11 de febrero de 2022

Diseño y evolución de las especies (11 de 18)

David Pratt
Mayo 2004, última revisión enero 2019


Contenido:
 
-Homología, convergencia y paralelismo


Homología, convergencia y paralelismo

Se dice que las similitudes en estructura, fisiología o desarrollo de diferentes especies son homólogas si son atribuibles a descendencia de un ancestro común, como en el caso de las extremidades anteriores de humanos, ballenas, perros y murciélagos que se consideran homólogas o derivadas de un ancestro con miembros de disposición similar. Los rasgos correspondientes con funciones similares que se consideran como no originados por descendencia común son análogos (u homoplasia); por ejemplo, las alas de aves y moscas que se piensa fueron desarrolladas en forma independiente. Los darwinistas definen la homología en términos de ascendencia común, pero también la citan como evidencia de ascendencia común, lo que representa un argumento circular.

Por una parte, se supone que las estructuras "homólogas" inicialmente fueron originadas por acumulación accidental de pequeñas mutaciones ventajosas, y luego se heredaron por especies descendientes y con mayor adaptación, gracias a la selección natural o mutaciones azarosas posteriores. Por otra, se cree que las estructuras "análogas" surgieron por transformaciones azarosas varias veces y totalmente independientes, lo que se conoce como evolución convergente o paralela, refiriéndose a la aparición de patrones similares en especies de plantas y animales relativamente relacionadas, mientras que la evolución convergente es la aparición de similitudes llamativas entre organismos menos relacionados, pero el límite entre estos dos términos es difuso.
 
La evolución convergente demuestra que la similitud no siempre implica homología -esto es, herencia de un ancestro común- y sobre esto existen muchos casos donde rasgos similares clasificados una vez como homólogos fueron recatalogados más tarde como análogos. Más aún, las características controladas por genes idénticos no son necesariamente homólogas y las estructuras homólogas no requieren estar reguladas por genes iguales. Además, los genes homeobox considerados homólogos pueden estar dedicados a morfología no homóloga, y hay varias instancias en que las estructuras homólogas se desarrollan mediante rutas embriológicas completamente diferentes. Por ejemplo, el canal alimentario se forma desde el techo de la cavidad intestinal embrionaria en los tiburones, del piso en la lamprea, desde el techo y el suelo en las ranas, y a partir de la capa inferior del blastodermo en aves y reptiles (1).

También podemos apreciar muchas convergencias en el mundo vegetal, por ejemplo, los patrones de hojas muy similares que han aparecido una y otra vez en familias y géneros separados. Las plantas verdes dependen para su supervivencia de la fotosíntesis, proceso en que la luz solar se usa para convertir agua y dióxido de carbono en carbohidratos ricos en energía. El 3% de las plantas emplea fotosíntesis C4, en la que el CO2 primero es fijado en un ácido de carbono 4 con la ayuda de una enzima llamada fosfoenolpiruvato carboxilasa. Estos ácidos luego se difunden a las células en una estructura hermética conocida como haz vascular, donde son descompuestos en moléculas de CO2, luego de lo cual la fotosíntesis procede normalmente. Este proceso altamente complejo y eficiente permite que los vegetales crezcan más rápido y usen menos agua, y según Williams et al., "la fotosíntesis de C4 ha evolucionado independientemente desde el sendero ancestral del C3 en al menos 60 linajes de plantas, pero, como con otros rasgos complejos, no está claro cómo evolucionó" (2). 



Fig. 5.4. Tres especies de mariposas sudamericanas que se imitan unas con otras, incluso si pertenecen a distintas familias: Melinaea lilis imitata, Helinconius ismenius telchinia y Dismorphia amphione praxinoe (3). Se encuentran muchas similitudes próximas en los patrones de coloración en alas de mariposas, tanto dentro de familias como entre ellas.

Fig. 5.5. Evolución convergente de la pata delantera rapaz de la mantis religiosa y un insecto conocido como Mantispa; dicha estructura deriva de una pata generalizada de insecto que se modificó al atrapar y retener presas. También evolucionó independientemente en un tercer grupo de insectos denominado Rhachiberothidae (4).

Un ejemplo asombroso de evolución convergente está ejemplificado por las dos ramas principales de mamíferos, placentarios y marsupiales, los que supuestamente siguieron caminos evolutivos independientes al escindirse a fines del Cretácico de algún ancestro mamífero primitivo en común. Los placentarios se caracterizan por parir a sus crías completamente desarrolladas, mientras que los marsupiales dan a luz en forma prematura y nutren a sus vástagos en un "bolso". Los marsupiales de Australia han evolucionado en aislamiento de mamíferos placentarios de otras zonas, y aún así han dado origen a un competo rango de formas similares, como las versiones con saco marsupial de osos hormigueros, topos, zarigüeyas voladoras, gatos, lobos, etc. Una gran parte de este mismo fenómeno ocurrió también en Sudamérica, donde los marsupiales independientemente dieron origen a una variedad de formas paralelas. 

Fig. 5.6. Ejemplos de convergencia: ratón placentario y ratón marsupial; lobo placentario y lobo de Tasmania marsupial; zarigüeya voladora marsupial y ardilla voladora placentaria.

Fig. 5.7. Convergencia en el "tigre dientes de sable": ilustración de Carl Buell del Smilodon placentario (arriba) y el Thylacosmilus marsupial (5).

El ojo ha aparecido muchas veces en grupos no relacionados de animales, y existen dos tipos principales de este órgano: el compuesto hallado en los artrópodos y el ojo en cámara. Éste ha evolucionado independientemente al menos siete veces, en mamíferos (humanos), cefalópodos (calamares y pulpos), ciertos gusanos anélidos, cubozoos (una forma de medusa) y tres especies separadas de caracoles. Supuestamente las alas evolucionaron de modo autónomo no menos de cuatro veces, esto es, en insectos, reptiles voladores, aves y murciélagos. En otro caso, la electrogeneración en los peces surgió de forma independiente al menos seis ocasiones y en cada una implicó la modificación de las células musculares, mientras que hoy se piensa que la bioluminiscencia (habilidad de las criaturas para producir su propia luz con químicos) evolucionó de manera individual 40 ó 50 veces. La ballena, el delfín, el ictiosaurio extinto del Mesozoico y el tiburón son todos similares, y aún así el tiburón es un pez, el ictiosaurio fue un reptil acuático y la ballena y el delfín son mamíferos. Otras convergencias incluyen la producción de hilos de seda por arañas, polillas de seda, larvas de tricópteros y hormigas tejedoras, sistemas de ecolocación similares a sonares en micromurciélagos, ballenas dentadas y musarañas, y la presencia de sangre caliente en aves, mamíferos y ciertos peces. 

Fig. 5.8. Convergencia del ojo en cámara en humanos (vertebrados) y pulpos (cefalópodos). Los ojos están "cableados" diferentemente: en los humanos la luz pasa por los nervios en camino de los fotoreceptores (retina), mientras que en el pulpo no es así. 1. Retina. 2. Fibras nerviosas. 3. Nervio óptico. 4. Punto ciego en humanos, causado por las fibras nerviosas que circulan a través de la retina.

El paleobiólogo Simon Conway Morris ha catalogado la extraordinaria variedad de convergencias en animales y plantas, y dice que la extensión e importancia de este fenómeno ha sido subestimada persistentemente y que muchos ejemplos son conocidos sólo por los especialistas. Las descripciones de convergencias están llenas de adjetivos como "destacable", "asombroso", "extraordinario", "increíble" y "extraño", a lo que Morris reacciona afirmando que "existe casi un sentimiento de intranquilidad en las similitudes" y que algunos biólogos "sienten el fantasma de la teleología mirando sobre sus hombros". La vida, sostiene este autor, "muestra una clase de instinto para encontrar el camino de regreso" (6); la omnipresencia de la evolución convergente "significa que la vida no es sólo predecible en un nivel básico, sino que también tiene dirección" (7), pero Morris no tiene otra explicación que el cuento neodarwinista estándar de que las formas y estructuras afines evolucionan porque las mutaciones accidentales son filtradas por presiones de seleción similares y porque puede haber sólo un número muy limitado de maneras para solucionar desafíos particulares (por ejemplo, diseñar un ojo). No obstante, ya es lo suficientemente difícil imaginar cómo un órgano u organismo complejo podría haber evolucionado incluso una sola vez por combinación de miles de mutaciones "beneficiosas" generadas azarosamente, por lo que la idea de que podría haber pasado en varias ocasiones va más allá de lo increíble. Más aún, cuando especies relacionadas tienen rasgos físicos similares que evolucionan independientemente usan en ocasiones los mismos genes para ello, lo cual desestabiliza otra vez el concepto de que la evolución es esencialmente un proceso accidental (8).

De esta manera, los numerosos ejemplos del registro fósil sugieren que se repiten caminos evolutivos particulares y que aparecen una y otra vez organismos con rasgos casi idénticos a especies previas. En vez de pensar en términos de mutaciones accidentales, parece más razonable suponer que los registros de rasgos y estructuras pasados se "almacenan" en alguna forma y que esta información puede ser aprovechada y modificada durante el diseño de criaturas posteriores.


Referencias

1. Antony Latham, The Naked Emperor: Darwinism exposed, London: Janus Publishing Company, 2005, p. 176-8.

2. B.P. Williams, I.G. Johnston, S. Covshoff y J.M. Hibberd, "Phenotypic landscape inference reveals multiple evolutionary paths to C4 photosynthesis", eLife, 2:e00961, 2013, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3786385.

3. butterfliesofamerica.com.
4. Simon Conway Morris, Life’s Solution: Inevitable humans in a lonely universe, New York: Cambridge University Press, 2003, p. 128-9.

5. scientificamerican.com/tetrapod-zoology/2012/07/12/meet-the-borhyaenoids-2012.

6. Life’s Solution, p. 128, 20.
7. Simon Conway Morris, "We were meant to be ...", New Scientist, 16 de noviembre de 2002, p. 26-9.

8. Ananthaswamy Anil, "Evolution returns to same old genes again and again", New Scientist, 23 de agosto de 2003, p. 15.