Evolución cultural y genética

La evolución genética de los humanos es el resultado de un cambio, durante millones de años, del genoma de las poblaciones. La evolución genética ocurre como resultado de mutaciones que pueden ser heredadas. Se incluye en la evolución genética el cambio al bidepismo, el cambio en los dientes y el incremento del tamaño del cerebro. Todo esto ha pasado de generación en generación. El homo sapiens es la única especie en el planeta en la actualidad pero nuestra historia evolutiva indica que ha habido muchas más especies que no han logrado sobrevivir.

LA evolución cultural, en cambio, no tiene ninguna relación con el cambio genético y puede tener lugar en periodos muy cortos de tiempo, incluso en una única generación. Esta evolución cultural envuelve los cambios en el comportamiento, en la organización social, las ideas, la comunicación, la enseñanza y el aprendizaje. Todo esto son características adquiridas que no tienen ninguna base genética aunque la habilidad para adquirirlas si que esté determinada genéticamente. No es el resultado de la especiación.

El incremento de la agricultura trajo consigo una enorme alteración en la organización social para los humanos. En vez de vivir en pequeños grupos nómadas los humanos empezaron a establecerse en grandes comunidades y el incremento de diferentes creencias religiosas también afectó a esta organización.

La invención de la imprenta también tuvo un enorme impacto en la comunicación y, más reciente, otros ejemplos de tecnología como la invención de la radio, la televisión, el teléfono y el internet también ha causado impacto en el desarrollo cultural del ser humano.

Dieta y Tamaño del cerebro

Todos los fósiles de homínidos encontrados encajan en una secuencia evolutiva mostrando un incremento en la adaptación al bipedismo y un incremento en el tamaño del cerebro en relación al tamaño del cuerpo. 

Cuanto más grande es el cerebro más energía se necesita para que pueda realizar su función (el cerebro del homo sapiens utiliza el 20% de la energía consumida por el cuerpo) y hay evidencias que indican una correlación entre el incremento del cerebro y los cambios en la dieta de nuestros antecesores.

Nuestros ancestros vivieron en el noreste de África en el Valle del Rift. Hasta hace 5 millones de años esto estaba cubierto por una densa selva, los movimientos de las placas litosféricas creó un largo valle y la actividad volcánica cubrió la llanura de ceniza lo que impidió el crecimiento de los árboles. Los simios arborícolas que comían hojas y frutas tuvieron que adaptarse o extinguirse. Los Austrolophitecus se adaptaron desarrollando mandíbulas y dientes más fuertes para poder masticar vegetación más dura tales como tallos, tubérculos y raíces. Pero mientras la sabana se ampliaba, se producía una disminución de la variedad de plantas y animales de pastoreo comenzó a jugar un papel importante en la dieta.

Los primeros homínidos necesitaron nuevas estrategias para acceder a esta rica fuente de carne, que proporcionaba una mayor fuente de proteína, grasa y energía. La selección natural favoreció a los individuos con cerebros grandes que podían desarrollar nuevas estrategias para la caza y trabajar en grupos para matar grandes animales. La carne proporcionaba los nutrientes suficientes para formar un cerebro más grande a la vez que proporcionaba la energía suficiente para realizar sus actividades.

El incremento de la carne en la dieta muestra una positiva correlación entre el incremento del tamaño del cerebro y el desarrollo  de instrumentos para cazar más sofisticados.

Tabla homínidos

Especies de homínidos:	Vivieron:	Cabeza, cráneo y cerebro:	Imagen restructurada del cráneo:	Otras características:
Australopithecus ramidus	Hace 4,4-4,3 millones de años (mda) en Etiopía	No se sabe el tamaño del cerebro.	Se han encontrado muy pocos fósiles.
Australopithecus afarensis. El más conocido se llama: Lucy.	3,9-2,9 mda en el Este de África	-Cara con forma de simio con una nariz plana y mandíbula pronunlciada, grande y alta. -Tamaño del cerebro: 375-550 cm3		Dientes molares similares a los del Australopithecus ramidus
Australopithecus africanus	3,5-2,5 mda en el sur de África	-Cara más plana pero con una mandíbula aún bastante pronunciada. -Cerebro: 425-500 cm3		Dientes caninos más pequeños pero los molares siguen siendo grandes.
Homo habilis. El primero se encontró en Tanzania.	2,5-1,9 mda en el este y sur de África	-Cara más plana que los Australopithecus, con mandíbula más pequeña. -Cerebro:500-800cm3		Dientes mñas pequeños. Se distingue la pelvis de la cadera.
Homo erectus. Encontrado en Europa y Asia, que emigraron desde África.	1,8-0,3 mda en África, Europa y Asia.	-Cara más plana y cráneo más redondeado. Mandíbula más pequeña. -Cerebro:850-1100cm3
Homo neanderthalensis	150.000-30.000 años en europa y oeste de África.	-Cráneo redondeado y frente colocada más hacia abajo. -Cerebro: 1200-1625 cm3		Grandes dientes y musculos de la mandíbula.
Homo sapiens. Hombre actual.	130.000 años hasta la actualidad.	-Se ha creado la barbilla y el cráneo se ha redondeado, pero la frente está más subida que el neanderthalensis. -Cerebro: 1200-1500 cm3		Dientes molares más pequeños y el esqueleto menos robusto que sus ancestros.

Polimorfismo

Polimorfismo significa muchas formas y describe una situación donde un alelo tiene dos formas diferentes, que pueden ser seleccionados para diferentes medios.

Si los medios son estables las frecuencias relativas de los diferentes alelos no cambian y se conoce como polimorfismo estable.

Si los medios cambian, la frecuencia de las diferentes formas empiezan a cambiar y se conoce como polimorfismo transitorio.

Polimorfismo transitorio

El ejemplo de polimorfismo transitorio es dado por la polilla moteada y es conocido como melanismo industrial. La polilla moteada se produce en un rango de formas a partir de gris y moteado a melánico (negro).

La polilla sale de noche y descansa en el tronco de los árboles durante el día cuando necesita estar camuflada para evitar ser comida por pájaros. La forma moteada le sirve para camuflarse en los árboles cubiertos de líquenes, por lo tanto en zonas con líquenes esta polilla está mejor adaptadas y por tanto sobrevivirá a la selección natural, mientras que las polillas oscuras son visibles y comidas por los pájaros.

Durante la Revolución Industrial se produjo mucha contaminación en las ciudades cercanas a las industrias, esto provocó que los troncos de los árboles perdieran los líquenes y se ennegrecieran. Las polillas grises eran muy visibles para los depredadores y su número descendió. Las polillas negras sin embargo se camuflaban fácilmente. En los árboles cubiertos de hollín, las polillas negras eran favorecidas por la selección natural, lo que permitió que se reprodujeran. En zonas contaminadas, la selección natural favoreció a las polillas mélanicas, esto produjo un polimorfismo transitorio, el número de individuos de las dos poblaciones cambió. Cuando acabó la contaminación y el humo desapareció, en los árboles volvieron a crecer líquenes. El polimorfismo transitorio cambió, favoreciendo a las polillas moteadas y no a las melánicas.

Polimorfismo estable

Cuando la selección natural estabiliza dos o más alelos en una población para que su frecuencia no cambie, tiene lugar el polimorfismo estable.

Un ejemplo de esto es la anemia falciforme. Otro ejemplo se ve en el pez Perissodus mocrolepsis, que vive en el lago Tanganika en África. Estos pequeños peces depredadores se esconden para morder a peces más grandes. Este pez ha desarrollado una boca que está angulada hacia el lado para que puedan atacar desde detrás y evitar ser vistas.  Algunas tienen la boca angulada hacia la izquierda para que puedan atacar de manera eficiente el costado derecho de la presa. Pero esto significa que la presa estará mirando su costado derecho cuando esté en territorio de el Perissodus. Otros, tienen la boca angulada hacia la derecha, estos peces pueden atacar desde el otro lado. Si el número de Perissodus zurdos aumenta, la presa pasara mas tiempo mirando al costado derecho, dandole a los diestros ventaja. Si el número de Perissodus diestros aumenta, las presa mirará más tiempo mirando hacia la izquierda, dándole ventaja a los zurdos. Esto ha resultado en un polimorfismo estable de la angulación de la boca del Perissodus en el lago.

Gradualismo y Equilibrio puntuado

Darwin veía la evolución como un proceso lento y estable, llamado gradualismo, por lo tanto la suma de los cambios lentos acumulados en muchas generaciones llevó a la especiación. Este proceso se cumple para muchas especies. Un ejemplo de gradualismo es la evolución de las extremidades de los caballos, cuyos fósiles indican que tardó alrededor de 43 millones de años en cambiar de su forma ancestral a la moderna.

En algunos casos, el registro fósil no contiene ninguna etapa intermedia entre dos especies. La explicación sugerida es que el proceso de fosilización es un proceso raro por lo que los fósiles intermedios simplemente no habrían sido descubiertos. En 1972, Stephen J Gould y Niles Eldredge sugirieron que los fósiles no habían sido descubiertos porque no existían, y propusieron un mecanismo adicional para la evolución llamada equilibrio puntuado. El motor de la evolución es la selección natural, por lo que si la selección natural es muy leve, las especies tienden a quedarse igual, en equilibrio, sin evolucionar. Cuando hay un cambio dramático en el ambiente, también habrá una nueva e intensa selección natural y por ello, un rápido desarrollo de nuevas especies.

Darwinismo

El darwinismo fue propuesto por Charles Darwin quién hizo un viaje a través del mundo en el HMS Beagle, en este viaje puedo realizar observaciones biológicas y geológicas sobre la diversidad biológica, hizo sus notas y cuando volvió escribió un libro: El origen de las especies, lo publicó cuando supo que Alfred Russel había llegado a las mismas conclusiones que él por separado.

En el libro narra su idea sobre la selección natural, para desarrollarla cogió ideas de Malthus, que propuso que el crecimiento de las poblaciones era mayor que el de los alimentos y que por tanto existiría una lucha por los alimentos, es decir, lucha por la supervivencia.

En las islas galápagos Darwin se dio cuenta de que a pesar de la pequeña separación que había entre las islas, la fauna de cada una de ellas era distinta. Por ejemplo, había catorce tipos de pinzones distintos, las diferencias se debían a la especiación de cada una de las especies a la isla en la que habitaban, en cada isla había un tipo distinto de alimentación y por lo tanto cada tipo de pinzón desarrollo un pico distinto. Esta especiación se produce por el aislamiento geográfico.

Los puntos principales de la teoría de Darwin son los siguientes:

           -Elevada capacidad reproductiva: Las especies tienen una elevada capacidad reproductiva, el número de especies no aumenta indefinidamente debido a que los recursos alimentarios son limitados.

           -Variabilidad de la descendencia: Los descendientes de los organismos que se reproducen sexualmente son distintos entre sí. Unos están mejor adaptados que otros al medio.

           -Selección natural: Cuando las condiciones del medio son adversas se produce una lucha por la supervivencia entre ellos, los organismos que estén mejor adaptados sobrevivirán transmitiendo sus genes a la descendencia, los demás serán eliminados. Este hecho hará que las especies se transformen poco a poco.

El darwinismo explicaría el cuello largo de las jirafas de la siguiente manera: En un principio existían jirafas con el cuello largo y jirafas con el cuello corto, durante las épocas en las que solo se podían obtener alimentos de las copas de los árboles, las jirafas del cuello corto morían porque no llegaban y no tenían de que alimentarse, las jirafas de cuello largo son las que se reproducían y pasaban el gen del cuello largo a la descendencia.   

Video sobre el Darwinismo

Lamarckismo

Lamarckismo es el término utilizado para referirse a la teoría de la evolución formulada por Lamarck. En 1809 en su libro Filosofía zoológica propuso que las formas de vida no habían sido creadas y permanecían inmutables, como se aceptaba en su tiempo, sino que habían evolucionado desde formas de vida más simples. Describió las condiciones que habrían propiciado la evolución de la vida y propuso el mecanismo por el que habría evolucionado. La teoría de Lamarck es la primera teoría de la evolución biológica, adelantándose en cincuenta años a la formulación de Darwin de la selección natural en su libro El origen de las especies.

Lamarck en su teoría propuso que la vida evolucionaba “por tanteos y sucesivamente”, “que a medida que los individuos de una de nuestras especies cambian de situación, de clima, de manera de ser o de hábito, reciben por ello las influencias que cambian poco a poco la consistencia y las proporciones de sus partes, de su forma, sus facultades y hasta su misma organización”.Sería la capacidad de los organismos de adaptarnos al medio ambiente y los sucesivos cambios que se han dado en esos ambientes, lo que habría propiciado la Evolución y la actual diversidad de especies.

Como mecanismo para traducir esos presupuestos en cambios evolutivos, propuso el mecanismo conocido como “herencia de los caracteres adquiridos”, refiriéndose a la, hasta el día de hoy no demostrada, capacidad de los organismos de trasladar a la herencia los caracteres adquiridos en vida. Esta herencia no sería ni directa ni individual, sino que sería tras largo tiempo de estar sometidos a parecidas circunstancias y afectarían al conjunto de los individuos del grupo sometido a esas circunstancias.

La teoría de Lamarck no fue tenida en cuenta en el momento de su formulación, siendo 50 años más tarde, con la publicación de El origen de las especies, cuando los evolucionistas y el propio Darwin la rescataron para intentar cubrir el vacío que la selección natural dejaba al no proponer la fuente de la variabilidad sobre la que actuaría la selección.

A principios del siglo XX, con la formulación de la barrera Weismann, que enuncia la imposibilidad de transferencia de información entre la línea somática y la germinal, el lamarckismo fue desechado considerándolo erróneo. No obstante, durante el siglo XX han existido evolucionistas que han defendido el lamarckismo, existiendo en la actualidad voces desde la biología y el evolucionismo que reivindican su reformulación.

Evolución divergente

Es el mecanismo más importante para la formación de nuevas especies. La evolución divergente está dada por los cambios evolutivos que experimentará cada uno de los grupos separados, por deriva génica, mutaciones y selección natural. De este gran número de combinaciones genéticas, sólo unas pocas pueden sobrevivir al pasar del tiempo. Tras el rápido desarrollo de muchas especies nuevas, muchas o la mayoría de ellas desaparecen tan rápidamente como aparecieron. Las especies sobrevivientes están casi completamente adaptadas al nuevo ambiente. El auge y caída de las nuevas especies está actualmente progresando muy lentamente, comparado con el brote inicial de especies.

Hay tres tipos básicos de radiación adaptativa. Estas son: 

1. Adaptación general. Una especie que desarrolla una habilidad radicalmente nueva puede alcanzar nuevas partes de su ambiente. El vuelo de los pájaros es una de esas adaptaciones generales.
2. Cambio ambiental. Una especie que puede, a diferencia de otras, sobrevivir en un ambiente radicalmente cambiado, probablemente se ramificará en nuevas especies para cubrir los nichos ecológicos creados por el cambio ecológico. Un ejemplo de radiación adaptativa como resultado de un cambio ambiental fue la rápida expansión y desarrollo de los mamíferos después de la extinción de los dinosaurios.
3. Archipiélagos. Ecosistemas aislados tales como islas y zonas montañosas, pueden ser colonizados por nuevas especies las cuales al establecerse siguen un rápido proceso de evolución divergente. Los pinzones de Darwin son ejemplos de una radiación adaptativa que 
ocurrió en un archipiélago.

Evolución paralela

En la evolución paralela, el estado ancestral de las dos especies es el mismo. En la evolución paralela, las dos especies pueden evolucionar de forma independiente hasta llegar a un nuevo estado común. El mimetismo de las mariposas sudamericanas de la flor de la pasión es probablemente consecuencia de una evolución paralela; se trata de dos especies de mariposas que exhiben la misma disposición de colores; ambas son venenosas para los pájaros y comparten la coloración, de tal modo que la una se parece a la otra.

Evolución convergente

La evolución convergente se da cuando dos estructuras similares han evolucionado independientemente a partir de estructuras ancestrales distintas y por procesos de desarrollo muy diferentes.

Casi todos los ejemplos de convergencia se pueden interpretar en términos de adaptación a condiciones similares, sea el medio ambiente de los organismos o su forma de vida, como ocurre con las adaptaciones al movimiento. Las exigencias físicas del vuelo limitan drásticamente las formas posibles del órgano encargado de mantenerlo. La capacidad de volar se ha desarrollado de manera independiente en murciélagos, aves e insectos, además de en grupos ahora extinguidos y conocidos por 
sus fósiles, como los reptiles llamados pterosaurios. Todos estos animales han desarrollado alas por evolución convergente. La evolución convergente se aprecia también en adaptaciones a la alimentación. Varios grupos distintos de mamíferos han evolucionado de manera independiente para alimentarse de hormigas: los osos hormigueros de América del Sur, el oricteropo o cerdo hormiguero de África oriental y meridional, el pangolín de África y Asia y el marsupial hormiguero y el equidna de Australia. Todos ellos han desarrollado mediante evolución convergente garras poderosas para abrir hormigueros y termiteros y una cabeza provista de un hocico tubular alargado con una lengua muy larga para capturar los insectos dentro de sus nidos. Se observa también convergencia en la fisiología y anatomía de la digestión. 




Caracteres Homólogos y Análogos.

Cuando dos especies comparten un carácter, como los ojos en el ser humano y el chimpancé, o las alas en aves y murciélagos, puede ser por una de dos razones: o el carácter estaba presente en el antepasado común de las dos especies y éstas lo comparten simplemente porque lo han heredado (en este caso se habla de homología de caracteres; los ojos del hombre y el chimpancé son homólogos);o el carácter no se encontraba en el antepasado común, sino que se ha adquirido por evolución convergente (en este caso se habla de caracteres análogos). 

La teoría endosimbiótica

Postula que algunos orgánulos propios de las células eucariotas, especialmente plastos y mitocondrias, habrían tenido su origen en organismos procariotas que después de ser englobados por otro microorganismo habrían establecido una relación endosimbiótica con éste. Se especula con que las mitocondrias pero vendrían de proteobacterias alfa y los plastos de cianobacterias.

La teoría endosimbiótica fue popularizada por Lynn Margulis en 1967, con el nombre de endosimbiosis en serie, quien describió el origen simbiogenético de las células eucariotas.

Células eucariotas se originaron como comunidades de entidades que obraban recíprocamente y que terminaron en la fusión de varios organismos. En la actualidad, se acepta que las mitocondrias y los cloroplastos de los eucariontes procedan de la endosimbiosis.


Pruebas a favor de la teoría

La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:

* El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias.

* Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado covalentemente - al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.

Pruebas en contra de la teoría

* Las mitocondrias y los plastos contienen intrones, una característica exclusiva del ADN eucariótico. Por tanto debe de haber ocurrido algún tipo de transferencia entre el ADN nuclear y el ADN mitocondrial/cloroplástico.

* Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.

Las células procariotas y la atmósfera

Las células procariotas surgieron hace 3.5 billones de años. Estas células tenían un tipo de respiración anaeróbica, lo que quiere decir que no necesitaban de un ambiente oxidado para vivir. Esto favorecía su existencia ya que el ambiente no contenía oxígeno.

Pero tras un billón de años aproximadamente, ciertas células (emparentadas con la actual cianobacteria) comenzaron a desarrollar orgánulos que convertían el sulfito de hidrógeno en energía. Para ello eran necesarios ambientes que tuviesen dicha sustancia. Pero estas células continuaron evolucionando hasta ser capaces de producir a partir de agua como fuente. Esta nueva reacción producía oxígeno como producto de desecho, lo que significó que la atmósfera se oxidase. Esta oxidación provocó que muchas células anaeróbicas muriesen. Sólo aquellas células en ambientes poco oxidados, como barros o fangos, fueron capaces de sobrevivir. A partir de este momento la atmósfera continuó oxidándose a un alto ritmo.

                                                     Cianobacterias

ARN y el origen de la vida

Desde la aparición de las primeras células, era necesaria una molécula capaz de transportar información, ya fuera para la formación de un nuevo polipéptido o para la replicación de la propia célula. Esta molécula actuaba como una enzima. El ARN puede realizar todas estas funciones por lo que jugaba un papel muy importante en las primeras células. El ARN era capaz de sintetizar ARNt e incluso ADN.

Pero las moléculas de ARN tienen ciertas limitaciones. Solo pueden catalizar unas pocas reacciones en comparación con lo que hacen las enzimas. Además, debido a que la estructura del ARN no es muy sólida, las moléculas no son capaces de transportar mucha información. Por otra parte, la replicación del ARN no es muy precisa por lo que las mutaciones son bastante frecuentes.

El origen de compuestos orgánicos

Hay dos teorías diferentes:

Panspermia:

Defiende que, en sus orígenes, la Tierra fue bombardeada por objetos del espacio como meteoritos, cometas… que podrían haber contenido moléculas orgánicas.

En 1969 un meteorito cayó en Australia y en las pruebas realizadas se descubrió que el meteorito contenía muchos aminoácidos.

Síntesis prebiótica:

En 1953, Harold Urey y Stanley Miller diseñaron un experimento que pretendía simular las condiciones en las que estaba la Tierra al principio. Intentaron probar que la materia orgánica se había formado a partir de materia inorgánica.

Este experimento llevó a otros científicos a probar nuevas teorías y en 1961, John oro demostró que con cianuro de hidrógeno y amoníaco (ambos presentes en los orígenes de la Tierra) pueden reaccionar y formar adenina, una base tanto del ADN como del ARN y un componente del ATP.

El origen de la vida

Las células debieron formarse a partir de elementos químicos presentes en la Tierra hace miles de millones de años. Pero para que se formasen las células tuvieron que darse una serie de pasos previos:

Los organismos están formados por moléculas orgánicas por lo que primero debieron formarse moléculas orgánicas simples como los aminoácidos, azúcares…

Todas las moléculas orgánicas de los organismos son “grandes” (polipéptidos, ácidos nucléicos…) por lo que moléculas simples se juntaron para formar otras más complejas.

Todos los organismos se reproducen, por lo que las moléculas tuvieron que formarse de forma que pudieran ser capaces de replicarse y controlar otros procesos químicos.

Por último, todas las células tienen membrana, por lo que la mezcla de todas esas moléculas tuvo que quedar encerrada dentro de vesículas unidas a la membrana.

Bajo condiciones particulares algunas moléculas mezcladas con agua se unieron para formar pequeñas esferas llamadas microesferas. Si estas microesferas son rodeadas por una pequeña capa de agua pasan a llamarse coacervados.

En los principios de la Tierra se formaron tanto las microesferas como los coacervados. Algunos podrían contener una mezcla de químicos que les permitiera sobrevivir. Puede que incluso les llevara a formar un medio interno diferente del externo que favoreciera reacciones químicas que no podían darse en el exterior. Algunos de esos coacervados contenían pequeñas moléculas de ARN junto con aminoácidos con los que se formaron polipéptidos. Si esos polipéptidos eran capaces de reproducirse, la selección natural actuaría sobre estos protobiones, permitiéndoles evolucionar.