El ácido desoxirribonucleico, o ADN (como todos lo conocemos comúnmente), es una molécula extraordinaria que contiene nuestra información genética. Esta información genética contiene el plan para el desarrollo de un organismo, sus características y es la base de la herencia: ¿te has preguntado alguna vez por qué los hijos tienen rasgos similares a los de sus padres? ¡Es gracias al ADN!
Sin embargo, las diferencias entre hermanos, primos y, en general entre todos los organismos sobre la tierra, también se deben al ADN. ¿Pero, cómo ocurren estas diferencias y qué tiene que ver con la evolución? Aquí describimos qué es la información genética, cuál es el principio de la evolución y las teorías y disciplinas que estudian la relación entre la genética y la evolución.
Definición de información genética - Genética y evolución
La información genética es la información contenida en el ADN, incluye las instrucciones y la información para el desarrollo y mantenimiento de cualquier ser vivo. Esta información se propaga y perpetúa en forma de descendencia.
El ADN se encuentra en cada célula que forma un organismo; como es una molécula extremadamente larga, está organizada en estructuras compactas. En condiciones normales se encuentra en forma de cromatina, pero durante la división celular se compacta aún más y se agrupa para formar los cromosomas. Cada cromosoma está formado por cientos o miles de segmentos más pequeños, que contienen la información genética de rasgos específicos (por ejemplo, el color del pelaje de un animal); cada uno de estos segmentos es un gen.
La secuencia de nucleótidos de un gen funciona como un código, llamado código genético, para fabricar una proteína. Sin embargo, los genes no sintetizan directamente las proteínas. El proceso para pasar del gen a la proteína se llama expresión génica, porque las proteínas son el resultado visible de la información contenida en los genes.
En ciertos casos, pueden producirse alteraciones de la información genética (cambios en el ADN) que producen diferencias entre los individuos de una especie. Las principales causas de este fenómeno son las mutaciones y la recombinación genética.
El avance en el conocimiento de cómo funciona la información genética (su expresión y sus alteraciones) ha permitido el desarrollo de la ingeniería genética, la cual tiene numerosas aplicaciones en la agricultura, producción de alimentos de origen animal y la industria farmacéutica, entre otros.
Teoría de la evolución de Darwin - Genética y evolución
La teoría de la evolución por selección natural se atribuye, en gran medida, a Charles Darwin. La expuso en su libro El origen de las especies de 1859, aunque también fue concebida de forma independiente por Alfred Russell Wallace. Aunque en esa época no se conocían los genes, Darwin pudo comprobar que los rasgos se transmitían de padres a hijos en los animales que estudiaba. Entonces, Darwin basó su teoría en las siguientes observaciones:
- Variación: existe variabilidad en los caracteres entre los individuos dentro de las poblaciones; por ejemplo, en la morfología, la fisiología y el comportamiento. Estos caracteres son heredables, es decir, se transmiten de padres a hijos.
- Éxito reproductivo diferencial: estos caracteres variables confieren una aptitud diferencial, lo que significa que conducen a diferentes niveles de éxito en términos de supervivencia y reproducción (algunos individuos tendrán mayor probabilidad de sobrevivir y dejar más descendientes).
- Sobreproducción: en cada generación, cada especie tiene la capacidad de producir más descendientes de los que pueden sobrevivir.
- Límites sobre el crecimiento poblacional: los organismos compiten entre sí por los recursos limitados (alimento, espacio, depredadores, patógenos, etc.).
En resumen, Darwin sostenía que los miembros de una población tienen más probabilidades de ser reemplazados por la descendencia de los padres que tienen rasgos favorables, pues estos les confieren mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse. En otras palabras, de generación en generación, la selección natural promueve que los caracteres favorables aumenten su frecuencia en la población.
Neodarwinismo - Genética y evolución
Aunque Darwin y Mendel fueron contemporáneos, Darwin no conoció el trabajo de Mendel sobre la herencia de caracteres con las plantas de guisantes. Entre los años 1930 y 1950, algunos autores se basaron en nuevos conocimientos descubiertos en sus campos de estudio para actualizar la teoría de la evolución por selección natural de Darwin, la cual denominaron teoría sintética o neodarwinismo (también se le conoce como síntesis moderna de la evolución). El nombre de teoría sintética se debe a que sintetiza o integra nuevas contribuciones, principalmente de los campos de la genética, la paleontología y la sistemática. Las principales disciplinas que contribuyeron al neodarwinismo y sus aportaciones fueron las siguientes:
- Genética: es la ciencia que estudia los genes, la composición genética de los individuos, su variación y cómo son heredados. Importantes descubrimientos en esta disciplina ayudaron a sentar las bases genéticas de la herencia (leyes de la herencia, genes, mitosis, meiosis y genética de poblaciones). El desarrollo de la genética ayudó a explicar cómo se transmiten las variaciones y sus causas (mutación y recombinación genética).
- Mutación: una mutación genética es un cambio al azar en la secuencia de pares de bases de una molécula de ADN.
- Recombinación genética: proceso por el cual se forman nuevas combinaciones genéticas en la descendencia que no se encontraban en ninguno de los padres.
- Paleontología: el estudio de restos fósiles apoyó la idea de Darwin de que los cambios evolutivos se dan gradualmente.
- Biogeografía: el estudio de la distribución de los organismos en la Tierra, así como adelantos en sistemática (estudio de la identificación y clasificación de los organismos), apuntaron a la población como unidad evolutiva —en lugar del individuo, como sugirió Darwin—.
Genética de la evolución - Genética y evolución
Aunque ahora sabemos que la evolución tiene una base genética, la biología evolutiva y la genética se desarrollaron como disciplinas separadas desde sus inicios, debido a que Darwin y Mendel trabajaron separadamente sin conocer los descubrimientos del otro. Además, no fue sino hasta décadas después que los biólogos entendieron la relación entre los principios de la herencia y el proceso de evolución. De este modo, la genética (fundada en los trabajos de herencia de Mendel) fue incluida como una parte integral de la teoría sintética de la evolución descrita arriba.
Pero, ¿qué quiere decir que la evolución tenga una base genética? Definamos primero la evolución para entenderlo.
La evolución (o evolución biológica) se define como el cambio en los caracteres heredables dentro de una población de una generación a otra.
Estos cambios en los caracteres tienen un origen genético. Por ese motivo se dice que la evolución tiene una base genética.
Por ejemplo, los individuos que poseen distintas variaciones en el color del pelaje tienen una secuencia genética diferente en el gen que controla ese carácter.
Para estudiar las diferencias genéticas entre individuos, debemos hacerlo a nivel de población.
Una población es un grupo de organismos de la misma especie, que viven en un área específica, interactúan naturalmente (sin la influencia del ser humano) y se aparean entre ellos.
Así nació la genética de poblaciones, que es el estudio de la variabilidad genética entre individuos dentro de una población y entre poblaciones, así como de los mecanismos evolutivos que influencian esta variabilidad. Los hallazgos en esta disciplina ayudaron, en gran medida, a comprender mejor el proceso evolutivo.
Asimismo, para entender la evolución debemos estudiar la rama de la genética de la evolución o genética evolutiva, que se fundamenta en parte en la genética de poblaciones. La genética evolutiva incluye el estudio de procesos fundamentales que ocurren tanto a nivel del individuo (como la mutación y la selección natural) como a nivel poblacional (variabilidad genética, deriva genética, flujo génico, especiación o evolución).
En otras palabras, la genética evolutiva intenta explicar cómo la variabilidad genética conduce al cambio evolutivo.
La genética evolutiva hace uso de varias ramas de la biología, incluyendo la biología molecular y la genética molecular.
- La biología molecular estudia a los seres vivos y los procesos que sustentan la vida, desde un punto de vista molecular.
- La genética molecular estudia todo lo relacionado con los genes y la información genética, desde su expresión o función hasta su estructura o su regulación. Aunque a veces se utiliza el término indistintamente, la genética molecular es parte de la biología molecular.
Evolución y biodiversidad - Genética y evolución
Dado que cada individuo posee rasgos ligeramente diferentes, se deduce que cada individuo tiene un nivel de aptitud ligeramente diferente en relación con el entorno.
Por ejemplo, en una población de zorros del Ártico, los individuos con el pelaje más blanco podrán confundirse mejor con la nieve, lo que supone un menor riesgo de depredación. Esto significa que un mayor número de estos individuos podrá sobrevivir y reproducirse y, por tanto, tendrá una mayor aptitud.
Diferentes procesos evolutivos, como la selección natural, la selección sexual, la deriva genética y el flujo génico actúan sobre la variabilidad en la población, dando lugar a que algunos caracteres sean más comunes y otros menos frecuentes. De esta forma, con el tiempo, las poblaciones se adaptan a su entorno.
A medida que las poblaciones se especializan cada vez más en sus entornos específicos, aisladas de otras poblaciones, se van diferenciando entre ellas y pueden convertirse en especies distintas. Este proceso de conoce como especiación; la enorme cantidad de especies y diversidad que hay en el planeta es el resultado de este proceso.
Actualmente, la hipótesis más aceptada es que toda la vida en la Tierra comparte un ancestro común, conocido como Último Ancestro Común Universal (LUCA, por sus siglas en inglés), que vivió hace unos 3.500-3.600 millones de años. Miles de millones de años de evolución y especiación han dado lugar a la increíble diversidad de vida que podemos observar hoy en día.
Genética y Evolución - Puntos clave
- Toda la información genética de un individuo está contenida en el ADN; es la que determina el plan para el desarrollo del individuo, sus características y es la base de la herencia.
- La variabilidad genética está causada por las mutaciones y la recombinación genética.
- La teoría de la evolución de Darwin (y de Wallace) sostiene que la selección natural favorece la herencia de los caracteres que aumentan la supervivencia y la reproducción en los individuos en su entorno.
- El neodarwinismo, o síntesis moderna de la evolución, integra nuevas contribuciones —de los campos de la genética, la paleontología y la sistemática— a la teoría de la evolución de Darwin.
- La genética de la evolución (o genética evolutiva) intenta explicar cómo la variabilidad genética conduce al cambio evolutivo.
- La evolución, a través del proceso de especiación, ha dado lugar a la increíble diversidad de vida que podemos observar hoy en día.
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