sábado, 9 de mayo de 2009
Reflexiones humanísticas sobre Darwin y la evolución de las especies
Récord en la formación de una nueva especie marina: 400 años
Teóricamente, la evolución de las especies —tan celebrada estos días con motivo del 150 aniversario de la publicación de 'El origen de las especies' de Charles Darwin— puede ser bastante rápida. Ejemplo de ello son una gran variedad de organismos que cambian a velocidades sorprendentes como el salmón rojo, las plantas híbridas poliploides (aquellas que experimentan el fenómeno giga o aumento del tamaño del individuo por mutaciones cromosómicas), los pinzones o los llamados peces cíclidos (que en tiempos cortos han desarrollado mejoras morfológicas que les permiten vivir en ambientes tan distintos como los de ríos tropicales o lagos africanos). Sin embargo, pocos estudios han demostrado ejemplos de una evolución rápida para dar lugar a nuevas especies en ambientes marinos.
Fucus radicans es el nombre que la nueva especie —una macroalga marrón— ha recibido y que los científicos consideran que ha evolucionado a partir de un antepasado cercano, el Fucus vesiculosus, propio del Báltico. Precisamente para determinar el origen de esta nueva especie, los investigadores recogieron miembros de las dos familias en cuatro zonas distintas del mar escandinavo a lo largo de la costa de Suecia. Posteriormente, extrajeron el material genético de sus núcleos, el ADN, y los compararon entre sí encontrando un grado cercano de parentesco, con múltiples similitudes en sus genotipos.
Asimismo, los investigadores fijaron la fecha en la que se desarrolló la novedad evolutiva, el nacimiento del alga, en no hace más de cuatro siglos, lo que resulta un período de tiempo casi insignificante desde el punto de vista de la evolución. "Estamos tratando de comprender cómo se formó esta especie. Fucus Radicans es muy común en el golfo de Botnia, al norte del Báltico, y queremos entender lo que significa para el ecosistema", explica Ricardo Pereyra, investigador de ecología marina de la Universidad de Gotemburgo. Aparte de la novedad de ejemplo de evolución a tiempos cortos, este descubrimiento adquiere más importancia teniendo en cuenta que el Báltico es un mar relativamente joven y pobre en diversidad.
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Calculando las probabilidades de que la vida comenzara por azar
Para el propósito de la columna de hoy, abordaré el cálculo de probabilidades de que una ribozima específica se ensamblase por azar. Supongamos que la ribozima tiene 300 nucleótidos de largo, y que cada posición podría estar cubierta por cualquiera de los cuatro nucleótidos presentes. Las probabilidades de que se ensamble tal ribozima son de 4300, un número tan grande que tal vez no se diera por azar ni siquiera una vez en 13 000 millones de años, la edad del universo.
¡Pero la vida se inició! ¿Podría ser que no estemos saltando algo?
La respuesta, por supuesto, es sí, lo estamos haciendo. El cálculo asume que una ribozima específica debe sintetizarse para que se inicie la vida, pero no es esta la forma en que funciona. En lugar de esto, vamos a hacer la plausible suposición de que un número enorme de polímeros aleatorios se sintetizan, los cuales están sujetos a la selección y evolución. Esta es la hipótesis alternativa, y podemos probarla.
Ahora voy a recordar un experimento clásico de David Bartel y Jack Szostak, publicado en la revista Science en 1993. Su objetivo era ver si un sistema completamente aleatorio de moléculas podía pasar por la selección de tal forma que especies definidas de moléculas surgieran con propiedades específicas. Empezaron sintetizando muchos billones de moléculas distintas de ARN de unos 300 nucleótidos de largo, pero los nucleótidos eran todos de secuencias aleatorias. Los nucleótidos, por cierto, son monómeros de los ácidos nucleicos ADN y ARN, así como los aminoácidos son monómeros, o subunidades, de las proteínas, y hacer secuencias aleatorias es fácil con los métodos de la biología molecular moderna.
Razonaron que enterrados entre esos billones habría unas pocas moléculas catalíticas de ARN llamadas ribozimas que catalizarían una reacción de unión, en la que una hebra de ARN se vincula a otra. Las hebras de ADN a ligarse quedaban fijadas en pequeñas cuentas en una columna, y luego fueron expuestas a los billones de secuencias aleatorias simplemente liberándolas de la columna. Este podría obtener cualquier molécula de ARN que tuviese la mínima capacidad de catalizar la reacción. Entonces amplificaron esas moléculas poniéndolas de nuevo para una segunda ronda, repitiendo el proceso durante 10 rondas. Hay que mencionar que es la misma lógica básica que los criadores usan cuando seleccionan una propiedad tal como el color de un perro.
Los resultados fueron sorprendentes. Tras sólo cuatro rondas de selección y amplificación comenzó a verse un incremento de la actividad catalítica, y tras 10 rondas el índice era 7 millones de veces más rápido que el índice no catalizado. Incluso fue posible observar evolución en el ARN. Los ácidos nucleicos pueden separarse y visualizarse mediante una técnica llamada electroforesis de gel. La mezcla se pone sobre un gel entre dos placas de vidrio y se aplica un voltaje. Las moléculas pequeñas viajan más rápido a través del gel, y las más grandes se mueven más lentamente, por lo que quedan separadas. En este caso, las moléculas de ARN con una longitud específica producen una banda visible en el gel. Al inicio de las reacciones no podía verse nada, debido a que todas las moléculas eran diferentes. Pero con cada nuevo ciclo aparecían nuevas bandas. Algunas llegaron a dominar la reacción, mientras que otras se extinguieron. Los resultados de Bartel y Szostak han sido repetidos y extendidos por otros investigadores, y demostraron un principio fundamental de la evolución a nivel molecular. Al principio del experimento, cada molécula de ARN era distinta del resto debido a que fue ensamblada por un proceso de azar. No había especies, sólo una mezcla de moléculas distintas. Pero entonces se impuso un obstáculo selectivo, una reacción de ligado que sólo permitía que sobrevivieran ciertas moléculas y se reprodujeran enzimáticamente.
En unas pocas generaciones empezaron a emerger grupos de moléculas que mostraban una función catalítica cada vez mejor. En otras palabras, las especies de moléculas surgieron de esta mezcla aleatoria en un proceso evolutivo que refleja fielmente la selección natural que Darwin esbozó para poblaciones de animales superiores. Estas moléculas de ARN se definen por la secuencia de bases en sus estructuras, lo cual causó que se plegaran en conformaciones específicas que tenían propiedades catalíticas. Las secuencias fueron, básicamente, análogas a los genes, debido a que la información que contenían se pasaba entre generaciones durante el proceso de amplificación.
El experimento de Bartel y Szostak refuta de forma directa el argumento de que las probabilidades se acumulan contra el origen de la vida por procesos naturales. La ineludible conclusión es que la información genética puede, de hecho, surgir a partir de una mezcla de polímeros aleatorios, siempre que las poblaciones contengan un gran número de moléculas poliméricas con secuencias de monómeros variables, y una forma de seleccionar y amplificar una propiedad específica.
Terminaré con una cita de Freeman Dyson, físico teórico de la Universidad de Princeton que también disfruta pensando sobre el origen de la vida:
La evolución de los mamíferos es menos lineal de lo que hasta ahora se creía
Con esta investigación, los expertos de Museo Carnegie de Historia Natural de la ciudad de Pittsburgh (EEUU) ponen de relieve el complejo proceso de evolución que han seguido la anatomía de esta clase de vertebrados, de los que existen unas cinco mil especies en todo el planeta.
"La evolución de los primeros mamíferos muestra sucesivos episodios de diversificación", señalan en la revista los investigadores, quienes han llevado a cabo el estudio gracias a una serie de fósiles que encontraron.
"La división en el proceso de evolución de los mamíferos del Mesozoico fue simultánea con otros experimentos evolutivos independientes y especializaciones ecológicas", añaden.
Información recopilada por: Laura.
