linaje evolutivo. La relevancia evolutiva de los monstruos prometedores ha sido rechazada o puesta en duda por muchos científicos que defienden la teoría sintética.

No obstante, varias líneas de evidencia sugieren que los monstruos prometedores juegan un papel significativo durante el origen de innovaciones clave y de planes corporales noveles por evolución saltacional, más que por evolución gradual.