La principal contribución de Darwin a la ciencia es que completó la Revolución Copernicana extrayendo para la biología la noción de la naturaleza como un sistema de materia en movimiento gobernada por leyes naturales. Con el descubrimiento de Darwin de la selección natural, el origen y adaptación de los organismos fue traído al reino de la ciencia. Ahora podemos explicar las características adaptivas de los organismos, como los fenómenos del mundo inanimado, por resultado de los procesos naturales, sin el recurso de un Diseñador Inteligente. Las revoluciones Copernicanas y Darwinianas pueden verse como dos etapas de una Revolución Científica. En conjunto marcan el comienzo de la ciencia en el sentido moderno: Explicación a través de las leyes naturales. La teoría de Darwin de la selección natural explica el “diseño” de los organismos y para su maravillosa diversidad, como resultado de los procesos naturales, la acumulación gradual de variaciones surgidas espontáneamente (Mutaciones) resueltas por la selección natural. ¿Cuáles características serán seleccionadas? Depende de las variaciones que se presentarán en un lugar en un tiempo dado. Claro que esto depende de un proceso aleatorio de mutaciones así como de la historia previa de los organismos. La mutación y selección en conjunto, han gestionado el maravilloso proceso que, inició con organismos microscopios y ha llegado hasta plantas, aves, seres humanos y demás criaturas que nos maravillan día con día. La Teoría de la Evolución converge la oportunidad y la necesidad, azar y determinismo, enredado en forma conjunta en la materia de la vida. Éste fue el descubrimiento fundamental de Darwin, que hay un proceso que es creativo, aunque no es consiente.

Hay una versión de la Historia de las Ideas que observa un paralelo entre las revoluciones Copernicana y Darwiniana. Desde este punto de vista, la Revolución Copernicana consistió en desplazar a la Tierra desde su previamente aceptado lugar geométrico como centro del Universo y moviéndola hacia un lugar ‘subordinado’ como un planeta más orbitando alrededor del Sol. De manera análoga, la Revolución Darwiniana consiste en el desplazamiento de la especie humana de su exaltada posición como centro de la vida terrestre con todas las especies creadas para el servicio de la humanidad. De acuerdo a esta versión de historia intelectual, Copérnico realizó esta revolución con la Teoría Heliocéntrica del Sistema Solar, mientras que Darwin lo hizo con la Teoría de la Evolución Orgánica.

Lo que esta versión de las dos revoluciones dice es correcto, más insuficiente, puesto que descuida u olvida lo que es más importante acerca de estas dos revoluciones intelectuales, que en conjunto, marcan el inicio de la ciencia en el sentido moderno de la palabra.

La Revolución Copernicana fue iniciada con la publicación en 1543, año de la muerte de Nicolás Copérnico (Nicolaus Copernicus) de su De revolutionibus orbium celestium, y floreció con la publicación en 1867 de Philoophiae naturalis principia mathematica de Isaac Newton. Los descubrimiento de Copérnico, Kepler, Galileo, Newton y otros, en los siglos XVI y XVII, gradualmente marcan el comienzo de una concepción del Universo como materia en movimiento gobernada por leyes naturales. Se demostró que la Tierra no es el centro del Universo sino un pequeño planeta que orbita alrededor de una estrella promedio, que el Universo es inmenso en tiempo y espacio, y que el movimiento de los planetas alrededor del Sol puede ser explicado por las mismas leyes simples del movimiento para los objetos físicos en nuestro planeta.

Estos y otros descubrimientos expandieron el conocimiento humano. Esta revolución conceptual nos proporcionó algo más básico aún: La entrega del postulado de que el Universo obedece leyes inmanentes que consideran los fenómenos naturales. El funcionamiento del Universo fue introducido en el reino de la ciencia: Se explica a través de leyes naturales. Todos los fenómenos naturales pueden ser explicados dado que con el tiempo, se pueden conocer las causas.

Los avances de la Física, ocasionados por la Revolución Copernicana han impulsado la concepción humana del Universo, que ha persistido desde el siglo XIX. Las explicaciones científicas, derivadas de las leyes naturales, dominan el mundo de la materia viva e inerte, tanto en la Tierra como en “el cielo”. Sin embargo, las explicaciones sobrenaturales, las cuales dependen de los hechos insondables de un “Diseñador”, siguen siendo aceptadas como explicación del origen y configuración de las criaturas vivas. Autores como William Paley argumentan que el diseño complejo de los organismos no puede provenir por las leyes de la física, química o biología, sino que debe haber sido realizado por un “Diseñador Inteligente”, al igual que la complejidad para mostrarnos la hora, por un relojero inteligente.

Fue el genio de Darwin el que resolvió esta esquizofrenia conceptual. Darwin completó la Revolución Copernicana extrayendo para la biología la noción de la naturaleza como un sistema ‘legal’ de materia en movimiento que el humano puede explicar de manera racional sin el recurso de agencias sobrenaturales. El enigma que enfrentó Darwin difícilmente puede ser sobreestimado. La fortaleza del ‘argumento del diseño’ para demostrar que una entidad creó todo había sido establecida y reforzada aún más, de manera sucesiva por filósofos y teólogos. Donde se observara una función, se detectaba un diseño, y en consecuencia, un autor. Fue un gran logro de Darwin demostrar que la compleja organización y funcionalidad de los seres vivientes puede ser explicada como resultado de procesos naturales (Selección natural) sin la necesidad de recurrir a entidades externas, de ningún tipo. El origen y adaptación de los organismos, así como su profusión y maravillosas variaciones, fueron traídas al reino de la ciencia, como ya se había mencionado.

Darwin aceptó que los organismos están “Diseñados” para ciertos propósitos, esto es, están funcionalmente organizados. Los organismos se adaptan a ciertas formas de vivir y sus partes están adaptadas para desempeñar ciertas funciones. Los peces están adaptados para vivir en el agua, los riñones regulan la composición de la sangre, y la mano humana puede asir. Si, Darwin fue más allá de la simplista explicación del diseño. Los aspectos, aparentemente con propósito de los seres vivos, ahora pueden explicarse al igual que los fenómenos del mundo inanimado, por el método científico, siendo el resultado de las leyes naturales manifestándose en los procesos naturales.

Darwin ocupa un lugar exaltado en la historia del pensamiento moderno, recibiendo el crédito que merece por la Teoría de la Evolución. En el Origen de las Especies, publicado en 1859, trazó la evidencia que demostraba la evolución de los organismos. Darwin en sí, no utilizó el término “Evolución”, el cual no tenía el significado actual, pero se refirió a la evolución de los organismos con la expresión “Descendientes comunes con modificaciones” y otras similares. Sin embargo, Darwin logró algo mucho más importante para a historia intelectual que demostrar la evolución. De hecho, la evidencia acumulativa para la descendencia común con la diversificación bien puede quedar como un objetivo secundario de la obra maestra de Darwin. El Origen de las Especies de Darwin es, primero y ante todo, un esfuerzo sostenido para resolver el problema de como contabilizar científicamente el diseño de los organismos. Darwin buscó la explicación del diseño de los organismos, su complejidad, diversidad y maravillosos artificios, como resultado del proceso natural.

Referencias:

Legado y Trascendencia de las Ideas Evolutivas de Charles Darwin

Jorge Martínez Martínez

El Origen de las Especies

Charles Darwin

Charles Darwin and The Origin of Species

Keith A. Francis

Natural Theology

William Paley

Aunque frecuentemente los científicos tratan de demostrar correlaciones temporales (De tiempo, no transitorias) y causales entre eventos ambientales y evolutivos, los procesos que subyacen a las conexiones entre los dos, son poco conocidos. Estos procesos se presentan a lo largo de periodos prolongados de tiempo, en lugar de “Al instante”, el cual es ‘invocado’ en otras disciplinas científicas para demostrar correlación. Sin embargo, una combinación de los registros fósiles y el registro geológico de los climas del pasado pueden ser utilizados para demostrar de manera convincente que las interacciones de los organismos con el sistema terrestre, han contribuido a la evolución de la vida en la Tierra en los últimos mil millones de años. Un ejemplo dramático es la evolución de los organismos unicelulares fotosintéticos más temprana, que alteraron radicalmente el sistema de tierra primitiva mediante la adición de oxígeno libre en la atmósfera y por lo tanto, el tiempo que proporciona las condiciones para los animales para que sobrevivan y se diversifiquen.

El registro fósil también ha demostrado que los vínculos causales y retroalimentaciones no siempre ocurren en maneras simples o inmediatas (Se requiere usualmente de investigaciones creativas y cuidadas para demostrar relaciones causa-efecto). Un químico puede replicar un experimento muchas veces para demostrar una relación causa-efecto, y por lo tanto, se puede rechazar una hipótesis cuando no se apoya en resultados replicados. Sin embargo, para las ciencias históricas, nuestro “Experimento” ha sido ejecutado y no puede ser replicado con precisión. Además, con frecuencia hay múltiples factores causales, así como evaluaciones complicadas que los eventos controlados registraron en los fósiles y en los registros arqueológicos. En consecuencia, la tarea de los científicos históricos que estudian la evolución es evaluar hipótesis a través de otros medios:

• Por observación, buscando detectar las correspondencias robustas de eventos en el tiempo y en el orden predicho de causa-efecto. Esto requiere de un entendimiento exacto y preciso de las eras de los eventos.

• Evaluando si el resultado de la causa-efecto predicho tuvo lugar varias veces, ya sea en situaciones similares en diferentes épocas geológicas o, en el caso de la evolución y la ecología, a través de taxones múltiples (Diferentes organismos) para un evento dado. Por ejemplo, múltiples grupos de animales con características similares pueden ser analizados para determinar si sus registros fósiles respondieron de manera similar a un evento casual propuesto.

• “Volviendo a ejecutar” este experimento histórico múltiples veces con modelos computarizados, para evaluar y entender las dinámicas subyacentes de la posible relación causa-efecto, suministrado por una combinación de factores causales hipotéticos (Funciones climáticas forzadas), condiciones ambientales iniciales y los resultados del registro fósil.

Una consideración importante en cualquier discusión sobre causalidad es la posibilidad de que la evolución de los homínidos no fue afectada en gran parte por el cambio climático, esto sería la “Hipótesis Nula” Ambiental.

Los factores ecológicos tales como la depredación, la competencia y las enfermedades entre organismos, operan en todos los ambientes, y estas interacciones tienen una influencia importante en su historia evolutiva. Tales interacciones pueden ser (Pero no es necesario) formadas fuertemente por las condiciones climáticas con las características resultantes de sus hábitats, y por lo tanto, los estudios climáticos detallados pueden proporcionar un contexto crítico para la comprensión de la evolución. Por ejemplo, los animales que cazan otros animales en los pastizales, tienen otras técnicas de captura que los depredadores que habitan en las selvas tropicales. Estos comportamientos ecológicos, los cuales pueden identificarse en el registro fósil, sirven como vínculos importantes que pueden ayudar a probar los posibles efectos del clima en la evolución de los organismos.

Aunque las mutaciones genéticas funcionan independientemente del cambio climático, la propagación de mutaciones beneficiosas es fundamental para el proceso de la evolución. Estas mutaciones se generalizan porque la selección natural se basa en el concepto de que el medio ambiente juega un papel vital en la diferencia entre el éxito evolutivo y la extinción. Un mejor entendimiento del cambio ambiental (Es decir, el contexto del sistema terrestre como una fuerza dinámica en el éxito evolutivo y la extinción) avanzará sustancialmente la comprensión científica de la vida en nuestro planeta, incluyendo la evolución humana.

Esta publicación participa en el X Carnaval de Geología alojado por Biblioteca de Investigaciones.

Referencias

Geology as an Historical Science: Its Perception within Science and the Education System.

Jeff Dodick and Nir Orion

Early hominid evolution and ecological change through the African Plio-Pleistocene

Kaye E. Reed.

Understanding Paleoclimate and Human Evolution Through the Hominin Sites and Paleolakes Drilling Project

Andrew Cohen et al.

Tracking changing environments using stable carbon isotopes in fossil tooth enamel: an example from the South African hominin sites

Julia A. Lee-Thorp, Matt Sponheimer & Julie Luyt

Debating the Environmental Factors in Hominid Evolution

Craig S. Feibel

Todas las criaturas vivientes interactúan con el sistema terrestre (Combinación de tierra, atmósfera y océanos), lo cual forma nuestro medio ambiente. Así como el sistema terrestre cambia a través del tiempo, las especies reaccionan a esos cambios. En algunos casos, las especies se dispersan a nuevas localizaciones que concuerdan con sus hábitats preferidos. También pueden adaptar su entorno a los cambios ambientales, lo cual, en ocasiones, lleva a la formación de nuevas especies. Y, en otros casos, algunas especies se extinguen. Un ejemplo simple, de la actualidad, es el cambio en la población del oso polar. Dado que el clima del Ártico se ha calentado rápidamente en los últimos ~50 años, se ha incrementado su dificultad para alimentarse, así como su método de cacería (Acechando focas desde el mar congelado) se ha vuelto más precario conforme se va ‘retirando’ el hielo del Ártico. Eventualmente, con una pérdida casi total de la capa de hielo en el verano del Océano Ártico, los osos polares podrían extinguirse. A través de los cambios evolutivos, la dispersión y la extinción, los organismos también modifican el sistema terrestre, a menudo, de manera profunda. En escalas grandes, la evolución de los microorganismos productores de oxígeno permitió la evolución de los organismos multicelulares posteriores. Y a escala, digamos, local, los anímales grandes de África, tales como los elefantes, modifican de manera sustancial su entorno físico, alterando los patrones de vegetación y, en consecuencia, afectan el resto de su comunidad geológica. Por lo tanto, el estudio de la relación entre el medio ambiente y la evolución depende de la comprensión de las interacciones básicas entre procesos biológicos y los terrestres.

Los seres humanos somos parte del ecosistema mundial y tenemos una historia evolutiva que seguramente ha sido afectada por (Y a su vez, la hemos afectado) el sistema terrestre. El estudio de la evolución humana muestra que, al igual que otros organismos, los seres humanos hemos evolucionado a lo largo de un gran periodo de tiempo, enfrentando retos y oportunidades ambientales. Estos retos afectaron el cómo los primeros humanos aseguraron el suministro de alimentos, cómo encontrar refugios, cómo escapar de los depredadores, y desarrolló las interacciones sociales que favorecieron la supervivencia. La capacidad para hacer herramientas, compartir la comida obtenida mediante la cacería, controlar el uso del fuego, construir refugios y crear sociedades complejas basadas en la comunicación simbólica para así, sentar las bases de nuevas formas en las que los humanos interactuamos con nuestro entorno. En épocas más recientes, hemos interactuado con nuestro entorno a través de nuevas tecnologías que cambian rápidamente, cosechando alimentos e intercambiando recursos a grandes distancias. La forma de vida que ofrece la transición de recolección-cacería a la producción de alimentos tuvo tanto éxito, que el Homo Sapiens ha sido capaz de propagarse en todo el mundo, con el consecuente aumento en la densidad poblacional. Particularmente en los últimos siglos, estos desarrollos han llevado a una expansión dramática de la influencia humana en los ecosistemas globales.

La interacción dinámica entre los cambios ambientales y la especiación de homínidos, la extinción, el cambio adaptivo y el cambio en el tamaño de la población, ha jugado un papel importante en escalas de tiempo y espacio, muy diferentes. Veamos tres ejemplos para ilustrar la manera en la que los homínidos podrían haber interactuado con el sistema terrestre y algunas preguntas científicas perdurables que quedan por explorar:

1. El “Colapso” Maya. Entre los años 750 y 1150 de nuestra era, la clásica Civilización Maya, del Sur de México y América Central se sometieron a una dramática transformación que implicó cambios complejos en la sociedad maya y un aparente colapso en el tamaño de su población, de aproximadamente el 70%. Los arqueólogos han sostenido una larga discusión acerca de las causas fundamentales de este colapso, y se han propuesto muchas explicaciones para esta enigmática historia. ¿Podría una comprensión del contexto del sistema terrestre ayudar a desentrañar las causas y efectos que intervinieron en el colapso de su población y las grandes transformaciones que sufrió esta civilización en este periodo particular de tiempo? Durante los últimos 20 años, la evidencia se ha acumulado a partir de núcleos de sedimentos tomados de los lagos y cenotes de la región que pueden ayudar a iluminar esta relación. Estos registros sedimentarios detallados muestran que la historia del clima en el periodo del colapso consistió en una serie de sequías prolongadas, separadas por la intervención de periodos más húmedos. La sincronización de estas sequías coincide con las indicaciones de los registros geológicos de las condiciones secas en otras partes de la América Tropical. Aunque muchos científicos han presentado argumentos a favor de un vínculo entre este periodo de sequía y el registro arqueológico de la disminución del tamaño de la población maya, la conexión permanece siendo controversial.

2. Historias evolucionarias y climáticas del Homo sapiens y los Neandertales. Existe un cuestionamiento continuo sobre el posible efecto de las diferencias climáticas regionales sobre la evolución de dos especies separadas de homínidos: Homo sapiens y Homo neanderthalensis. La primera aparición del H. sapiens ocurre en África, a principios de la etapa glacial MIS-6. Los neandertales surgieron en Europa bajo condiciones extremadamente frías a mitad del Pleistoceno y continuaron existiendo allí a través de cambios rápidos de regímenes climáticos glaciales e interglaciares. Cada especie tiene características anatómicas distintivas que pueden inferirse a ser adaptaciones climáticas, los neandertales eran más pequeños, con los huesos más robustos en las extremidades y antebrazos más cortos, comparados con las poblaciones actuales adaptadas al frío, como los Inuit, por ejemplo, mientras que el esqueleto humano moderno posee huesos más largos y los huesos de las extremidades son más delgados, indicando adaptación a ambientes más cálidos. Eventualmente, el H. sapiens se expandió por todo el mundo, mientras que los neandertales se extinguieron hace ~28 mil años. Aunque el aspecto del papel que desempeñó el cambio climático en la creación y/o regulación de las diferencias de adaptación entre estas dos especies ha recibido apoyo, las relaciones causales entre los fenómenos climáticos y la anatomía de las especies permanecen sin determinarse.

3. Cambios en la bipedalidad y vegetación. Existe una suposición desde hace muchos años, de que los homínidos se convirtieron en bípedos como consecuencia de la expansión climáticamente controlada de los pastizales en África (Desde 1871, con Charles Darwin). Sin embargo, esta suposición ha sido cuestionada, a raíz de los restos fósiles encontrados en los últimos 20 años junto con fauna que no indica la presencia de pastizales. La expansión de los pastizales en África durante los últimos tres millones de años se ha utilizado para sugerir la causalidad para muchos eventos en la evolución humana, incluyendo no solo el origen del bipedismo (Y por lo tanto, los primeros homínidos) sino también el desarrollo de los molares, el origen del Homo erectus, y el origen de dos linajes separados de homínidos (Vrba, Stanley; ver información adicional en Referencias). Estos últimos autores, sugieren que la vegetación se hizo más abierta con un menor número de árboles durante la aparición del Homo y Paranthropus, inducida por regímenes climáticos más fríos y secos de África, y que estos hábitats de pastizales fueron factores en los eventos de especiación de ambos linajes. Los pastizales se expandieron y contrajeron en África en los últimos 5 millones de años, y el grado en que estas expansiones y contracciones impactaron en la evolución humana, está siendo determinado.

Hay un elemento en común en estos tres ejemplos de interacciones entre nuestros ancestros humanos y el sistema terrestre: En cada caso, los científicos afrontan importantes limitaciones en las resoluciones de las fascinantes preguntas sobre nuestros orígenes e historia. Una transformación en nuestra comprensión de la historia humana requiere un mejor entendimiento de la sincronización de los eventos evolutivos y climáticos críticos, una mejora en el muestreo de fósiles y de evidencia arqueológica de intervalos críticos en la prehistoria humana, y (Quizás lo más importante) un cambio dramático en la manera en la que los científicos de la ciencias de la Tierra, del clima y antropólogos, trabajan en conjunto para interpretar esta historia.

Esta publicación participa en el X Carnaval de Geología alojado por Biblioteca de Investigaciones.

Referencias

Mayas

Archeological and environmental lessons for the Anthropocene from the Classic Maya collapse. Anthropocene (2014).

Kennett, D.J., Beach, T.P.

Three Millennia in the Southern Yucatán Peninsula: Implications for Occupancy, Use, and Carrying Capacity

Billie L. Turner II, Peter Klepeis, Laura C. Schneider.

The Collapse of The Classic Maya Kingdoms of the Southwestern Petén: implications for the end of Classic Maya Civilization

Arthur A. Demarest

Environmental Degradation and the Classic Maya Collapse at Copan, Honduras.

Richard R. Paine & AnnCorinne Freter

https://anthro.utah.edu/PDFs/painefreter96.pdf

Homo Sapiens y Neandertales

Pleistocene Homo sapiens from Middle Awash, Ethiopia

White et al.

The dispersal of Homo sapiens across southern Asia: how early, how often, how complex?

Robin Dennell, Michael D. Petraglia

Stratigraphic placement and age of modern humans from Kibish, Ethiopia

McDougall et al.

Bipedalidad

El Origen del Hombre

Charles Darwin.

How Our Ancestors Broke through the Gray Ceiling: Comparative Evidence for Cooperative Breeding in Early Homo

Karin Isler; Carel P. van Schaik

Early hominid evolution and ecological change through the African Plio-Pleistocene

Kaye E. Reed.

Tal como Lederberg observó, la relación microbio-huésped es un equilibrio dinámico. Los cambios fisiológicos o genéticos en cualquiera de las partes, podría solicitar microbios comensales para invadir los tejidos de su huésped, desencadenando una respuesta inmune que destruye a los invasores, pero también puede dañar o matar al huésped. A medida que exploran este proceso desde la perspectiva de patógeno y huésped, los ponentes en las conferencias, proponen una variedad de posibles vías de evolución de las relaciones huésped-microbio que subyacen las enfermedades infecciosas.

Stanley Falkow, de la Universidad de Stanford, considera la naturaleza de la patogenia bacteriana, ya que ha sido visto históricamente y, según lo revelado por sus investigaciones y la de sus colegas en la misma universidad. Él explica cómo los principales descubrimientos – Comenzando con el trabajo fundamental de Lederberg sobre genética bacteriana – forman el campo en desarrollo de la biología molecular y más concretamente, cerca de 50 años de investigación de Falkow sobre la base genética de la patogenicidad bacteriana.

Utilizando las herramientas de genética molecular para estudiar Salmonella, Falkow y colaboradores han observado como las bacterias manipulan las funciones de la célula huésped, como la transferencia genética horizontal forman patógenos especializados, y como las islas de patógenos heredados transforman a las bacterias comensales en patógenos. Después de haber analizado el genoma de la Salmonella para los genes que son asociados con diferentes etapas de una infección con una estrategia de selección basada en micromatrices, se han identificado muchos genes patógenos expresados en el proceso de múltiples etapas de la invasión del huésped. Utilizando un Mouse Model, también se han identificado genes del huésped y las vías de genes expresados en respuesta a la infección por Salmonella.

Falkow también considera la importancia de los microbios a los que se refiere como “Patógenos comensales” (Por ejemplo, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitides, Haemophilus influenzae tipo b, Streptococcus pyogenes) que normalmente habitan en la nasofaringe humana, sin síntomas, pero en ocasiones causan enfermedades. Su existencia plantea una serie de cuestiones científicas sobre la relación entre la patogenicidad microbiana, enfermedades infecciosas, inmunológicas, cuestiones que, según sus argumentos, deben ser abordados mediante el estudio de la patogenicidad microbiana como un fenómeno biológico, y no solo desde la perspectiva de su papel en la que causa la enfermedad.

Bruce Levin considera que la respuesta del huésped a la virulencia microbiana, no se corresponde con los modelos evolutivos simples. Ellos examinan por qué las bacterias dañan a los anfitriones (Principalmente humanos) dado que los necesitan para su supervivencia, ofreciendo evidencia. Estas deficiencias inmunológicas incluyen responder con más vigor que el necesario, como ocurre en la sepsis bacteriana, responder inadecuadamente a un patógeno, como ocurre con la lepra lepromatosa, o responder a las señales erróneas, como ocurre en el síndrome de choque tóxico. Levin explora estos y otros ejemplos de la “perversidad del sistema inmune” y considera este punto de vista a la luz de las diversas hipótesis actuales sobre la evolución de la virulencia bacteriana. Ofrece también posibles explicaciones de porque la selección natural no ha atemperado la sobre-respuesta inmune a las infecciones bacterianas y discute las implicaciones de su perspectiva de la respuesta del anfitrión sobre la virulencia para el tratamiento de las infecciones bacterianas.

Les dejo la bibliografía, por si quieren ampliar su acervo con respecto a estos tópicos, lo presentado con anterioridad es un muy pequeño resumen de los textos en los que está extraída de la información.

Esta entrada participa en el Carnaval de Biología Edición Especial Micro-BioCarnaval, que se hospeda en esta ocasión en el blog Microgaia, gestionado por Raven_Neo.

Referencias

Replica Plating and Indirect Selection of Bacterial Mutants
Joshua Lederberg & Esther Lederberg

Bacteria and Viruses
Thomas Peggy

Evolution and Genetics
Britannica Illustrated Science Library

Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology

Molecular Genetics, Recombinant DNA & Genomic Technology
Dr. Abdulla Bashein

Human Molecular Genetics
Tom Strachan and Andrew Read

Prolonged Inhibition of Bacterial Protein Synthesis Abolishes Salmonella Invasion
Kyle J. Macbeth & Catherine A. Lee

Host Restriction Phenotypes of Salmonella typhi and Salmonella gallinarum
Lisa Pascopella, Bärbel Raupach, Nafisa Ghori, Denise Monack, Stanley Falkow & PLC Small.

Recipient Ability of Salmonella Typhosa in Genetic Crosses witn Escherichia Coli.
EM Johnson, Stanley Falkow & LS Baron.

Of Mice and Men – Are mice relevant models for human disease?
Outcomes of the European Commission

Salmonella pathogenicity islands: big virulence in small packages
Sandra L. Marcus, John H. Brumell, Cheryl G. Pfeifer, B. Brett Finlay

Virulence factors and their mechanisms of action: the view from a damage-response framework
Arturo Casedevall and Liise-Anne Pirofski

Host-Pathogen Interactions: Redefining the Basic Concepts of Virulence and Pathogenicity
Arturo Casedevall and Liise-Anne Pirofski

Host-Pathogen Interactions: The Attributes of Virulence
Arturo Casedevall and Liise-Anne Pirofski

Epidemiology, Hypermutation, Whithin-host Evolution and the Virulence of Neisseria meningitides
Lauren Aneel Meyers, Bruce R. Levin, Anthony R. Richardson and Igor Stojiljkovic

En esta emisión platicamos sobre La revolución Científica, dividiéndola en dos etapas, la iniciada por Copérnico y concluida por Darwin

Pueden descargar el podcast desde aquí, o pueden escucharlo en el playlist desplegado en la columna derecha de la página. Este podcast participa en la edición XXII del Carnaval de Biología, que se hospeda en esta ocasión en el blog Consultoría y Educación Ambiental. Quedo a la espera de su retroalimentación.

Esta emisión es el regreso de la Headnet, se tiene contemplado hacer un programa mensual, y tal como se había mencionado previamente, se estará utilizando como tópico principal la evolución.

Esta vez solo se da una pequeña plática introductoria, en las siguientes emisiones se estará platicando más a profundidad, esperando enriquecerlo con su participación, ya sea por medio de Twitter, Facebook o en la sección de comentarios.

El audio lo pueden escuchar en el playlist ubicado en la parte derecha de la página o lo pueden descargar aquí.

Esta entrada participa en la Edición XXI del Carnaval de Biología, hospedado en esta ocasión en La Enciclopedia Galáctica

La ciencia no es la única manera de adquirir conocimientos acerca de nosotros y del mundo que nos rodea. Los humanos ganamos entendimiento en muchas otras formas, tales como al literatura, el arte, la reflexión filosófica y también, la experiencia religiosa. El conocimiento científico puede enriquecer las percepciones estéticas y morales, pero esas materias se extienden más allá del reino científico, el cual obtiene un mejor entendimiento del mundo natural.

La pretensión de solicitar equidad o un tratamiento balanceado de la teoría evolutiva y la ‘creación especial’ en las clases de ciencias refleja un malentendimiento de cómo es la ciencia y como se conduce. Los investigadores científicos buscan el entendimiento de los fenómenos naturales por observación y experimentación. Las interpretaciones científicas de los hechos y las explicaciones, deben ser reproducibles.

El creacionismo, el diseño inteligente, y otras declaraciones de ‘intervención sobrenatural’ en el origen de la vida o las especies, no es ciencia, dado que no pueden analizarse por el método científico. Estas ideas subordinan la información observada a declaraciones basadas en autoridades, revelaciones o creencias religiosas. La documentación ofrecida en apoyo de esas ideas es típicamente limitada a las publicaciones especiales de sus partidarios. Esas publicaciones no ofrecen hipótesis sujetas a cambiar a la luz de nuevos datos, nuevas interpretaciones o demostraciones de error. Esto contrasta con la ciencia, donde cualquier hipótesis o teoría siempre permanece sujeta a la posibilidad de rechazo o modificación a la luz de nuevo conocimiento.

No hay ninguna creencia que tenga su material doctrinal basado en observaciones, interpretación y experimentación científicas, para que pueda ser admisible en cualquier clase de ciencias. Incorporar la enseñanza de esas doctrinas en una currícula científica compromete los objetivos de la educación académica. La ciencia ha tenido un exitoso crecimiento en la explicación de los procesos naturales y ha liderado no solo el incremento en el entendimiento del Universo, sino en las mejoras de la tecnología y la salud pública. El crecimiento del papel que la ciencia juega en la vida moderna requiere que la ciencia, y no la religión, se la que se imparta en las aulas de clases.

Primeros homínidos, tales como los Australopitecos afarensis, especie que vivió hace 3 millones de años, tenía cerebros más pequeños y caras más largas que las especies pertenecientes al género Homo, el cual apareció hace aproximadamente 2.4 millones de años. Las partes blancas en las calaveras son reconstrucciones y cabe aclarar que no están a la misma escala.

Los estudios en la biología evolutiva han llevado a la conclusión de que la especie humana surgió de los primates ancestrales. Esta asociación fue debatida acaloradamente por los científicos en los tiempos de Darwin. Pero en la actualidad, no hay una duda científica significativa acerca del parentesco evolutivo entre todos los primates, incluyendo claro, la especie humana.

Muchos de los más importantes avances en paleontología en el siglo pasado se relacionaron con la historia evolutiva de la humanidad. No uno, sino muchos vínculos fueron encontrados en los fósiles. Estos hallazgos se detectaron en depósitos geológicos de la era intermedia (Los mencionados depósitos ‘documentan’ el tiempo y la velocidad en la que ocurrió la evolución de los humanos y los primates).

Los científicos han desenterrado miles de especímenes fósiles que representan miembros de la familia humana. Un gran número de los mismos no puede ser asignado a la especie del humano moderno, Homo sapiens. La mayoría han sido fechados, con frecuencia por técnicas de radiometría. Estos hallazgos revelan un árbol genealógico muy ramificado, de las cuales algunas partes permiten trazar una secuencia evolutiva general desde las formas simiescas hasta el humano moderno.

Los paleontólogos han descubierto numerosas especies extintas de simios en estratos rocosos con una antigüedad superior a los cuatro millones de años, pero nunca un miembro de la familia humana. El Australopitecos , el más antiguo de los fósiles conocidos tiene cerca de cuatro millones de años, tiene algunas características simiescas y algunas cercanas al humano moderno; referente al tamaño del cerebro, apenas es más avanzado que el de los simios; otras características que presenta son brazos largos, piernas cortas, estructura de los dedos de los pies intermedia y sus extremidades superiores indican que pasaban una gran parte del tiempo en los árboles, pero también caminaban erguidos, como los humanos. Se han descubierto rastros de andar bípedo de los Australopitecos, preservados con los de otros animales extintos en cenizas volcánicas endurecidas. La mayoría de estos ancestros murieron aproximadamente hace dos y medio millones de años, mientras que otras especies de Australopitecos, de donde se deriva la ‘rama’ humana, sobrevivieron al lado de otros homínidos avanzados, por otro millón de años.

Los huesos distintivos de las especies más antiguas del género humano, Homo, se remontan a los estratos rocosos de hace 2.4 millones de años. Los antropólogos físicos concuerdan en que los Homo evolucionaron a partir de una de las especies de Australopitecos. Durante dos millones de años, los primeros Homo tuvieron un cerebro de un tamaño promedio de 1.5 veces el del Australopitecos, aunque sigue siendo sustancialmente inferior al del ser humano moderno. La forma de los huesos de la pelvis y la pierna sugieren que estos primeros Homo no eran escaladores a tiempo parcial como el Australopitecos, pero caminaba y corría con sus largas piernas, tal como lo hacemos nosotros. Tal como su antecesor (Australopitecos) mostró un conjunto de características simiescas, humanas e intermedias, por lo que se les considera el primer Homo intermedio entre Australopitecos y el humano moderno en ciertos aspectos, y en otros, más cercano al hombre moderno. Las primeras herramientas de piedra son casi de la misma edad que los primeros fósiles Homo.

El registro fósil para el intervalo entre 2.4 millones y el actual incluye los restos óseos de varias especies asignadas al género Homo. Entre las especies más recientes se encuentra que se tienen cerebros más grandes. Este registro fósil es lo suficientemente completo como para mostrar que el ser humano se originó en África y se propagó a Europa y Asia en un periodo de 2 millones de años. Los diversos tipos de herramientas de piedra están asociados a diversas poblaciones. También con este registro, que conforme se incrementaba el volumen del cerebro, las herramientas creadas se volvían más sofisticadas.

La biología molecular también provee evidencia sólida de la relación cercana entre humanos y simios. El análisis de proteínas y genes ha demostrado que los humanos somos genéticamente similares a los chimpancés y gorilas, así como menos familiares a los orangutanes y otros primates.

Ha sido extraído ADN de un esqueleto en buenas condiciones de una criatura humana extinta, conocida como Neandertal, miembro del género Homo y frecuentemente considerado como una subespecie Homo sapiens o como una especie separada. La aplicación del reloj molecular, el cual hace uso de los ritmos conocidos de mutación genética, sugiere que el linaje Neandertal y el Homo sapiens divergieron hace menos de un millón de años, lo cual es compatible por completo con la evidencia del registro fósil.

Teniendo como base la información genética y molecular, los evolucionistas apoyamos la hipótesis de que el Homo sapiens moderno, individuos muy similares a nosotros, evolucionó de los humanos arcaicos de hace100 a 150 mil años. También se cree que esa transición ocurrió en África, con la dispersión del humano moderno a Asia, Europa y eventualmente Australia y América.

Los descubrimientos de restos homínidos durante las últimas tres décadas en el Este y Sur de África, el Medio Oriente y otras partes, combinado con los avances en biología molecular, han iniciado una nueva disciplina “Paleoantropología Molecular”. Este campo de investigación está proporcionando un inventario (En constante crecimiento) de evidencias de afinidad genética entre seres humanos y simios africanos.

Las encuestas de opinión muestran que mucha gente cree que la intervención divina guió de forma activa la evolución de la especie humana. La ciencia no emite comentarios acerca del papel que tomaron ‘fuerzas sobrenaturales’ en asuntos humanos, sin embargo, las investigaciones científicas concluyen que las mismas ‘fuerzas’ responsables para la evolución de todas las formas de vida terrestre lo hicieron también con la especie humana.

Algunos creacionistas citan lo que dicen es un registro fósil incompleto como evidencia del fracaso de la teoría evolutiva. El registro fósil estaba incompleto en la época de Darwin, pero muchos de los huecos importantes que existían entonces se han ido llenando por la investigación paleontológica subsecuente. Quizás la evidencia fósil más persuasiva para la evolución es la consistencia de la secuencia de fósiles del principio a la época reciente. En ninguna parte enla Tierrahemos encontrado, por ejemplo, mamíferos en el estrato devoniano (La era de los peces), o fósiles humanos coexistiendo con dinosaurios remanentes. Estratos inalterados con organismos unicelulares simples precedieron a los organismos multicelulares, e invertebrados precedieron a los vertebrados; en ningún lado se ha visto modificada esta secuencia. Los fósiles de los estratos adyacentes son más similares que los fósiles de estratos temporalmente distantes. La conclusión científica más razonable que se puede extraer del registro fósil es que desciende con modificaciones que tomaron lugar como lo establece la teoría evolutiva.

Algunos creacionistas argumentan que “Nadie ha visto que ocurra la evolución”. Esto ataca el punto de cómo la ciencia evalúa las hipótesis. Nosotros no vemos comola Tierragira alrededor del Sol o como los átomos conforman la materia. Nosotros “vemos” sus consecuencias. Los científicos infirieron que los átomos existían y quela Tierraorbitaba porque ellos habían evaluado predicciones derivadas de esos conceptos por observaciones extensivas y experimentación.

Además, en una escala menor, nosotros “experimentamos” la evolución que ocurre día tras día. Los cambios anuales en el virus de la influenza y el surgimiento de bacterias resistentes a los antibióticos, ambos son productos de las fuerzas evolutivas. De hecho, la rapidez con la cual algunos organismos con generaciones cortas, como las bacterias o los virus, pueden evolucionar bajo la influencia de sus ambientes es de gran importancia médica. Muchos experimentos de laboratorio nos han mostrado que, debido a las mutaciones de la selección natural, aquellos microorganismos pueden cambiar en formas específicas de aquellas generaciones que les precedieron un paso.

A gran escala, la evolución de la resistencia de los mosquitos a los insecticidas es otro ejemplo de la tenacidad y adaptabilidad de los organismos bajo stress ambiental. Similarmente, los parásitos de la malaria se han vuelto resistentes a los fármacos que fueron utilizados para combatirlos de forma extensiva durante años. Como consecuencia, la malaria se ha incrementado, con más de 300 millones de casos clínicos anuales.

Los datos de la evolución molecular cuentan con una proposición reciente llamada “Teoría del Diseño Inteligente”. Los defensores de esta idea argumentan que la complejidad estructural es la prueba de la mano de Dios especialmente en la creación de los organismos tal como hoy lucen. Estos argumentos hacen eco de los realizados en el siglo XVIII por el clérigo William Paley, quien sostuvo que el ojo de los vertebrados, debido a su compleja organización había sido especialmente diseñado en su forma actual por un Creador omnipotente. Además, argumentan que las estructuras moleculares como el ADN o los procesos moleculares, tales como los pasos que sigue la sangre a través de los coágulos, son tan complejos que solo pueden funcionar si todos los componentes están operativos al mismo tiempo. Por lo tanto, dicen que estas estructuras y procesos no podrían haber evolucionado en su forma característica como una selección natural.

Sin embargo, las estructuras y procesos los cuales claman como complejos, no son tratados con una inspección más cercana. Por ejemplo, es incorrecto asumir que una estructura compleja o de los procesos bioquímicos solo puede funcionar si todos sus componentes están presentes y funcionan como los vemos hoy en día. Los complejos sistemas bioquímicos pueden construirse a partir de sistemas más simples a través de la selección natural. Por lo tanto, la ‘historia’ de una proteína puede ser rastreada a través de organismos más simples. Los peces sin mandíbula tienen un nivel de hemoglobina más sencillo que los peces que si la poseen, quienes a su vez la tienen más simple que los mamíferos.

La evolución de los sistemas moleculares complejos puede producirse en varias maneras. La selección natural puede reunir a las partes de un sistema para una función de una sola ocasión y entonces, en un evento posterior, las partes se recombinan con otros sistemas de componentes para producir un sistema que tiene una función diferente. Los genes se pueden duplicar, modificar y luego se amplifica a través de la selección natural.

De forma similar, los mecanismos evolutivos son capaces de explicar el origen de las estructuras anatómicas de alta complejidad. Por ejemplo, los ojos pueden haber evolucionado de forma independiente muchas veces durante la historia de la vida enla Tierra.Lospasos proceden de una simple mancha ocular hechas de células retinales sensibles a la luz (Cómo se encuentra ahora en los platelmintos), a la formación de distintas unidades fotosensibles (Omatidios) en los insectos con lentes de enfoque en luz, y a la eventual formación de un ojo con una sola lente que enfoca las imágenes en la retina.

En los humanos y otros vertebrados, la retina se compone no solamente de células fotorreceptoras, sino también de varios tipos de neuronas que empiezan a analizar la imagen visual. A través de tales medidas graduales, han evolucionado tipos diferentes de ojos, desde la simple detección de luz a órganos altamente complejos para la visión.

La mioglobina, molécula que almacena oxígeno en los músculos, consiste de una cadena de 153 aminoácidos envueltos alrededor de una molécula de oxígeno. La secuencia de aminoácidos en la mioglobina varía de especie a especie, revelando la relación evolutiva entre los organismos.

Similitudes durante el desarrollo

La embriología, el estudio del desarrollo biológico desde la concepción, es otra fuente de evidencia independiente para la descendencia común. Los percebes, por ejemplo, son crustáceos sedentarios con pequeñas similitudes aparentes con otros crustáceos tales como las langostas, camarones o copépodos. Sin embargo, los percebes, pasan a través de una etapa larvaria en la cual lucen como otras larvas de crustáceos. La similitud de las etapas larvarias da soporte la conclusión de que todos los crustáceos tienen componentes homólogos y un ancestro común.

Similarmente, una amplia variedad de organismos desde la mosca de las frutas a los gusanos, o los ratones a los humanos, tienen una secuencia de genes muy similar, que están activos en las etapas primarias del desarrollo. Estos genes influencian en la segmentación del cuerpo o en la orientación de los diversos grupos. La presencia de genes similares realizando funciones similares a través de un amplio rango de organismos es la mejor explicación acerca de que las especies actuales tuvieron ancestros comunes.

Nueva evidencia de la biología molecular

El principio unificador de la descendencia común que emergió de todas las líneas de evidencia precedentes esta siendo reforzada por los descubrimientos de la bioquímica moderna y la biología molecular.

El código utilizado para traducir las secuencias de nucleótidos en secuencias de aminoácidos es esencialmente la misma en todos los organismos. Es más, las proteínas en todos los organismos están compuestas invariablemente del mismo conjunto de 20 aminoácidos. Esta unidad de composición y funciones es un argumento poderoso a favor de la descendencia común de los más diversos organismos.

En 1959, científicos de la Cambridge University, en el Reino Unido, determinaron la estructura tridimensional de dos proteínas encontradas en casi todos los animales multicelulares: la hemoglobina y la mioglobina. La hemoglobina es la proteína que transporta el oxígeno en la sangre. La mioglobina recibe oxígeno de la hemoglobina y lo almacena en el tejido hasta que se necesita. Estas fueron las primeras estructuras proteínicas tridimensionales desveladas, y redituaron en algunas revelaciones clave. La Mioglobina tiene una cadena simple de 153 aminoácidos envueltos alrededor de un grupo de hierro y otros átomos (Llamados “Hemo”), los cuales ‘atan’ al oxígeno. La hemoglobina, en contraste, está compuesta de cuatro cadenas: dos idénticas consistentes de 141 aminoácidos y otras dos (Idénticas también) consistentes de 146 aminoácidos. Sin embargo, cada cadena tiene un hemo exactamente como el de la mioglobina y cada una de las cuatro cadenas está plegada como la mioglobina. Así que fue obvio de inmediato concluir, que ambas moléculas estaban relacionadas de forma muy cercana.

Durante las siguientes dos décadas, fueron determinadas las secuencias de mioglobina y hemoglobina para mamíferos, aves, reptiles, anfibios, peces, gusanos y moluscos. Todas esas secuencias estaban relacionadas de manera tal que se pudieron comparar con confianza con las estructuras tridimensionales de los dos estándares seleccionados (Mioglobna de ballena y hemoglobina de caballo). Aún más significativo, las diferencias entre las secuencias de los diferentes organismos puede ser utilizada para construir un árbol genealógico de la variación de la hemoglobina y la mioglobina entre los organismos. Este árbol concuerda por completo con las observaciones derivadas de la paleontología y la anatomía acerca de la descendencia común de los organismos correspondientes.

Historias familiares similares se han obtenido de estructuras tridimensionales y secuencias de aminoácidos de otras proteínas, tales como el citocromo c (Una proteína que participa en la transferencia de energía) y la proteínas digestiva, tripsina. La revisión de la estructura molecular ofrece una extremadamente poderosa herramienta para estudiar las relaciones evolutivas. La cantidad de información es potencialmente enorme (Tan grande como las miles de proteínas diferentes contenidas en los organismos vivos, y limitado solamente por el tiempo y los recursos de los biólogos moleculares.

Como la habilidad para secuenciar los nucleótidos que conforman el ADN ha mejorado, es también posible utilizar los genes para reconstruir la historia evolutiva de los organismos. Debido a las mutaciones, la secuencia de nucleótidos en un gen cambia gradualmente con el tiempo. Cuanto más estrechamente relacionados son dos organismos, cuando menos, su ADN será diferente. Dado que hay decenas de miles de genes en el ser humano y otros organismos, el ADN contiene una cantidad tremenda de información acerca de la historia evolutiva particular.

Los genes evolucionan a diferente ritmo porque, aunque la mutación es un evento al azar, algunas proteínas son más tolerantes a los cambios en su secuencia de aminoácidos que otras. Por esta razón, los genes que los codifican son más tolerantes, que aquellas proteínas con menos restricciones que evolucionan más rápido. La velocidad promedio a la cual un gen particular o proteína evoluciona da lugar al concepto “Reloj molecular”. Este ‘reloj’ rápidamente para aquellas proteínas con pocas restricciones y más lentamente para aquellas que toleran el cambio más fácilmente.

La figura 2 compara tres relojes moleculares: 1) Citocromo c (La cuál interactúa íntimamente con otras macromoléculas y es muy limitado en sus secuencias de aminoácidos); 2) Hemoglobinas (Las cuales interactúan principalmente con oxígeno y otras moléculas pequeñas); 3) Fibrinopéptidos (Son fragmentos de proteínas obtenidos a partir de proteínas grandes – fibrinógenos – cuando la sangre se coagula). El reloj para los fibrinopéptidos corre rápidamente, 1% de los aminoácidos cambia en un periodo aproximado de un millón de años. En el otro extremo, el reloj molecular corre muy lentamente para el citocromo c, un cambio de 1% en su secuencia de aminoácidos requiere 20 millones de años. El reloj de la hemoglobina es intermedio.

El concepto del reloj molecular es conveniente por dos propósitos, determina la relación evolutiva de los organismos e indica el momento en el pasado cuando las especies comenzaron a diferenciarse unas de otras. Una vez se ha calibrado el reloj para un gen o proteína particular como referencia para algún evento cuyo tiempo es conocido, el tiempo cronológico actual cuando otros eventos ocurran puede ser determinado examinando la proteína o el árbol genealógico.

Una línea interesante adicional de evidencia que dé soporte a la evolución involucra secuencias de ADN conocidas como “pseudogenes”, estos son remanentes de genes que ya no tienen ninguna función pero continúan transmitiéndose con el ADN como un ‘excedente de equipaje’. Los pseudogenes también cambian a través del tiempo, conforme van pasando de los ancestros a los descendientes y ofrecen una útil vía de reconstrucción de relaciones evolutivas.

Con genes funcionales, una explicación posible para la similitud relativa entre genes de organismos diferentes es que sus formas de vida son similares (Por ejemplo, los genes de un caballo y una cebra pueden ser más similares porque su hábitat y conducta son más similares que los genes de un caballo y un tigre). Pero esta posible explicación no funciona para los pseudogenes, dado que no desempeñan ninguna función. Más bien, el grado de similitud entre los pseudogenes debe simplemente reflejar su relación evolutiva. Entre más remoto sea el ancestro común de dos organismos, más distintos serán sus pseudogenes.

La evidencia para la evolución, desde el punto de vista de la biología molecular es abrumadora y está creciendo rápidamente. En algunos casos, esta evidencia molecular hace posible ir más allá en la evidencia paleontológica. Por ejemplo, ya tiene tiempo que se postuló que las ballenas descienden de mamíferos terrestres que optaron por regresar al mar. La evidencia paleontológica y anatómica, los parientes más cercanos a las ballenas que aún moran la tierra, podrían ser los mamíferos ungulados artiodáctilos (ganado moderno, ovejas, camellos, cabras, etc.). Comparaciones recientes de algunos genes de proteína de leche (Beta-caseína y Kappa-caseína) han confirmado esta relación y sugieren que pariente terrestre más similar a la ballena sería el hipopótamo. En este caso, la biología molecular ha aumentado el registro fósil. 

Las especies que se han diversificado desde hace tiempo tienen más diferencias en sus proteínas correspondientes, reflejando cambios en los aminoácidos a través del tiempo.