Evolución

Las causas de las mutaciones

Las mutaciones suceden por varias razones.

1) Puede haber errores en la copia de ADN

La mayoría de las mutaciones que son la base de la evolución se dan naturalmente. Por ejemplo, cuando una célula se divide, hace una copia de su ADN, y a veces esta copia no es perfecta. Esta pequeña diferencia en la secuencia original del ADN es una mutación.

2) Factores externos pueden causar mutaciones

Las mutaciones también pueden ser causadas por la exposición a ciertas sustancias químicas o a radiación. Estos agentes pueden causar alteraciones en el ADN. Las mutaciones no son causadas siempre artificialmente, aún en los ambientes aislados y no contaminados, el ADN puede dañarse o deteriorarse. Sin embargo, cuando la célula repara el ADN, puede no hacer un buen trabajo. Si la célula termina con un ADN significativamente diferente al original, ha habido una mutación.

Tipos de mutaciones

Aprendamos algunos tipos básicos de mutaciones que nos ayudarán a comprender por qué pueden causar grandes efectos y otras veces no producir efecto alguno.

Sustitución

Una sustitución es una mutación que cambia una base por otra (por ejemplo A por G):

1) cambio en un codón que codifica un aminoácido diferente causa un pequeño cambio en la proteína producida. Por ejemplo la anemia falciforme es causada por una sustitución en el gen de la ß-hemoglobina, esta sustitución de un solo aminoácido altera la proteína completa.

2) cambio en un codón que codifica el mismo aminoácido y no produce cambios en la proteína sintetizada. Estas se llaman mutaciones silenciosas.

3) cambio en el codón que codifica un aminoácido para un codón stop y origina una proteína incompleta. Esto puede ocasionar serios problemas, porque la proteína puede no ser funcional, es decir no ser capaz de realizar su trabajo.

Inserción

Las inserciones son mutaciones en las cuales un par extra de bases se agrega en un nuevo lugar en el ADN.

Delección

Las deleciones son mutaciones en las cuales se pierde una porción de ADN.

Cambios en el marco de lectura

Como el código está dividido en codones de tres bases, las inserciones y deleciones pueden alterar un gen y su información puede leerse en forma incorrecta. Estos cambios se llaman modificaciones en el marco de lectura.

Por ejemplo, en la oración: “El gato gordo se sentó.” Cada palabra representa un codón. Si quito una de las palabras la oración pierde sentido.

En este cambio en el marco de lectura, un error parecido se da a nivel del ADN, originando que los codones sean leídos incorrectamente. Las proteínas así formadas generalmente no son funcionales, como "El sentó gordo se gato”, tampoco tiene sentido. 

Flujo génico

El flujo génico, también llamado migración, es cualquier movimiento de genes de una población a otra. El flujo génico incluye una cantidad variada de eventos, como el polen volando a un nuevo destino o la gente viajando hacia nuevas ciudades o países. Si los genes son llevados a una población donde no existían previamente, el flujo génico puede ser una importante fuente de variación genética. En el gráfico siguiente, el gen para el color marrón se mueve de una población a otra.

Reproducción sexual e intercambio genético

La reproducción sexual puede introducir nuevas combinaciones en una población y es una fuente importante de variación genética.

Todos conocemos, probablemente, por experiencia personal que los hermanos no son genéticamente idénticos a sus padres (excepto, los gemelos idénticos). Se produce un intercambio genético cuando los organismos se reproducen sexualmente, dando lugar a nuevas combinaciones de genes. Por ejemplo, tu puedes tener cejas espesas y una nariz grande porque tu madre tenía los genes para cejas espesas y tu padre tenía los genes para nariz grande. Estas combinaciones pueden ser favorables, desfavorables o neutras.

Si a tu pareja le gusta la combinación cejas espesas/nariz grande, tienes suerte y heredaste una combinación exitosa.

Este intercambio es importante para la evolución porque puede introducir nuevas combinaciones de genes en cada generación. Sin embargo, también puede separar una buena combinación de genes.

Las únicas mutaciones que son significativas para la evolución a gran escala son las que se transmiten a la descendencia. Éstas se producen en las células sexuales como los óvulos y espermatozoides y se llaman mutaciones en las células germinales.

Desarrollo

El desarrollo es el proceso a través el cual el embrión llega a convertirse en un organismo adulto y luego muere. A través del desarrollo, el genotipo de un organismo se expresa en el fenotipo, exponiendo los genes a la acción de la selección natural.

Los estudios del desarrollo son importantes para la biología evolutiva por varias razones

1) Nos explican los grandes cambios evolutivos: Los cambios en los genes que controlan el desarrollo pueden causar efectos importantes en la morfología de los organismos adultos. Porque estos efectos son tan importantes, los científicos sospechan que los cambios en los genes del desarrollo han conducido a transformaciones evolutivas a gran escala.

Las mutaciones en los genes que controlanel desarrollo de la mosca de la fruta puede causar grandes cambios morfológicos, tales como la presencia de dos pares de alas en lugar de una.	Otro mutación en genes que controlan el desarrollo, puede causar la presencia de patas en el lugar donde están las antenas.

Los cambios en el desarrollo pueden explicar, por ejemplo cómo algunos mamíferos con pezuñas evolucionaron hasta ser habitantes oceánicos, cómo las plantas acuáticas invadieron la tierra, y cómo algunos pequeños y acorazados invertebrados desarrollaron alas.

2) Podemos aprender acerca de la historia evolutiva

El desarrollo de un organismo puede tener pistas (rastros) sobre su historia y los biólogos pueden basarse en ellas para construir su árbol genealógico.

	Las características observadas en los embriones puede explicar los patrones de parentesco entre linajes.

3) El desarrollo puede limitar el cambio evolutivo

Los procesos del desarrollo pueden restringir la evolución, previniendo que ciertos caracteres se desarrollen en determinados linajes. Por ejemplo el desarrollo puede explicar por qué no hay verdaderos tetrápodos de seis dedos.

Tipos de cambios en el desarrollo

Los cambios en el desarrollo están relacionados con importantes cambios morfológicos como la evolución de estructuras nuevas y complejas. Aquí unos pocos ejemplos de cambios en el desarrollo que pueden haber sido importantes:

1) Duplicación de módulos y adaptación: Un módulo se refiere a una unidad que ha sido duplicada y adaptada. Por ejemplo, los artrópodos tienen varios segmentos corporales. La duplicación y pérdida de los segmentos es un cambio en el desarrollo que probablemente ocurrió varias veces en la evolución de esta clada. El gráfico muestra un ejemplo hipotético de duplicación de módulo y adaptación.

2) Individualización: Es la modificación de un módulo en particular, usualmente cuando hay selección para una función especializada.

Un par de apéndices delos escorpiones ha evolucionado a pinzas, mientras que muchas arañas han evolucionado en coloridos pompones que utilizan durante el cortejo sexual.

3) Heterocronía es un cambio en la cronología de los eventos del desarrollo. Por ejemplo un cambio en la temporalidad puede disminuir el desarrollo del cuerpo, pero no alterar la maduración del sistema reproductor. Estos cambios se presentan de forma semejante en los organismos adultos y en las formas juveniles ancestrales.

Las salamandras atraviesan un estadío larval en el cual tienen branquias externas		La mayoría de las salamandras pierde estas branquias cuando pasa al estadío adulto		La heterocronía explica que los axolotes retengan las branquias externas en su etapa adulta

4) Crecimiento alométrico

El crecimiento alométrico es un cambio en el porcentaje de crecimiento de una dimensión o característica relacionada a otros rasgos. Por ejemplo, podemos describir algunos de los cambios evolutivos que originaron a los murciélagos en términos de alometría. Las alas de los murciélagos son básicamente patas con dedos largos y una membrana que los une. En relación a la evolución de estas alas, el porcentaje del crecimiento de los huesos de los dedos se ha incrementado en relación al crecimiento del resto del cuerpo de los murciélagos, o quizás el porcentaje del crecimiento del resto del cuerpo disminuyó en relación a los dedos. Este fenómeno es conocido como alometría.