La adaptacion biologica en la tierra





adaptacion biologica

Conceptos Biologicos

 

Adaptación (biología)

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INTRODUCCIÓN

Adaptación (biología), característica que ha desarrollado un organismo mediante selección natural a lo largo de muchas generaciones, para solventar los problemas de supervivencia y reproducción a los que se enfrentaron sus antecesores.

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QUÉ SON LAS ADAPTACIONES

Chupasavias de pecho amarillo

Chupasavias de pecho amarillo

Miembro de la familia del pájaro carpintero, esta ave es una especie migratoria que llega hasta Panamá, al sur, y hasta el sureste de Alaska o Terranova, al norte. Taladra pequeños orificios en los troncos de los árboles y extrae de ellos la savia con su larga lengua terminada en cepillo. El chupasavias de pecho amarillo come también bayas, así como insectos que llegan atraídos por la savia.

Shattil and Rozinski/Oxford Scientific Films/BBC Natural History Sound Library. Reservados todos los derechos.

En sentido familiar, las adaptaciones son aquellos aspectos llamativos del mundo de los seres vivos, que como Darwin señaló acertadamente “con razón provocan nuestra admiración”. Los organismos y todas sus partes tienen un sentido de intencionalidad, una complejidad muy organizada, precisión y eficacia, y una ingeniosa utilidad.

Uno de los ejemplos favoritos de Darwin era el pico y la lengua del pájaro carpintero, magníficamente ideados para extraer los insectos enterrados en la corteza de los árboles, y los no menos impresionantes mecanismos del cerebro y de la conducta, que aseguran que la víctima obtenida con tanta dificultad es del agrado del pájaro carpintero. O asombrarnos ante las llamadas de peligro de algunos monos, que son diferentes dependiendo de si el depredador es una pitón, un águila, o un leopardo, con respuestas distintas de los que las reciben, que miran hacia abajo, arriba, o corren hacia los árboles. O contrastar el sutil moteado de un insecto camuflado, con los colores llamativos de especies estrechamente relacionadas que mimetiza la librea de un grupo de animales nocivos. O pensar en la sensatez de la hembra urogallo rechazando pretendientes que tienen cicatrices visibles de parásitos, y de las hembras de ratón que prefieren el olor de los machos sin parásitos. O en la legra del pene de un caballito del diablo, hábilmente concebido para desplazar el esperma rival antes de que el propietario lo deposite. O en las increíbles condiciones ambientales de los montículos de las termitas, que mantienen una temperatura constante a pesar de los días calurosos y noches heladas de la sabana. O en las orquídeas que atraen polinizadores por su increíble parecido a las abejas hembra dejando su polen sobre el dorso de su defraudado visitante.

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CÓMO SE PRODUCE LA ADAPTACIÓN: SELECCIÓN NATURAL

Pinzones de las Galápagos

Pinzones de las Galápagos

Se cree que las 14 especies de pinzón que habitan en las islas Galápagos han evolucionado a partir de una sola, próxima a Volatinia jacarina, abundante en la costa pacífica de América del Sur. Es posible que este pinzón ancestral, de pico cónico, corto y robusto, especializado en romper semillas, emigrara desde el continente a las islas. Sus descendientes, que en su nuevo destino podían explotar unos recursos que en tierra habían de compartir con otras aves como picos y buscarlas, se adaptaron para cubrir todos los hábitats (árboles, cactus, suelo abierto) y alimentos (semillas, cactus, frutos, insectos) disponibles. El tamaño y la forma de los picos reflejan su especialización.

Darwin consideró de forma acertada la adaptación como el problema central que tenía que resolver cualquier teoría de la evolución. Y su teoría de la selección natural lo conseguía con creces. Para ésta, la adaptación se produce a través de la selección natural, gradualmente, de forma acumulativa, ajustadas por fuerzas selectivas en ambientes que han cambiado durante millones de años.

3.1

Genes y fenotipos

La selección natural actúa sobre los genes y las propiedades a las que dan lugar. Los genes están indefensos frente a la selección natural. Representan colas, pieles, músculos, conchas; la capacidad de correr con rapidez, de camuflarse, de atraer a la hembra, de construir un buen nido. Estas propiedades se denominan fenotipos o el efecto fenotípico de los genes. Las diferencias respecto a los genes dan lugar a diferencias en los efectos fenotípicos. La selección natural actúa sobre los genes a través de los fenotipos: los genes se perpetúan en la medida en que dan lugar a fenotipos que presentan ventajas selectivas sobre otros fenotipos competidores. Estos genes se mantendrán en las generaciones sucesivas en proporción al valor selectivo de sus efectos fenotípicos, es decir, según la virtud de las características (o adaptaciones) que proporcionan.

De modo que se pueden considerar las adaptaciones como fenotipos que favorecen la replicación de los genes que dan lugar a éstas, es decir, como mecanismos que resuelven problemas específicos, razón por la que aumenta la replicación de los genes responsables de esos mecanismos.

3.2

Fenotipos ampliados

Los efectos fenotípicos de los genes no se limitan al cuerpo, cerebro o pensamiento de los organismos que albergan el gen. Estos pueden extenderse más allá del organismo. Pensemos en el comportamiento paralizado de un pájaro que anida o de una araña que teje su tela, de los genes en los cucos manipulando a sus padres embaucados; en los de anfípodos (criaturas del tipo de los camarones), que se vuelven muy llamativos para los depredadores y constituyen el siguiente paso en el ciclo vital de sus parásitos, conducta fatal para ellos pero muy buena para el parásito.

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CÓMO SE CREA LA CARACTERÍSTICA: SELECCIÓN DARWINIANA

Mecanismos de adaptación

Mecanismos de adaptación

Las aves y otros animales insectívoros evitan a la mariposa monarca (derecha) que, por alimentarse de euforbias, es amarga. Aunque la mariposa ninfa (izquierda) carece del gusto amargo de la monarca, los depredadores, confundidos por su semejanza externa, también la evitan.

J.A.L. Cooke/Oxford Scientific Films

La selección natural implica cambios aleatorios (errores de copia durante la replicación). Influidos por fuerzas ambientales, éstos prosperan o se pierden en las sucesivas generaciones dependiendo de cómo encajen en el ambiente.

Este proceso de variación, selección y diferenciación aleatorias no está limitado a la selección natural. De hecho, se sabe que es el único proceso mediante el cual la creación surge en ausencia de un creador, y de forma natural sin intervención inteligente. Darwin (y su coodescubridor Wallace) elaboraron un método de lo que hoy se reconoce que es una solución clásica al problema de explicar cualquier resultado que simule un plan deliberado.

4.1

Teleología como ciencia

Las adaptaciones tienen un sentido de creación tan destacado y complejo que hasta el desarrollo de la teoría de la selección natural fueron esgrimidas como pruebas de la existencia de Dios. Esto era la Teleología improductiva, asumiendo resoluciones donde no las había. Pero Darwin y Wallace despojaron a las explicaciones teleológicas de su misterio y las convirtieron en asequibles para la ciencia. Ellos probaron que determinados cambios que se producen en los organismos, considerados como proezas, podían ser explicados mediante sencillas leyes naturales.

4.2

Azar

Antes del descubrimiento de Darwin, la única solución alternativa a la existencia de un creador todopoderoso era la reivindicación de que las adaptaciones se habían producido al azar. Pero esto es insuficiente para explicar su exquisita organización. Efectivamente, podemos pensar en las adaptaciones como en máquinas muy complejas, como en diseños de extraordinario funcionamiento a los que no es posible haber accedido por azar. Donde la selección natural actúa desde el caldo primitivo a orquídeas y caballitos del diablo a través de millones de pequeños cambios, cada uno no muy diferente del anterior, la evolución fortuita precisará de un salto único desde el caldo primitivo hasta organismos de funcionamiento sofisticado, en un sólo suceso improbable.

El azar juega un papel en la evolución. Este elemento, por ejemplo, existe en las mutaciones. Y, por supuesto, existe la ocurrencia de accidentes. Y de acuerdo con la teoría neutral de la evolución molecular, las reglas del azar provocan un cambio a nivel molecular y genético (aunque sin dar lugar a efectos fenotípicos). Aunque, sin embargo, remotas casualidades puedan modelar los organismos, esto no puede justificar las adaptaciones, o las características creadas de los seres vivos. No todo lo referente a un organismo es producto de la selección natural. Pero sí todo lo referido a la adaptación.

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CÓMO COMPRENDER LOS PROPÓSITOS: CONSTRUCCIÓN INVERSA

Albatros viajero

Albatros viajero

El albatros viajero, una de las aves mayores del mundo, tiene una envergadura de 3,4 m que le permite recorrer enormes distancias mar adentro. El albatros, cuya distribución está en general limitada entre 45 y 70º de latitud S, se alimenta de crustáceos, calamares y pescado, tanto de día como de noche. Vive hasta 30 años y no cría hasta los 15, edad a la que la hembra pone un único huevo que incuba durante 65 a 79 días.

Ben Osborne/Oxford Scientific Films/Library of Natural Sounds, Cornell Laboratory of Ornithology. Reservados todos los derechos.

Sabemos que una adaptación tiene un sentido de utilidad referido a algún propósito. ¿Cómo podemos descubrir cuál es su fin? El truco es considerar la adaptación como si fuera un objeto diseñado. Lo analizamos como si fuera un artefacto y tratamos de encontrar los principios de creación que nos conducen a él. Esta es una herramienta de estudio común a muchas profesiones y se conoce por construcción inversa. Imagine que es un constructor de aviones que desea plagiar otro de una compañía rival. Estudiaría su producto y ante cada característica planificada en apariencia se preguntaría el por qué y trataría de descubrir qué es lo que sus diseñadores tenían en mente.

Ahora consideremos aves que vuelan. El análisis aerodinámico de las alas de los buitres demuestra que su gran área de superficie y sus bordes con muescas están diseñadas para planear. Por el contrario, la estrechez y los bordes lisos de las alas de los albatros son prueba de que su propósito es el vuelo de navegación.

En este caso, nosotros ya sabemos que los buitres planean y los albatros navegan. Pero la insistencia sobre dichos porqués son de gran ayuda para descubrirlas. Consideremos la variación de las bandas de las conchas de ciertos caracoles terrestres, algunas oscuras (bandeadas) y otras claras (sin bandas). Para nosotros, estas criaturas habitan en idénticos medios. Pero la construcción inversa sugiere la búsqueda de diferencias. Y éstas revelan que las conchas oscuras absorben más energía solar que las claras: los caracoles bandeados son adecuados para los microclimas fríos y sombríos, pero susceptibles de morir por calor excesivo en lugares cálidos y soleados. De modo que tipo de caracol habita las áreas a cuyas condiciones climáticas se adaptan con más facilidad. Ahora, consideremos el descubrimiento de una entidad funcional desconocida con anterioridad: las endorfinas. Se había encontrado que existían receptores cerebrales humanos específicos para la morfina, un potente analgésico comercial. La construcción inversa propuso la búsqueda de una sustancia que nuestro cuerpo produciría de forma natural, a la que los receptores respondían antes del uso de la morfina. Y por esta razón se halló la endorfina, una morfina de fabricación endógena. Por último, consideraremos unas especies de anfípodos de la Antártida que, durante mucho tiempo, capturan caracoles y los transportan sobre su dorso. Las investigaciones revelan que esta conducta, aparentemente estrafalaria, era de protección: los peces depredadores evitaban los anfípodos portadores de caracoles y los soltaban si los capturaban por descuido.

Hasta hace poco, nosotros podíamos construir en sentido contrario sólo el producto final, la adaptación no el lento y acumulado trabajo de millones de años que la había producido. En la actualidad las simulaciones por medio de equipos informáticos pueden mostrarnos la evolución de este trabajo. La determinación de los caminos seguidos es una parte importante para completar el análisis funcional.

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ARCHIVOS VIVIENTES DE AMBIENTES PASADOS

Estructuras análogas y homólogas

Estructuras análogas y homólogas

Las estructuras similares por su origen evolutivo, como los huesos del antebrazo de humanos, aves, delfines y elefantes, se llaman homólogas. Las que han evolucionado de forma independiente para realizar funciones similares se llaman análogas. Las alas análogas de aves, murciélagos e insectos, por ejemplo, tienen distinto origen embriológico, pero todas están diseñadas para volar.

Podemos considerar a los organismos como parte integrante del medio en el que sus antecesores vivieron y se reprodujeron. Las adaptaciones nos permiten reconstruir las condiciones en las que los antepasados evolucionaron, ya que la adaptación implica la incorporación de información acerca del mundo. Las fuerzas selectivas suponen una información vital, con frecuencia muy detallada, respecto a los aspectos estables y duraderos del medio de un organismo. Las adaptaciones son soluciones, adoptadas por la selección natural, frente a problemas muy específicos, determinados por las regularidades del medio a las que se enfrentaron los antecesores de un organismo durante la evolución de su especie; un medio que es físico, químico, evolutivo, ecológico y social. De esta forma, un organismo hereda de sus progenitores un modelo de los aspectos de su mundo, de su enfrentamiento con su entorno, o más bien, con su mundo y con sus antecesores más lejanos. Esto es un archivo de sus ambientes ancestrales.

Evolución convergente

Evolución convergente

Aunque los mamíferos marsupiales poblaron en otra época todas las masas continentales, sólo han conservado la diversidad en la aislada región de Australasia, donde han evolucionado hasta ocupar los mismos nichos ecológicos que en otros lugares ocupan los placentados o placentarios, desde los arborícolas devoradores de hojas hasta los insectívoros ciegos. El lobo de Tasmania, ya extinguido, recuerda mucho a los Cánidos de otros continentes. También han evolucionado en paralelo los hormigueros marsupiales y placentados, el marsupial volador y la ardilla voladora, así como las marmotas marsupial y placentada. En esta ilustración, los placentados ocupan la fila superior y sus equivalentes marsupiales la inferior.

La construcción inversa explica el diseño exacto de las alas de los buitres y de los albatros. A la inversa, un marciano que nunca hubiera visto pájaros de la tierra podría deducir de sus alas las distintas condiciones atmosféricas en las que se utilizan, para planear, a favor de las corrientes de aire, y para navegar, con movimiento horizontal de aire, aunque con una velocidad desigual. Esta información exacta queda reflejada en las alas a través de una interacción entre los antecesores de los pájaros y su medio ambiente.

Por lo tanto, la construcción inversa (el análisis de las soluciones adaptativas) y la reconstrucción del medio ambiente (el análisis de problemas adaptativos) son complementarios. Son aspectos interdependientes de la comprensión de las adaptaciones.

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LAS LIMITACIONES DE LAS EXPLICACIONES ADAPTATIVAS

Existen ciertas limitaciones para considerar a los seres vivos como una acumulación de adaptaciones. Es obvio que no podemos esperar la perfección, ni que todas las características de un organismo sean fruto de adaptaciones.

Después de todo, existen lagunas temporales: los organismos heredan adaptaciones no de su propio entorno sino de aquellos entornos de sus generaciones anteriores, tal vez muy diferentes; algunas frutas que todavía existen están adaptadas para ser dispersadas por animales extinguidos. Existen también soluciones fantasmas para problemas que ya han desaparecido, como los órganos vestigiales y rudimentarios. Entonces, existen más imperativos sistemáticos de la historia: un diseñador adiestrado, al considerar el comportamiento de la selección natural, podría ser movido a advertir al viajero despistado: “Si yo fuese tú, no empezaría desde aquí”. Debido a que el punto de partida son las variaciones aleatorias que se imponen como soluciones más apropiadas para las generaciones previas, los resultados obtenidos llevan la señal de ser lo mejor con los elementos disponibles. De modo que la historia nos deja un legado de cambios de función, con nuevas adaptaciones que se han renovado desde que se produjeron las primeras; el pulmón primitivo probablemente se convirtió en una cámara de flotación. Y cada solución debe trabajar a corto plazo, en cada etapa. La selección natural no elaboró estructuras en el cámbrico con el propósito de que fueran adecuadas en el cretácico. Lo que es más, todas las adaptaciones son intercambios porque resultan del equilibrio entre demandas que compiten. Por tanto, cuando surge una adaptación, ésta conlleva pérdidas aunque suponga una acumulación de beneficios. Las adaptaciones tienen consecuencias inintencionadas, efectos fenotípicos secundarios. Por último, la herencia puede manifestarse de forma atípica y tal vez no adaptativa fuera del entorno habitual del organismo; las arañas que se alimentan de marihuana, bencedrina, cafeína e hidrato de cloral, tejen telas de araña deformadas.

No existen algoritmos para decidir cuándo una característica es una adaptación. Pero existen algunas reglas muy eficaces a tener en cuenta. No recurrir a las adaptaciones cuando la física es suficiente; cómo explicar mediante adaptación por qué los peces voladores brincan fuera del agua y no caen de espaldas. No invocar a la adaptación cuando el desarrollo sea suficiente; la asimetría de la gran pinza del cangrejo macho requiere una explicación adaptativa, pero no la simetría de la de su pareja. No acogerse a la adaptación cuando una característica es consecuencia de otra adaptación; si una adaptación para la alimentación explica la forma del pico de un pájaro, no expliquemos ésta también como una adaptación para acicalarse.

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EL NÚCLEO DEL PENSAMIENTO ADAPTACIONISTA

En el siglo XVIII el filósofo David Hume escribió una hermosa frase referida a las adaptaciones: “Todos los hombres que alguna vez las hayan contemplado quedan prendados de ellas”. En décadas recientes, ha existido una tendencia de impasibilidad e incapacidad de admiración, una corriente antiadaptacionista para restar importancia, tanto a la profundidad como el ingenio de las adaptaciones. Sin embargo, comprender la adaptación es fundamental para la biología, un concepto indispensable. Y cuando se la aprecia, uno es capaz de ser seducido por la teoría de la selección natural de Darwin, la única explicación racional de cómo se han producido las adaptaciones.

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