¿Cómo funciona la evolución darwiniana?

¡Accidentalmente escribí mucho!

Primero analizo el término evolución darwiniana . Luego describo los principales procesos evolutivos insistiendo en los dos elementos de interés en su pregunta, que son las mutaciones y la selección natural . Al final, me refiero directamente a sus dos declaraciones y traigo algunas complicaciones más a los temas.

¿Dijiste evolución darwiniana?

La evolución es más que la evolución darwiniana

La expresión "evolución darwiniana" se presta fácilmente a malentendidos. Darwin fue probablemente el científico más importante y uno de los primeros (si no el primero) en desarrollar la teoría de la evolución, pero la biología evolutiva actual es mucho más que la teoría de la evolución de Darwin.

Ejemplos de cosas muy básicas que Darwin no sabía

• Descubrimos la estructura del ADN en las décadas de 1950 y 1960 solo con Miesher, Chargaff y los más renombrados Watson y Crick ( historia del descubrimiento ). Darwin no tenía idea de la existencia del ADN y ni siquiera había formulado hipótesis sobre la existencia de tal molécula (que fue la primera de Erwin Schrödinger).

• Darwin tampoco sabía que la herencia era a través de la transmisión de "partículas/atómicas" y no a través de la herencia de algún tipo de "fluido/continuo". En otras palabras, Darwin no conocía la Ley de Segregación de Gregor Mendel (aunque vivieran en la misma época).

• Darwin no tenía idea acerca de Evo-Devo, es decir, no tenía idea acerca de las similitudes en los procesos de desarrollo entre organismos relacionados (incluso relacionados de forma lejana).

• Globalmente hablando, mientras que Darwin logró tocar un poco sobre muchos de los temas de la biología evolutiva moderna (lo cual es muy impresionante), solo logra mencionarlos y no proporciona ninguna predicción. Esto se debe en gran parte a que nadie tenía ningún concepto en genética en ese momento.

La evolución es más que selección natural y mutaciones

La evolución no se trata sólo de la selección natural. Incluso C. Darwin sabía que la evolución es mucho más que la selección natural. Por ejemplo, es muy importante considerar eventos aleatorios. Uno de ellos es la mutación , otro es la deriva genética (no estoy tratando de enumerar todos los procesos que influyen en la evolución, sino solo para darle una idea de por qué la selección natural es diferente de la evolución con el objetivo de explicar por qué un rasgo que se necesita no lo hace). aparecen necesariamente). Tanto las mutaciones como la deriva genética explican por qué una especie no estará necesariamente perfectamente adaptada a su entorno. La biología evolutiva es un gran campo de conocimiento y hay mucho que saber sobre los procesos evolutivos.

Selección Natural y Mutaciones explicadas por la Receta Lewontin

La receta de Lewontin es una buena manera de entender qué es la selección natural y cuándo ocurre. La receta de Lewontin dice que la selección natural ocurre siempre que:

1. Los individuos de una población varían en términos de un rasgo dado
2. Este rasgo tiene cierta heredabilidad (aditiva). Aquí está una de las varias publicaciones que explican el concepto de heredabilidad. Sin embargo, podría ser una publicación un poco avanzada para usted, pero en pocas palabras significa que los descendientes son más similares a sus padres que a otras personas que no son parientes en la población.
3. La aptitud varía (no necesariamente linealmente) a medida que varía el rasgo.

Ejemplo sencillo:

1. En una población hay bolígrafos azules y bolígrafos rojos.
2. La reproducción es asexual y las plumas azules crean otras plumas azules, mientras que las plumas rojas crean otras plumas rojas.
3. los bolígrafos azules producen más descendencia que los bolígrafos rojos.

En tal situación, se produce la selección natural, lo que hace que la frecuencia de los bolígrafos azules aumente en la población, mientras que la frecuencia de los bolígrafos rojos disminuirá.

Seleccion natural

La selección natural es el proceso mediante el cual se seleccionan variantes de genes llamados alelos y, por lo tanto, aumentan en frecuencia. Esta selección resulta de un éxito reproductivo diferencial.

Mutaciones

En sentido amplio, mutación es cualquier cambio en la secuencia de ADN. Es más probable que ocurran algunos cambios que otros pero, en cualquier caso, la probabilidad de que ocurran estos cambios no depende de la consecuencia que tendrán en el fenotipo (en pocas palabras, un fenotipo es el aspecto de un individuo) y en el sistema reproductivo. éxito. Por lo tanto, las mutaciones ocurren al azar y es posible que no ocurra la mutación específica que sería necesaria en la población. Por lo tanto, decir, si se necesita un rasgo (en el sentido de "si un rasgo sería beneficioso"), entonces ocurrirá una mutación para hacer que este rasgo exista, es incorrecto. Tenga en cuenta que la mayoría de las mutaciones son perjudiciales (disminuyen el éxito reproductivo), mientras que pocas son beneficiosas (aumentan el éxito reproductivo) y es más probable que las que son beneficiosas aumenten en frecuencia en la población.

Deriva genética

Si el cambio en la frecuencia de las mutaciones dependiera exclusivamente de la selección natural, entonces no habría dicho antes que es más probable que una mutación beneficiosa aumente en frecuencia, pero habría dicho que una mutación beneficiosa aumentará en frecuencia de manera determinista. Una explicación intuitiva de lo que es la deriva genética se puede encontrar en esta publicación . También le permitirá comprender por qué las poblaciones pequeñas experimentan un cambio más aleatorio en la frecuencia de sus genes que las poblaciones grandes.

Teniendo en cuenta sus declaraciones contrarias

Con suerte, lo siguiente queda claro a partir de la discusión anterior, pero me gustaría abordar directamente sus declaraciones.

Mi amigo dijo que la Selección Natural es un mecanismo dentro del organismo que muta el ADN para hacer que su descendencia sobreviva en un ambiente; que la selección natural muta el ADN de manera beneficiosa y que las mutaciones aleatorias no son útiles (como los ojos azules). Pero no estoy de acuerdo y creo que se acerca más a la teoría lamarkiana.

¡Tienes razón en que tu amigo está equivocado!

De hecho, suena más o menos lamarkiano. En cualquier caso, está muy mal, como dices. Las mutaciones no son causadas de forma determinista bajo la presión de la selección natural para hacer cosas específicas.

¿Las mutaciones son completamente aleatorias?

Consulte ¿Las mutaciones son aleatorias? .

No quiero entrar en demasiadas complicaciones. La oración "las mutaciones son aleatorias" no está clara. ¿Significa que la tasa de mutación es aleatoria? ¿Significa que el efecto de una nueva mutación es aleatorio? Y además el concepto de aleatoriedad solo tiene sentido si consideramos un conjunto de conocimientos a priori. Por lo tanto, es un poco difícil responder completamente a esta pregunta y la aproximación fácil y lo suficientemente cercana para un principiante en biología evolutiva es solo decir que las mutaciones son aleatorias (lo que sea que eso signifique). Una aproximación un poco mejor a la realidad es que la tasa de mutación es un rasgo adaptativo y puede variar según el entorno en el que se encuentra el individuo (de manera adaptativa o no). Sin embargo, el efecto de las nuevas mutaciones no es realmente determinista.

La tasa de mutación varía con el tipo de secuencia considerada. Por ejemplo, una secuencia de microsatélites es una secuencia o ADN repetido. Por ejemplo AATAATAATAATAATAATAAT, etc. (nótese que el código genético se escribe con 4 letras, A, T, C y G). Tales secuencias son altamente mutables. Por lo tanto, es más probable que ocurra una mutación en esta región que en el medio de una región codificante. Y es más probable que una mutación que ocurra en una región de codificación afecte la aptitud que una mutación que ocurra en un microsatélite (es posible que una mutación que ocurra en un microsatélite afecte la aptitud).

Dependiendo del nivel de estrés, algunos organismos (plantas en su mayoría, que yo sepa) pueden cambiar su tasa de mutación. Considere, por ejemplo, un individuo que no se adapta a su entorno. Si muta poco, es probable que la descendencia sea igualmente inadaptada y, a la larga, el linaje desaparecerá. Si el individuo está mutando mucho, la mayoría de los descendientes tendrán una aptitud muy baja, pero eventualmente uno recibirá una mutación beneficiosa que lo hará muy fuerte y, por sí mismo, este descendiente puede salvar el linaje. Esto es lo que se llama una estrategia de cobertura de apuestas . El concepto de cobertura de apuestas se puede resumir con la expresión "No pongas todos los huevos en la misma canasta".

Notarás que la tasa de mutación es una característica evolutiva de un organismo. Esto produce una observación como lo que ahora se llama la regla de Drake ( artículo original ). La regla de Drake indica que la tasa de mutación de todo el genoma es siempre del orden de 1 (hay bastante variación, pero es una buena aproximación).

Le dije que el ADN de macho y hembra se recombina y muta aleatoriamente creando una nueva "receta" para la descendencia (agregando una(s) nueva(s) característica(s)). Si la descendencia se adapta bien al medio ambiente, entonces sobrevive y transmite sus características a su descendencia. Si no se adapta a su entorno, muere. Entonces, la Selección Natural es donde la naturaleza "selecciona" a quien sobrevive y se reproduce mucho.

¡Suena bastante bien!

Prácticamente has acertado. La mutación agrega variación genética y la selección natural selecciona de la variación genética disponible. Sin embargo, su redacción es un poco poco común :). Por ejemplo, un individuo, es incorrecto decir que un individuo tiene aptitud física o no. Cada individuo tiene una aptitud, es decir, algún valor que abarca tanto su fertilidad como su probabilidad de supervivencia. En un modelo simple, la aptitud es simplemente el número esperado de descendientes.

Tenga en cuenta también que la mayoría de las mutaciones que afectan la aptitud de los individuos no dependen tanto de los detalles del entorno. Muchas mutaciones son simplemente malas dondequiera que estés. Piense en una mutación que reduciría la eficiencia de la producción de energía (ATP en las mitocondrias). Tal mutación será perjudicial independientemente de si el clima es cálido o frío, por ejemplo.

Curso de introducción a la biología evolutiva

Probablemente desee echar un vistazo a un curso de introducción a la biología evolutiva como Comprensión de la evolución .

Tu descripción de Evolution parece más precisa que la de tus amigos. El ADN no puede mutar con un objetivo particular en mente, las mutaciones son aleatorias. La mayoría de las mutaciones no tienen ningún efecto sobre la supervivencia de un organismo, pero algunas serán perjudiciales y algunas serán útiles. Las mutaciones útiles mejorarán las probabilidades de que un organismo sobreviva y transmita su ADN, por lo que esos rasgos eventualmente se extenderán a través de una población.

Sin embargo, si quisiéramos hablar de "objetivos" para la evolución, entonces el objetivo de cada fragmento de ADN es ser copiado y transmitido. (Por supuesto, no puede pensar en lograr ese objetivo, es solo una sustancia química). Se seleccionarán las mutaciones de ADN que hacen que un organismo sea más adecuado para un entorno particular, y se seleccionarán en contra aquellas que son perjudiciales. Esta competencia entre diferentes copias de ADN finalmente optimiza la especie para ese entorno.

Entonces, a nivel molecular, la mutación es un proceso totalmente aleatorio, pero si nos alejamos a los niveles de ecosistema y población, entonces la evolución "diseña" una especie para sobrevivir mejor en su entorno. Pero este diseño es el resultado de mutaciones aleatorias y prueba y error.

Ya se han dado grandes respuestas. Pero un fenómeno que en su mayoría no se menciona explícitamente y que puede y debe considerarse parte del proceso de evolución es la simbiosis .

simbiosis

El ejemplo probablemente más fundamental de simbiosis es la teoría endosimbiótica . Esta teoría, en términos muy simplificados, dice que las células eucariotas son el resultado de una relación simbiótica entre procariotas y bacterias primitivas: ambas evolucionaron por separado y las procariotas probablemente sean depredadores de algunas especies bacterianas. Entonces se propone que estas especies evolucionaron hacia una relación simbiótica mutuamente beneficiosa que esencialmente creó una nueva forma de vida, los eucariotas.

Desde un punto de vista más abstracto, la simbiosis puede considerarse un mecanismo más de la evolución: mientras que la mutación y la recombinación actúan a nivel molecular, la simbiosis actúa a un nivel similar al de la selección. Es básicamente una recombinación a nivel macro no solo de genes, sino de organismos completos o parciales en nuevas formas de vida.

Algunos ejemplos aleatorios:

• eucariotas: mitocondrias de proteobacterias, cloroplastos de cianobacterias.
• bioluminiscencia en "luciérnagas" por bacterias vibrio
• microbioma dentro de las "tripas" de organismos más complejos
• micorrizas (fijación de fósforo) en las raíces de algunas plantas

La mutación es un proceso aleatorio que ocurre principalmente cuando el ADN de una célula se replica (= copia ) antes de la división de la célula, porque la enzima responsable de esta replicación a veces comete errores. Es un proceso raro, en cuanto a las células eucariotas (las que tienen un núcleo, por lo que las células animales y vegetales), ocurre una vez cada$10^9$nucleótido

Ahora, digamos que consideramos un organismo que tiene reproducción sexual.

Para ser transmitida a la descendencia del organismo, la mutación debe aparecer en una célula de la línea germinal (espermatozoide u óvulo por ejemplo). Si se transmite, esta mutación puede tener varios efectos:

• Puede ser letal, el organismo no puede sobrevivir porque la mutación hace inoperante una proteína vital
• Puede dar al organismo una desventaja en su entorno (por ejemplo, al vivir en un entorno nevado, la pigmentación de la piel del organismo se vuelve roja brillante)
• Puede ser neutral, algo se modifica, pero sigue funcionando (por ejemplo, cierta proteína tiene una secuencia de aminoácidos diferente pero sigue funcionando)
• Puede dar al organismo una ventaja evolutiva, la proteína funciona mejor, de una manera que favorece al organismo frente a los organismos de sus compañeros en la supervivencia en su entorno (por ejemplo, en el entorno nevado, la pigmentación de la piel del organismo se vuelve perfectamente blanca, mientras que uno de sus compañeros es grisáceo)

En el cuarto caso, este organismo tiene más posibilidades de reproducirse (porque es menos probable que lo maten o que tenga más posibilidades de acceder a un recurso) y, por lo tanto, de transmitir esta mutación. Aquí es donde se aplica la selección natural: la "aptitud" del organismo en su entorno es mayor que la de los otros organismos de su especie.

Ahora, es importante tener en cuenta que la evolución (= el cambio en una especie ) está impulsada por la selección natural (= el proceso de selección ), y que esos cambios, en la naturaleza , son aleatorios y toman mucho tiempo y no son fácilmente perceptible a la escala de una vida humana.

Respuesta corta: Hasta donde sabemos, no es así.

Mutaciones en la Concepción

Nunca se ha observado que ocurran las mutaciones que usted describe como que ocurren durante la concepción y que generan nueva información. En cambio, hemos observado mutaciones que reducen la información existente. En los seres humanos, aproximadamente 100 de estas mutaciones ocurren cada generación.

Necesariamente, si existieran mutaciones de adición de información, tendrían que producir mucha más información para compensar la pérdida. Necesariamente, los descendientes tendrían un genoma más grande y complejo que sus antepasados. Se ha observado lo contrario, donde los descendientes tienen genomas más pequeños que sus antepasados.

Abiogénesis

Antes de que Darwin escribiera Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural, o la preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida , Pasteur estaba refutando la idea de la abiogénesis, ya que había circulado la teoría de que los gérmenes podían aparecer espontáneamente. A pesar de esto, Darwin tomó la abiogénesis como parte de la teoría de la evolución, lo que consistentemente ha demostrado ser imposible en pruebas sin datos observables que indiquen lo contrario.

La información genética es frágil y se destruye rápidamente con el tiempo si no tiene enzimas para mantenerla continuamente. No existe un proceso gradual de información acumulada que pueda dar como resultado vida capaz de reproducirse, hasta donde hemos encontrado por estudio y observación. El muy difícil proceso de crear aminoácidos para unirse y formar los nucleótidos (necesarios para formar cadenas de ADN) se complica por el problema de la quiralidad, donde las pruebas artificiales han dado como resultado isómeros ópticos zurdos (L) y diestros (D). fueron creados en una mezcla racémica. En los sistemas biológicos, casi todos los compuestos son no racémicos u homoquirales, y las criaturas biológicas solo usan aminoácidos zurdos en la construcción de ADN y ARN. Todas las pruebas posteriores se encuentran con el mismo problema.

Teoría

En cuanto a la teoría en sí, usted y Remi.b la han descrito con precisión. Como la genética era un campo desconocido en ese momento, era la idea errónea de que la selección natural cambiaba a una criatura a través de la creación de información, en lugar de reformar, compartir y perder la información existente.

Fuentes: Entropía genética y el misterio del genoma de John Sanford. El experimento de Miller-Urey .