Revista La Ciencia y el Hombre
Septiembre•Diciembre
de 2009
REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Volumen XXII
Número 3
Editorial
El origen de las especies o la descripción de las maravillas
El concepto de especie y la explicación de la extinción
La selección natural
La selección sexual
La selección artificial
Distribución geográfica de las especies animales
Distribución de la vegetación y cambio climático como proceso de selección natural
La influencia de Darwin en el pensamiento científico contemporáneo
Malthus, Darwin, las leyes estadísticas y la biometría
A propósito de Darwin
Hongos micorrizógenos y plantas: ¿una relación simbiótica ancestral?
La otra evolución de Darwin: su teoría y la prensa
DISTINTAS Y DISTANTES: MUJERES EN LA CIENCIA
Charles Darwin y las claves femeninas de la teoría de la evolución
CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
El comportamiento animal... de Darwin
Nuestros colaboradores en este número
CARTAS AL DIRECTOR
 

La selección natural

Jorge Benítez Rodríguez

Introducción

cuando recibí la invitación para escribir un artículo dedicado a explicar la selección natural, tuve dos sentimientos; por un lado, me excitaba la idea de divulgar lo que durante varios años he enseñado en el salón de clases y, por el otro, sentí la necesidad de mostrar no solo la información de los libros de texto clásicos, sino una visión lo más actualizada posible del tema basada en evidencias recientes. Ambas tareas representaban un reto que, a mi juicio, todo biólogo debe enfrentar durante su formación y ejercicio profesional: entender la teoría de la evolución y conocer la evidencia que al momento se ha generado alrededor de ella. ¿De dónde venimos? Las religiones normalmente atribuyen la existencia de los seres humanos a la voluntad de un ser supremo. Sin embargo, en 1859 Darwin ofreció un argumento no religioso y desde entonces ha sido científicamente aceptado que todas las criaturas vivas están relacionadas, habiendo evolucionado y derivado de ancestros comunes. Una gran cantidad de certezas basadas en el registro fósil y en estudios de biología comparada apoyan esta idea. Darwin escribió que las diferencias entre especies, incluso entre organismos tan distintos como los mamíferos y las bacterias, son el resultado de la acumulación de variaciones azarosas en la herencia de los organismos. Debido a que algunos nacen con características que los habilitan mejor para sobrevivir y reproducirse, a lo largo de las generaciones habrá más y más individuos con estas características, y la especie cambiará, o evolucionará. Este proceso es llamado selección natural o sobrevivencia del más adaptado. La selección natural es el principal mecanismo propuesto por Darwin para explicar la evolución de todas las formas vivas de nuestro planeta. Es obvio que se trata entonces de un concepto de suma importancia para comprender nuestro mundo natural, para entender cómo las distintas especies interactúan entre ellas y con su ambiente, dando como resultado la enorme diversidad que ahora conocemos y de la que dependemos como civilización. Pero empecemos por analizar en qué consiste la selección natural y cuáles son sus consecuencias en las poblaciones naturales.

Definición

Desde 1859, la comunidad científica ha mantenido una fuerte discusión sobre el concepto de s e l e c - ción natural, especialmente para proponer una definición moderna que incorpore los avances en el conocimiento de este mecanismo; sin embargo, la mayoría de los autores coincide en que para que haya selección natural debe haber las siguientes condiciones necesarias y suficientes:

a) Que haya variación entre los individuos de una población en algún atributo o característica. Un ejemplo podría ser el tamaño o forma del pico en alguna especie de ave.

b) Que también exista una relación entre esa característica y la habilidad de sobrevivir y reproducirse (esta habilidad es definida como adecuación o eficacia biológica o darwiniana). Un ejemplo sería un cierto tamaño o forma del pico de un ave que le daría a algunos individuos una mayor probabilidad de sobrevivir y tener crías, a diferencia de aquellas aves que no compartan esa característica.

c) Que la característica tenga una base genética, o sea, que pueda ser heredada de padres a crías, independientemente de los efectos ambientales comunes.

Si estas condiciones se cumplen, entonces la frecuencia de la característica en las crías será predeciblemente diferente que la de los padres, más allá de la esperada bajo las condiciones a y c solas. En otros términos, la característica asociada con el éxito en la reproducción y sobrevivencia será cada vez más frecuente en individuos de las siguientes generaciones, de tal manera que la población se volverá progresivamente más capaz de sobrevivir y reproducirse en dicho ambiente. Se habla así de un proceso de adaptación de los individuos al ambiente en el que están inmersos. En consecuencia, la selección natural funciona como un tipo de filtro ambiental sobre las características de los individuos, determinadas bajo una base genética, teniendo como posible resultado la adaptación.

Tipos de selección natural

Para ejemplificar el efecto de la selección natural sobre alguna característica en una población, tomemos nuevamente como ejemplo el tamaño del pico de alguna especie de ave. Aunque habría una gran variación en esta característica dentro de una población, supongamos que domina un tamaño intermedio de pico. Consideremos entonces tres casos posibles:

1. La selección natural podría operar favoreciendo sólo uno de los extremos del tamaño de los picos, por ejemplo los picos muy grandes. Pensemos que el pico grande les permite a las aves tener acceso a una mayor cantidad de fuentes alimenticias en tiempos de escasez. Si durante estos periodos los individuos con ese tamaño de pico sufren una mortalidad significativamente menor que el resto de los individuos, lógicamente aumentarán su frecuencia en las siguientes generaciones. Se habla entonces de una selección d i r e c c i o n a l (dirigida hacia un tamaño extremo), y el resultado será la dominancia de los picos grandes sobre los picos de otros tamaños dentro de la población.

2. Algo simi lar sucede cuando la selección favorece un tamaño intermedio en la población, eliminando los extremos; esto es, más que cambiar o evolucionar hacia un tamaño que hasta ese momento no era tan frecuente, la selección continúa favoreciendo el tamaño que es dominante. Se trata así de una selección estabilizadora que mantiene a la especie sin cambios notables y con menor variación en cuanto al tamaño del pico.

3. Finalmente, si la selección opera contra el tamaño intermedio y tanto los picos muy grandes como los muy pequeños se ven favorecidos, se habla de una selección disruptiva. En las siguientes generaciones, la población tenderá a presentar sólo esos dos tamaños de pico.

Como vemos en este ejemplo, la selección natural puede originar que la frecuencia de los distintos tamaños de picos fluctúe de tal manera que la población (i ) evolucione hacia ot ra especie con un pico mayor, (ii) se estabilice en un tamaño promedio del pico y se mantenga como la misma especie o (iii) se generen dos formas distintas con tamaños de picos por completo opuestos, que eventualmente podrían dar origen a dos especies distintas, respectivamente.

Radiación adaptativa

Ahora bien, la adaptación puede surgir en función de la ut ilización competitiva de cier to recurso esencial para los individuos, como el alimento o el espacio para reproducirse. Por ejemplo, en una población de aves donde el tamaño o forma del pico sea variable, existe la posibilidad de que distintos tipos de alimento puedan ser usados de manera diferente; los individuos con picos más largos y delgados podrían obtener su alimento sustrayendo néctar de flores, y los individuos con picos más cortos y gruesos se alimentarían de frutos pequeños. Ambas formas podrían coexistir dentro de una misma población, relajando la posible competencia por el alimento. Es así como ambientes complejos o heterogéneos, con una cier ta variedad de tipos de alimento potenciales, ofrecen la posibilidad de ser escenarios de múltiples adaptaciones de individuos de una misma especie. Lo mismo puede ocurrir a un nivel geográfico mayor , donde distintas poblaciones de la misma especie que ocupan distintos ambientes pueden adaptarse localmente a tipos de al imento o recursos muy específicos. Este fenómeno, descrito por Darwin para explicar el or igen de las distintas especies emparentadas de pinzones que habitan el archipiélago de las Galápagos, es conocido como radiación adaptativa. En efecto, la evidencia paleontológica, ecológica y genética ha mostrado, por ejemplo, que varios grupos de mamíferos, aves, peces e insectos han sufrido episodios de radiación a lo largo de su historia evolutiva, principalmente asociados con eventos geológicos que han cambiado las condiciones ecológicas locales, a su expansión geográfica a otras localidades y a la explotación de distintos tipos de alimento.
Esto ha traído como consecuencia la formación de grandes complejos de especies relacionadas evolutivamente, distribuidas a lo largo de gradientes geográficos considerables. En este sentido, la selección natural puede explicar no solo los cambios adaptativos de una sola especie, sino también la aparición de nuevas especies ampliamente adaptadas. Un organismo compite no únicamente con individuos de su misma especie; una nueva adaptación convertirá al individuo y a sus descendientes en competidores más fuertes contra otras especies y, por tanto, contribuirá a la diversificación para usar recursos distintos y a una especialización para hacer más eficiente el uso de un recurso. Dicha especialización conduce a menudo a una especie de callejón sin salida, como por ejemplo la adaptación a la vida cavernícola o en aguas termales. No obstante, muchas especializaciones –sobre todo aquellas que se adquirieron al principio de la historia evolutiva– abrieron niveles completamente nuevos de radiación adaptativa. Estos iban desde la aparición de las membranas y de un núcleo celular organizado, la agregación de células y la aparición de sistemas nerviosos centrales altamente desarrollados, hasta el cuidado prolongado de la prole.
La gran diversidad de formas y conducta de los seres vivos nos da una idea de todas las adaptaciones que han experimentado a lo largo de su historia evolutiva, además de las variaciones originadas por las mutaciones y mantenidas por el azar (ver el concepto de deriva genética en este mismo número). La selección natural es, pues, un mecanismo esencial en el origen y mantenimiento de nuestra diversidad biológica. Finalmente me gustaría concluir este artículo con dos ejemplos que pueden ilustrar la manera en que la selección natural pudo moldear, de manera admirable, la morfología y el comportamiento de las especies.

Pseudocópula

Muchas orquídeas en varias partes del mundo atraen insectos machos de ciertas especies, no por medio de alimento en forma de néctar y polen, sino por una modificación de uno de sus pétalos (el labellum), mismo que adquiere la forma de un insecto hemhembra, llegando incluso a emitir también un aroma que imita la atractiva feromona sexual de la misma. Cuando el insecto (abejas, moscas o avispas tiphiida) se “aparea” con la flor, una masa de polen (el pollinium) se adhiere a él mediante un disco pegajoso. Como ocurre en la mayoría de las orquídeas, el pollinium se pega precisamente en la parte del cuerpo del insecto que entrará en contacto con el estigma de la próxima flor visitada, donde la masa completa de polen se deposita. Este fenómeno, conocido como pseudocópula, representa la cúspide de una intrincada relación entre plantas e insectos que se ha mantenido a lo largo de millones de años de evolución.

Mandíbulas retráctiles

Se sabe que los peces óseos usan la succión para capturar a sus presas. El pez se aproxima a su comida y abre la boca ampliamente para crear una cavidad hacia la cual fluyen el agua y la presa. Conforme el exceso de agua sale a través de las branquias, el pez succiona la presa hacia su garganta y mandíbulas faríngeas (que es un segundo juego de mandíbulas y dientes derivados del esqueleto). Sin embargo, una especie de angui la (Muraena ret ifera) , depredadora en los arrecifes de coral, tiene el problema de ser un animal alargado y angosto; su cavidad bucal es tan pequeña que no puede generar suficiente fuerza para succionar a sus presas. La solución que estos animales han hallado es realmente sorprendente: en lugar de succionarla, la anguila mueve sus mandíbulas faríngeas hacia adelante de la cavidad bucal, atrapando así a su presa y arrastrándola hacia ella. Este hecho es el primer caso descrito de un vertebrado que usa un segundo juego de mandíbulas para capturar y transportar presas, y es asimismo la única alternativa conocida al transporte hidráulico que se ha reportado en la mayoría de los peces óseos, una innovación que pudo haber contribuido al éxito de las anguilas como depredadoras . El mecanismo de las mandíbulas faríngeas es una reminiscencia del usado por las serpientes, depredadores muy similares en cuanto a forma y tamaño. Este es un ejemplo de convergencia, el fenómeno evolutivo por el cual organismos poco emparentados evolutivamente desarrollan soluciones similares a problemas similares.

Para el lector interesado

Barbieri, M. (2008). The mechanisms of evolution. Natural selection and natural conventions. En M. Barbieri (Ed.): The codes of life: the rules of macroevolution (pp. 15-35). New York: Springer Verlag.

Endler, J.A. (1986). Natural selection in the wild. Princeton, NJ: Princeton University Press.

Futuyma, D.J. (1998). Evolutionary biology ( 3r d ed.). Sunderland, MA:
Sinauer Associates.

Gee, H., Howlett, R. y Campbell, P. (2009). 15 evolutionary gems. A resource from Nature for those wishing to spread awareness of evidence for evolution by natural selection. Disponible en línea: http://www.nature.com/evolutiongems.

Lovette, I.J. y Bermingham, E. (1999). Explosive speciation in the New World Dendroica warblers. Proceedings of the Royal Society of London, 266, 1629-1636.

Wesson, R. (1991). Beyond natural selection. Cambridge, MA: The MIT Press.