Mutación y selección natural
Revisión del 23:36 15 abr 2024 de Hector.rivera (Discusión | contribuciones)
Variación y selección.
La teoría de la evolución es explicada actualmente a partir de la variación y la selección natural, y se le conoce como; “El núcleo duro de la evolución”. La variación desde luego es genética y, puede ser observada en cualquier población de seres vivos en la cual se suelen presentar características contrastantes entre los miembros de esa población.
Sabemos que la principal fuente de variación porviene de la mutación y que ésta, aparece de manera azarosa, entendiendo por mutación el cambio en la secuencia de bases nitrogenadas del ADN de un organismo, que puede producirse por errores durante la replicación del ADN durante la división celular.
Existen mutaciones somáticas que son las que ocurren en las células del cuerpo, y las mutaciones de línea germinal que afectan a óvulos y espermatozoides. Estas últimas mutaciones son las que pueden heredarse a la siguiente generación. También pueden existir agentes mutagénicos en el ambiente, estos pueden provocar la mutación o aumentar la tasa de mutación, pero no en un determinado sentido, o sea que la mutación ocurre azarosamente y no porque pueda ser útil en alguna forma.
El origen de la variación.
Como ya se mencionó anteriormente, la causa original de la variación son las mutaciones y sobre éstas, actua la selección natural.
Ejemplos de mutación:
La raza de perros Whippet, son perros esbeltos, musculoso y atlético. Fueron criados para corre, y su capacidad para alcanzar velocidades de hasta 56 Km/h, los convirtió en perros ideales para carreras de pista. En esta raza, un pequeño cambio en un par de bases es la diferencia entre un animal esbelto y uno corpulento. La mutación (mutación puntual) inactiva el gen de una molécula señalizadora que regula el crecimiento muscular. En los perros con ambas copias del gen mutante (homocigotos) el crecimiento muscular se descontrola por la falta de una señal de “alto”. En los perros con una sola copia (heterocigotos) suelen ser musculosos, pero más ligeros y apropiados para la pista, ya que cuentan con la señal de “alto” en la síntesis de proteínas musculares.
Las plantas de chícharo altas y bajas que estudió Mendel, difieren únicamente en la sustitución de una Guanina por Adenina (mutación por sustitución) en el gen para la producción de la enzima giberelinoxidasa (hormona del crecimiento). En los chícharos de talla pequeña, esta sustitución cambia un aminoácido en la enzima, lo que reduce su actividad catalítica y causa un descenso del 95% en la producción de la hormona estimuladora del crecimiento de los tallos, y por lo tanto, la planta será de tallo corto, en lugar de tallo largo. Las semillas rugosas de los chícharos también resultan de cambios genéticos. La inserción de una secuencia de 800 pares de bases nitrogenadas en un gen de una enzima relacionada con el almidón (mutación por inserción) produce chícharos rugosos, ya que la secuencia insertada entorpece la síntesis de la enzima, reduce la de almidón, y los cambios que produce en el contenido de azúcar y agua forma semillas más dulce, pero rugosas por producir menor cantidad de almidón.
También en ocasiones genes completos pueden duplicarse (mutación por duplicación de genes), incluso más de una vez. En los chimpancés que se alimentan principalmente de plantas verdes escasas en almidón, su genoma contiene por lo regular un solo gen par la formación de la enzima que digiere el almidón (amilasa salival), mientras que en los humanos, puede haber entre dos y diez copias. La diferencia es porque en los humanos se ha seleccionado favorablemente esta mutación, pues la principal fuente de energía en nosotros es la proporcionada por el almidón.
Selección.
La segunda parte de la teoría de la evolución se refiere a la selección natural que actua sobre el conjuto de genotipos existentes en la población, eliminando o favoreciendo a determinados genotipos, que lleva a una sobrevivencia diferencial de los individuos a las condiciones existentes en ese momento y lugar. Como las condiciones ambientales son determinantes para que ciertos genotipos sobrevivan y otros sean eliminados (recordemos que no es una selección consciente) la eliminación o sobrevivencia dependerá de qué tan bien adaptado esté el organismo a ese medio en particular. Por lo tanto, la selección es la fuerza que dirige a la evolución.
La adaptación que permite la sobrevivencia de ciertos individuos en un determinado ambiente no es única, en el sentido de que sólo existe una adaptación determinada para sobrevivir en un ambiente determinado, lejos de eso, tenemos que; puede haber mas de una solución para cada problema ambiental, recordemos que la capacidad de volar no ha sido el producto de un único grupo de animales, ya que tenemos por ejemplo, que la capacidad de volar apareció muy probablemente primero en algunos insectos y posteriormente en reptiles, aves y mamíferos de manera independiente en cada grupo y con estructuras diferentes que forman las alas.
En esta lectura veremos algunas adaptaciones y ejemplos muy interesantes de cómo la selección natural a actuado y el resultado obtenido.
Adaptaciones a la falta de oxígeno.
Se dice que una persona puede vivir hasta un mes sin alimento (esto depende desde luego de su estado físico antes de la experiencia) que puede vivir hasta tres días sin agua, pero sólo unos minutos sin oxígeno.
El oxígeno es indispensable en los organismo de respiración aeróbia, ya que es la fuente principal para obtener energía, sin embargo, la concentración del mismo no es la misma en cualquier punto de la Tierra, ya que podemos obtenerlo en relativa abundancia en ciertos lugares y más escasamente en otros.
Cómo afecta la altitud a las personas:
1. Se considera, baja Altitud: De 0 a 1.000 m. sobre el nivel del mar, y no hay ninguna modificación biológica, ni en reposo ni en el ejercicio.
2. Altitud media: De 1.000 a 2.000 m.s.n.m. Afecta sensiblemente el rendimiento físico.
3. Altitud moderada: De 2.000 a 3.000 m.s.n.m. Afecta moderadamente el rendimiento físico.
4. Alta: De 3.000 a 5.500 m.s.n.m. Modificaciones biológicas en reposo, muy acentuadas con el ejercicio.
5. Muy Alta o Extrema Altitud: De 5.500 m.s.n.m en adelante. Efecto negativo sobre las funciones fisiológicas. Dificultad en la realización del ejercicio físico.
6. Zona de la Muerte: De 7.500/8.000 m.s.n.m. en adelante. Grave deterioro de todos los tejidos, incompatibilidad con la vida, peligro de muerte.
Aunque la concentración de oxígeno es más o menos uniforme en la atmósfera hasta los 20, 000 m.s.n.m., lo que afecta a los organismos es la presión y densidad atmosférica que va disminuyendo desde el nivel del mar hacia elevaciones mayores. Los efectos fisiológicos sobre los organismos a altitudes de 3 000 m.s.n.m o a mayores altitudes, son más notorios cuando la elevación es mayor, porque a mayor altitud se tiene un descenso en la presión atmosférica que se traduce en una disminución de todos los gases atmosférico incluyendo al oxígeno, y los organismos a esa altitud sufrirán de hipoxia, definiendo a la hipoxia como el deficit en la obtención de oxígeno. Por lo tanto, a mayor altitud mayor falta de oxígeno por una presión atmosférica menor.
La población humana se ha establecido en casi todos los ambientes terrestres, y por lo tanto, a ciertas poblaciones se les puede encontrar en grandes altitudes. Aquí tomaremos dos ejemplos; los habitantes de los Andes y de la Cordillera del Himalaya.
Los habitantes de la Cordillera de Los Andes, en América del sur, se han adaptado a vivir desde hace muchos años en condiciones de baja presión atmosférica y por lo tanto, en condiciones de hipoxia (baja concentración de oxígeno) por lo que se han seleccionado favorablemente los individuos con pechos anchos en forma de barril, que aumentan el volumen de aire en cada respiración y su sangre presenta mayores niveles de glóbulos rojos, lo que les permite obtener mayor número de moléculas de oxígeno en cada respiración.
Durante muchos años se pensó que esta era la respuesta a la condición de vivir a gran altura y que era universal, ya que los alpinistas o cualquier persona que suba a altitudes mayores, también tienden a formar mayor número de glóbulos rojos, pero desde luego no el pecho en forma de barril. Pero fue en la década de los 70 del siglo pasado que un estudio de Cynthia Beall, antropóloga de la Universidad de Ohio descubrió que los Tibetanos, habitantes de la Cordillera del Himalaya no cumplían con esa condición de los habitantes andinos. Los Tibetanos no tienen pechos anchos en forma de barril y presentan niveles de hemoglobina sorprendentemente bajos, como si vivieran a nivel del mar, pero respiran a un ritmo más acelerado.
Un beneficio de esta situación es que cuando el organismo forma más glóbulos rojos, presenta a la larga problemas cardiovasculares y edema cerebral o pulmonar que llena de liquido a dichos órganos y provocan inflamación (mal de montaña), también, la sangre gruesa puede congestionar órganos vitales y puede incluso llegar a causar la muerte. En los Andes peruanos, hasta el 18% de la población desarrolla enfermedad crónica de montaña, a diferencia de la meseta Tibetana en la que sólo el 1% lo padece, lo que favorece a estos individuos, que por esta situación tienen menor desgaste en los vasos sanguíneos (la sangre con muchos glóbulos rojos tiende a ser más viscosa y eso tiene efectos dañinos en la circulación y mayor esfuerzo del corazón para bombear) En 2005 descubrieron que los Tibetanos exhalan más óxido nítrico a diferencia de las personas en los Andes. El óxido nítrico dilata los vasos sanguíneos (vasodilatación) lo que facilita el flujo sanguíneo y el transporte de oxígeno.
Tibetana.
Al parecer la razón de esto es que existen genes en los Tibetanos que no tienen otras poblaciones humanas, entre los que destaca el EPAS1 que regula los niveles de la hemoglobina en sangre y no permite que se eleve demasiado. En los Tibetanos mejora el transporte de oxígeno y el mismo gen se a encontrado en el genoma de los Denísovanos (especie o subespecie del género Homo ahora extinta) encontrados en Siberia, que seguramente se hibridaron con Chinos de la etnia Han, hace aproximadamente 50,000 años. El gen sólo se encuentra actualmente en el 1% de la población china, pero en un 78% de la población Tibetana, lo cual indica una selección favorable en ellos y que los protege de hipoxia (reducido suministro de oxígeno a órganos y tejidos)
Escapando de los depredadores
La relación depredador-presa es un juego muy antiguo, en el cual, tanto la presa como su depredador luchan por conseguir su objetivo; el depredador comer y la presa no ser comida. Esta lucha ancestral a moldeado a las especies a lo largo del tiempo, logrando resultados sorprendentes. Las presas suelen sobrevivir siendo más rápidas para no ser alcanzadas y los depredadores sobrevivientes suelen ser también los más rápidos, lo que les permite alcanzar a sus presas y poder alimentarse. Si las presas desarrollan mecanismos de evasión, los depredadores tendrán que contrarrestarlos. Esto es como una carrera armamentista humana. Por ejemplo; Los murciélagos insectívoros vuelan en la noche y algunas de sus presas son las polillas nocturnas. Los murciélagos, para localizar a sus presas voladoras utilizan la eco localización. Emiten sonido (tan de alta frecuencia, que el oido humano no los puede detectar) que rebota en obstáculos y el murciélago lo recibe de rebote y puede por este medio conocer la distancia y posición a la que se encuentran objetos y presas, midiendo el tiempo de retardo entre la señal que emite y la que recibe. Esa diferencia entre ambos oídos permite al animal recrear la posición espacial del objeto, incluso su distancia, tamaño y características. Cuando un murciélago detecta a una presa va incrementando la frecuencia de los pulsos del sonido que emite al acercarse a su objetivo, lo que le permite mejorar la precisión para localizar el objetivo. Esta característica se desarrollo y se fue perfeccionando en millones de años de evolución hasta obtener una cabeza con un cerebro que permiten detectar las ondas reflejadas, laminas nasales y orejas seleccionadas para dicha tarea. Básicamente es un sonar biológico.
Murciélago y sonar
Pero ¿qué han desarrollado las polillas para defendese? En toda especie depredada también se seleccionan factores de defensa, desde oídos que perciban la frecuencia alta de sonidos o tácticas evasivas, como descensos rápidos en picada y movimientos erráticos.
En las mariposas de hábitos nocturnos evitar ser detectadas por los murciélagos resulta crucial para sobrevivir.
Una posible razón por la que las polillas son “peludas” (tienen cerdas en la cabeza) es que les permite protegerse de los murciélagos, al distorsionar las ondas emitidas por ellos (eco localización)
Todas las estructuras con vellosidades reducen los sonidos y ecos que se producen, y por eso, los micrófonos y las paredes de estudios de grabación se forran de materiales que absorben el sonido.
El “pelaje” de las polillas que absorbe o distorsiona el sonido se ha seleccionado favorablemente, ya que así, son difícilmente detectadas por los murciélagos, al interferir con su sistema de eco localización, además, las alas de las polillas están recubiertas por escamas dentadas que distorsionan también el ultrasonido de los murciélagos y de esa manera no pueden ser detectadas fácilmente, es decir desaparecen del sonar del murciélago. Además algunas polillas producen sonidos de alta frecuencia que también afectan el radar de los murciélagos y estas características les permite no ser detectadas fácilmente y poder sobrevivir.
Polilla nocturna con una cabeza llena de “pelos” (cerdas) fotografiada cerca de San Miguel de Allende, Guanajuato.
La mutación y selección como podemos ver, actúan de manera sorprendente y podemos decir que son contingencias (contingencia: posibilidad de que algo suceda o no suceda) La mutación es azarosa y será seleccionada favorablemente solo si proporciona alguna ventaja adaptativa.
Lobos y perros de Chernobyl
El 26 de abril de 1986 explotó un reactor nuclear en Chernobyl, Ucrania y es considerado el peor accidente nuclear de la historia, por lo que se evacuo la zona y desde entonces no se ha vuelto a ocupar por población humana alguna, pero quedó libre para la flora y fauna, que ahora a cuarenta años del suceso, prospera bastante bien. Un caso de llamar la atención son los lobos y perros que no solo han resistido a la radiación constante, sino que incluso ahora presentan una resistencia natural al cáncer.
Esta resistencia resulta especialmente notable en el caso de los lobos, porque se encuentran en la cima de la cadena alimentaria. No solo están soportando la radiación que ellos mismos absorben: también están comiendo otros animales “contaminados” por la radiación que, a su vez, se han alimentado de plantas que han crecido bajo condiciones radioactivas.
Normalmente la radiación incrementa los casos de cáncer en cualquier población expuesta, sin embargo en Chernobyl, descubrieron los investigadores, que los lobos casi no presentan casos de cáncer, y que su genoma a mutado, y ahora presentan mayor resistencia al cáncer. Esta característica también la tiene los perros silvestres que se encuentran en la zona. Se hicieron análisis genéticos a estos perros y se encontró que habían mutado en algunas partes de su genoma con respecto al resto de su especie, por lo que son mutantes con resistencia al cáncer. No son completamente inmunes, sino que es poco probable que lo desarrollen y que si lo desarrollan, tienen mayores posibilidades de sobrevivir. Desde luego, que la radiación pudo ser la causa de la mutación en algunos individuos, que por tal razón, tuvieron una tasa de sobrevivencia mayor, ¿pero que sucedió con los perros y lobos sin esa mutación? Lo más probable es que tuvieron una tasa de sobrevivencia menor y fueron desapareciendo poco a poco.
Los genes que protegieron a pastores de las enfermedades de origen animal ahora aumentan el riesgo de padecer esclerosis múltiple en Europa del norte. Otro ejemplo interesante es la esclerosis múltiple en Europa del norte. Esta enfermedad es menos común en regiones más al sur.
La Esclerosis múltiple es una enfermedad en la que las propias células inmunitarias del cuerpo atacan el cerebro y la médula espinal, lo que provoca síntomas como rigidez muscular y problemas para caminar y hablar. Esta enfermedad es causada por el daño a la vaina de mielina. Esta vaina es la cubierta protectora que rodea las neuronas. Cuando esta cubierta de los nervios se daña, los impulsos nerviosos disminuyen o se detienen. El daño al nervio es causado por inflamación. La inflamación ocurre cuando las células inmunitarias del cuerpo atacan al sistema nervioso. Esto puede ocurrir a lo largo de cualquier zona del cerebro, el nervio óptico o la médula espinal. Recientemente se descubrió que los genes que aumentan el riesgo de padecer la enfermedad entraron por el noeste de Europa desde Rusia, Ucrania y Kazajistán hace unos 5,000 años a través de una migración masiva de pastores llamados Yamna, población que tenían unas variantes genéticas que les ayudaba a protegerse contra enfermedades que podian adquirir de su ganado.
Pero como las cosas cambian, en la actualidad con un estilo de vida diferente, dietas diferentes y mejor higiene y sobre todo la mayor parte de la población no se expone a contacto con ganado, los rasgos genéticos del pasado ahora suponen un mayor riesgo de desarrollo de esclerosis múltiple. Se obtuvo información genética de restos humanos antiguos encontrados en Europa y Asia occidental y se comparó con genes de cientos de miles de personas que viven hoy en el Reino Unido.
Se encontró que la esclerosis múltiple no es causada por mutaciones, sino que es causada por genes que se encuentran normalmente en el genoma, pero que predisponen a la esclerosis múltiple. Las investigaciones indican que los sistema inmunes modernos ahora pueden ser causantes de enfermedades autoinmunes, donde el sistema de defensas ataca al cuerpo en lugar de protegerlo. Otro aspecto de la migración de los Yamna, es que parece ser la responsable de que los europeos del norte sean más altos que los del sur.
Desde luego que otras muchas características de diferentes etnias, como diabetes de tipo 2 (común en habitantes originarios de América) Alzheimer, el TDAH, trastorno de deficit de atención e hiperactividad, coloración de piel y ojos y la capacidad de digerir leche tienen una historia que poco a poco se ha hido descubriendo, pero lo que es innegable es el papel que juegan en esas historias, la mutación, la selección natural, el ambiente y la contingencia.
https://es.slideshare.net/asgav/mariposas-nocturnas
https://evolution.berkeley.edu/las-mutaciones-son-aleatorias/ recuperado el 17 de marzo de 2024
https://www.bbc.com/mundo/articles/c10y2l9eprzo esclerosis múltiple recuperado el 14 de abril de 2024
https://www.bbc.com/mundo/ciencia_tecnologia/2010/05/100513_tibetanos_oxigeno_men https://www.bbc.com/mundo/vert-fut-39266187
https://www.nationalgeographic.com.es/mundo-animal/lobos-y-perros-mutantes-chernobil-que-resisten-cancer_21726 recuperado el 14 de abril de 2024
http://www.todovertical.com/articulo/6/aclimatacion-adaptacion-a-la-altitud-prevencion-del-mal-agudo-de-montana recuperado el 18 de marzo de 2024