Origen de la vida
El universo tiene unos 20 000 millones de años (Big Bang). La Tierra se formó hace unos 4500 millones de años. La atmósfera primitiva tenía vapor de agua, metano, dióxido de carbono y amoníaco, pero nada de oxígeno libre. La luz ultravioleta y los rayos aportaban energía.
- Creación especial: la vida surgió por un acto divino (no se puede comprobar).
- Panspermia: las 'semillas' de la vida llegaron del espacio.
- Generación espontánea: la vida nace de materia en descomposición. Louis Pasteur la refutó con matraces de cuello de cisne: el caldo hervido se mantuvo sin microbios.
- Evolución química (Oparin–Haldane): moléculas inorgánicas sencillas → moléculas orgánicas (aminoácidos, azúcares, bases) → moléculas más grandes → primeras formas parecidas a células.
Experimento de Miller y Urey (1953)
Stanley Miller cerró CH₄, H₂, NH₃ y vapor de agua en un matraz a 800 °C y les pasó chispas eléctricas. Después de una semana encontró aminoácidos. Otros obtuvieron azúcares, bases, pigmentos y grasas en montajes parecidos. La primera vida no celular apareció probablemente hace unos 3000 millones de años como moléculas que se copiaban a sí mismas (ARN), y las primeras células, hace unos 2000 millones de años, vivían en el agua.
Pruebas de la evolución
- Paleontología (fósiles): las rocas de distintas edades contienen distintas formas de vida; las capas más antiguas tienen formas más simples. Los fósiles muestran vida extinguida y eslabones entre grupos.
- Órganos homólogos (mismo plan, distinta función) muestran evolución divergente: extremidades anteriores de ballena, murciélago, guepardo y ser humano (húmero, radio, cúbito, carpianos…); corazones y cerebros de vertebrados; la espina de la buganvilla y el zarcillo de la calabaza (ambos son tallos modificados).
- Órganos análogos (distinto plan, misma función) muestran evolución convergente: alas de mariposa y de ave; ojo del pulpo y de los mamíferos; aletas del pingüino y del delfín; batata (raíz) y patata (tallo).
- Embriología: todos los embriones de vertebrados tienen hendiduras branquiales. La idea de Haeckel de que los embriones repiten los adultos de sus antepasados fue rechazada por von Baer: los embriones nunca pasan por las etapas adultas de otros animales.
- Semejanza molecular: proteínas y genes parecidos (por ejemplo el citocromo c, el ADN) en organismos emparentados.
- Evolución que vemos hoy: melanismo industrial en las polillas del abedul cerca de las fábricas de Inglaterra; resistencia a herbicidas, pesticidas y antibióticos; selección artificial en perros, ganado y cultivos.
Darwin, Lamarck y de Vries
Lamarck decía que los órganos cambian por el uso y el desuso, y que esos cambios se heredan (por ejemplo, la jirafa que estira el cuello). Esto no se confirma: los cambios adquiridos no se heredan.
Charles Darwin viajó en el H.M.S. Beagle y observó pinzones, tortugas y fósiles. Junto con Alfred Wallace (archipiélago malayo) formuló la teoría de la selección natural:
- Los organismos producen muchas más crías de las que pueden sobrevivir (sobreproducción).
- Los recursos son limitados, así que hay una lucha por la existencia.
- Los individuos varían; algunas variaciones se heredan.
- Los que tienen variaciones útiles sobreviven y se reproducen más (eficacia biológica = éxito reproductivo).
- Tras muchas generaciones, las variaciones útiles se extienden y se forman nuevas especies (descendencia con ramificación).
Hugo de Vries trabajó con la onagra y dijo que los cambios grandes y bruscos, las mutaciones, causan la evolución (saltacionismo), a diferencia de las variaciones pequeñas y graduales de Darwin.
Teoría sintética moderna
Darwin no sabía nada de los genes. La teoría sintética moderna une la selección natural de Darwin con la genética de Mendel y los estudios de poblaciones. Evolución = cambio en las frecuencias alélicas del acervo génico de una población a lo largo de las generaciones.
Cinco factores cambian las frecuencias alélicas: mutación, recombinación genética, flujo génico (migración), deriva genética y selección natural. Después, el aislamiento (geográfico o reproductivo) mantiene separados a los grupos, y así se convierten en nuevas especies.
Mutación, recombinación y tipos de selección natural
- Mutación: aparece un alelo nuevo por un cambio en el ADN. Es la primera fuente de toda variación nueva. El experimento de réplica en placa de Lederberg mostró que las mutaciones de las bacterias surgen antes de encontrarse con el fármaco; el fármaco solo las selecciona.
- Recombinación: el entrecruzamiento en la meiosis y la fecundación al azar mezclan los alelos en combinaciones nuevas.
Tres tipos de selección natural (piensa en una gráfica en forma de campana)
- Estabilizadora: se favorece el tipo medio; se eliminan los dos extremos. La gráfica se hace más estrecha y alta. Ejemplo: los bebés humanos con peso de 3–3.5 kg al nacer sobreviven mejor.
- Direccional: se favorece un extremo; el pico se desplaza. Ejemplo: polillas oscuras cerca de las fábricas, resistencia a antibióticos.
- Disruptiva: se favorecen los dos extremos y se elimina el centro; se forman dos picos. Ejemplo: aves con picos muy pequeños o muy grandes en islas donde solo hay semillas pequeñas o duras.
Flujo génico y deriva genética
Flujo génico (migración): los individuos se mueven entre poblaciones y llevan sus alelos. Hace que las poblaciones se parezcan más.
Deriva genética: cambio al azar en la frecuencia de un alelo, más fuerte en poblaciones pequeñas. No depende de si el alelo es útil.
- Efecto fundador: unos pocos individuos inician una población nueva (por ejemplo en una isla); sus alelos, por casualidad, se vuelven comunes.
- Cuello de botella: un desastre mata a la mayor parte de una población; los supervivientes llevan un conjunto de alelos al azar y más pequeño (por ejemplo, los guepardos tienen muy poca variedad genética).
Principio de Hardy–Weinberg
En una población grande con apareamiento al azar, y sin mutación, flujo génico, deriva ni selección, las frecuencias de alelos y de genotipos se mantienen iguales de una generación a la siguiente. Esto se llama equilibrio genético.
Si el alelo A tiene frecuencia p y el alelo a tiene frecuencia q:
- p + q = 1
- (p + q)² = p² + 2pq + q² = 1, donde p² = AA, 2pq = Aa, q² = aa.
Cómo resolver un problema
- Halla q² a partir de la fracción recesiva (aa).
- q = √q². Después p = 1 − q.
- Portadores (Aa) = 2pq. Homocigotos dominantes (AA) = p².
Si los números observados son distintos de estas predicciones, la población está evolucionando: actúa uno de los cinco factores.
Radiación adaptativa
Cuando un grupo ancestral se extiende a muchos hábitats distintos y da origen a muchas especies, cada una adaptada a su lugar, se llama radiación adaptativa (un tipo de evolución divergente).
- Pinzones de Darwin (Galápagos): de antepasados que comían semillas surgieron pinzones insectívoros e incluso vegetarianos, con picos de formas distintas.
- Marsupiales de Australia: de un solo antepasado salieron el canguro, el koala, el wombat, el topo marsupial, el lobo de Tasmania, el petauro del azúcar y más.
- Cuando dos radiaciones separadas producen formas parecidas en continentes distintos (lobo placentario y lobo de Tasmania, ardilla voladora y petauro volador), se muestra la evolución convergente.
Una breve historia de la vida
Peces sin mandíbula (hace unos 350 millones de años) → peces de aletas lobuladas como el celacanto → anfibios → reptiles (hace unos 200 millones de años, dinosaurios) → aves y mamíferos. Las plantas pasaron del agua a la tierra: algas → helechos → gimnospermas → angiospermas.
Evolución humana
| Forma | Tiempo (hace años) | Cerebro (cc) | Rasgo clave |
|---|---|---|---|
| Dryopithecus, Ramapithecus | ~15 millones | — | peludos, caminaban como los simios; Ramapithecus más parecido al humano |
| Australopithecus | ~2 millones | ~450 | praderas de África oriental, armas de piedra, comía fruta |
| Homo habilis | ~2 millones | 650–800 | primer ser parecido al humano, probablemente no comía carne |
| Homo erectus | ~1.5 millones | ~900 | comía carne |
| Hombre de Neandertal | 100 000–40 000 | ~1400 | enterraba a sus muertos, vivió en Oriente Próximo y Asia central |
| Homo sapiens | 75 000–10 000 | ~1450 | surgió en África, se extendió por los continentes, arte rupestre hace ~18 000 años, agricultura hace ~10 000 años |
Los humanos no venimos de los chimpancés actuales; ambos compartimos un antepasado común. Las tendencias principales: cerebro más grande, caminar erguidos, mandíbulas y dientes más pequeños, herramientas, lenguaje y cultura.
Fórmulas y definiciones clave
- p + q = 1
- p² + 2pq + q² = 1 (AA + Aa + aa)
- q = √(fracción de individuos recesivos aa)
- Frecuencia de portadores (Aa) = 2pq
- Frecuencia del alelo A = (2 × AA + Aa) ÷ (2 × total de individuos)
Ejemplos resueltos
1. En una población, p = 0.7. Halla q y las fracciones de AA, Aa y aa.
Paso 1: q = 1 − 0.7 = 0.3. Paso 2: AA = p² = 0.49. Paso 3: Aa = 2pq = 2 × 0.7 × 0.3 = 0.42. Paso 4: aa = q² = 0.09. Comprobación: 0.49 + 0.42 + 0.09 = 1.
2. En un grupo de 1000 personas, 90 no pueden doblar la lengua en U (recesivo, aa). Halla q y p.
Paso 1: q² = 90/1000 = 0.09. Paso 2: q = √0.09 = 0.3. Paso 3: p = 1 − 0.3 = 0.7.
3. Con el ejemplo anterior, ¿cuántas de las 1000 personas son portadoras (Aa)?
Paso 1: 2pq = 2 × 0.7 × 0.3 = 0.42. Paso 2: 0.42 × 1000 = 420 portadoras.
4. Una población tiene 360 AA, 480 Aa y 160 aa. Halla la frecuencia del alelo A.
Paso 1: Total de alelos = 2 × 1000 = 2000. Paso 2: alelos A = 2 × 360 + 480 = 1200. Paso 3: p = 1200/2000 = 0.6, así que q = 0.4.
5. ¿Está en equilibrio de Hardy–Weinberg la población de 360 AA : 480 Aa : 160 aa?
Paso 1: Con p = 0.6 y q = 0.4, lo esperado es AA = 0.36, Aa = 0.48, aa = 0.16. Paso 2: Lo observado, 0.36, 0.48 y 0.16, es igual. Respuesta: sí, está en equilibrio.
6. Una enfermedad recesiva aparece en 1 de cada 10 000 bebés. ¿Qué fracción de la gente es portadora?
Paso 1: q² = 1/10000, así que q = 0.01. Paso 2: p = 0.99. Paso 3: 2pq = 2 × 0.99 × 0.01 = 0.0198 ≈ 2 %, es decir, cerca de 1 de cada 50 personas.
7. Una población tiene 16 % de aa. El año siguiente tiene 9 % de aa, sin migración. ¿Qué indica esto?
Paso 1: q cambió de √0.16 = 0.4 a √0.09 = 0.3. Paso 2: La frecuencia alélica cambió, así que la población no está en equilibrio. Paso 3: Está actuando algo como la selección contra aa (o la deriva, si es pequeña): la población está evolucionando.
Errores comunes
- Decir que 'supervivencia del más apto' significa que sobrevive el más fuerte. La eficacia biológica consiste en dejar más crías, no en la fuerza.
- Sacar la raíz cuadrada de la fracción dominante para obtener p. Empieza siempre por la fracción recesiva aa: q = √q².
- Pensar que los humanos evolucionamos de los chimpancés. Compartimos un antepasado común.
- Confundir órganos homólogos y análogos. Misma estructura, distinta función = homólogos (divergentes); distinta estructura, misma función = análogos (convergentes).