¿Existe un mecanismo biológico para la evolución codificado en nuestro ADN?

Esta respuesta completa será larga, así que lea la parte corta primero, luego lea el resto si usted (o cualquier otra persona) tiene curiosidad. Las citas se incluyen en la sección larga. Puedo incluir citas adicionales en la sección corta si es necesario.

Larga historia corta

Su pregunta toca algunos conceptos erróneos comunes sobre cómo funciona el proceso evolutivo. Los organismos no "quieren" desarrollar rasgos. Los rasgos evolucionan a través de procesos biológicos de mutación aleatoria y selección natural.

Los organismos no "quieren" desarrollar rasgos. (Bueno, está bien, me encantaría desarrollar un par de manos extra, pero eso no es posible). La selección natural funciona modificando los rasgos existentes. Tu tortuga puede mirar todo lo que quiera a la comida fuera de su alcance, pero no desarrollará un cuello más largo. En cambio, existe una variación natural entre las longitudes del cuello de las tortugas debido a la variación de los genes que determinan las características relacionadas con el tamaño total de la caja. Aquellos individuos con cuellos más largos pueden obtener un poco más de comida, vivir un poco más y reproducirse un poco más. Transmitirán sus genes a su descendencia, por lo que quizás más de sus descendientes también tengan cuellos más largos. Durante muchas generaciones, las tortugas pueden tener cuellos algo más largos.

Un concepto erróneo común es que los rasgos de los organismos están precisamente adaptados para una necesidad específica. No lo son, por algunas razones. Primero, la selección natural ocurre en relación con el entorno actual. Las adaptaciones que funcionan bien en un entorno pueden no ser tan útiles en otro entorno. Los entornos rara vez son estables a lo largo del tiempo evolutivo, por lo que los rasgos están sujetos a cambios constantes.

Luego, como se mencionó anteriormente, la selección natural solo puede funcionar en los rasgos que están presentes. Si bien un par de brazos extra sería útil, soy un tetrápodo. Mis cuatro apéndices, junto con los apéndices de todos los demás tetrápodos, se remontan a nuestro ancestro común. Los apéndices de todos los tetrápodos son modificaciones de ese rasgo ancestral.

Finalmente, los organismos no han "muestreado" todo el reino de posibles mutaciones y combinaciones de mutaciones. En otras palabras, una determinada mutación o conjunto de mutaciones podría en realidad ser capaz de mejorar adaptativamente un rasgo particular en el entorno actual pero, si las mutaciones nunca ocurren, entonces la mejora nunca puede ocurrir.

Solo necesitamos mirarnos a nosotros mismos para darnos cuenta de cuán imperfectamente adaptados estamos. Tenemos problemas de espalda y rodillas porque nuestros cuerpos no fueron diseñados para caminar erguidos. Evolucionamos a partir de organismos cuadrúpedos. Esto ha sucedido tan recientemente que los cambios en la estructura de nuestras rodillas y espalda aún no han evolucionado (y es posible que nunca lo hagan). Busca en Internet la prueba de la vista del "punto ciego". Tenemos una masa de vasos sanguíneos frente a la retina de nuestros ojos, lo que reduce nuestra agudeza visual. A menudo tenemos que sacar los dientes de nuestras mandíbulas porque el aplanamiento de nuestra cara (en relación con nuestros antepasados ​​australopiticinos) ha acortado nuestras mandíbulas. No tenemos tanto espacio para nuestros dientes pero no hemos desarrollado un número reducido de dientes.

En cuanto a que la tecnología humana pueda realizar cambios directos en nuestro ADN para mejorar nuestra adaptabilidad, diría que no. Si bien no tengo la capacidad de ver el futuro, la complejidad de nuestro genoma, y ​​más específicamente cómo se regulan los genes, me sugiere que esta sería una tarea muy desalentadora, si no imposible. Consulte la respuesta larga a continuación para obtener más información sobre los genes reguladores, pero la esencia es que un pequeño conjunto de genes reguladores controla la mayoría de los otros genes (incluidos otros genes reguladores). Las interacciones son extremadamente complejas y tenemos una comprensión detallada de muy pocas de estas interacciones. Especulo que afectar uno de esos genes de una manera "positiva" es muy probable que tenga muchas consecuencias negativas no deseadas.

A continuación se presentan algunas matemáticas simples y otras ideas para mostrar cómo las mutaciones pueden conducir a los muchos rasgos de adaptación que se ven entre la diversidad de la vida en la tierra.

Larga historia

¿Cómo se pueden explicar de otro modo tantos saltos evolutivos (avanzados) específicos?

Las mutaciones ocurren al azar en todo el genoma. La mayoría de las mutaciones serán neutrales. Es decir, no son ni malos ni buenos desde un punto de vista evolutivo. Las mutaciones son neutrales porque el genoma de la mayoría de los organismos no es funcional. Es más probable que las mutaciones que ocurren en las regiones funcionales del ADN (es decir, las regiones codificantes de proteínas y relacionadas) sean perjudiciales (malas) porque la mutación puede afectar negativamente la función de la proteína o incluso la capacidad de producir la proteína. Sin embargo, algunas mutaciones son beneficiosas. De hecho, la mutación puede mejorar la funcionalidad de la proteína o incluso producir nuevas proteínas.

Se deben considerar un par de factores con respecto a las mutaciones. La tasa de mutación es muy baja. Por ejemplo, Kumar y Subramanian (2002) compararon las secuencias de ADN de 5669 genes que codifican proteínas de 326 especies de mamíferos. Sus resultados sugirieron que la tasa de mutación promedio entre los mamíferos es 2.2 x 10$^{-9}$por par de bases (pb) por año. Esto significa que, en promedio, una mutación puntual ha cambiado la posición de cada nucleótido de ADN en el genoma de los mamíferos un poco más del doble (2,2 veces) cada mil millones (10$^9$) años. ¡Eso es mucho tiempo!

Sin embargo, esta misma tasa ocurre en cada individuo de la población, por lo que debe considerar el tamaño de la población de los organismos. Entonces, hagamos un ejercicio simple. Considere una especie como el ratón de bolsillo de roca u otro mamífero pequeño que tiene un tiempo de generación muy corto. Para este ejemplo simple, supongamos que el tiempo de generación es de un año. Eso significa que la tasa de mutación de 2.2 x 10$^{-9}$por pb por año correspondería entonces a 2,2 x 10$^{-9}$mutaciones por pb por generación. El tiempo de generación es importante porque las nuevas mutaciones se heredan solo a través de la reproducción.

Suponga que el genoma diploide de mamífero promedio es de aproximadamente 6 mil millones (6 x 10$^9$) nucleótidos de tamaño. El número de mutaciones hereditarias que ocurren en una sola descendencia es

A continuación, suponga que aproximadamente el 2,5% del genoma de los mamíferos está compuesto por secuencias transcritas funcionales que pueden afectar el fenotipo (las características del organismo). Eso significa que, de todas las mutaciones que ocurren en cada descendencia en cada generación, alrededor del 2,5% podría afectar potencialmente el fenotipo. Eso es,

Todavía un pequeño número. Pero, ahora tenemos que tener en cuenta el tamaño de la población. Los pequeños mamíferos, como los ratones y los campañoles, generalmente tienen un gran tamaño de población. Suponga que la población de ratones de bolsillo de las rocas contiene 100 000 individuos reproductores. Si es así, entonces

que es el número de nuevas mutaciones hereditarias que podrían ocurrir en la población. La mayoría de estas mutaciones serán perjudiciales y serán eliminadas de la población por selección natural pero, si incluso una pequeña fracción de estas nuevas mutaciones son beneficiosas, entonces la selección natural puede hacer que estas mutaciones beneficiosas aumenten rápidamente en frecuencia en la población durante las generaciones futuras.

En humanos, Nachman y Crowell (2000) estimaron que la tasa de mutación promedio era de 2,5 x 10$^{-8}$mutaciones por pb por generación (no año), comparando los genomas de humanos y chimpancés. Si asumimos el mismo tamaño del genoma y el tamaño efectivo de la población humana de 500 000 individuos, la aplicación de las mismas matemáticas sugiere que 1 875 000 nuevas mutaciones que potencialmente afectan el fenotipo ocurren en la población humana cada generación. Nuevamente, solo algunos de estos serán beneficiosos, pero aún existe la posibilidad de una serie de nuevas mutaciones beneficiosas. En términos evolutivos, una generación de ratones o humanos es un abrir y cerrar de ojos.

¿Cuánto tiempo tardaría una mutación beneficiosa en propagarse a través de una población? Eso depende de dos cosas. ¿Qué tan beneficiosa es la mutación (llamada fuerza de selección, s ) y el tamaño de la población? Para estimar cuánto tiempo le tomaría a una mutación beneficiosa propagarse a través de una población, podemos usar la fórmula,

dónde$t$es el tiempo en generaciones,$s$es la fuerza de selección, y$N_e$es el tamaño efectivo de la población (número de individuos que se reproducen). Para la fuerza de la selección, supongamos$s=0.01$, que es una selección natural débil pero positiva. Volviendo a nuestros ratones de bolsillo de roca con$N_e = 100,000$, entonces la mutación beneficiosa se extendería por toda la población en solo 2441 generaciones (recuerde, estamos hablando de tiempo evolutivo, por lo que 2000 años no es nada). Si$N_e = 10,000$, la mutación se propaga en solo 1981 generaciones. Si aumentamos la fuerza de selección t 0.2, entonces los tiempos son 122 y 99 años para tamaños de población de 100 000 y 10 000 años, respectivamente.

Estos cálculos "en el reverso de la servilleta" muestran cuán rápido pueden aparecer y propagarse a través de una población incluso las mutaciones débilmente beneficiosas. Sin embargo, esto no incluye otros tipos de mutaciones como la duplicación de genes que también pueden permitir que evolucionen nuevas proteínas. Por ejemplo, la capacidad humana para ver los colores rojos se debe a una simple duplicación de genes (Nathans et al. 1996 y referencias allí). Esta duplicación también explica la forma común de daltonismo rojo-verde.

¡Uf!

Aún hay más en nuestra historia mutacional. Considere a los humanos y los chimpancés, que son casi idénticos desde un punto de vista genético (entre 96-99% dependiendo de cómo se calcule), pero parecen muy diferentes. Si los humanos y los chimpancés se separaron de su ancestro común en los últimos cinco millones de años, ¿cómo podrían diferir tanto? Esta pregunta fue publicada inicialmente por [King y Wilson (1975)]. Argumentaron que las mutaciones en las proteínas estructurales (como las que componen los huesos y los músculos) no serían suficientes para explicar las diferencias fenotípicas entre humanos y chimpancés. La propuesta de que los genes reguladoresson la clave para entender las grandes diferencias. Los genes reguladores son aquellos que controlan otros genes, encendiéndolos o desactivándolos y otras funciones importantes. Los cambios en los genes reguladores pueden provocar cambios bastante rápidos en el fenotipo.

Esta comprensión ha llevado al amplio (y fascinante) campo de la biología del desarrollo evolutivo . Este campo se centra en cómo las mutaciones en los genes reguladores asociados con el desarrollo (del embrión al adulto) han tenido un impacto evolutivo a largo plazo. El campo es rico en ejemplos, pero uno genial está asociado con patas de pato y alas de murciélago. Comencemos con el embrión. La mayoría de los embriones de vertebrados tienen membranas entre los dedos (dedos de manos y pies) durante una etapa temprana de desarrollo. Para la mayoría de los vertebrados, las membranas se pierden más adelante en el desarrollo. Los pequeños colgajos de piel que tienes entre los dedos son los restos de tus membranas embrionarias.

Un conjunto de genes reguladores llamados BMP (y un par de otros) son responsables de causar la pérdida de la membrana en los vertebrados. Sin embargo, a través de diferentes conjuntos de mutaciones, las BMP no pueden funcionar en patas de pato y manos de murciélago. Por lo tanto, ambos terminan con membranas entre sus dedos ( Weatherbee et al. 2006 ). Por lo tanto, dos mutaciones diferentes bloquean el mismo conjunto de genes de desarrollo, lo que lleva a adaptaciones novedosas en dos tipos muy diferentes de vertebrados. Un último ejemplo es la evolución de las plumas de las aves a partir de las escamas. Como sabrás, las aves evolucionaron a partir de los dinosaurios. Resulta que las plumas de pájaro y las escamas de caimán (los caimanes son las aves vivas más cercanasrelativo) utilizan los mismos genes reguladores para desarrollarse. Los genes son BMP2 y SHH (sonic hedgehog para fanáticos del viejo juego de computadora) ( Harris et al. 2002 ). Otros genes reguladores son la base de los diferentes tipos de plumas, como las plumas suaves y las plumas de vuelo (Harris et al. 2002).

Literatura citada

Harris, MP et al. 2002. Módulo de señalización Shh-Bmp2 y el origen evolutivo y diversificación de las plumas. Revista de Biología Experimental 294: 160-178.

Rey, M.-C. y ACWilson. 1975. Evolución en dos niveles en humanos y chimpancés. Ciencia 188: 107-116.

Kumar, S. y S. Subramanian. 2002. Tasas de mutación en genomas de mamíferos. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. 99: 803-808.

Nachman, MW y SL Crowell. 2000. Estimación de la tasa de mutación por nucleótido en humanos. Genética 156: 297-304.

Weatherbee, SD et al. 2006. La retención de las correas interdigitales en las alas de los murciélagos ilustra los cambios genéticos que subyacen a la diversificación de las extremidades de los amniotas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. 103: 15103-15107,

Acerca de su pregunta

Este tipo de pregunta muy básica tiene el inconveniente de necesitar una respuesta muy larga. En consecuencia, su pregunta podría obtener una votación reñida. Haré todo lo posible para ayudar, pero es posible que desee ver alguna fuente de información como una introducción a la biología evolutiva. Un libro eventualmente o tal vez la academia Khan.

la teoria de la evolucion de darwin

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

¿Qué es la selección natural? Receta de Lewontin

Tu lista:

- Survival of the fittest
- Random mutation
- Natural Selection

Es una lista de diferentes conceptos que pueden estar presentes en la biología evolutiva, pero no se parece en nada a una receta para que ocurra la evolución. Creo que esta lista ya muestra algún punto que malinterpretaste sobre la evolución. La receta de Lewontin es una buena forma 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.

¿Qué es la evolución?

La evolución no es sólo 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 parámetros 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.

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 totalmente incorrecto. Puede que te sorprenda el nivel de adaptación de la vida, pero esto no significa que lo que necesitaban se creó con el propósito de ayudar a estos individuos a sobrevivir, sino que solo significa que ocurren mutaciones aleatorias.

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. Una explicación intuitiva de lo que es la deriva genética se puede encontrar en esta publicación . También le permitirá comprender por qué una población pequeña experimenta un cambio más aleatorio en la frecuencia de sus genes que una población grande.

Por lo tanto, cuando dices que te diste cuenta de queAny time a species has needed the development of a specific feature to survive, it has developed that feature, and that feature preciselyEstá Mal. Solo notaron que la especie tiene cierto nivel de adaptabilidad, si puedo decirlo. Es muy difícil imaginar qué nueva mutación sería beneficiosa para un individuo dado en una población, pero en realidad hay muchas mutaciones beneficiosas que nunca se han producido o que han desaparecido debido a la deriva genética. Además, como está implícito en la receta de Lewtontin, diferentes individuos tienen diferentes rasgos que producen diferentes éxitos reproductivos. Si no considera las mutaciones que nunca ocurrieron, sino solo los sitios del genoma que son polimórficos (donde existen diferentes variantes en la población), entonces vale la pena saber que cualquier individuo tiene muchas variantes perjudiciales. Estas mutaciones deletéreas explican muchas enfermedades genéticas. No, no somos perfectos.

Sobre tu pregunta de nuevo

Espero que esto ayude un poco. Pero necesitaría días para explicar mejor qué es la evolución. Es un campo poco en biología. Su pregunta es demasiado amplia y, como dije al principio, debe buscar información por sí mismo y volver a este sitio con una pregunta que pueda responderse más rápidamente.

¡Espero que ayude!

Versión de respuesta corta:

Me parece plausible que nosotros (la vida avanzada) podamos tener un mecanismo biológico para "escribir" las alteraciones necesarias en nuestro propio ADN o en nuestro ADN reproductivo con el tiempo, desencadenando los desarrollos evolutivos muy específicos necesarios para nuestra supervivencia sin depender de mutaciones aleatorias.

No, no es. A pesar de lo que le digan sus sentimientos, a pesar de lo que desee que sea el caso, no hay evidencia en biología molecular que sugiera que tal mecanismo exista, no hay evidencia de que tal mecanismo sea necesario para explicar los diferentes fenotipos que vemos.

Cada vez que una especie ha necesitado el desarrollo de una característica específica para sobrevivir, ha desarrollado esa característica, y precisamente esa característica.

Esta afirmación es claramente falsa. Los dinosaurios no desarrollaron lo que necesitaban, ¿verdad?

Resultó que en esta ocasión, los mamíferos estaban mejor adaptados a las condiciones del momento, al igual que los peces habían logrado tomar la delantera sobre los grandes artrópodos y los ammonites anteriormente.

En retrospectiva, muchas de las soluciones de la naturaleza parecen maravillosamente elegantes, pero se llegó a ellas por suerte bajo una intensa presión para sobrevivir. El hecho de que nuestro ojo esté diseñado con vasos sanguíneos en la parte frontal de la superficie óptica en lugar de en la parte posterior es un ejemplo de un diseño que podría haberse hecho mejor si se pensara desde cero. Hay muchas características vestigiales de generaciones anteriores que persisten, aunque ya no se necesitan. Observe que los peces planos nacen con ojos en lados opuestos de la cabeza y un ojo luego migra para estar del mismo lado que el otro, y los embriones de ballena que tienen dientes que han desaparecido cuando nacen, etc.

La selección natural es una combinación de mutaciones afortunadas que encajan con las condiciones predominantes. Es un mundo duro ahí fuera. Incluso las plantas se están estrangulando entre sí, como se puede ver en este video: https://www.youtube.com/watch?v=aNjR4rVA8to

La tortuga no tuvo mucho tiempo para mirar con nostalgia las hojas que no podía alcanzar. Otra tortuga con un cuello un poco más largo vino y se los comió. Y se hizo más grande y más fuerte y peleó con la primera tortuga, así que consiguió aparearse con todas las hembras. Y así, la próxima generación de tortugas tenía cuellos más largos que la anterior.

Es fácil olvidar, con nuestras vidas cómodas, qué lucha es la naturaleza. La razón de esto es que los humanos como especie han desarrollado el arma más devastadora de todas: la cooperación. En comparación con la mayoría de los demás organismos, tratamos bastante bien a otros individuos de la misma especie (la mayor parte del tiempo) y , de hecho, nos enseñamos unos a otros cómo hacer las cosas. Mientras que otras especies cooperan entre individuos, los humanos han llevado esto a un nivel completamente nuevo. Como resultado, hemos podido erradicar muchas especies que representan una amenaza para nosotros y controlar muchas otras especies que nos son útiles.

Si quieres saber por qué esto no sucedió antes: los humanos evolucionaron de una criatura parecida a un simio que, debido a cambios en su entorno, bajó de los árboles y comenzó a caminar por el suelo. Esta criatura entonces tenía las manos libres para usar herramientas, y por pura casualidad esta combinación de factores hizo que un cerebro más grande fuera ventajoso, por lo que esta criatura (que ya era social, como los simios pero a diferencia de los pulpos, una de las pocas criaturas bendecidas con la habilidad para realizar manipulaciones complejas) se volvió aún más inteligente y comenzó a educar a su descendencia sobre cómo controlar su entorno.

No hay nada en biología que permita dirigir la mutación de los genes. Finalmente, la tecnología humana se ha desarrollado hasta el punto en que es posible modificar genes directamente. Sin embargo, existen cuestiones éticas importantes con respecto al uso de esta tecnología. La terminación de un humano "imperfecto" está mal vista porque se considera que todos los miembros de la especie deben tener la mejor oportunidad de sobrevivir. Además, no está del todo claro si realmente existe algo así como un gen "defectuoso". Por ejemplo, los portadores del gen responsable de la anemia de células falciformes tienen una mayor resistencia a la malaria.

De todos modos, mucho antes de que los humanos pudieran manipular los genes directamente, pudieron producir cambios masivos en el fenotipo de los perros en un número notablemente pequeño de generaciones. Existe una raza de perro adaptada a todos los usos posibles. Una consecuencia desafortunada es que el acervo genético en cada raza es bastante pequeño, lo que lleva a enfermedades específicas de la raza. Si estas razas se dejaran solas, se necesitarían muchas generaciones para que las mutaciones permitieran que sus genotipos se diversificaran nuevamente. ¿Y quién sabe cómo sería el animal final?

Me parece plausible que nosotros (la vida avanzada) podamos tener un mecanismo biológico para "escribir" las alteraciones necesarias en nuestro propio ADN o en nuestro ADN reproductivo con el tiempo, desencadenando los desarrollos evolutivos muy específicos necesarios para nuestra supervivencia sin depender de mutaciones aleatorias.

No hay evidencia de tal mecanismo, y no está muy claro cómo se podría probar que una mutación es beneficiosa sin probarla en el medio ambiente. Lo que hay es una forma de mezclar y emparejar genes, para que los mejores puedan propagarse entre la población. Los organismos unicelulares hacen esto por una variedad de medios. Para los organismos pluricelulares la forma de hacerlo es la reproducción sexual.

El costo de esto es enorme. Mira una planta con flores. Esa flor ha evolucionado exclusivamente para permitir la polinización, típicamente por insectos. En algunos casos, prácticamente toda la energía de la planta se dedica a hacer esa flor y relativamente poca a hacer las semillas reales. Las plantas tienen un problema particular al intercambiar genes porque no se mueven. Los animales estacionarios, como el percebe, también tienen problemas similares. El percebe soluciona esto al tener un "pene" varias veces más largo que la longitud de su cuerpo para que pueda copular con su vecino sin moverse de su lugar. En los humanos, la mitad de la población es masculina y, por lo tanto, no puede tener descendencia.

La reproducción asexual es mucho más eficiente para producir descendencia, pero no permite el intercambio de genes. Los descendientes son clones de sus padres y, por lo tanto, tienen las mismas fortalezas y debilidades genéticas. La reproducción asexual existe, incluso en algunos animales, pero la reproducción exclusivamente asexual impediría la propagación de mutaciones beneficiosas. Por eso los organismos invierten tanta energía en el sexo.

Los pulgones son un buen ejemplo de un animal que se reproduce tanto sexual como asexualmente. En las épocas de auge del año, los áfidos se reproducen asexualmente y, de hecho, ¡nacen como hembras preñadas! Cuando la disponibilidad de alimentos disminuye, cambian al sistema de reproducción sexual más lento con machos y hembras.

En muchos animales, los machos deben demostrar su buena salud para poder aparearse con las hembras (que son exigentes, porque tienen que asumir el costo de tener a los jóvenes). En muchos mamíferos herbívoros grandes, esto lo hacen los machos peleando . Los pájaros machos a menudo muestran su salud con un plumaje elaborado, siendo el ejemplo clásico el pavo real. Es discutible si un desperdicio de recursos tan conspicuo es realmente beneficioso para la especie, pero las hembras han evolucionado para seleccionar a los machos de esta manera. En algunos peces, solo hay un macho en un grupo, y cuando algo le sucede, la hembra más grande y saludable cambia de sexo para convertirse en macho.

Entonces, si un organismo fuera capaz de programar sus propios genes, ¿por qué invertir tanta energía en la reproducción sexual?

La respuesta proporcionada por Mike Taylor es simplemente perfecta y completa.

Sin embargo, me gustaría agregar algunos pensamientos propios en un estilo más coloquial:

• La supervivencia del más apto no siempre es cierta. También existe la "supervivencia de los más afortunados" (por ejemplo, el más apto se exhibe en la playa con las otras tortugas y le cae un rayo).

• La reproducción no es tan sencilla y muchas veces la hembra se aparea con varios compañeros (aparte del más apto) y se debe procurar una prueba de paternidad.

• Los cambios de mutación no siempre son graduales (es decir, las tortugas pueden desarrollar un cuello largo en solo una generación).

• Las mutaciones no siempre conducen a un cambio de fenotipo. A veces, dependiendo del entorno, el cambio de fenotipo no se produce. Por ejemplo, a las tortugas solo les puede crecer un cuello largo si viven en una isla soleada.

• No todas las mutaciones son beneficiosas y no todas las mutaciones beneficiosas tienen un impacto en la supervivencia (por ejemplo, muchos actores/actrices no son muy altos aunque se reproducen con éxito).

En mi opinión, hay muchos tonos de gris entre las ideas detrás de la evolución.

Las características de los "más aptos" a veces se pierden por razones aleatorias como las enumeradas anteriormente, y las características de los "menos aptos" a veces se transmiten.

Y finalmente, a veces, un organismo desarrolla (o está desarrollando) un mecanismo para alterar los genes directamente (por ejemplo, los seres humanos). ¿Adónde llevaría eso? ¿La evolución significa algo más?

"Me imagino a esa tortuga mirando esa comida y deseando subconscientemente llegar a ella, esforzándose constantemente, durante toda su vida.

Me parece plausible que nosotros (la vida avanzada) podamos tener un mecanismo biológico para "escribir" las alteraciones necesarias en nuestro propio ADN o en nuestro ADN reproductivo con el tiempo, desencadenando los desarrollos evolutivos muy específicos necesarios para nuestra supervivencia sin depender de mutaciones aleatorias. "

Esa es una idea anterior a Darwin de la evolución llamada " herencia de características adquiridas " o lamarckismo en honor a su creador, el filósofo natural francés Jean-Baptiste Lamarck. Lamarck postuló que dado el uso de tejidos alterados, por ejemplo, levantar pesas hace que los músculos sean más grandes, entonces los descendientes de un organismo se beneficiarían si todo lo que los tejidos de los padres "aprendieron" pudiera transmitirse.

En realidad, hay factores epigenéticos en las células que activan o desactivan genes de forma selectiva o modifican su uso de generación en generación. Pero esto no es evolución porque los genes siempre están ahí, listos para usarse si es necesario y nunca se crea nueva información.

Los defectos del lamarckismo son que, incluso si existiera el mecanismo para transmitir las características adquiridas, ¿cómo sabría qué características llevaron a qué resultado? ¿Cómo podría distinguir los cambios positivos de los negativos?

Más fatalmente, ¿cómo podría un organismo desarrollar un sistema que no estuviera relacionado con un comportamiento existente? Para que la tortuga estire el cuello, debe desear comer las hojas y hacer un esfuerzo para hacerlo. ¿Cómo adquirió el comportamiento de desear comer la hoja en primer lugar? En el futuro, si las plantas que come desaparecen, ¿cómo podría encontrar otra fuente de alimento? No desearía comer plantas no comestibles, por lo que nunca se esforzaría por hacerlo y nunca transmitiría ese esfuerzo a sus crías.

El contratiempo en tu comprensión del darwinismo es que lo entiendes al revés. Las especies no encuentran soluciones y evolucionan. No es algo que hagan las especies. Es algo que le sucede a las especies, una fuerza del exterior. No es análogo a los humanos sentados para resolver conscientemente un problema.

Darwin originalmente iba a utilizar la analogía de "acuñar" en lugar de "selección natural". Quería enfatizar que fue el medio ambiente apretando a las especies lo que las formó. (Hoy en día, pensamos en las cuñas principalmente por su poder de división, pero en la época de Darwin, si quería comprimir algo, usaba una cuña martillada desde el costado. Era una herramienta común que realizaba el mismo trabajo que los gatos y los sistemas hidráulicos de hoy. .) Pero optó por la analogía antropomórfica de que la naturaleza es un criador de animales que selecciona rasgos para el éxito reproductivo y se produjeron muchos malentendidos.

La evolución no es aleatoria. Solo las variaciones en sí mismas son aleatorias. La selección de ellos no lo es. Es como tirar dados. La caída de los dados es aleatoria pero sólo ciertos valores de dados son número ganador y son "seleccionados". La misma mutación puede aparecer en cada generación durante millones de años, pero no produce cambios hasta que el entorno cambia para que la mutación sea útil.

Las especies no tienen existencia independiente de su entorno. El entorno los aprieta en una forma específica, la que mejor satisface las demandas de la Segunda Ley de la termodinámica. Si el entorno no cambia, el organismo tampoco lo hará. Desde esa perspectiva, la adaptación es tan asombrosa como una roca rodando cuesta abajo. (Eso se vería bastante fantástico si no supieras sobre la gravedad).

Imagina que nunca has visto arcilla y nunca has visto molduras. Tu paseo por la orilla de un arroyo bordeado de arcilla. Caminando en una dirección pasas un tramo de arcilla en blanco. Después de pasar, una hoja cae en la garra y crea una huella casi perfecta antes de volar. Cuando regresas más allá de ese lugar, parece que la arcilla se ha alterado de alguna manera, contra toda probabilidad, en un duplicado exacto de espejo de una hoja. ¿Cómo podrías preguntarte si la arcilla podría saber cómo duplicar exactamente la forma de una hoja?

Pero la arcilla no hizo nada. La arcilla no se alteró para adaptarse a la hoja, la fuerza de la hoja que caía alteró la arcilla.

Asimismo, las especies no evolucionan por sí mismas, son evolucionadas por fuerzas externas. Las especies parecen encajar milagrosamente en sus nichos ecológicos pero, al igual que la arcilla, no hicieron nada para adaptarse al nicho. Así como la arcilla será modelada pasivamente por la presión del moldeado, las especies no tienen más remedio que asumir las formas que toman.

No es la supervivencia del apto, sino la supervivencia del ajustado .

Para agregar a las respuestas anteriores que tratan específicamente del darwinismo biológico, también existe el darwinismo universal que postula que la evolución es un fenómeno natural que aparece cuando se presenta un conjunto de condiciones y restricciones. Y, de hecho, se ha aplicado con éxito a una serie de campos (ver la cita a continuación), lo que parece implicar que la evolución no es una propiedad de los individuos en evolución (como usted insinuó) sino una propiedad del sistema en el que evolucionan los individuos ( siempre que los individuos satisfagan algunas propiedades especiales, a saber, variación y herencia, ver más abajo).

Aquí está la definición de Wikipedia:

En el nivel más fundamental, la teoría de la evolución de Charles Darwin establece que los organismos evolucionan y se adaptan a su entorno mediante un proceso iterativo. Este proceso puede concebirse como un algoritmo evolutivo que busca en el espacio de las formas posibles (el paisaje fitness) aquellas que mejor se adaptan. El proceso tiene tres componentes:

• variación de una forma o plantilla dada. Esto generalmente (pero no necesariamente) se considera ciego o aleatorio, y generalmente ocurre por mutación o recombinación.
• selección de las variantes más aptas, es decir, aquellas que mejor se adaptan para sobrevivir y reproducirse en su entorno dado. Se eliminan las variantes no aptas.
• herencia o retención, lo que significa que las características de las variantes de ajuste se conservan y se transmiten, por ejemplo, en la descendencia.

Una vez que se retienen esas variantes de ajuste, pueden volver a sufrir variaciones, ya sea directamente o en su descendencia, comenzando una nueva ronda de la iteración. El mecanismo general es similar a los procedimientos de resolución de problemas de ensayo y error o generar y probar: la evolución puede verse como la búsqueda de la mejor solución para el problema de cómo sobrevivir y reproducirse generando nuevos ensayos, probando cómo bien se desempeñan, eliminando los fracasos y conservando los éxitos.

La generalización hecha en el darwinismo "universal" es reemplazar "organismo" por cualquier patrón, fenómeno o sistema reconocible. El primer requisito es que el patrón pueda "sobrevivir" (mantenerse, retenerse) el tiempo suficiente o "reproducirse" (replicarse, copiarse) con la suficiente frecuencia como para no desaparecer inmediatamente. Este es el componente de la herencia: la información del patrón debe conservarse o transmitirse. El segundo requisito es que durante la supervivencia y la reproducción pueden ocurrir variaciones (pequeños cambios en el patrón). El requisito final es que exista una "preferencia" selectiva para que ciertas variantes tiendan a sobrevivir o reproducirse "mejor" que otras. Si se cumplen estas condiciones, entonces, por la lógica de la selección natural, el patrón evolucionará hacia formas más adaptadas.

Ejemplos de patrones que se han postulado para sufrir variación y selección, y por lo tanto adaptación, son los genes, las ideas (memes), las neuronas y sus conexiones, las palabras, los programas de computadora, las empresas, los anticuerpos, las instituciones, los estados cuánticos e incluso los universos completos.

Además, te puede interesar alguna terminología asociada con esta teoría, por ejemplo para John Maynard Smith un individuo que puede evolucionar en un sistema evolutivo se llama Unidad de evolución [1]. Esto muestra cuán abstracta y generalizable puede ser la evolución.

[1]: Fernando C, Vasas V, Szathmáry E, Husbands P (2011) Rutas neuronales evolutivas: una base novedosa para la información y la búsqueda en el cerebro. PLoS ONE 6(8): e23534. doi: 10.1371/journal.pone.0023534

De hecho, hay sistemas de control evolutivo masivos integrados en el ADN. Constituyen la mayor fuerza para el cambio eficiente en los seres vivos.

Las mutaciones aleatorias de ADN no son tan beneficiosas como las controladas, puede ver mutaciones aleatorias de un solo gen en los libros de medicina: anemia, cáncer, sudor con olor a queso, sin glándulas sudoríparas, afecciones de la piel, escamas, huesos quebradizos, tolerancia a la lactosa, todos estos son ejemplos de mutaciones de proteínas individuales y hormonas de crecimiento individuales y así sucesivamente.

En lugar de mutaciones de ADN aleatorias, las formas de vida controlan su tasa de cambio y tipos de variaciones de manera muy eficiente, cambios de color, huesos/brazos/piernas más largos y más cortos que se pueden ver en humanos, tiempos de maduración física, longitud y cantidad de cabello, todas estas cosas son seguras para que un animal tenga mucha variación genética. Los cambios en la longitud de los huesos varían más del 10 por ciento en una sola generación de humanos, pero cambios como la tolerancia a la lactosa ocurren solo cada 100 ds de generaciones. Por lo tanto, hay cientos de genes para controlar las hormonas del crecimiento, ya que es importante para la selección. Si los cambios de color se vuelven importantes para un animal, por ejemplo, pájaros, peces y mariposas, entonces cientos de genes se dedican al color. Si el color no es importante, por ejemplo, los animales del norte y de las nieves, entonces se dedican pocos cambios genéticos al color,

Tiene sentido que el ADN favorezca los desarrollos que fomentan la reproducción y la supervivencia en entornos variables y, de hecho, el ADN está sobrealimentado para producir cambios morfológicos y químicos en su mayoría útiles en grandes cantidades. Las plantas, por el contrario, necesitan cambiar mucho sus productos químicos para atraer y repeler a los animales, mientras que los animales no necesitan atraer a otros animales para alimentarse, solo para defenderse, esa es una de las razones por las que los animales tienen mucha menos variedad química que las plantas. Solo los chinos usan animales como medicina, y hay pocas aspirinas y sedantes derivados de animales. Los animales no pueden producir sustancias químicas aleatorias poderosas porque las hormonas de su sistema nervioso y las paredes celulares son menos robustas que las células de celulosa y las hormonas vegetales. De lo contrario, los animales tendrían un olor y sabor más variable, pero todos los mamíferos tienen un sabor similar.

Es lo mismo con la evolución de la computadora. Si le dices a un programa de computadora que varíe el ADN al azar o que cree formas de vida al azar, tendrá animales epilépticos y desorganizados que se tambalearán, rodarán, chocarán contra las paredes, y eso no es lo que hacen los animales para evolucionar. Si equipa un programa informático de evolución con juegos de herramientas de ADN copiados de la naturaleza, tendrá mucho más rápido animales significativos... es decir, simples insectos locomotoras. Si le dice a la computadora que use movimientos sinusoidales de las extremidades como aletas de pez, patas de milpiés, patas de insectos, usando impulsos nerviosos y que cree formas de vida metaméricas, tendrá mucho más éxito que simplemente agregar extremidades en partes aleatorias del cuerpo, usando patrón de impulsos nerviosos y así sucesivamente.

No es algo fácil de estudiar, ya que es muy complejo. Me encantaría algunas estadísticas y revistas sobre los tipos de cambios evolutivos que prevalecen en diferentes formas de vida.