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Contenido principal

Pruebas de la evolución

La teoría de la evolución está respaldada por casos de observación directa, la existencia de homologías y fósiles, así como ciertos patrones biogeográficos.

Puntos más importantes:

  • La evidencia de la evolución a gran escala (macroevolución) proviene de estudios de anatomía y embriología, biología molecular, biogeografía y fósiles.
  • Las semejanzas anatómicas encontradas en diferentes especies pueden ser homólogas (que se comparten por ancestría) o análogas (que se comparten por presiones de selección similares).
  • Las similitudes moleculares proporcionan evidencia de la ancestría compartida de la vida. Las comparaciones de secuencias de ADN pueden mostrar cómo diferentes especies están relacionadas.
  • La biogeografía, el estudio de la distribución geográfica de los organismos, proporciona información sobre cómo y cuándo pudieron evolucionar las especies.
  • Los fósiles dan evidencia de cambios evolutivos de largo plazo y documentan la existencia en el pasado de especies que ahora están extintas.

Introducción

En ocasiones podemos ver directamente cómo ocurre la evolución a pequeña escala, o la microevolución (por ejemplo, en el caso de bacterias resistentes a medicamentos o insectos resistentes a pesticidas). Sin embargo, muchos de los eventos evolutivos más fascinantes, tales como la divergencia o separación de linajes de plantas y animales de un ancestro común, sucedieron en el pasado remoto. No solo eso, sucedieron a lo largo de periodos de tiempo muy largos, no en una escala de tiempo de días a semanas típica de la evolución bacteriana y viral. Esta evolución a gran escala a veces se conoce como macroevolución.
No podemos observar directamente los acontecimientos evolutivos que ocurrieron en el pasado. Sin embargo, con frecuencia queremos entenderlos. Por ejemplo, quizás queremos saber si dos especies actuales están estrechamente relacionadas. O podríamos tener un grupo de especies y queremos entender las relaciones evolutivas entre ellas. ¿Cómo podemos responder a este tipo de preguntas?

Evidencia de la evolución: la búsqueda de historias evolutivas

En este artículo, estudiaremos varios tipos de información que utilizan los biólogos para trazar y reconstruir las historias evolutivas de los organismos a través plazos largos.
  • Anatomía y embriología. Las características anatómicas que comparten los organismos (incluso aquellas que solo son visibles durante el desarrollo embrionario) pueden indicar una ancestría evolutiva compartida.
  • Biología molecular. Las semejanzas y diferencias entre el "mismo" gen en distintos organismos (es decir, un par de genes homólogos) puede ayudarnos a determinar qué tan cercanamente relacionados están los organismos.
  • Biogeografía. La distribución geográfica de las especies nos puede ayudar a reconstruir su historia evolutiva.
  • Fósiles. El registro fósil no es un registro completo de la historia evolutiva, pero confirma la existencia de especies que hoy están extintas y a veces captura formas "intermedias" en el camno hacia especies actuales.
Echemos un vistazo más de cerca a estas estrategias para reconstruir la historia evolutiva durante plazos largos.

Evidencia de la evolución: anatomía y embriología

Darwin concebía la evolución como una "descendencia con modificaciones", un proceso por el que las especies cambian y dan lugar a nuevas especies en el transcurso de muchas generaciones. Propuso que la historia evolutiva de las formas de vida es como un árbol ramificado con muchos niveles, en el que todas las especies pueden remontarse a un antiguo antepasado común.
Crédito de imagen: "El árbol de la vida de Darwin, 1859", por Charles Darwin (dominio público).
En este modelo de árbol, los grupos de especies más estrechamente relacionados tienen ancestros comunes más recientes y cada grupo tenderá a compartir características que estaban presentes en su último ancestro común. Podemos usar esta idea para "rastrear" y reconstruir las relaciones de parentesco entre los organismos con base en sus características compartidas.

Características homólogas

Si dos o más especies comparten una característica física única, como una estructura ósea compleja o un patrón corporal, es posible que hayan heredado dicha característica de un ancestro común. Las características físicas compartidas gracias a la historia evolutiva (a un ancestro común) se denominan homólogas.
Para dar un ejemplo clásico, las extremidades anteriores de ballenas, humanos y aves se ven muy distintas desde afuera. Eso es porque están adaptadas a funcionar en ambientes diferentes. Sin embargo, si miras la estructura ósea de las extremidades anteriores, encontrarás que la organización de los huesos es asombrosamente similar en estas especies. Es poco probable que tales estructuras similares hayan evolucionado independientemente en cada especie, y es más probable que el plan básico de los huesos ya estuviera presente en un ancestro común de ballenas, humanos y aves.
_Imagen modificada de "Homología en vertebrados-en.svg" de Волков Владислав Петрович (CC BY-SA 4.0). La imagen modificada está bajo licencia de CC BY-SA 4.0_
Algunas estructuras homólogas solo se pueden ver en los embriones. Por ejemplo, ¿sabías que una vez tuviste cola y aberturas branquiales? Todos los embriones de vertebrados, desde los humanos hasta las gallinas y los peces, comparten estas características durante su desarrollo temprano. Por supuesto que los patrones de desarrollo de estas especies se vuelven cada vez más distintos después (que es la razón por la que tu cola embrionaria ahora es tu coxis, y tus aberturas branquiales se han convertido en tu mandíbula y oído interno)1. Sin embargo, las características embrionarias compartidas siguen siendo estructuras homólogas, y reflejan que los patrones de desarrollo de los vertebrados son variaciones de un programa ancestral.
_ Imagen modificada de "Los espolones en la serpiente Boa constrictor son extremidades posteriores rudimentarias de Stefan3345 (CC BY-SA 4.0). La imagen modificada está registrada bajo una licencia [CC BY-SA 4.0]._
Las estructuras vestigiales son versiones reducidas o no funcionales de características y sirven de poco o nada actualmente en un organismo. La cola humana, que se reduce en el coxis durante el desarrollo, es un ejemplo. Las estructuras vestigiales son homólogas a estructuras útiles que se encuentran en otros organismos y pueden proporcionar conocimiento de la ancestría de un organismo. Por ejemplo, las pequeñas pata vestigiales que tienen algunas serpientes, como la boa constrictor a la derecha, reflejan que las serpientes tuvieron un ancestro con cuatro patas2.

Características análogas

Para hacer las cosas un poco más interesantes y complicadas, no todas las características físicas que se parecen indican la existencia de un ancestro común. Algunas similitudes físicas son análogas: evolucionaron de manera independiente en distintos organismos porque el ambiente en el que habitaban era similar o las presiones evolutivas a las que se vieron sometidos eran semejantes. Este proceso se conoce como evolución convergente. (Converger significa juntarse, como dos líneas que se unen en un punto).
Por ejemplo, dos especies lejanamente relacionadas que viven en el Ártico, el zorro ártico y la perdiz nival (un ave) sufren un cambio de color de oscuro a blanco nieve con las estaciones. Este rasgo compartido no refleja una ancestría común ya que es poco probable que el último ancestro común del zorro y la perdiz nival cambiara de color con las estaciones. Por el contrario, esta característica fue favorecida separadamente en ambas especies debido a presiones de selección similares. Esto quiere decir que la capacidad para cambiar a una coloración clara en el invierno, que está determinada genéticamente, ayudó tanto al zorro como a la perdiz nival a sobrevivir y reproducirse en un lugar con inviernos nevados y depredadores con buena vista.
Crédito de imagen: "Entender la evolución: Figura 7", de OpenStax College, Biología, CC BY 4.0.

Cómo se determinan las relaciones a partir de características semejantes

En general, los biólogos no sacan conclusiones sobre cómo están relacionadas las especies con base en una sola característica que crean que es homóloga, sino que estudian una gran cantidad de ellas (tanto rasgos físicos como secuencias de ADN) y obtienen conclusiones acerca del parentesco basadas en dichas características en conjunto. Veremos esta idea con más detalle cuando estudiemos los árboles filogenéticos.

Evidencia de la evolución: biología molecular

Al igual que las homologías estructurales, las semejanzas entre las moléculas biológicas pueden reflejar la existencia de un ancestro evolutivo compartido. En el nivel más básico, todos los seres vivos comparten:
  • El mismo material genético (ADN)
  • Códigos genéticos iguales o muy similares
  • El mismo proceso básico de expresión génica (transcripción y traducción)
Estas características compartidas sugieren que todos los seres vivos descienden de un ancestro común y que dicho ancestro tenía ADN como material genético, usaba el código genético y expresaba sus genes mediante transcripción y traducción. Todos los organismos actuales comparten estas características porque fueron "heredadas" de dicho ancestro (y porque cualquier cambio grande en esta maquinaria básica habría afectado la funcionalidad de las células).
Aunque las características como tener ADN y llevar a cabo la transcripción y la traducción de genes son muy buenas para establecer el origen común de la vida, no son tan útiles para saber cuán relacionados están entre sí dos organismos en particular. Si queremos determinar qué organismos en un grupo son los más emparentados, necesitamos usar diferentes tipos de características moleculares, como las secuencias de nucleótidos de los genes.

Genes homólogos

A menudo los biólogos comparan las secuencias de genes relacionados de diferentes especies (denominados genes homólogos u ortólogos) para analizar cómo estas especies se relacionan evolutivamente entre sí.
La idea fundamental detrás de este método es que dos especies tienen el "mismo" gen debido a que lo heredaron de un ancestro común. Por ejemplo, los humanos, las vacas, los pollos y los chimpancés tienen un gen que codifica para la hormona insulina, porque este gen ya estaba presente en su último ancestro común.
En general, entre más diferencias hay en el ADN en los genes homólogos entre dos especies, más distante es la relación entre las especies. Por ejemplo, los genes de la insulina del humano y el chimpancé son mucho más similares (idénticos en cerca de 98%) que los genes de la insulina del humano y la gallina (idénticos en creca de 64%), lo que refleja que los humanos y los chimpancés están más cercanamente relacionados que los humanos y las gallinasc.

Evidencia de la evolución: biogeografía

La distribución geográfica de los organismos sobre la Tierra sigue patrones que se explican mejor por medio de la evolución, en combinación con el movimiento de las placas tectónicas, a lo largo del tiempo geológico. Por ejemplo, los grandes grupos que ya habían evolucionado antes de la ruptura del supercontinente Pangea (hace unos 200 millones de años) tienden a tener una distribución mundial. En cambio, los grupos que evolucionaron después de la ruptura suelen aparecer solo en regiones más pequeñas de la Tierra. Como ejemplo tenemos a grupos de plantas y animales en los continentes del norte y del sur, que pueden ser rastreados hasta la división de Pangea en dos supercontinentes (Laurasia en el norte y Gondwana en el sur).
Crédito de imagen: "Collage de marsupiales" de Aushulz, CC BY-SA 3.0
La evolución de especies únicas en las islas es otro ejemplo de la intersección entre evolución y geografía. Por ejemplo, la mayoría de las especies de mamíferos en Australia son marsupiales (llevan a sus crías en una bolsa), mientras que la mayoría de las especies de mamíferos en cualquier otra parte del mundo son placentarios (nutren a sus crías mediante una placenta). Las especies marsupiales australianas son muy diversas y llenan una gran variedad de funciones ecológicas. Estas especies pudieron evolucionar sin competencia (ni intercambio) con el resto de las especies de mamíferos en el mundo gracias a que Australia estuvo aislada por el mar durante millones de años.
Los marsupiales australianos, los pinzones de Darwin en las Galápagos y muchas especies de las islas hawaianas solo se encuentran en sus hábitats isleños, pero están lejanamente relacionados con especies ancestrales en los continentes. Esta combinación de características refleja los procesos por los que evolucionan las especies isleñas. Con frecuencia evolucionan a partir de ancestros continentales (como cuando una masa de tierra se desprende del continente o una tormenta desvía a algunos individuos hacia las islas) y divergen (se vuelven gradualmente diferentes) al tiempo que se adaptan en aislamiento al ambiente isleño.

Evidencia de la evolución: registro fósil

Los fósiles son los restos preservados de organismos antes vivos o de sus vestigios, que provienen de un pasado lejano. Desgraciadamente, el registro fósil no están completo ni intacto: la mayor parte de los organismos jamás se fosilizan, e incluso los que sí se fosilizan rara vez son encontrados por seres humanos. De cualquier forma, los fósiles que hemos tenido la suerte de encontrar ofrecen pistas únicas de la evolución a lo largo de escalas de tiempo largas.
Crédito de imagen: "Estratos de roca, cresta E de Garish", de Chris Eilbeck, CC BY- SA 2.0
Para interpretar los fósiles correctamente, tenemos que saber qué tan antiguos son. Los fósiles suelen encontrarse dentro de capas de roca llamadas estratos, y los estratos proporcionan una especie de línea de tiempo en la que las capas superiores son más recientes y las más profundas son las más antiguas. Los fósiles que se encuentran en diferentes estratos de un mismo sitio pueden ordenarse por su posición y los estratos "de referencia" con características únicas pueden utilizarse para comparar las edades de los fósiles en diferentes localidades. Además, los científicos pueden datar los fósiles de manera aproximada mediante datación radiométrica, un proceso que mide el decaimiento radioactivo de ciertos elementos.
Los fósiles documentan la existencia de especies ahora extintas, lo que muestra que diferentes organismos han vivido en la Tierra durante distintos periodos de tiempo en la historia del planeta. También pueden ayudar a los científicos a reconstruir las historias evolutivas de las especies actuales. Por ejemplo, algunos de los fósiles más estudiados son los del linaje del caballo. Con estos fósiles, los científicos han podido reconstruir un "árbol de familia" extenso y ramificado de los caballos y sus parientes extintos. Los cambios en el linaje que conducen a los caballos modernos, como la reducción de los dedos de las patas a pezuñas, pueden reflejar adaptaciones a cambios en el medio ambiente.
Crédito de imagen: "Evolución de los equinos", de H. Zell, CC BY-SA 3.0

Resumen

Los biólogos utilizan muchos tipos de evidencia para rastrear los cambios evolutivos que ocurren durante largos períodos de tiempo. Por ejemplo:
  • Los rasgos físicos homólogos compartidos entre las especies pueden proporcionar evidencia de una ancestría común (pero tenemos que estar seguros que realmente son homólogos y no el resultado de evolución convergente).
  • Las semejanzas y diferencias entre las moléculas biológicas (en la secuencia de ADN, por ejemplo) pueden ser utilizadas para determinar el parentesco entre especies.
  • Los patrones biogeográficos proporcionan pistas sobre la manera como las especies, tanto vivas como extintas, se relacionan entre sí.
  • El registro fósil, aunque incompleto, proporciona información valiosa acerca de las especies que existieron en determinados momentos de la historia de la Tierra.

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