La selección como elemento de cambio evolutivo

En biología se asume que diferentes tipos de plantas y animales tienen su origen en otros tipos que existían con anterioridad y que las diferencias que van apareciendo se deben a modificaciones surgidas en las generaciones sucesivas. Ésta es la teoría de la evolución, una de las piedras angulares de la biología moderna.

Prácticamente todas las formas de vida son fruto de un proceso evolutivo. Las criaturas vivas descienden de ancestros comunes. Así, mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces comparten un antecesor acuático común: un tipo de animal vermiforme que vivió hace unos 600 millones de años.

Antes se puede encontrar un antecesor común a plantas y animales a partir de organismos similares a las bacterias y cuyo origen se ha establecido hace unos tres mil millones de años. La evolución biológica implica que, a partir de esos ancestros comunes y a lo largo del tiempo, distintas modificaciones van dando lugar a la gran diversidad de organismos vivos actuales: hoy en día existen más de dos millones de especies identificadas y descritas y, según las estimaciones, al menos entre diez y treinta millones aún sin identificar.

Durante el siglo xix, el naturalista británico Charles Darwin ofreció una explicación científica correcta, aunque incompleta, del proceso de evolución. La parte fundamental de esta explicación reside en el concepto de selección natural. Esta idea presupone que aquellos individuos que estén mejor dotados, por ejemplo los más rápidos, los mejor adaptados al frío o los que posean una mejor visión, sobrevivirán con mayor facilidad y tendrán más descendencia que los individuos menos favorecidos. Durante el siglo xx el nacimiento de otra disciplina científica, la genética, condujo al desarrollo de una teoría modificada de la evolución, inspirada en Darwin pero de mayor amplitud.

Teorías de la evolución

En el pasado, numerosas culturas desarrollaron explicaciones propias acerca del origen del mundo y de los distintos seres vivos. Una de las más extendidas, inspirada por la fe religiosa, preconiza que el origen de toda creación es Dios. La idea de que los organismos pueden sufrir cambios debido a procesos naturales no fue investigada como hecho biológico durante la Edad Media en Occidente. Sin embargo, algunos personajes destacados, como santo Tomás de Aquino, ya observaron esa posibilidad.

Entre las primitivas explicaciones que el hombre dio asu propio origen figuraba la de la creación divina. Así lo muestra esta página de la Biblia de Nuremberg de 1493: Dios, después de crear las plantas y los animales, dio vida al primer hombre, y de su costilla nació la primera mujer.

La idea de la evolución, y en particular la creencia en los cambios progresivos en los seres humanos, se hizo evidente para los naturalistas franceses del siglo xviii. Aquellas teorías pioneras no conducían, sin embargo, necesariamente a la teoría de la evolución darvinista. Algunos autores propusieron una hipótesis de la generación espontánea, según la cual los organismos podían nacer «de la nada». En su celo teórico llegaron a proponer recetas para «crear» organismos a partir de ingredientes relativamente sencillos.

En aquel tiempo se habló también de la extinción de los organismos como parte de una teoría general acerca del origen de la vida. No obstante, todavía no se concebía la transformación de una especie en otra diferente debido a causas naturales conocidas. El francés Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon, se situó entre los primeros naturalistas que consideró la posibilidad de que especies diferentes tuvieran antecesores comunes.

A principios del siglo xix, el francés Jean-Baptiste Lamarck elaboró las bases de una teoría completa de la evolución. En ella indicaba que las distintas especies de seres vivos representaban los estados de un proceso evolutivo en el cual los seres humanos se encontraban en la parte superior. Según estas ideas, los organismos evolucionaban a lo largo de los siglos desde formas más primitivas a otras más evolucionadas hasta culminar su desarrollo con la forma humana.

Lamarck observó, entre otros aspectos, que el uso de un órgano o estructura provoca su desarrollo, mientras que la inactividad deriva en su pérdida. De acuerdo con esta teoría, las características adquiridas por el uso o desuso eran heredadas por los descendientes. Denominó a este fenómeno heredabilidad de las características adquiridas, una hipótesis que más adelante se comprobaría errónea. Aunque equivocada, la teoría de Lamarck contribuyó de modo importante a la aceptación general de la idea de una evolución biológica y al desarrollo de estudios futuros.

El siguiente hito decisivo en la historia de las teorías de la evolución se produjo a raíz de los estudios de un joven viajero e investigador británico: Charles Darwin. Con novedad esencial con respecto a sus predecesores, Darwin introdujo en 1859 una idea luminosa: la de la importancia en el proceso de la selección natural, incluso para la especie humana.

En sus viajes por todo el globo a bordo del buque HSS Beagle, Darwin acumuló evidencias que demostraban el proceso de evolución, al determinar empíricamente que distintos organismos compartían antecesores comunes y que los seres vivos habían cambiado de manera espectacular a lo largo de la historia. Sin embargo, su contribución más importante fue proponer el concepto de que la naturaleza es materia en movimiento dirigida por leyes naturales.

La teoría de Darwin acerca de la selección natural se resume en su obra El origen de las especies. La idea central es la siguiente: son muchos más los individuos que nacen que los que pueden sobrevivir, de manera que existe una gran competencia por la supervivencia y por los recursos que la garantizan. Los individuos compiten con otros de su misma especie, y también lo hacen con los de especies diferentes en las siempre exigentes condiciones ambientales.

Durante miles de generaciones ocurren cambios que pueden favorecer o dificultar este desafío. Ello hace pensar que aquellos individuos que posean cualquier ventaja, por muy sutil que sea, frente a los demás, tendrán más posibilidades de sobrevivir y de reproducirse, perpetuando sus rasgos. Por otro lado, cualquier cambio que suponga una desventaja será rápidamente eliminado. Darwin llamó selección natural a este proceso por el cual se mantienen los cambios o variaciones positivos y se suprimen los perjudiciales.

Aunque básicamente correcta, la teoría de Darwin adolece de un problema importante. Acertada en la descripción de las observaciones, no había logrado ofrecer ninguna explicación acerca de cómo se heredan y perpetúan a lo largo de las generaciones esas variaciones positivas en las que se apoya la selección natural.

Los hallazgos e investigaciones durante su viaje de siete años alrededor del mundo en el HSS Beagle, cuya ruta se muestra en el mapa, sirvieron al británico Charles Darwin para confeccionar su teoría de la evolución de las especies. En la fotografía, retrato del científico realizado por John Collier.

Los hallazgos e investigaciones durante su viaje de siete años alrededor del mundo en el HSS Beagle, cuya ruta se muestra en el mapa, sirvieron al británico Charles Darwin para confeccionar su teoría de la evolución de las especies. En la fotografía, retrato del científico realizado por John Collier.

En 1866, un discreto monje checo, Gregor Mendel, publicó los principios fundamentales de la teoría de la herencia con sus experimentos sobre la transmisión entre distintas generaciones de guisantes de rasgos sencillos como el color o la textura. Ocultos durante varias décadas, los trabajos de Mendel fueron redescubiertos en los inicios del siglo xx y aportaron a la teoría de la evolución de Darwin un elemento que permitía explicar el fenómeno de la selección natural. Además, sirvieron de base al nacimiento de una de las disciplinas más activas de la actualidad: la genética.

El concepto de selección natural

La parte central de la teoría de la evolución de Darwin parte de la existencia de cambios o variaciones que pueden heredarse y transmitirse de una generación a otra. Estas variaciones naturales son «útiles» si elevan las posibilidades de supervivencia. Los cambios beneficiosos se mantienen y se multiplican generación tras generación, frente a los menos ventajosos o incluso contraproducentes. El resultado de este proceso es que el organismo se adapta mejor a su ambiente; la evolución es sólo una consecuencia de esta adaptación.

Darwin propuso una idea que se ha dado en llamar «supervivencia del más apto», según la cual los competidores más eficaces son los que sobreviven en la lucha por unos recursos siempre limitados. Sin embargo, la selección natural no solamente se produce como resultado de esta lucha entre individuos, sino también por aspectos ambientales (por ejemplo, los ejemplares que soportan mejor temperaturas extremas). En ocasiones, la selección natural no implica que los individuos vivan más sino, por ejemplo, que dejen más descendencia. La selección puede deberse a un aumento en la tasa de supervivencia, la fertilidad, el desarrollo, el proceso reproductivo o cualquier otro aspecto del ciclo vital.

Uno de los factores que intervienen en el proceso de selección natural es la adaptación fisiológica de las especies a un determinado entorno. Camellos y dromedarios en el desierto y pingüinos u osos polares en las zonas árticas se encuentran entre los casos más extremos de adaptación al medio.

Uno de los factores que intervienen en el proceso de selección natural es la adaptación fisiológica de las especies a un determinado entorno. Camellos y dromedarios en el desierto y pingüinos u osos polares en las zonas árticas se encuentran entre los casos más extremos de adaptación al medio.

Se entiende por evolución biológica el proceso de cambio y diversificación de los organismos vivos con el paso del tiempo. Afecta a todos los aspectos de sus vidas: aspecto externo, fisiología, comportamiento, etc. Como, al mismo tiempo, tienen lugar cambios en el material hereditario, en términos genéticos la evolución implica alteraciones en las características heredadas de los organismos.

Desde este punto de vista cabe interpretar la evolución como integrada por dos fases. Primero debe darse una variación «heredable» y, después, la selección elige aquellas variaciones genéticas que se transmitirán más eficazmente a la siguiente generación. Las variaciones hereditarias pueden aparecer como mutaciones espontáneas o debidas a las ingentes posibilidades que aporta el proceso de combinación entre las células sexuales femenina y masculina.

Por ejemplo, cada célula sexual producida por un ser humano es genéticamente diferente de cualquier otra. Por ello, y a excepción de los gemelos univitelinos, todas las personas son genéticamente diferentes. Lo mismo sucede en las demás especies que se reproducen sexualmente: cada individuo presenta una configuración genética que jamás podrá repetirse.

Esta enorme variabilidad genética presente en las poblaciones naturales ofrece oportunidades infinitas para que aparezcan cambios evolutivos como respuesta a las alteraciones en las condiciones ambientales y a las necesidades de los organismos. En todo caso, es importante comprender que cuanto mayores sean las variaciones genéticas más rápido será el ritmo de evolución de los individuos y de las especies.

La selección natural y el cambio evolutivo

Según se ha expresado, selección natural significa una mejor adaptación de los organismos al ambiente en el que viven. Cualquier variante genética que implique una mejor capacidad para sobrevivir y reproducirse en un ambiente concreto verá incrementada su frecuencia con el paso de las generaciones, ya que los organismos portadores de tal variante tendrán más descendientes que los que no la tengan.

Las variantes hereditarias, favorables o no, aparecen debido a mutaciones. Las desfavorables se suprimen mediante selección natural; no dejarán descendientes o los tendrán en menor número que otras alternativas. En cambio, las mutaciones beneficiosas se acumulan en las siguientes generaciones. El proceso prosigue de modo indefinido, ya que los ambientes en que viven los organismos sufren cambios permanentes. Así, confluyen variaciones físicas, como en el clima, y cambios biológicos, al aparecer diferentes depredadores, parásitos, competidores y fuentes de alimento.

Las mutaciones son procesos que ocurren al azar, independientemente del proceso de adaptación. Los cambios genéticos no parecen estar programados hacia ningún fin ni consecuencia. Si las mutaciones fueran el único proceso de cambio evolutivo, la vida terminaría por extinguirse, de igual modo que si un mecánico cambiara las piezas del motor de un coche y las volviera a colocar al azar no conseguiría hacerlo funcionar.

La selección natural se encarga de evitar este caos. Procesa y verifica cada uno de los cambios, favoreciendo y multiplicando las mutaciones beneficiosas y eliminando las nocivas. No sólo mantiene y mejora la organización de los seres vivos, sino que también participa en su diversidad. En diferentes lugares o circunstancias, beneficiará siempre a las características presentes en los organismos mejor adaptados.

Genética y selección natural

En la actualidad ha sido posible establecer una relación entre el proceso de evolución de los seres vivos y su dotación genética. Se ha descubierto así, por ejemplo, que la selección natural afecta a los distintos genotipos y fenotipos de los individuos de cada especie de diferentes maneras.

Cada gen de un individuo presenta dos partes o alelos. Uno se hereda del padre y el otro, de la madre. Cuando para un gen los dos alelos son iguales se denomina homocigoto; en caso contrario, es heterocigoto. En ocasiones la presencia de un genotipo homocigótico supone la presencia de una enfermedad, a veces mortal.

Mediante selección natural, esos individuos tienen una descendencia mucho más reducida que los heterocigotos, que no presentan el mal. Por tanto, puede decirse, grosso modo, que la selección actúa en contra de los homocigotos: existirá un equilibrio entre la aparición de nuevas mutaciones y la eliminación de individuos homocigotos.

Entre los seres humanos, un buen ejemplo de adaptación al medio lo constituye la pigmentación de la piel. Así, el fuerte sol tropical condiciona el predominio de los tonos oscuros en la piel de los habitantes de las áreas próximas al centro del globo, donde prevalecen la raza negra (mujer de una tribu nómada de Kenia) o las etnias indias de matices cobrizos (madre amerindia colombiana con su hijo).

Entre los seres humanos, un buen ejemplo de adaptación al medio lo constituye la pigmentación de la piel. Así, el fuerte sol tropical condiciona el predominio de los tonos oscuros en la piel de los habitantes de las áreas próximas al centro del globo, donde prevalecen la raza negra (mujer de una tribu nómada de Kenia) o las etnias indias de matices cobrizos (madre amerindia colombiana con su hijo).

En otras ocasiones, lo que sucede es que los individuos heterocigotos se ven favorecidos y, con ello, tendrán mayor posibilidad de dejar descendientes. Tal fenómeno, denominado heterosis o sobredominancia, contribuye a la existencia de ambos alelos y promueve la existencia de una mayor variación genética entre los individuos. Es la selección por sobredominancia.

Finalmente, puede afirmarse que la selección natural depende de la frecuencia. En ocasiones, las ventajas de un genotipo frente a otro varían con las condiciones ambientales. Por ejemplo, la mayor presencia de melanina en las personas es beneficiosa en regiones muy soleadas con muchas horas de luz. Así, los individuos de zonas tropicales tienen la piel oscura. En cambio, en países fríos es mucho más beneficiosa la piel clara.

En ciertas especies, las posibilidades de un genotipo dado están determinadas por la densidad de organismos. En insectos y otros animales con esperanzas de vida muy cortas puede ser trascendental el número de variaciones en el número de individuos en las distintas estaciones del año. Algunos genotipos predominan más en primavera, cuando la población aumenta en número, ya que se corresponde con individuos más prolíficos. Otros genotipos se ven favorecidos en verano, cuando la población es más densa por la mejor competencia por el alimento o el espacio. Unos pueden tener más ventaja en invierno si soportan mejor unas condiciones adversas extremas.

Durante su escaso tiempo de vida, las mariposas deben engendrar millones de individuos para perpetuar la especie. Las llamadas Monarca inundan la zona central de México al comienzo de la primavera, momento que aprovechan para aparearse y absorber grandes cantidades de néctar de la exuberante flora local.

En ocasiones, las posibilidades de los distintos genotipos dependen del número relativo de individuos. Puede suceder que la mejor adaptación de un genotipo sea inversamente proporcional a su número. Cuando existen dos genotipos diferentes con las mismas posibilidades de tener progenie se da un polimorfismo estable. Sin embargo, a veces las posibilidades de dos genotipos dados dependen inversamente del número de individuos de cada uno. Así, cuando los individuos de tipo A son numerosos sus opciones disminuyen y se reduce su número. A la inversa, si el número de individuos de tipo B es muy bajo, éstos son mucho más competitivos y medran paulatinamente.

La selección dependiente de la frecuencia es propia de ambientes heterogéneos, cuando los distintos genotipos se adaptan mejor a microambientes concretos. Si el número de individuos baja, el microambiente en que se desarrollan suele ser abundante, lo que mejora sus posibilidades de supervivencia. Sin embargo, cuando la población es muy numerosa, los recursos comienzan a agotarse y las posibilidades de descendencia se resienten.

Selección según su influencia en el fenotipo

La selección natural no sólo puede estudiarse analizando su efecto sobre los cambios en la frecuencia de los genes, como se ha visto anteriormente, sino también estudiando cómo afecta al fenotipo o características externas del individuo. Si se observa la distribución de los individuos atendiendo a una característica concreta como, por ejemplo, la altura, el peso o la longevidad, la mayor parte de los individuos se encuentra en valores intermedios, con pocos o muy pocos en los extremos.

Cuando la selección favorece los fenotipos intermedios y perjudica a los extremos, la selección se denomina estabilizante. Generación tras generación, la distribución permanece prácticamente estable. Los individuos que sobreviven y se reproducen con más éxito poseen fenotipos intermedios. Por ejemplo, en los bebés recién nacidos se ha observado que la tasa de mortalidad es mayor en los muy pequeños y muy grandes, mientras que los de tamaño intermedio tienen la máxima posibilidad de sobrevivir.

Selección direccional. A veces, una característica externa se altera siempre en la misma dirección. El entorno del organismo se encuentra en continuo cambio (temperatura, depredadores, parásitos, enfermedades, etc.) y, en estas circunstancias, es posible que un determinado genotipo se vea favorecido. Así sucede con frecuencia cuando un organismo se introduce en un nuevo ambiente con condiciones diferentes al suyo original.

Tras miles de generaciones, la selección direccional provoca mejoras en la morfología y en la calidad de vida de los organismos. Si estos cambios persisten de un modo más o menos continuo se aprecia una tendencia evolutiva. Un ejemplo es el incremento de capacidad craneal de la especie humana desde el pequeño cerebro del Australopithecus, antecesor humano que existió hace tres millones de años, al de los humanos actuales, unas tres veces más grande. La evolución ha favorecido continuamente a los individuos con mayor capacidad craneana, en una clara tendencia evolutiva.

Selección que provoca diversidad. Puede ocurrir que en un determinado ambiente se favorezcan dos o más fenotipos divergentes. Los ambientes naturales no son homogéneos, sino que están formados por pequeños subambientes o microambientes. En una misma región, el clima cambia, y también las fuentes de alimento o el espacio disponible para cada especie.

Desde sus remotos orígenes, la capacidad craneal del hombre se ha incrementado considerablemente. Así puede apreciarse al comparar las imágenes laterales de un cráneo de homínido de hace unos 160.000 años encontrado en Etiopía en 1997 y de un cráneo actual.

Desde sus remotos orígenes, la capacidad craneal del hombre se ha incrementado considerablemente. Así puede apreciarse al comparar las imágenes laterales de un cráneo de homínido de hace unos 160.000 años encontrado en Etiopía en 1997 y de un cráneo actual.

Estas variaciones pueden ser enfocadas por las especies de distintas formas. Una estrategia de selección sería optar por una única variedad, que podría denominarse genotipo generalista, que esté bien adaptado a todos los microambientes disponibles. Otra estrategia es la contraria: la selección de diferentes genotipos de modo que cada uno consiga una intensa especialización en cada uno de los microambientes.

Si el ambiente experimenta cambios importantes a lo largo del tiempo, tal vez la mejor alternativa consista en lograr el mejor genotipo que se adapte a las distintas condiciones cambiantes. En tal caso, la presencia de genotipos muy adaptados a cada situación podría resultar problemática si llegara a producirse una alteración notable en las condiciones externas.

Sin embargo, si los cambios no se relacionan tanto con el paso del tiempo sino con los microambientes, la situación varía. Aunque sigue siendo válida la presencia de un genotipo general, resultará más eficaz la de genotipos especializados en cada uno de los lugares, de manera que la población aprovechará mucho mejor los recursos disponibles. Esta situación se conoce como selección que provoca diversidad.

Un buen ejemplo de esta clase de selección se observa en la capacidad de mimetismo que presentan ciertas mariposas, presas habituales de las aves. Algunas han desarrollado como mecanismo defensivo la emulación de las características de especies tóxicas para disuadir a los depredadores. Una misma especie que viva en regiones diferentes intentará imitar a los insectos tóxicos que vivan en su entorno. Así, para cada uno de los microambientes la misma especie elige genotipos distintos, opta por la diversificación como mecanismo de selección natural.

Selección sexual. La atracción mutua entre los dos sexos es un factor fundamental en el proceso de reproducción de numerosas especies. En algunas existen diferencias físicas muy importantes entre machos y hembras. En las aves y los mamíferos, los machos suelen ser más grandes y fuertes, con una coloración más viva, e incluso alguno luce adornos especiales: colas o crestas en las aves, cornamenta en los mamíferos, etc. Ello sugiere la importancia del aspecto sexual como una forma de selección natural. Así, siendo iguales en el resto de características, los organismos con más éxito en la reproducción tendrán más posibilidades de perpetuar su dotación genética.

Durante las épocas de apareamiento, las peleas entre los ejemplares machos inducen a la hembra a elegir al vencedor, que, por lo general, es el que mayor agresividad demuestra. De este modo se produce la selección sexual, cuya finalidad es conseguir la mejor descendencia posible.

Dos aspectos fundamentales conducen a la selección sexual. Una es la preferencia que muestra un sexo, normalmente la hembra, por los individuos del otro sexo que exhiben determinados atributos. La otra es la ventaja que presentan los individuos más fuertes, normalmente los machos, para hacer que sus procesos reproductivos sean más seguros.

La selección sexual puede conducir a un incremento en el tamaño y en la agresividad en los machos, dado que los más fuertes o que mejor defiendan a sus hembras tendrán más posibilidades de dejar descendencia. Ello lleva a situaciones en que el macho pesa hasta tres veces más que la hembra, como sucede en el león marino. En mamíferos como lobos, caballos o búfalos, entre otros, es relativamente frecuente la vida en colonias o grupos estructurados jerárquicamente. En estos grupos son los machos más fuertes y de más edad los que tienen una mayor progenie.

Selección basada en el parentesco y en el altruismo. Algunos animales muestran comportamientos altruistas y realizan actividades a las cuales dedican tiempo y esfuerzo que beneficia a otros y no a ellos mismos. Este comportamiento parecería interpretarse como una actitud incompatible con la selección natural. En teoría, un individuo que sólo se dedica a sí mismo debería tener más opciones de tener descendencia. Por tanto, sería de esperar que la selección natural eliminara los comportamientos altruistas. ¿Por qué se mantienen estas actitudes e incluso se potencian como útiles para la especie?

La selección natural favorece los genes que incrementan el éxito reproductivo de sus portadores. No todos los individuos que los llevan se reproducen más, si bien ocurre que el resultado final es que esos genotipos lo hacen con más éxito. Un comportamiento altruista claro es el comportamiento maternal o paternal. El cuidado de la descendencia va impreso en el genotipo. Así, los padres que porten estos genes cuidarán mejor a su descendencia (alimentación, protección, etc.).

Una leona juguetea con su cría. El cuidado maternal es un comportamiento altruista imprescindible en los primeros pasos tanto de los animales como de los seres humanos.

De este modo, la selección natural hace que tales comportamientos, en principio no beneficiosos para el individuo sino para la especie, se favorezcan generación tras generación. La energía invertida o el riesgo que corre el individuo se compensa con los beneficios aportados a la descendencia. Otro ejemplo notable de comportamiento altruista es el de las aves que sitúan un individuo en la copa de los árboles para vigilar la presencia de posibles predadores mientras el resto se alimenta.