Evidencias moleculares y genéticas para la evolución
Uno de los hallazgos más inesperados en biología molecular a principio del siglo XX fue descubrir que las moléculas de las proteínas animales evolucionan igual que la anatomía. Pongamos un ejemplo. Como los chimpancés y los humanos tenemos un ancestro común más reciente que el de los chimpancés y los canguros, entonces la hemoglobina de los chimpancés se va a parecer más a la de los humanos que a la de los canguros. Además, el hecho sucede entre todas las especies y con todas las proteínas del cuerpo: albúminas, gama globulinas, insulina, queratina, rodopsina, etc.
Estudios realizados en 1962 mostraron que los genes decodificadores de proteínas sufren mutaciones con el tiempo y lo hacen a un ritmo más o menos constante. Cuando se comparan las secuencias de ADN de los genes de una misma proteína en dos especies distintas, la cantidad de diferencias entre ellas es proporcional al tiempo transcurrido desde que esas dos especies se separaron de su ancestro común más reciente. La metodología funciona como un reloj molecular, permitiendo estimar cuándo divergieron dos especies. Así fue posible mostrar, después de analizar un sinnúmero de proteínas de chimpancés y humanos, que la separación en dos ramas se dio hace 5-8 millones de años y no entre 14-16 millones de años como se pensaba antes.
Este tipo de análisis también permitió confirmar que los hongos son más cercanos a los animales que a las plantas. Cuál sería la sorpresa de los biólogos moleculares al descubrir que mucha de la química básica de los hongos es más parecida a la de los animales que a la de las plantas.
Fue hasta finales del siglo XX cuando se secuenciaron los genomas y se confirmó la sospecha: genomas, moléculas y órganos contaban la misma historia. Mientras más tarde hayan divergido dos especies, más parecido es su ADN.
Veamos ejemplos de evidencias moleculares y genéticas de la evolución.
Nuestros parientes unicelulares más cercanos
Hace 600 millones de años los mares se empezaron a poblar con criaturas multicelulares formando simples colonias de células que dieron lugar, más adelante, a los organismos complejos que hoy conocemos. El surgimiento de tal innovación fue toda una revolución biológica, pues permitió movimiento, crecimiento y desarrollo de órganos que ayudaron a los animales a comer, digerir y detectar su mundo de alrededor.
Las células de un organismo pluricelular se especializan para dedicarse a distintas funciones. Existen células que están en el exterior y mantienen la humedad del organismo y hay células que pasan a formar algún órgano especializado. Es asombroso que sean capaces de trabajar juntas y comunicarse entre sí, características que constituyen las herramientas clave para construir los distintos cuerpos de los animales.
En un principio se pensaba que la maquinaria para desarrollar estos cuerpos evolucionó al mismo tiempo que surgieron los multicelulares. Se pensaba que las moléculas que permiten a las células adherirse unas a otras e interactuar entre ellas no existían antes del surgimiento de éstos.
Con el tiempo se descubrió que los genes necesarios para construir cuerpos de animales existen en unos eucariontes unicelulares llamados coanoflagelados, nuestros parientes unicelulares más cercanos, quienes han servido como modelo para reconstruir al último antepasado unicelular de los multicelulares.
El hecho que se hayan utilizado genes ya existentes para crear cuerpos es un ejemplo de cómo la evolución no improvisa, sino echa mano de lo que está a su alcance, dispone de rasgos útiles y los adapta a nuevas situaciones.
Coanoflagelados
Anemia falciforme
La anemia falciforme es una enfermedad de los humanos causada por un gen que produce una hemoglobina anormal. La enfermedad se manifiesta cuando el individuo lleva el gen recesivo homocigótico, es decir, heredado de ambos padres. Si el gen recesivo se hereda solo de padre o solo de madre, es decir, heterocigótico, la anemia no se manifiesta. En África, dicha enfermedad es mucho más común en tribus que viven en zonas cálidas, cerca de lagos o costas, que en tribus que viven en las zonas altas y frías, lo que resulta de algún modo sorprendente.
¿Por qué el clima hace la diferencia? Se ha descubierto que si los pobladores de las zonas cálidas llevan el gen recesivo heterocigótico, son resistentes a la malaria y a algunos otros parásitos. Los sujetos portadores resultan estar bien adaptados a un medio ambiente donde prevalecen enfermedades tropicales. El gen de la anemia falciforme ha subsistido pues ofrece ventaja reproductiva en ambientes con malaria.
Glóbulos rojos sanos y con anemia falciforme
Tolerancia a la lactosa
La lactosa es un azúcar contenida en la leche, que requiere, para su correcta digestión, de la presencia de una enzima llamada lactasa. Los bebés humanos lactantes producen lactasa, por lo tanto, digieren la leche materna sin problema. Cuando los bebés llegan a edad adulta, los genes responsables de la producción de la enzima se apagan, razón por la cual muchos adultos son intolerantes a la lactosa. Por cierto, este hecho sucede en los críos de todos los mamíferos. Algunos efectos de la lactosa en el ser humano adulto pueden ser flatulencia, cólicos estomacales, diarrea y vómito. Sin embargo, existimos algunos humanos que sí toleramos la lactosa y podemos consumir leche y algunos de sus derivados, sin tener problemas estomacales. ¿Por qué existen algunos seres humanos que tienen esta particularidad?
Los adultos que no sufren problemas cuando ingieren lácteos son en general tribus como los Tutsi de Rwanda, los Fulani y los Tuareg de África Occidental, los Sindhi del norte de India, los Beja del noreste de África y algunas tribus europeas. Lo que estos grupos tienen en común es que su actividad principal es el pastoreo y conviven con animales domesticados productores de leche. No sabemos a ciencia cierta qué les sucedió a los antepasados de estos individuos, pero con seguridad hace miles de años algunos adultos se vieron en la necesidad de consumir leche en época de hambruna y aquéllos que digerían la lactosa sobrevivieron mejor. Una pequeña ventaja reproductiva de algunos individuos sobre el resto, hizo que el gen que no se apaga en la edad adulta, se popularizara en la población.
Entre los actuales seres humanos que no toleran la lactosa están los japoneses, los chinos, los Inuit, la mayoría de los indígenas americanos y los aborígenes australianos, que comparten la particularidad de haber carecido de ganado productor de leche en el pasado.
Visión en mamíferos y en aves
La visión en los mamíferos es muy diferente a la visión en las aves. Las diferencias se deben, en esencia, al número de proteínas fotosensibles –llamadas opsinas– que cada clase de especies tiene. Estas proteínas son las responsables de que las células del fondo del ojo respondan a cierta longitud de onda de la luz.
La mayoría de los mamíferos, quienes dependen del olfato más que de la vista, tienen dos genes de opsinas y ven el mundo en solo dos colores primarios –amarillo y azul–. De los pocos mamíferos que ven el mundo en tres colores primarios –rojo, verde y azul– están los humanos y los simios. Cuando los primates evolucionaron de entre los mamíferos, la visión tricromática apareció en un antepasado de los simios. Un gen de opsina se duplicó como una adaptación permitiendo discriminar hojas y frutos de diferentes colores.
Las aves, por el contrario, tienen excelente vista, mucho más sofisticada que la nuestra, pues la necesitan en el momento de volar a gran velocidad. La heredaron de sus ancestros reptiles, cuando el linaje que dio lugar a las aves modernas se separó de los dinosaurios. Ellas ven el mundo en cuatro colores primarios ya que tienen cuatro genes de opsinas, expandiendo el rango de la visión a color más allá de lo que cualquier humano podría experimentar o imaginar. ¿Cómo aparecieron las diferencias?
Tanto mamíferos como aves evolucionaron a partir de los reptiles. Los mamíferos lo hicieron primero, hace alrededor de 190 millones de años, y las aves 40 millones de años después. Todos debieron haber heredado los cuatro genes de opsinas, pero la capacidad visual en aves y en mamíferos difiere hoy debido a eventos que sucedieron en el Jurásico, hace 150 millones de años. Los antepasados de los mamíferos en ese período eran unas criaturas nocturnas parecidas a las musarañas. Los lujos visuales de los reptiles eran un exceso para los proto-mamíferos. Por el hecho de vivir de noche, ellos perdieron dos de sus genes de opsinas. De ahí que hoy la mayoría de los mamíferos tenga visión dicromática.
Estructura básica del ojo de los mamíferos
Moléculas necesarias para la visión
Las moléculas que la visión requiere, como la rodopsina y las proteínas del cristalino, evolucionaron en organismos unicelulares. La rodopsina es utilizada en todos los sistemas visuales, desde los más sencillos hasta los más complicados. Aparece en bacterias y en archaea –organismos unicelulares similares a las bacterias, pero con un metabolismo diferente–, donde juega un papel en la interacción de las bacterias con la luz solar.
Lo anterior sugiere que con suficiente tiempo y dadas las ventajas adaptivas de discriminar la luz, la evolución de la vista en animales multicelulares fue inevitable
Visión en la oscuridad
Hay algunos mamíferos con vida nocturna o subterránea, como los micos nocturnos, los gálagos, los loris lentos y las ratas topo-ciegas o ratopines. Ellos no dependen de la visión cromática pues viven en la oscuridad, aun cuando descienden de mamíferos que tenían vida diurna y visión a colores. Todos ellos tienen los genes de opsinas silenciados, es decir, sufrieron mutaciones que los hicieron inservibles y son irrelevantes para su supervivencia. Es el resultado de una adaptación a un estilo de vida nocturno.
Ratopín
ADN mitocondrial en los animales
Las mitocondrias son organelos que aparecen en todas las células animales y juegan un papel vital en la producción de energía de los organismos vivos. Sin ellas, no puede haber actividad celular. El ADN dentro de ellas tiene una singular característica: en un mismo individuo, es idéntico en todas sus células, pues las células se clonan dentro del individuo. Además, los genes de las mitocondrias se heredan de la madre, pues la mitocondria de los espermatozoides se desintegra en el momento de la fertilización. Este hecho implica que al ADN mitocondrial no lo afecta la recombinación genética –ese momento cuando los cromosomas de la madre se entrecruzan con los del padre–, y toda mutación posible en él pasa intacta de generación en generación. En otras palabras, nuestro ADN mitocondrial es idéntico al de nuestra madre, que es idéntico al de nuestra abuela, que es idéntico al de nuestra bisabuela, etc., etc., salvo alguna mutación genética que haya podido suceder durante el proceso.
La función de las mitocondrias es tan básica que tienen una estructura muy estable: en todo el reino animal, el ADN mitocondrial es casi uniforme. Los mismos 37 genes especifican los mismos conjuntos de moléculas en todos los animales multicelulares. Los genes están organizados en la hebra de ADN de las mitocondrias, en todas las especies, de manera muy consistente.
Lo anterior permite utilizar las pequeñas variaciones de este ADN entre especies, y dentro de especies, para estimar la antigüedad de los ancestros comunes y la distancia evolutiva entre poblaciones. El uso de la técnica en humanos ha dado resultados sorprendentes: las poblaciones humanas africanas son las más antiguas; Homo sapiens apareció en África; el origen de todos los humanos modernos es de entre 140 y 290 mil años; Australia y Papúa Nueva Guinea fueron pobladas hace 50 mil años; América fue colonizada hace 15 mil años; y todo ser humano, vivo el día de hoy, lleva el ADN mitocondrial de una abuela común quien vivió en África hace 10 mil generaciones. En la actualidad, cualquier individuo puede hacer el análisis de su ADN mitocondrial y averiguar el origen genético de su linaje materno.
Estructura de una mitocondria
Genes del olfato
Los ganadores del premio Nobel en Fisiología o Medicina 2004, Richard Axel y Linda B. Buck, descubrieron cuáles son los genes del olfato en los seres humanos. Dichos genes constituyen más del 3% de nuestro genoma, solo están activos en la zona nasal y nos permiten percibir entre 5 y 10 mil olores distintos. Axel y Buck también identificaron la existencia de genes para detectar olores específicos y el hecho de que para detectar ciertos olores, es necesaria la colaboración de varios genes al mismo tiempo.
Sus hallazgos dieron lugar a que otros investigadores estudiaran diversas especies, con resultados por demás interesantes:
• Existen genes para detectar olores en el agua y genes para detectar olores en el aire.
• Los peces más simples, como las lampreas, tienen pocos genes del olfato y aun no están diferenciados entre los de agua y los de aire. Ellos evolucionaron antes de la separación de los genes del olfato en dos tipos.
• Los peces más complejos que las lampreas tienen más genes del olfato pero les sirven solo para detectar olores en el agua.
• Los anfibios ya tienen los dos tipos de genes: para detectar olores en el agua y en el aire.
• Los mamíferos y los reptiles solo tienen genes para detectar olores en el aire.
• Nuestros genes del olfato no aparecieron de la nada. Muchos de nuestros antepasados, quienes percibían menos olores que nosotros, sufrieron mutaciones duplicando genes. Con el tiempo, esos genes duplicados se fueron especializando para detectar nuevos olores.
• Los mamíferos con visión a color, como nosotros, tienen gran cantidad de genes del olfato inhabilitados. En particular, los seres humanos tenemos una tercera parte de nuestro genoma dedicado al olfato en estado inservible. Hemos canjeado genes del olfato por genes de la visión. Dependemos mucho más de nuestra visión que de los olores.
La historia de nuestros ancestros y la relación entre nosotros y otras especies está escrita en los genes del olfato. Los nuestros son casi idénticos a los de otros mamíferos con visión tricromática –como los chimpancés y los gorilas–, pues dependemos en primera instancia de la vista; son menos parecidos a los de los mamíferos con visión dicromática, quienes ven en solo dos colores y dependen mucho del olfato, como los perros con un sentido del olfato mil veces más sensible que el nuestro; son menos parecidos aún a los de los reptiles; todavía menos a los de los anfibios; y muy diferentes a los de los peces.
Similitudes en el genoma de los primates
La secuencia de ADN de un ser humano contiene alrededor de 3,000 millones de pares de bases nitrogenadas (moléculas orgánicas que incluyen 2 o más átomos de nitrógeno): adenina, timina, guanina y citosina. El orden de aparición del 98.8% de estas bases es idéntico al de un chimpancé, lo cual significa que solo el 1.2% de nuestro genoma –36 millones de pares de bases– es diferente al de estos simios.
Nos separamos de la rama de los chimpancés hace alrededor de 6 millones de años y podemos suponer que durante ese tiempo, la mitad de las diferencias, 18 millones, ocurrieron en nuestro genoma y la otra mitad, los otros 18 millones de diferencias, ocurrieron en el de los chimpancés.
También se sabe que dados 2 seres humanos, sus genomas difieren en 3 millones de pares de bases. La pregunta inmediata es: ¿estas diferencias de solo 15 millones de pares de bases contribuyeron a la evolución del ser humano o son solo ruido?
Si se compara nuestro genoma con el de los ratones, el 96% de nuestros genes se encuentran ubicados en el mismo orden en el cual aparecen en el genoma de ellos. En 75 millones de años, desde la separación del ancestro de los primates y el de los roedores, los cambios en el ADN no aparentan ser muy grandes. Todo parece indicar que la evolución del ser humano no dependió del incremento en el número de genes.
La evidencia genética sugiere, al menos en el caso particular de los primates, que la evolución del ser humano se debió más a cambios en el control y expresión de los genes y no a los genes en sí. Se conocen secciones del genoma, pensados en un inicio como ruido o basura pero ahora identificados como genes controladores o reguladores, cuya función es permitir o impedir cuándo otros genes se encienden. En conclusión, la diferencia entre un chimpancé y un humano no está en sus genes sino en la manera como éstos se expresan.
Hembra chimpancé con crío
El cromosoma #2 de los humanos
El segundo cromosoma de los humanos es el producto de la fusión de dos cromosomas en los simios. En algún momento, después de la aparición del ancestro común entre los homínidos y los simios, sucedió una mutación en un antepasado de los homínidos que dio por resultado que dos cromosomas de simio se convirtieron en un cromosoma de los homínidos.
Los chimpancés, gorilas y orangutanes tienen 24 cromosomas y los humanos tenemos solo 23. Los chimpancés, nuestros parientes más cercanos, tienen la misma secuencia de genes de nuestro cromosoma #2, pero la tienen en dos cromosomas distintos. Sucede lo mismo en el genoma de los gorilas y los orangutanes, con quienes las diferencias son mayores.
Diferencias en el color de la piel de los humanos
El color de la piel es una característica obvia para identificar a la gente proveniente de distintas regiones del mundo y difiere dependiendo de la cantidad de melanina que las células del individuo produzcan. La pregunta natural es si este hecho es resultado de la evolución o es solo un reflejo del parentesco entre los individuos.
En general, la fuerza motora de la selección natural proviene del medio ambiente. Existen suficientes evidencias mostrando que los ancestros de Homo sapiens tenían piel oscura. Esa pigmentación es necesaria para individuos sin pelambre viviendo cerca del Ecuador y deambulando por la sabana, esas enormes llanuras africanas con muy pocos arbustos y árboles donde el ser humano evolucionó. La piel oscura es esencial como protección contra la radiación ultravioleta. Sin ella, los habitantes de estas regiones habrían desarrollado cánceres de piel con consecuencias devastadoras para la población: habrían muerto antes de reproducirse.
Por otro lado, los individuos que migraron hacia el norte, a lugares menos soleados que África, necesitaron mantener los niveles adecuados de vitamina D para impedir el desarrollo de raquitismo, enfermedad mortal en algunos casos para la madre y el bebé durante el embarazo y el parto. De ahí que quienes tenían piel más clara tuvieron ventaja reproductiva sobre los de piel oscura en latitudes muy altas, provocando con el tiempo el predominio de la piel clara sobre la oscura. Este hecho ha sido confirmado desde el punto de vista genético.
El gen SLC24A5 es el responsable de la producción de melanina, el pigmento de la piel y del cabello. Los habitantes de África tienen este gen en estado funcional. Sin embargo, casi todos los europeos tienen una mutación en él inhabilitándolo. Los asiáticos tienen el gen SLC24A5 en estado funcional, pero han adquirido otras mutaciones favoreciendo la piel clara y el pelo negro. Por lo tanto, podemos concluir que las diferencias genéticas, resultado de la selección natural, son las responsables de las diferencias en los tonos de la piel de los habitantes de distintas regiones del planeta.
Culebras de agua del Mar de Cortés
Las costas mexicanas del Pacífico, desde el estado de Sonora hasta Guerrero, son el territorio de unas culebras de agua –Thamnophis validus– que habitan los ríos, canales de riego y pantanos. En la Península de Baja California, al otro lado del mar de Cortés, pero solo en su extremo sur, en la llamada Sierra de la Laguna, es posible encontrar esas mismas culebras. La pregunta pertinente es: ¿por qué las culebras del sur de Baja California tienen a sus parientes más cercanos del otro lado del mar y no en la misma península?
Por décadas, los investigadores supusieron que como Baja California había sido parte del continente durante millones de años, las culebras de la península debieron quedar atrapadas en el territorio cuando se formó el Mar de Cortés, quedando aisladas geográficamente de sus parientes en el continente, evento equivalente a lo sucedido con las especies de Madagascar, al separarse la isla del continente africano.
Con el invento del análisis genético, los investigadores decidieron confirmar dicha hipótesis. Cuál sería su sorpresa al encontrar que las diferencias en el ADN mitocondrial de las culebras del este y oeste del Mar de Cortés son mínimas. No podían haber transcurrido millones de años con tan pocos cambios. Las diferencias existentes apuntan a una separación de las poblaciones hace solo algunos cientos de miles de años.
La única explicación viable es suponer entonces que las culebras llegaron del continente a Baja California transportadas en balsas de ramas y plantas, empujadas por el viento y las corrientes, donde después se reprodujeron.
Culebra de agua
Parecido en algunos árboles filogenéticos
Los árboles filogenéticos son unas gráficas arborescentes utilizadas para mostrar las relaciones evolutivas entre especies. Con ellas, los expertos pueden representar el orden en que la evolución sucedió, ejemplificando las especies ancestrales y sus especies descendientes. El primer árbol filogenético del que se tenga registro es el que Darwin dibujó en sus notas, al que le puso el comentario “Yo creo”. Él se imaginaba que esa era la manera como una especie evolucionaba y daba lugar a dos o más nuevas especies.
En la actualidad, los árboles filogenéticos se construyen a partir de los resultados que se obtienen cuando se hacen estudios comparativos del genoma de especies relacionadas entre ellas. Si el análisis genético se lleva a cabo en especies que evolucionaron de manera paralela, resulta que sus árboles filogenéticos son muy parecidos.
Un ejemplo de esto es el caso de las tuzas –Geomyidae–, las cuales siempre llevan en su pelambre unos piojos –Phthiraptera– como parásitos. Cuando los expertos reconstruyeron el árbol evolutivo de las tuzas y el de los piojos a partir del análisis del genoma de ambas especies, ambos árboles resultaron idénticos.
Al aislarse geográficamente las tuzas ancestrales, se convirtieron en distintas especies, y los piojos viviendo sobre ellas también sufrieron especiación. Un análisis genético simultáneo puede aportar información difícil de obtener con otras herramientas.
La página del Cuaderno B de Darwin donde en 1837 él dibujó el primer árbol de la vida con el comentario “Yo pienso”.
Esquema que muestra el paralelismo en la evolución de cuatro especies de tuzas (A, B, C y D) y cuatro especies de piojos (a, b, c y d) a partir de especies ancestrales.
Los genes hox
Las llamadas mutaciones homeóticas en la mosca de la fruta parecen aberraciones ideadas en una película de horror. Pueden producir moscas con patas donde deben estar sus antenas, o moscas con pares extra de alas, o moscas con patas en la boca.
Se sabe que una única mutación en uno de los genes del cromosoma 3 puede trasformar el diseño completo de partes del cuerpo. A este tipo de genes se les conoce como genes hox y se sabe que controlan el desarrollo del cuerpo completo de un organismo multicelular durante el desarrollo embrionario. Igual los tienen las moscas, que los ratones, los elefantes y los humanos.
Se han identificado 2 grupos de genes en la mosca de la fruta. Un grupo controla el diseño anterior del cuerpo y el otro grupo controla el diseño posterior. Los genes están ubicados en el genoma en el mismo orden en que están las partes anatómicas que controlan.
En mamíferos también se han encontrado genes reguladores que si sufren mutaciones afectan al cuerpo del organismo. Mutaciones en dos genes del grupo Hox-11 en ratones pueden provocar que la extremidad anterior carezca de cúbito y radio.
Los pseudogenes o genes ´muertos´
Cuando un rasgo ya no es usado, el gen o genes que le corresponden no desaparecen instantáneamente del genoma, simplemente se desactivan.
Como esos genes dejan de impactar en la ventaja reproductiva del ser vivo y ya no hacen al individuo mejor o peor adaptado, es irrelevante si están intactos o no.
De ahí que sea de esperarse que en el genoma de cualquier especie existan genes "muertos" o pseudogenes, genes que en algún momento fueron útiles y que ahora ya no lo son. Si sufren mutaciones éstas pasarán a siguientes generaciones dejando evidencia de que en algún momento fueron utilizados.
El pseudogen más famoso en los humanos es el GLO que en otras especies produce una enzima que se utiliza para fabricar vitamina C. Los primates, incluidos los humanos, no necesitan fabricar vitamina C. Obtienen suficiente ácido ascórbico de su alimentación. El GLO en los humanos y los primates está inhabilitado con una mutación que hace que le falte un nucleótido.
Otro ejemplo que nos permite ilustrar que los mamíferos evolucionaron de los reptiles, es el que se refiere al huevo. Los reptiles ponen huevos, que tienen una yema de donde se alimenta el embrión. Con excepción de los monotremas, todos los mamíferos dejaron de poner huevos y en su lugar alimentan a los embriones dentro del cuerpo a través de la placenta. Sin embargo, todos los mamíferos tienen inhabilitados los genes involucrados en producir los nutrientes de la yema.
Pero aún más interesante, los seres humanos todavía producen el saco vitelino, donde debería ir la yema, pero lo desechan en el segundo mes de gestación.
La evolución y su relación con la cantidad de genes
La secuencia de ADN de un ser humano contiene del orden de 3,000 millones de pares de bases. El 98.8% de estas bases son idénticas a las de un chimpancé. Esto quiere decir que sólo el 1.2% de nuestro genoma, 36 millones de pares de bases, es diferente al de los chimpancés.
Nos separamos de la rama de los chimpancés</a></strong> hace alrededor de 6 ma y podemos suponer que en ese tiempo, la mitad de las diferencias, 18 millones, ocurrieron en nuestro genoma y la otra mitad, las otras 18 millones de diferencias, en el de los chimpancés.
También sabemos que dados 2 seres humanos, sus genomas difieren en 3 millones de pares de bases. La pregunta relevante es: ¿estas diferencias de solo 15 millones de pares de bases contribuyeron a la evolución del ser humano, o son sólo ruido?
Cuando se compara nuestro genoma con el de los ratones, resulta que el 96% de nuestros genes se encuentran en exactamente el mismo orden que en el genoma de ellos. En 75 millones de años, desde la separación del ancestro de los primates y el de los roedores, los cambios en el ADN no parecen ser muy grandes.
Todo parece indicar que el número de genes no es lo que produce la evolución de los humanos. Parece que lo que la evidencia genética está diciendo en el caso particular de los primates es que la evolución del hombre se debió más bien a cambios en el control de los genes, no a los genes en sí. Se sabe que las secciones del genoma que se suponía eran basura, en realidad son genes controladores cuya función es permitir o impedir que otros genes se expresen. Y por supuesto esto se aplica a la evolución de cualquier otra especie.
La visión de los monos aulladores
Los monos aulladores son monos del nuevo mundo, que tienen visión tricromática, igual a la de los monos del viejo mundo y los simios.
La adquirieron 20 ma más tarde que sus parientes del viejo mundo y de manera independiente, como una adaptación que les permitió escoger las hojas tiernas de entre todo el follaje, como lo hacen los otros primates con visión tricromática.
Al igual que sus parientes africanos y asiáticos, los monos aulladores tienen una proporción grande de genes del olfato fosilizados.
éste es un ejemplo de evolución convergente: organismos diferentes, bajo presiones equivalentes llegan a adaptaciones similares.
Los cambios en el plan corporal
Un ejemplo que permite mostrar cómo surgen cambios significativos en el plan corporal, es el caso de la pelvis en los peces espinosos. Se sabe que el gen Pitx1 contiene una parte reguladora que regula el desarrollo de las aletas pélvicas en los peces y de las extremidades inferiores en los animales. Dentro de esa parte reguladora del ADN, existen una especie de interruptores, que dependiendo de su estado, controlan el que se use el gen o no se use.
Los peces espinosos que habitan las zonas profundas de los grandes lagos de Europa, Asia y Norteamérica tienen pelvis reducida debido a una mutación en el interruptor de Pitx1. Los peces espinoso que habitan la superficie de los lagos, tiene pelvis completas y carecen de la mutación.
Este ejemplo muestra cómo un cambio pequeño en el ADN puede provocar un cambio grande en aspecto.
No se necesitan genes nuevos para que aparezcan nuevos animales
Una idea muy socorrida durante mucho tiempo fue que para que surgieran formas complejas era necesario la aparición de genes nuevos.
Como se sabe que la forma de una especie nueva depende de su genoma, se creía que nuevas especies requerían nuevos genes.
Con el descubrimiento de los genes hox, genes que controlan otros genes, se sabe ahora que un solo cambio en uno de estos genes genera cambios enormes en la anatomía del organismo.
Si una mutación en un gen hox impacta enormemente, mutaciones que hicieron que estos genes se duplicaran impactaron todavía mucho más en los cambios en el diseño de los cuerpos.
El gen que controla el desarrollo de ojos
Se sabe desde hace tiempo que las moscas de la fruta pueden sufrir mutaciones que provocan que nazcan sin ojos.
A principios del siglo XXI se hicieron experimentos con los que se identificó al gen responsable y la ubicación de las mutaciones. Lo interesante de los experimentos es que:
Si el gen sin mutar se activa en otro lugar del genoma dedicado a otra parte del cuerpo, le aparece un ojo a la mosca en esa otra parte del cuerpo.
Si el gen sufre mutación, el ojo no se desarrolla.
Ese mismo gen existe casi idéntico en otras especies vertebradas, como ratones y humanos.
Si el gen se daña en un embrión de ratón, el ratón desarrolla ojos muy pequeños o no los desarrolla.
Más aun, si a la mosca se le pone un gen de ratón, la mosca desarrolla ojo de mosca.
Este tipo de genes son los que se conocen como genes reguladores encargados de activar reacciones en cadena con otros genes para producir estructuras complejas.
En los vertebrados a este gen se le conoce como Pax6. En los humanos se sabe que una mutación en este gen produce enfermedades como aniridia, la falta de iris en el ojo.
El origen de las extremidades inferiores
Existe un gen regulador en vertebrados llamado Pitx1. Se sabe que este gen, además de controlar a otros genes, en los peces tiene que ver con el desarrollo de las aletas pélvicas y en los mamíferos tiene que ver con el desarrollo de los miembros inferiores.
Además, el registro fósil sugiere que la aleta pélvica de los peces es el precursor evolutivo de las extremidades inferiores de los animales de cuatro patas.
Virus en el genoma humano
En el genoma humano se hospedan genes muertos o pseudogenes que pertenecieron a otras especies. En particular, hay genes de virus.
Los retrovirus hacen copias de su genoma y lo insertan en el ADN de la especie que infectan. Un ejemplo de retrovirus es el VIH. Si el retrovirus infecta las células que producen los espermatozoides o los óvulos, ese ADN pasará a futuras generaciones.
El genoma humano contiene miles de estos virus, casi todos ellos inutilizados debido a que han sufrido mutaciones. Son lo que quedó de infecciones sufridas en el pasado. Lo interesante es que muchos de estos virus están localizados en los mismos cromosomas tanto en humanos como en chimpancés.
Dado que es imposible que un virus, no se diga miles de virus, se inserte exactamente en el mismo lugar en dos especies distintas de manera independiente, esto apunta a la existencia inequívoca de un ancestro común entre humanos y chimpancés.
La visión en las aves en comparación con la visión en los mamíferos
Nosotros percibimos el mundo a través de un tipo de ojos que tienen 3 receptores de color, lo que nos permite ver 3 colores primarios y 4 combinaciones básicas de estos colores primarios. Sin embargo, somos de los pocos mamíferos con 3 receptores: la mayoría tiene solo 2.
Las aves tienen 4 receptores de color. Esta configuración les permite ver 4 colores primarios y 11 combinaciones básicas, expandiendo el rango de la visión a color de las aves más allá de lo que cualquier humano podría experimentar o imaginar. La capacidad visual en aves y en mamíferos difiere debido a eventos que sucedieron en el Jurásico, hace 150 ma.
Las aves tienen excelente vista pues la necesitan en el momento de volar. La heredaron de sus ancestros reptiles, cuando el linaje que dio lugar a las aves modernas se separó de los dinosaurios.
Los mamíferos también evolucionaron a partir de los reptiles, pero se separaron de ellos mucho antes que las aves. Contrario a las características de las aves, los antepasados de los mamíferos durante el Jurásico eran unas criaturas nocturnas parecidas a las musarañas.
La selección natural es muy ahorrativa: los lujos visuales de los reptiles eran un exceso para estos protomamíferos que vivían de noche. Dos de los receptores heredados se perdieron. Hasta el día de hoy, la gran mayoría de los mamíferos tiene únicamente 2 receptores de color.
Algunos primates, incluyendo los antepasados de los humanos, desarrollaron después un tercer receptor de color.
La visión en los primates
Todos los simios y los monos del viejo mundo tienen visión tricromática;(vemos rojos, verdes y azules) y tienen tres genes de opsinas, que son las proteinas responsables de la percepción de la luz.
Casi todos los monos del nuevo mundo, los roedores y otros mamíferos tienen visión dicromática (ven amarillo y azul pero confunden rojos con verdes) y tienen dos genes de opsinas.
Esto sugiere que la visión tricromática surgió en un antepasado de los monos del viejo mundo, después de la separación de los linajes del nuevo y viejo mundo, y como una adaptación que permitió discriminar hojas y frutos de diferentes colores.
También sugiere que se dio por una mutación que provocó que se duplicara un gen de opsina, que después divergió para absorber la frecuencia del azul en el espectro.
Al depender de la visión tricromática, los genes del olfato les fueron menos útiles y como resultado, los primates del viejo mundo tenemos muchos genes del olfato fosilizados.
La relación entre la visión tricromática y los bosques coloridos
Los humanos y sus parientes más cercanos, los simios, así como los monos del viejo mundo, tenemos 3 distintos receptores de luz con los cuales podemos percibir rojos, verdes y azules.
Comparando los genes de los distintos primates con estas características se ha podido estimar que la visión tricromática apareció en ellos hace 55 ma.
Los estudios en rocas de esta época muestran cambios sustantivos en la composición de los bosques también hace 55 ma. Antes de esta época, los bosques eran ricos en ficus y palmeras, que son plantas de buen sabor pero descoloridas.
Más tarde aparecieron bosques con mayor diversidad en plantas y en colores.
Parece sensato apostar a que la aparición de buena vista a color se correlacione con el cambio de bosques monocromáticos a bosques con una oferta de comida rica en colores.
Los únicos otros primates que tiene visión tricromática son los monos aulladores, del nuevo mundo, que sufrieron una adaptación similar hace 35 ma.
