¿Está relacionado el alto metabolismo con un alto recambio evolutivo?

Recientemente leí The Dinosaur Heresies de Robert T. Bakker, un libro de ciencia popular de 1986 que presenta argumentos a favor de un estilo de vida activo y una tasa metabólica alta en los dinosaurios.

Uno de los argumentos que presenta Bakker se relaciona con el patrón de especies y géneros en el registro fósil a lo largo del tiempo. Afirma que se espera que los animales de "sangre caliente" (es decir, animales con altas tasas metabólicas) tengan una mayor rotación de taxones y tasas de diversificación más rápidas. Los dinosaurios tienen una alta rotación de especies y géneros y una rápida diversificación, lo que Bakker interpreta como evidencia de un alto metabolismo.

Este argumento se basa en la afirmación de que un alto metabolismo se correlaciona con un alto recambio evolutivo. Dejando a un lado la fisiología de los dinosaurios, me pregunto qué tan confiable es realmente la suposición subyacente.

¿Existe buena evidencia de que el metabolismo y las tasas evolutivas están causalmente relacionados, quizás debido a las estrategias ecológicas que tienden a adoptar los animales de sangre caliente?

La pregunta es muy interesante. Sin embargo, no creo que expreses ningún argumento, sino solo una hipótesis. De su publicación, la hipótesis de que "los animales con un metabolismo alto tienen una mayor tasa de especiación" parece surgir de la nada. ¿Puedes tratar de expresar la lógica de Bakker detrás de esta hipótesis?
@ Remi.b Bakker argumenta que los dinosaurios tenían un metabolismo alto, según las tasas de divergencia y extinción en el registro fósil. Sin embargo, este argumento se basa en la afirmación de que un alto metabolismo está de hecho correlacionado con un alto recambio evolutivo. Mi pregunta es si esta afirmación subyacente está realmente bien respaldada por pruebas.
Ah, OK. Entonces no es un argumento. Es una afirmación de que tal evidencia existe. Un argumento debe seguir un pensamiento lógico, un argumento no es una afirmación no referenciada. Entonces, está preguntando si el reclamo está respaldado por evidencia o no.

Respuestas (1)

El metabolismo y las tasas evolutivas están vinculados, pero no de la manera que usted describe.

Primero considere que el metabolismo está intrínsecamente relacionado con el tamaño del cuerpo. Cuanto más grande es un animal, menor cantidad de energía por unidad de masa se necesita para mantener ese cuerpo. Luego, esto se puede extender a muchas cosas sobre un organismo, como la duración de la vida, el tiempo de gestación, el crecimiento de la población, etc. (consulte Brown et al. 2004 para obtener más detalles).

A continuación, considere que el metabolismo cambia con la temperatura. Tome un ectotermo (un organismo cuya temperatura interna es la misma que la del medio ambiente, tradicionalmente llamados criaturas de sangre fría) como un lagarto, que sufrirá fluctuaciones de temperatura a lo largo del día. Tendrá un metabolismo más alto cuando la temperatura sea más alta. Un lagarto que vive en un ambiente cálido como los trópicos tendrá un metabolismo general más alto que un lagarto del mismo tamaño que vive en un clima templado. Con ese metabolismo más alto viene una vida diferente, tiempo de gestación, crecimiento de la población, etc. a pesar de que sus tamaños corporales son los mismos.

Cuando se considera y se corrige la temperatura, todos los organismos tienen atributos que escalan directamente con el tamaño del cuerpo. Una planta tiene literalmente la misma tasa metabólica que un lagarto si tienen una masa similar y viven a las mismas temperaturas. (En serio, vea el papel marrón ).

Ahora en evolución. Las tasas de evolución dependen de muchas cosas, pero principalmente de dos. Tiempo de generación (el tiempo que tarda en reproducirse 1 generación de una población) y tasas de mutación del ADN. Un tiempo de generación más largo disminuye la tasa de evolución. Por ejemplo, un organismo unicelular que se reproduce cada mes evolucionará más rápido que un elefante que se reproduce cada década. Mayores tasas de mutación en el ADN aumentan la tasa de evolución. Si el ADN no cambia, entonces la evolución no puede ocurrir. Entonces, cuanto más rápido cambie el ADN (a través de las tasas de mutación), más rápida puede ser la evolución potencial.

El tiempo de generación aumenta con el aumento del tamaño corporal/metabolismo ( Brown et al. 2004 ). Las tasas de mutación disminuyen con el aumento de tamaño/metabolismo ( Gillooly et al. 2005 ).

Con esos dos patrones generales, se puede decir que la tasa de evolución disminuye con el aumento del metabolismo.

Ahora sobre la evolución de los dinosaurios . Dijiste que R. Bakker observó que los dinosaurios tenían una tasa de evolución más alta de lo esperado. Con la hipótesis de que un mayor metabolismo provocó esto. Asumiré que tenían las mismas limitaciones fisiológicas que los animales de hoy, lo cual es razonable considerando que son ancestros de las aves. Que todo lo que acabo de exponer propondría la hipótesis de R. Bakker es falsa, ya que un metabolismo más alto significa un tiempo de generación más alto y tasas de mutación más bajas, lo que conduciría a una tasa de evolución más baja.

La ciencia más reciente dice que los dinosaurios eran endotérmicos (regulan su propia temperatura) hasta cierto punto ( Witze 2014 ), por lo que sus temperaturas internas no eran tan cálidas como las de los mamíferos, pero probablemente más cálidas que la mayoría de los peces y reptiles. Entonces, al tener en cuenta el tamaño, probablemente tuvieron tasas evolutivas más bajas que los mamíferos y tasas más altas que los peces, reptiles, insectos u otros ectotermos.

Entonces, ¿por qué R. Bakker observa tasas evolutivas más altas en el registro fósil? Puedo pensar en una razón general del por qué. La escala de tiempo de los dinosaurios es del orden de decenas de millones de años. Mucho más que las pequeñas cantidades de evolución que hemos observado en los últimos 100 años de ciencia. Fácilmente podría haber procesos ocurriendo en esas largas escalas de tiempo que no estamos considerando.

Referencias

Brown, JH, Gillooly, JF, Allen, AP, Savage, VM y West, GB (2004). Hacia una teoría metabólica de la ecología. Ecología, 85(7), 1771-1789. Enlace

Gillooly, JF, Allen, AP, West, GB y Brown, JH (2005). La tasa de evolución del ADN: efectos del tamaño corporal y la temperatura en el reloj molecular. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, 102(1), 140-145. Enlace

Witze, Alexandra (2014). Dinosaurios ni de sangre caliente ni de sangre fría. Naturaleza. Enlace 2014

Interesante, y gracias por los enlaces de "teoría metabólica". Sin embargo, lo que dice en el penúltimo párrafo es en realidad lo contrario de lo que dijo en los párrafos anteriores. Un metabolismo más alto significa un tiempo de generación más bajo y tasas de mutación más altas y, por lo tanto, una tasa de evolución más rápida. Esto está de acuerdo con los argumentos de Bakker.
En cuanto a la mesotermia de los dinosaurios, el debate está lejos de resolverse. Si bien algunos investigadores están a favor de un modelo "mesotérmico", se pueden encontrar otros artículos que abogan por una endotermia completa como la de las aves y los mamíferos modernos (p. ej ., Seymour 2013 ).
Con respecto al último párrafo, gran parte de lo que sabemos sobre la evolución proviene del registro fósil, por lo que no estoy seguro de lo que quiere decir con "procesos que ocurren en esas largas escalas de tiempo que no estamos considerando". Cuando Bakker dice que las tasas evolutivas de los dinosaurios en el registro fósil son altas, los está comparando con otros grupos en el registro fósil, no solo con observaciones recientes durante los últimos cien años.
Estoy bastante seguro de que mis comentarios son consistentes en todo momento. A medida que aumenta el metabolismo, aumenta el tiempo de generación y disminuyen las tasas de mutación. Eso es lo que nos dicen las observaciones de hoy. Suponiendo que los dinosaurios siguieron los mismos patrones, entonces no se puede decir que sus tasas de evolución más altas de lo esperado se deban a un alto metabolismo.
El proceso a escalas de tiempo largas podría ser muchas cosas. Por ejemplo, ¿cómo debemos interpretar la evolución de una criatura de cuerpo pequeño a una de cuerpo grande durante varios millones de años? No tengo idea, pero algo así podría afectar la forma en que comparamos la evolución en el registro fósil con la evolución que vemos en los laboratorios.