¿COMO SE FORMAN NUEVAS ESPECIES?

Lo primero que es necesario entender en este tema –se denomina especiación- es que las especies se van originando poco a poco, en el transcurso de cientos o miles de años. Y la reproducción es la función biológica a través de la cual sucede este proceso; los hijos de los hijos de los hijos se parecen cada vez menos a los abuelos de sus abuelos, hasta que llega un momento en que son muy distintos. Uno de los ejemplos más sencillos de especiación es el que viene motivado por lo que se llama aislamiento geográfico. En este caso, una población de individuos va quedando separada en dos grandes grupos por algún tipo de barrera (aparición de un desierto, de una masa de agua, una montaña, etc.). Con el paso de las generaciones, los individuos de cada grupo van cambiando y adaptándose a su entorno, hasta que llega el momento en el que ya no se pueden reproducir entre ellos; es cuando se ha formado una nueva especie.

La pregunta que da título a este escrito ha sido objeto de intenso debate desde la publicación del libro de Charles Darwin El Origen de las Especies en el año de 1859. La aparición de nuevas especies durante el proceso evolutivo en la Tierra es uno de los procesos más fascinantes en el mundo de la Biología, al que se la ha denominado especiación. Los especialistas que se ocupan de contestar dicha pregunta son los biólogos evolutivos y estudian desde los organismos unicelulares más simples como las bacterias (en los que un individuo completo es una sola célula) hasta los organismos más complejos y grandes como las ballenas, las sequoias gigantes y los primates, entre los que se encuentra el ser humano. Los biólogos evolutivos piensan que la especie es lo que denominan “la unidad básica de clasificación”, en la que se basa el ordenamiento de los organismos vivos y que permite empezar a explicar la diversidad de vida en la Tierra.

En una contribución del número anterior de nuestra revista Saber más, se habló de la dificultad para establecer un concepto de especie que sea aplicado a todos los seres vivos del planeta y que satisfaga a los especialistas en distintas áreas, pero en esa ocasión no mencionamos nada respecto a cómo surgen nuevas especies, así que planteamos la pregunta: ¿Cómo a partir de una especie A, surge una especie B? El lector avezado podría replantear la pregunta y proponer ¿Cómo de una especie A surgen las especies B, C y D? O bien puede también cuestionarse ¿Cómo a partir de las especies A, B y C, surge la especie D? La forma de plantearse la pregunta es importante, ya que el mecanismo o proceso para contestar cada una de éstas puede contener componentes ecológicos y genéticos diferentes. Tratemos de explicar.

Los primeros pasos en la propuesta de un mecanismo basado en evidencia científica para proponer una explicación al proceso de especiación se encuentran en las observaciones y conclusiones de Darwin. Él observa que los organismos nunca producen la cantidad potencial de descendencia que tienen; es decir, si la pareja de una especie animal como el perro puede durante su vida tener 200 cachorros, es posible que únicamente nazcan 20, de los cuales únicamente 2 lleguen a la edad reproductiva y tengan descendencia. Las razones para esto son múltiples: en primer lugar, en la naturaleza una especie no se ocupa únicamente de reproducirse, tiene que conseguir alimento, huir de posibles depredadores, conseguir pareja para el apareamiento y encontrar un lugar para aparearse, entre otras actividades durante su ciclo de vida; una segunda observación de Darwin es que la progenie surgida de un apareamiento conserva algunas características de sus progenitores, pero al mismo tiempo son distintos a éstos y también entre sí. Esto es, él nota que hay descendencia con variación. A partir de estas observaciones, Darwin propone que existe un proceso de selección natural en el que, de todos los cachorros nacidos, únicamente algunos de éstos son capaces de llegar a la edad reproductiva y tener descendencia, debido a que fueron los que mejor pudieron responder a las condiciones ecológicas (ambientales) en las cuales se desarrollaron, en nuestro ejemplo únicamente dos cachorros. El resto de la camada murió antes de llegar a aparearse y producir descendencia, los otros 18 que nacieron en la pareja de nuestro ejemplo. Si las condiciones ecológicas cambian (temperatura, patrón de lluvias, llegada o desaparición de predadores, etc.), entonces seguramente los 2 cachorros que sobrevivan no sean los mismos que lo harían en las condiciones originales, o quizá sobrevivan 3, o quizá no sobreviva ninguno. En una escala de tiempo ecológica y evolutiva determinada (millones, cientos o miles de millones de años), es seguro que las condiciones ecológicas en las que las especies viven en algún momento van a cambiar. Regresaremos sobre este asunto del cambio ecológico y su relación con el proceso de especiación.

Darwin nunca supo qué ocasionaba la descendencia con modificación, es decir, cómo era que se heredaban características entre progenitores y progenie, y como consecuencia, tampoco supo qué ocasionaba la variación en ésta. Las bases para el entendimiento de estos fenómenos de herencia y variación fueron descritas por un monje de la región que ahora conocemos como República Checa, llamado Gregor Mendel. Con base en sus observaciones sobre cruzas controladas de plantas de chícharo, Mendel estableció las Leyes de la Herencia.

En los postulados de dichas leyes, Mendel establece la probabilidad de que una característica determinada (en el caso de sus plantas el color y la forma de la semilla, tamaño de la planta, color de la flor, entre otras) sea transmitida a la descendencia. También establece la probabilidad de que dos características distintas (por ejemplo, color de la semilla y tamaño de la planta) se hereden de manera conjunta. Mendel no tuvo conocimiento de qué tipo de sustancia o componente químico estaba asociado a las características morfológicas de las que él derivó las leyes de la herencia. No fue sino hasta 1956, con el trabajo de muchos investigadores entre los que destacan James Watson y Francis Crick, que se supo que el material que determina las características heredadas y que pasa de padres a hijos es el ácido desoxirribonucleico (ADN).

Y bueno, ¿A qué viene toda esta historia? ¿Y nuestra pregunta original de cómo aparecen nuevas especies en la Tierra? Intentemos regresar a ella. A diferencia de la obra de Darwin, que tuvo un impacto inmediato no sólo en los círculos científicos sino en la sociedad en general, los trabajos de Mendel pasaron prácticamente desapercibidos durante muchos años, hasta su redescubrimiento por Hugo De Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak en 1900. A partir de ese momento surgieron investigadores que comprendieron que el trabajo de Mendel era esencial para explicar el proceso de selección natural propuesto por Darwin. El intercambio de ideas en ese sentido llevó a lo que se conoció históricamente en el área de la biología evolutiva como La Síntesis Moderna, a la que se sumó el conocimiento desarrollado respecto a la estructura y funcionamiento del ADN.

Simplificando las cosas, intentemos describir el resultado actual del proceso de síntesis, a partir del cual se generan las primeras propuestas sobre el mecanismo de especiación. Todas las especies tienen como material hereditario el ADN. Cuando dos individuos de la misma especie se aparean, el ADN de cada uno es heredado a la descendencia. Pero no se heredan copias exactas de los progenitores a la descendencia, sino un ADN que lleva modificaciones (mutaciones) que no estaban en el material genético de ninguno de los progenitores. Las modificaciones en cada uno de los individuos de la progenie son distintas, de tal forma que, esos cambios en el ADN, siguiendo nuestro ejemplo de los cachorros, hacen que cada cachorro sea distinto entre sí y cada uno de ellos sea distinto de sus progenitores. Es así como la evidencia genética da un sustento físico a la observación de Darwin de herencia con modificación. De todas las variantes genéticas de la progenie, sólo algunas pueden sobrevivir a las presiones del entorno ecológico, tienen mayor capacidad para resistir cambios en el entorno y llegar a la edad adulta para tener progenie. El resto de las variantes genéticas muere y no llega a la edad reproductiva, o si llega, no es capaz de aparearse para tener descendencia. Se da la selección natural.

Comentábamos anteriormente que las condiciones ecológicas en las que una especie vive están sujetas a cambios continuos. Imaginemos un escenario en el que una población de una especie A compuesta por 300 individuos vive en una extensa llanura que por algún fenómeno geológico es atravesada por un río que no estaba antes, dividiendo a la población, de tal manera que 200 de los individuos quedan de un lado del río y 100 del otro lado. Supongamos que debido a la presencia y la orientación de un lado del río empiezan a crecer más árboles que del otro lado, generando distintas condiciones de luz, temperatura y humedad entre las dos márgenes del río. Siguiendo el razonamiento de los proponentes de la síntesis y sus adherentes, las variantes genéticas (individuos o cachorros) que tengan más oportunidades de sobrevivir serán distintas entre las dos márgenes del río. Al paso del tiempo, las diferencias genéticas (acumulación de mutaciones) entre las poblaciones de las distintas márgenes del río aumentarán, al grado que sean perfectamente diferenciables y, si sus individuos se llegan a encontrar, no podrán aparearse entre ellos. Este proceso de acumulación de diferencias genéticas entre dos poblaciones que originalmente pertenecían a una misma especie puede presentarse inclusive sin que exista una barrera física, como el río de nuestro ejemplo anterior, pero la consecuencia en términos generales sería la misma y no nos detendremos a explicar con mayor detalle este caso particular. Esta puede ser la forma en que la especie A genere a una especie B, o bien en que la especie A genere a las especies B, C y D. Para tratar de entender este último caso, podemos imaginarnos que además del río se presenta una migración a otro sitio de un subgrupo de una de las poblaciones o la aparición de otras barreras físicas (lagos, montañas, separación de un fragmento de la llanura para generar una isla, etc.) que subdividen a la población original en tres o más subpoblaciones que eventualmente van acumulando diferencias hasta convertirse en especies distintas.

¿Cómo es que se van acumulando cambios genéticos en las distintas poblaciones? Para entender esto debemos recordar la estructura básica del ADN. Esta molécula está constituida de cuatro unidades fundamentales llamadas deoxinucleótidos (conteniendo a las bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Citosina y Timina), los cuales forma secuencias en las que cada uno de estos se puede repetir varias veces dentro de un gen. Según los biólogos evolutivos neodarwinistas, el cambio en la secuencia de un gen se puede dar en cualquiera de esos deoxinucleótidos en cualquier posición. Es decir, el cambio (la mutación) es aleatorio, no es provocado por el ambiente. En los genomas de cualquier progenie de una especie, las mutaciones que se van acumulando de generación en generación son aleatorias, y el hecho de que predominen ciertas variantes genéticas sobre otras en una población es debido a la selección del entorno ecológico. En la medida en la que la variación aleatoria y selección natural se combinan a lo largo de millones de años, nuevas especies van apareciendo.

Un punto de vista radicalmente distinto del expuesto anteriormente respecto al proceso de especiación lo constituye el desarrollado por Lynn Margulis y sintetizado en su obra “Adquiriendo genomas”, escrita junto con el físico termodinámico Dorion Sagan. Estos investigadores no niegan la existencia de la mutación aleatoria seguida de la selección natural en el proceso evolutivo propuesta por los neodarwinistas; sin embargo, su punto de vista es que la mutación al azar tiene poco que ver con el proceso de especiación. Su propuesta es que las nuevas especies aparecen principalmente debido a la interacción coordinada de genomas completos que previamente habían pertenecido a especies distintas. A dicho mecanismo le denominan simbiogénesis.

Para Margulis y Sagan, el proceso de especiación no existe en bacterias (procariotes), sino inicia junto con la aparición de los primeros organismos con núcleo, los eucariotes. En su argumentación, dichos investigadores señalan que la capacidad de las bacterias para intercambiar material genético entre ellas no les permite adquirir por grupos una “identidad” estable. Consideran que todas las bacterias de la Tierra forman una metaespecie, una única especie distribuida en todo el planeta. Sin embargo, las bacterias son importantes para el surgimiento de los primeros eucariotes y juegan un papel importante a lo largo del proceso evolutivo en la generación de nuevas especies.

Margulis y Sagan exponen ejemplos en los que según ellos es evidente el proceso de simbiogénesis durante la especiación. Un primer caso los constituyen los líquenes, asociaciones entre un hongo y un organismo fotosintético (microalga o cianobacteria). También exponen el ejemplo de animales fotosintéticos, como el de las babosas de jardín (Elysia viridis), que asociadas con cierto tipo de algas verdes han prescindido de consumir plantas, por lo que todo lo que tienen que hacer en su vida adulta es exponerse al sol para adquirir energía. Un último caso es el de los rumiantes, en particular las vacas, las cuales poseen en uno de sus estómagos el rumen, una comunidad compleja de microorganismos procariotes y eucariotes (hongos y protozoarios) que le permiten al animal aprovechar el material vegetal que consume y sin los cuales no podría asimilar dicho alimento. Desde la perspectiva de Margulis y Sagan, todos estos son claros ejemplos de cómo las especies se constituyen de interacciones entre genomas completas de microorganismos y eucariotes. Para ellos, la simbiogénesis puede explicar la conformación de nuevos tejidos, de nuevos órganos y por lo tanto, de nuevas especies.

La simbiogénesis es una propuesta reciente en términos de tiempos históricos dentro del desarrollo de las ideas científicas. Durante su exposición, Margulis y Sagan hacen una dura crítica a las ideas y teorías muy enraizadas en el pensamiento evolutivo, cuestionando a los así denominados biólogos evolutivos neodarwinistas. Es hasta cierto punto normal que cuando una nueva idea respecto a un fenómeno natural emerge, no obstante que exista evidencia observacional o empírica para apoyarla, sea recibida con escepticismo, o aun rechazo por una parte de la comunidad científica. Pero así es como se da el desarrollo científico, contrastado ideas y hallazgos sólidamente construidos mediante la aportación de nuevos datos. Las ideas de Margulis y Sagan respecto al proceso de especiación son refrescantes y ya sea que estén en lo cierto o no, traen nuevos vientos a la discusión de un fenómeno importante en la continuación de la vida. Como expresa el profesor Ernst Mayer un su prólogo al libro Adquiriendo genomas: “Nunca olvidemos la lección más importante que nos enseñan estos autores: el mundo de la vida no consiste únicamente de especies independientes, sino que cada individuo es en realidad un consorcio de varias especies”.