Taxonomía

Para entender la paleoantropología. 3ª parte: La sistemática

Para entender la paleoantropología. 3ª parte: La sistemática

     Última actualizacón: 25 enero 2018 a las 13:35

Introducción

Creo que estamos atravesando uno de los momentos más interesantes en el ámbito de la paleoantropología, y ello por tres razones fundamentales: en primer lugar, asistimos a un incremento notable de los restos de homininos fósiles que están viendo la luz (buenos ejemplos de ello los tenemos en yacimientos como Atapuerca, Dmanisi, Denisova, la cueva Rising Star en Sudáfrica etc.). En segundo término, se han planteando atrevidas soluciones para los graves problemas detectados en la reconstrucción del árbol evolutivo de los homininos, propuestas que están permitiendo profundos replanteamientos en la disciplina (y no menos debates interesantes). Sólidos análisis cladísticos han puesto de manifiesto, por un lado, la incongruencia entre las filogenias extraídas de los datos moleculares y las construidas con datos morfológicos; y por otro, la enorme presencia de homoplasias 1, lo que dificulta sobremanera la elección de unas filogenias sobre otras. La tercera razón a destacar es la enorme influencia que los avances en la genética del desarrollo están ejerciendo en la biología evolutiva.

Como vimos en la segunda parte de esta serie (dedicada a la evolución), la sistemática es el estudio de la clasificación de las especies con arreglo a su historia evolutiva, lo que llamamos filogenia. Para lograr su objetivo utiliza como método la cladística, una rama de la biología comparada en la que los taxones se definen y reconocen únicamente por compartir caracteres derivados. Lo que hace la cladística es agrupar a las especies en “clados”, que vienen a ser “un grupo, una rama del árbol filogenético” (o árbol evolutivo, los dos términos son prácticamente sinónimos), esto es, el grupo o taxón formado por una sola especie y todos sus descendientes.

Para formar los clados hay que tener en cuenta dos tipos de caracteres: los caracteres primitivos, que son aquellos que se heredan de un antepasado anterior al nacimiento del clado y por eso se encuentran también en otros clados; y los caracteres derivados, que sólo se observan dentro del clado objeto de estudio porque aparecieron con la especie fundadora del mismo, es decir, se trata de un carácter nuevo evolucionado a partir de otro preexistente (éstos son los únicos que cuentan en el análisis filogenético). Los caracteres primitivos se llaman en cladística plesiomorfias, y para los derivados se usa el término apomorfia. Las sinapomorfias en cambio se dan cuando una apomorfia es compartida por dos taxones como, por ejemplo, el caso del pelo en los mamíferos (el estado alternativo, en nuestro caso la ausencia de pelo, sería una plesiomorfia).

Lo importante para la paleoantropología es tratar de identificar al menos un carácter apomorfo compartido por todos los miembros de un grupo que haya sido heredado de su especie ancestral. Por lo tanto, para poder completar el árbol evolutivo de un determinado grupo se exige que haya monofilia estricta, es decir, que todos los organismos incluidos hayan evolucionado a partir de un antepasado común. Este criterio se basa por completo en la idea de Darwin de la descendencia con modificación como resultado fundamental del proceso evolutivo.

En definitiva, la taxonomía es la teoría y práctica de la clasificación de los organismos y consta de dos aspectos diferentes: primero, es el proceso de clasificar organismos, clasificación que puede hacerse sobre la base de distintos criterios (el más importante es la filogenia como ya hemos apuntado); y en segundo lugar, es el proceso de nombrar las unidades reconocidas según las normas establecidas por el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica 2. Mientras que nombrar las unidades taxonómicas es un proceso objetivo que debe seguir unas normas claras establecidas en dicho código, el reconocimiento de las unidades y su incorporación en la jerarquía es una cuestión menos rígida ya que las bases de cualquier clasificación depende de las intenciones de la persona que la realiza. El problema de seguir estrictamente el criterio de la filogenia es que las clasificaciones no son estables: habrá cambios cada vez que nuestro conocimiento sobre el registro fósil avance sea más completo, no solo al encontrar nuevos fósiles, sino también gracias a la mejora en las técnicas que se emplean en el estudio de los fósiles ya existentes.

Por todo ello la clasificación de los primates es, y probablemente siempre estará, en estado de cambio constante. Las clasificaciones son producto de la mente humana más que de la propia naturaleza y, por ende, pueden reflejar de forma legítima cualquier conjunto de criterios, siempre que se apliquen de forma consistente. En cualquier caso, y a pesar de estos inconvenientes, es imprescindible contar con una clasificación para facilitar la investigación. No se trata de una clasificación definitiva sino una clasificación de «consenso», lo que implica que habrá ―y los hay― muchos especialistas que no están de acuerdo con determinados taxones.

Aunque más adelante entraremos a fondo en estas cuestiones, no debemos terminar esta introducción sin ver hasta qué punto la cladística se ha convertido en un tema controvertido entre los especialistas. En este ámbito, el eminente paleontólogo y biólogo teórico George Gaylord Simpson ―uno de los padres de la teoría sintética de la evolución― ya constató a mediados del siglo pasado que podemos encontrarnos con dos tipos de taxonomistas: los hay que no dan demasiada importancia a las variaciones menores y agrupan los organismos en taxones ya existentes (esta práctica se conoce como agrupamiento); y están, por otro lado, quienes subdividen los taxones sobre la base de pequeñas diferencias, añadiendo categorías separadas para organismos que no se corresponden de manera natural con alguna de las clasificaciones ya existentes (esta práctica se denomina separación). Cuando lleguemos al final de esta anotación seremos capaces de reconocer a los lumpers, esto es, los agrupadores, y a los splitters, los separadores. Simpson los caracterizó estupendamente con su sutil ironía:

Los separadores hacen unidades muy pequeñas―sus opositores dicen que si pueden diferenciar dos animales, los colocan en diferentes géneros, y si no pueden distinguirlos, los colocan en diferentes especies. Los agrupadores hacen grandes unidades―sus opositores dicen que si un carnívoro no es un perro ni un oso, lo consideran un gato.

Para Jonathan Marks, profesor de antropología en la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, la distinción entre agrupadores y separadores tiene otras connotaciones: para los splitters cada fósil se convierte en el más importante, la clave que soluciona el difícil rompecabezas evolutivo; en cambio, para los lumpers son menos fósiles ―y menos paleoantropólogos― los que mantienen una posición privilegiada. Estas dos posturas suelen reflejar también las diferentes personalidades de los científicos, un tema muy interesante en el que profundizaremos en otro momento.

Esta dicotomía la hemos vivido sobre todo en las pasadas décadas cuando cada nuevo fósil que se recuperaba se convertía rápidamente en el nuevo “eslabón perdido”, la nueva pieza fundamental que venía a desentrañar el misterio de la evolución humana. Los paleoantropólogos que encontraban un fósil con algunas características sobresalientes defendían su pertenencia al clado humano, al tiempo que vertían dudas sobre el estatus de los especímenes descubiertos por otros. Sin embargo asistimos en los últimos años a un relajamiento de esta postura, planteándose los debates en tratar de clasificar correctamente los especímenes que se conocen. Destaca en este sentido la sensatez mostrada por el equipo ―con Svante Pääbo a la cabeza― que publicó los resultados del análisis genético de los fósiles de Denisova: pese a constatarse que se trata de una población desconocida hasta la fecha, han preferido esperar a recuperar más fósiles antes de aventurar su lugar en la filogenia humana.

Metodología

La principal tarea de cualquier análisis cladístico consiste en realizar una valoración correcta de los caracteres que varían entre los organismos o taxones objeto de estudio para establecer su proximidad filogenética. Para ello se emplean dos métodos: el primero consiste en comparar el grupo de especies que se está estudiando (ingroup en inglés) con un exogrupo (outgroup en inglés), es decir, una especie o grupo de especies que están estrechamente relacionadas con las anteriores y que se utilizan para poder distinguir los caracteres derivados y los caracteres primitivos. La mayoría de los estudios cladísticos comienzan con algunas hipótesis previas de afinidad entre los organismos objeto de estudio, incluyendo la hipótesis acerca de cuál es el taxón más estrechamente emparentado fuera de él. Si un carácter que comparten dos o más taxones se observa también en el exogrupo, se concluye que ese carácter es primitivo y por tanto sin interés para el análisis cladístico.

El segundo método consiste en estudiar la ontogenia. El desarrollo de un individuo desde la fertilización del óvulo hasta convertirse en un adulto conlleva un aumento de la complejidad así como una modificación de su estructura. Conocer el orden de aparición de los caracteres en el registro fósil es muy útil para determinar su procedencia evolutiva.

En los orígenes de la cladística los organismos se clasificaban teniendo en cuenta únicamente criterios morfológicos (lejos estaba el tiempo de poder contar con análisis moleculares o genéticos). Sin embargo, los avances en otros campos de la ciencia permitieron afrontar nuevas aproximaciones moleculares, de comportamiento y ecológicas, lo que ha supuesto una ayuda inestimable en un gran número de casos.

Linajes de interés en la evolución humana (y tiempos de divergencia) Goodman y Sterner (2010).

En el caso de los estudios moleculares, la mejora en la secuenciación del ADN y la multiplicación de los análisis de los genomas de los primates vivos proporcionan un contexto interesante para interpretar la evolución humana. Para ello se utiliza el denominado reloj molecular: tomando dos linajes actuales, trata de medir el tiempo transcurrido desde la divergencia de su antepasado común. Para ello se comparan las secuencias de ADN de las dos especies existentes y se cuentan las diferencias en los nucleótidos que se han acumulado entre ambas. Esta técnica parte de la premisa básica de que la tasa de cambios en algunos nucleótidos neutros es directamente proporcional al tiempo transcurrido (siempre que las medidas se limiten a genes adecuados y a linajes muy emparentados), lo que ha sido objeto de críticas por algunos especialistas 3.

Bajo esta perspectiva, en un trabajo reciente del equipo de Polina Perelman, del Instituto de biología molecular y celular de Washington, se han secuenciado 54 regiones genéticas de 186 especies de primates vivos (y cuatro especies en dos exogrupos) lo que les ha permitido realizar un completo análisis filogenético. Su objetivo ha sido ambicioso: determinar el origen, la evolución, los patrones de especiación y las características en la divergencia del genoma entre los linajes de primates.

Tomado de Perelman, et al. (2011).

A pesar de que el proyecto genoma humano supuso una revolución en campos como la genómica, la medicina o la proteómica, en el estudio de la evolución humana se ha echado en falta un contexto evolutivo formal para interpretar estos avances ya que la jerarquía filogenética de las especies de primates tenía una resolución molecular insuficiente (quedaba limitada al nivel de género y familia) lo que ha derivado en una falta de consenso a la hora de establecer la radiación adaptativa de este orden. Las últimas revisiones de la taxonomía concuerdan en que el último antepasado común de los primates vivió en el Cretácico superior hace entre 90 y 80 Ma.

A partir de aquí, los resultados de este estudio han permitido elaborar el árbol filogenético que se muestra más arriba (tamaño completo aquí). Los nodos que nos interesan ahora son los numerados del 71 al 75 que hacen referencia a las subfamilias Homininae y Ponginae que muestran, por ejemplo, que la divergencia entre los chimpancés y los humanos se produjo hace unos 6,6 Ma (fecha que coincide con la inmensa mayoría de estudios previos). La gran cantidad de secuencias disponibles proporciona una estimación de referencia de la divergencia genética media en cada nivel taxonómico. Los autores concluyen que las desviaciones de estos valores observadas en diversos linajes ilustran la extraordinaria biodiversidad y riqueza de especies dentro del orden de los primates.

Detalle imagen anterior.

 

Detalle. Tomado de Perelman, et al. (2011). La primera columna ofrece el tiempo (en Ma.) en que se produjo la divergencia en el nodo dado.

La importancia de estas investigaciones no reside únicamente en que permiten conocer la evolución de las especies y sus relaciones de parentesco, sino también el momento en que se produjo cada diversificación. Con estos datos es más sencillo ubicar los nuevos hallazgos del registro fósil en una línea temporal más o menos definida (por ejemplo, si encontramos restos fósiles datados en 6 Ma de antigüedad, sabremos que están muy cerca del punto de divergencia entre humanos y chimpancés).

De cualquier forma, la morfología sigue jugando un papel muy importante en la sistemática, particularmente en el estudio de los fósiles más antiguos donde el ADN es aún irrecuperable 4. De hecho, muchos investigadores advierten que los datos genéticos no son tan significativos como se pretende en ocasiones. Después de todo, el ADN se invoca de forma contradictoria a nivel de especie, tanto para acoger a nuestros antepasados más cercanos (los chimpancés) dentro del género Homo (con propuestas del tipo Homo pan), como para dejar fuera a otros parientes mucho más cercanos a nosotros como son los neandertales (Homo neanderthalensis).

Una última precisión terminológica antes de continuar. Todas las especies son individuos en el sentido de que poseen una historia: tienen un comienzo (el proceso de especiación), tienen un intermedio, que dura tanto como vive la especie, y tienen un final, que es o bien la extinción o la participación en otro evento de especiación. Debemos tener presente que cuando hablamos de especies no lo hacemos en el sentido habitual de la biología que las define (en organismos con reproducción sexual) como el grupo de individuos que son capaces de reproducirse entre sí, pero que normalmente son incapaces de hacerlo con los miembros de otros grupos. Para la paleoantropología, donde es imposible establecer la capacidad de reproducción, se emplea una definición basada en criterios morfológicos: dos o más poblaciones representan diferentes especies paleontológicas si la variación entre ellas es claramente mayor que la variación dentro de cada una.

Un biólogo estudia las especies vivas, en términos geológicos, en un instante de su historia. Es lo que sucede, por ejemplo, cuando tomamos una fotografía de una carrera: sólo registra un momento puntual de la misma. El registro fósil guarda pruebas del transcurso de millones de años y por eso puede representar la misma especie muchas veces, por lo que, volviendo a nuestra metáfora, puede haber más de una fotografía de la misma carrera. Los paleoantropólogos deben idear estrategias para asegurar que el número de especies que registran no está ni minusvalorado ni sobreestimado.

Clasificación de mayor consenso del orden de los primates (en detalle a partir del grado de familia). El símbolo † significa que el género está extinguido, mientras que el interrogante ? implica dudas en su inclusión.

La filogenia humana

Darwin dedujo que las especies compartían antepasados comunes y, de ahí, que un verdadero sistema natural para su clasificación debía tener en cuenta el tiempo trascurrido desde que las especies habían compartido ese antepasado común (la idea es que menos tiempo de separación supone más proximidad evolutiva). Entre el abundante material de notas, libros y artículos breves que Darwin dejó después de su fallecimiento, encontramos un dibujo fechado el 21 de abril de 1868 donde esboza el árbol genealógico de los primates. A pesar de que nunca fue publicado, se corresponde con la clasificación que siguió en su libro The descent of man que vio la luz en 1871. Como podemos comprobar, el linaje humano no ocupa el eje central de la radiación evolutiva de los primates (una confirmación elocuente de que su visión de la evolución no era teleológica) y a pesar de que relaciona al ser humano estrechamente con los simios, lo hace como un grupo separado. De hecho, según esta visión de la filogenia humana, incluso los gibones están más estrechamente relacionados con los chimpancés y los gorilas que éstos con nosotros.

Dibujo (y trasliteración) del origen de los primates realizado por Charles Darwin en 1868. Sin publicar. The Complete Work of Charles Darwin online.

Hoy en día hay bastante consenso en la clasificación del orden de los primates hasta que llegamos al nivel de familia, que es cuando comienzan las discrepancias. ¿Qué somos todos los homínidos? ¿Una familia ―Hominidae― como propuso Simpson (1931)? ¿Una tribu, Hominini, de acuerdo con Schwartz, et al. (1978)? Esas dos alternativas son las que atraen más votos favorables. La taxonomía tradicional, de base morfológica, clasifica a la especie humana como el único representante vivo de la familia Hominidae. Los grandes simios africanos ―los gorilas y chimpancés― se incluían en la familia Pongidae junto con el otro gran simio asiático: el orangután (Pongo). Sin embargo, la clasificación más en boga es la que agrupa a los simios y los humanos en una misma familia. Este punto de vista es el más aceptado por los primatólogos quienes saben desde hace tiempo que no somos más que monos desnudos; a diferencia de algunos antropólogos que tratan de distanciarnos de los primates no humanos y para ello reservan la familia Hominidae para los humanos actuales y sus antepasados fósiles que existieron después de nuestra separación de los grandes simios hace 6 Ma.

La propuesta de establecer la familia Pongidae es una mala idea en términos taxonómicos porque la evidencia molecular demuestra que los chimpancés y los gorilas están más próximos evolutivamente al hombre que al orangután 5. A la luz de estos datos, la familia Pongidae resulta ser un grupo artificial, mientras que Homo, Gorilla y Pan sí forman un grupo monofilético. A pesar de todo, todavía es habitual encontrar el término “póngido” en la literatura.

Como ya hemos apuntado, cuando los simios superiores ―orangután, gorila y chimpancé― se integraban en la familia de los póngidos, el término homínido se aplicaba en exclusividad a las distintas especies de humanos y sus antepasados directos, tanto actuales como fósiles. Esta clasificación servía de apoyo a una interpretación que hacía de la rama humana el fin último y más perfecto de la evolución primate. Sin embargo, cuando los estudios de ADN molecular pusieron de manifiesto este error, se optó por incluir a los simios superiores en la, antaño exclusivamente humana, familia Hominidae (haciendo efectiva la estrecha relación cladística entre ellas).

De esta forma, la solución más aceptada reserva el taxón Ponginae (a nivel de subfamilia) para clasificar a los orangutanes y su ascendencia; mientras que el clado formado por gorilas, chimpancés y humanos, así como sus más inmediatos antepasados, pasa formalmente a ser la subfamilia Homininae. Los homínidos (en el sentido clásico que se ha venido dando en artículos técnicos y libros de divulgación) pasan a la subcategoría de tribu (Hominini) y de ahí a homininos.

Camilo José Cela-Conde, profesor de antropología en la Universidad de las Islas Baleares, ha trabajado intensamente en esta cuestión ―ver Cela-Conde (2002)―. Afirma que el criterio de que los homínidos son los seres humanos actuales y todos sus antepasados, tanto directos como colaterales, que no lo son a su vez de los chimpancés o de cualquier otro simio vivo, esconde un sesgo importante por las especies que existen en la actualidad.

Nuestro objetivo al emplear la cladística en la evolución humana, más allá de poder dibujar un bonito árbol filogenético, debe ser comprender las implicaciones evolutivas que tiene agrupar uno o más taxones dentro del término hominino. Tratamos de describir y entender el tipo concreto de evolución que ha llevado hasta Homo sapiens, pasando por las alternativas ―en forma de distintas adaptaciones al medio ambiente― que se extinguieron durante el proceso.

En el coloquio internacional celebrado en el año 2000 en la Universidad de las Islas Baleares ―Cela-Conde, et al. (2000)― al que acudieron gran parte de los especialistas en sistemática humana, se hizo público un documento final que clamaba por tratar con prudencia y de forma conservadora la taxonomía de los homínidos, aunque no sin animar a que se avanzase en el estudio de otras categorías como la de tribu (Hominini). El objetivo del coloquio era tratar de alcanzar un consenso capaz de poner fin a la confusión reinante en la forma en que debía clasificarse el linaje humano, para lo cual se centraron y discutieron únicamente los principios de clasificación y no las taxonomías detalladas (lo que hubiera impedido cualquier tipo de acuerdo). Se llegaron a las siguientes conclusiones:

  • Los seres humanos actuales, sus antepasados no compartidos con ninguna especie no humana y los descendientes colaterales de estos antepasados serán quienes conformen el clado humano.
  • La filética, la fenética y la cladística se emplean en la sistemática. La clasificación taxonómica debe ajustarse, en la medida de lo posible, a las relaciones filogenéticas. Reconocen que la cladística ha hecho importantes contribuciones en el campo de la clasificación, pero señalan que la cladística identifica grupos hermanos, no las relaciones entre antepasado y descendiente.
  • Las consideraciones moleculares son valiosas en la determinación de las relaciones entre linajes que tienen descendientes vivos. En el caso de los linajes fósiles que no tienen descendientes vivos, la aplicación de los estudios moleculares son limitados en la actualidad, aunque los avances en las técnicas pueden reducir esta limitación.
  • La práctica taxonómica debe ser congruente con el principio de monofilia. Sobre esta base, el tradicional concepto de la familia Pongidae propuesto por Simpson debe ser rechazado ya que implica parafilia.

Si hay que hacer caso a ese documento, los homininos, en espera de que se imponga otro tipo de acuerdo, deberían ser clasificados como una familia, Hominidae, tal y como se ha hecho tradicionalmente, pero sin agrupar a los simios en una familia Pongidae. Para mantener la monofilia estricta en Hominidae, primero debemos separar los orangutanes (asiáticos) de los chimpancés, gorilas y humanos (africanos) en el nivel de subfamilia (formando las subfamilias Ponginae y Homininae). Hecho esto, entre los homininos de la misma subfamilia, identificamos el linaje humano en el nivel de tribu Hominini (se introducen otros niveles entre medias para englobar otros clados).

Rasgos distintivos

Árbol de la evolución humana.

Una de las cuestiones más interesantes dentro de la paleoantropología humana consiste precisamente en saber cuál fue el primer hominino, quién es el primer representante de nuestra línea evolutiva una vez se produjo la separación de la del chimpancé. Se han propuesto tres géneros distintos para ocupar esta posición: Sahelanthropus, Orrorin y Ardipithecus. Los tres han sido datados entre 7 y 5 Ma de antigüedad lo que los sitúa, según los estudios moleculares, en el momento que se supone se produjo la separación de chimpancés y humanos. En cualquier caso, es importante destacar que cuanto más cerca se sitúa un fósil del punto de divergencia entre Homo y Pan, más difícil es reconocer en cuál de las dos líneas evolutivas se encuentra.

Por tanto, la pregunta que nos hacemos cuando encontramos un nuevo fósil es dónde encaja dentro del árbol evolutivo. Deben existir varias características, o al menos una, que nos permita resolver ese problema. Para formular una hipótesis filogenética y definir un linaje es preciso seguir varios pasos: en primer lugar, tenemos que cuantificar y determinar los rasgos morfológicos significativos, establecer un hipodigma 6 e identificar esos caracteres para establecer qué especie se asigna a cada género e incluir el espécimen individual en cada especie.

Si adoptamos un punto de vista evolutivo, el carácter distintivo de los homininos tiene que estar relacionado con la aparición de la tribu a partir de unos antepasados compartidos con nuestros parientes, los simios superiores actuales. Así, si damos por bueno que los chimpancés y los humanos somos primates muy parecidos en bastantes cosas, pero también muy distintos en otras, habremos de concretar primero cuáles son esas diferencias y qué papel jugaron en el proceso de separación de ambos linajes.

Por desgracia, casi todos los rasgos distintivos que nos separan de los chimpancés son funcionales, lo que implica que no dejan huella en el registro fósil (nos referimos fundamentalmente al lenguaje y otras habilidades culturales, aunque sí pueden quedar algunas pruebas relacionadas con estos rasgos en el registro fósil o en el registro arqueológico). David Pilbeam propuso un criterio de inclusión basado en dos rasgos que ha sido comúnmente aceptado como propios en exclusiva de los homininos (aunque en aquel momento él hablaba de la familia homínida): el aparato locomotor necesario para la bipedia y el esmalte dental grueso en los molares. Se trata de rasgos apomórficos 7 y, en este caso, también sinapomórficos, es decir, comunes en todas las especies de dicho linaje. Todos los homininos son bípedos; todos ellos (con una excepción que se discutirá más adelante) cuentan con esmalte dental grueso. La presunción por tanto es que el antepasado común debió poseer un sistema locomotor adaptado para desplazarse sobre dos patas por los árboles, así como para caminar por el suelo apoyando los nudillos 8.

La locomoción bípeda obligada 9, el nuevo modo de locomoción original en los primates, acarrea importantes modificaciones anatómicas y muy en especial en la cintura pélvica, las extremidades inferiores y la columna vertebral, que pueden ser fácilmente reconocibles en el registro fósil. Del mismo modo, el estudio de los dientes y su composición está aportando importantes datos no sólo sobre el grosor del esmalte dental, la morfología y otros rasgos anatómicos, sino sobre el tipo de dieta y otros rasgos culturales. Siguiendo estos criterios, la moderna paleoantropología considera que la tribu Hominini estaría formada por seis géneros que, colocados por orden de antigüedad, son: Sahelanthropus, Orrorin, Ardipithecus, Australopithecus, Paranthropus y Homo.

Podemos dividir la evolución del linaje humano en tres grandes periodos. El periodo más antiguo, y más largo, corresponde a los llamados australopitecinos, exclusivamente africanos, que abarca desde el origen del linaje, hace unos 6 Ma, hasta hace algo más de 1 Ma. Dentro de este grupo podemos distinguir dos configuraciones craneales: las llamadas formas gráciles y las formas robustas 10. El segundo periodo corresponde a la aparición del género Homo, cuya cronología se sitúa entre los 2,5 Ma y los 1,8 Ma. Por último, el tercer periodo corresponde a la subsiguiente evolución de Homo y el origen de especies fuertemente especializadas como los neandertales y las poblaciones humanas modernas.

Los tres géneros corresponden a tres zonas adaptativas: Australopithecus engloba los primeros homininos que desarrollaron gradualmente el bipedismo; Paranthropus, la rama evolutiva (incluyendo a los australopitecinos robustos) que colonizaron los espacios abiertos de la sabana con una alimentación especializada en vegetales duros; y Homo, la rama que evolucionó hacia un encéfalo más grande, el empleo de herramientas de piedra y una dieta más carnívora.

La pregunta que queda por responder es si Sahelanthropus, Orrorin y Ardipithecus representan unos antepasados que ocuparon zonas adaptativas diferentes. En contra de la proposición de crear, no solo una nueva especie, sino un nuevo género para cada uno de ellos, se alza la voz de Cela-Conde que sostiene que estos especímenes no reflejan una peculiar y exclusiva zona adaptativa. Según su opinión, la diferencia más significativa entre ellos y el posterior Australopithecus es el tamaño.

Conclusiones

La monofilia estricta es un buen método de clasificación aunque es poco aconsejable obsesionarse con ella. El principal obstáculo proviene de los vacíos en el registro fósil. Por ahora, lo más que podemos hacer es asignar a los especímenes un lugar provisional en la filogenia, a la espera de su revisión con el descubrimiento de nuevos especímenes. Esto sucede porque por definición, un clado debe contener al menos un carácter derivado, una apomorfia, para ser considerado como tal. Pero bajo este punto de vista corremos el riesgo de incrementar el número de especies fósiles siempre que sigamos esta cadena de razonamientos: una apomorfia conduce a un clado, un clado conduce a una especie. La aplicación de este razonamiento a las aves actuales ha llevado a la multiplicación de propuestas de especies que luego, mediante el estudio de sus posibles hibridaciones, quedan anuladas. A pesar de todos los inconvenientes que puede presentar este método, lo cierto es que no hay otro mejor.

En un trabajo enormemente crítico publicado en 1977, Eric Delson y colaboradores afirmaron (no sin razón) que las numerosas filogenias de los homínidos disponibles en la literatura especializada eran amalgamas de afirmaciones acerca de la relación ancestro/descendiente en gran medida basadas en modelos a priori del proceso evolutivo. Pero esta limitación es conocida y asumida.

Los diferentes rasgos distintivos que se han expuesto para diferenciar los taxones no son más que una hipótesis de trabajo. Encontrar pruebas de la existencia de uno de estos caracteres puede no ser suficiente para asignar un fósil al linaje hominino o de los chimpancés, ya que hay pruebas de que los primates, como otros muchos grupos de mamíferos, son propensos a la evolución convergente (homoplasia), esto es, que esos caracteres pueden haber surgido más de una vez y en más de un grupo a lo largo de la historia evolutiva (un buen ejemplo de esto es la megadontia postcanina).

Por lo tanto, una de las tareas pendientes es mejorar la evaluación de los datos morfológicos. Un requisito metodológico de los análisis cladísticos es que estos caracteres sean independientes (circunstancia que se ha asumido con cierta ligereza), además de ser biológicamente relevantes. Por ejemplo, Lovejoy, et al. (2001) han analizado la evolución de la pelvis de los homininos a la luz de los nuevos avances en genética y biología del desarrollo, concluyendo que una simple modificación en la información posicional en las células que forman el campo morfogenético que da origen a la cintura pélvica puede explicar la reorganización evolutiva observada en la evolución de los homínidos. Este punto de vista se opone a los modelos de base mecanicista en los que la adaptación de la pelvis a la bipedia se describe en base a multitud de pequeños detalles anatómicos expuestos a selección. Una definición correcta de los caracteres no es nada sencillo ya que el organismo no es un simple sumatorio de rasgos.

En realidad, la mayor parte de los caracteres de los homininos no pueden considerarse auténticas novedades evolutivas ya que cada uno de ellos representa una extensión o elaboración del desarrollo ontogenético observado en alguna de las especies de primates superiores.

En las dos próximas anotaciones nos centraremos en el estudio de la morfología ósea, centrándonos en las regiones anatómicas más importantes para la paleoantropología; y en una explicación más detallada de las técnicas moleculares y de análisis genético respectivamente.

Referencias

Artículos técnicos

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Más información

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Esta entrada participa en la XXXI Edición del Carnaval de Biología cuyo blog anfitrión es Retales de Ciencia

Notas

  1. Hay homoplasia cuando encontramos semejanza en la forma o estructura de los órganos u organismos diferentes debido a la evolución a lo largo de líneas similares, más que a tener una descendencia común. También se le llama evolución en paralelo o convergente.
  2. Señalar que los nombres de las especies se escriben en cursiva. La primera letra del nombre genérico se escribe en mayúscula mientras que el específico no: Homo sapiens. Para los niveles taxonómicos superiores (como subfamilias, familias, superfamilias etc.) se suelen seguir dos formas, una latinizada y otra en el idioma moderno que corresponda. No se emplea la cursiva, y sólo las formas latinizadas mantienen la primera letra en mayúscula. Por ejemplo, los seres humanos pertenecemos a la subfamilia Homininae, tribu Hominini, cuya forma castellanizada es hominino.
  3. Se trata de un método muy extendido que trataremos en una anotación independiente para poder hacerlo en profundidad. Baste por ahora esta somera descripción.
  4. El récord del análisis del ADN más antiguo hasta la fecha lo tiene un fémur de Atapuerca datado en 400.000 años.
  5. Es habitual escuchar que los humanos compartimos con chimpancés y bonobos (los más parecidos a nosotros) casi un 99% de nuestros genes. En realidad, ese porcentaje se refiere a las zonas que podemos comparar, y debemos tener en cuenta que más del 20% de todo el genoma no es comparable entre ambas especies. Por ello, sería más correcto afirmar que nuestros genomas difieren como mínimo, en un 1%, y como máximo, en un 10%. Con los gorilas, esa diferencia oscilaría entre el 2% y el 12%, mientras que con los orangutanes esa diferencia aumenta a entre un 3% y un 15%.
  6. Definimos hipodigma como todo el material fósil que se conoce de una especie. El término lo utilizó por primera vez George Gaylord Simpson en su trabajo “Types in modern taxonomy”. American Journal of Science, núm. 238, p. 418.
  7. Que, como ya hemos dicho, significa que son rasgos derivados y propios de un linaje evolutivo.
  8. Nudilleo: forma de desplazamiento sobre las cuatro extremidades, las anteriores se apoyan en las falanges medias de los dedos 2 a 5 de la mano. Knuckle-walking en inglés.
  9. La bipedia obligada se da cuando el animal se desplaza siempre sobre sus dos extremidades inferiores (hoy en día, solo los pájaros y los humanos emplean esta locomoción). En cambio, será facultativa cuando el animal adopte tanto la postura cuadrúpeda como la bípeda: serán bípedos cuando llevan a cabo una tarea determinada. En la mayoría de los casos una forma de locomoción predomina sobre la otra.
  10. Las formas robustas se caracterizan por un gran tamaño de la dentición postcanina y un esqueleto facial muy desarrollado.
Publicado por José Luis Moreno en CIENCIA, EL VIAJE MÁS LARGO, 4 comentarios
Para entender la paleoantropología. 2ª parte: La evolución

Para entender la paleoantropología. 2ª parte: La evolución

     Última actualizacón: 10 agosto 2018 a las 06:39

Les propongo que hagamos un breve y sencillo experimento. Prueben a introducir en el buscador de imágenes de Google los términos “evolución”, “evolución humana” o “evolución del hombre”. Verán desfilar ante sus ojos ―en múltiples variantes pero con un claro denominador común― una de las imágenes que más daño ha hecho a la comprensión de la evolución de nuestra especie:

Sigan leyendo esta anotación porque espero que al final comprendan bien el porqué.

En la primera parte de esta serie analizamos qué es la paleoantropología y cómo se forma la “materia prima” ―por decirlo de alguna forma― de su objeto de estudio: los restos fósiles de los organismos que vivieron en el pasado. Cuando estos fósiles comenzaron a ver la luz y nació la paleontología moderna, gracias sobre todo al trabajo de Georges Cuvier, se inició un estudio sistemático de los mismos que llevó a la comprensión de que la vida tiene una historia, que existe variabilidad, y que se puede analizar el cambio en la morfología de los animales extintos. Este hecho fundamental, junto con algunos otros, llevaron al asentamiento de la idea de la evolución de las especies.

No vamos a hacer un estudio pormenorizado de las diversas corrientes que llevaron al planteamiento de la teoría de la evolución por Charles Darwin (y Alfred Russel Wallace) en 1859, ni tampoco vamos a detallar los avatares por los que ha atravesado la disciplina desde entonces ya que supondría alargar en exceso este texto. Lo que sí pretendo es ofrecer una visión clara y comprensible acerca de qué es la evolución biológica y cómo funciona.

En latín clásico, la palabra evolutio significa “desenrollar o abrir un libro” (detalle), por lo que podemos traducirla como «leer», ya que los libros y documentos eran, en época romana, rollos de papiro o pergamino que había que desenrollar para poder leerlos. El verbo relacionado, evolvere, tiene como raíz el verbo volvo que significa “girar, dar vueltas” (detalle). Lo que estos términos sugieren es una idea de movimiento, de un camino que se abre ante nosotros y que podemos seguir. Curiosamente, a pesar de que en la actualidad asociamos de forma casi inmediata el término «evolución» con la obra cumbre de Charles Darwin titulada “El origen de las especies”, éste prefería hablar de “teoría de la descendencia con modificación”; puntualizando que esa modificación no estaba predeterminada, orientada o dirigida, sino que era producida por lo que llamó la «selección natural». Tanto es así que en la primera edición de ese trascendental libro, la palabra «evolución» sólo aparece una vez, y es precisamente al final del mismo (de hecho es la última palabra de la obra):

Hay grandeza en esta concepción de que la vida, con sus diferentes facultades, ha sido alentada en unas cuantas formas o en una sola, y que, mientras este planeta ha ido girando según la constante ley de la gravitación, se han desarrollado [evolved] y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas.

[…] from so a simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved.

La evolución no busca, pero encuentra *

Siguiendo los postulados de Francisco Ayala, podemos decir que la teoría de la evolución se ocupa de tres materias diferentes. La primera es el hecho mismo de la evolución, es decir, el hecho de que las especies cambian con el paso del tiempo y que es posible describir su historia. Si lo hacemos, descubrimos que todas ellas están emparentadas entre sí al tener un antepasado común. Podemos resumir este primer punto con la afirmación de que todos los seres vivos descienden de antepasados comunes, que son cada vez más diferentes de sus descendientes cuanto más tiempo ha pasado entre unos y otros.

Representación gráfica de la ascendencia común (por el autor).

La segunda materia es la historia de la evolución. A estudiar la evolución tratamos de establecer las relaciones de parentesco entre unos organismos y otros, así como determinar, de forma tan precisa como sea posible, en qué momento se produjo la separación entre los distintos linajes que llevan a las especies vivas en la actualidad (o saber en qué momento quedaron extintas). La evolución biológica implica por tanto el origen de nuevas especies.

La tercera y última materia se refiere a las causas de la evolución. Quizás sea este el punto que en la actualidad genera más debate en la comunidad científica, y también el más importante. Una vez sentado que los organismos cambian y que se diferencian cada vez más con el paso del tiempo, se vuelve esencial comprender los mecanismos o los procesos que causan esa evolución. Darwin, por ejemplo, describió el mecanismo de la selección natural, el proceso que explica la adaptación de los organismos a su ambiente y la evolución de órganos y funciones. Otros procesos evolutivos importantes son los relacionados con la genética (desconocida para Darwin).

Bueno, hasta ahora hemos hablado de muchas cosas pero no hemos explicado qué dice la teoría de la evolución. Como hemos apuntado, la evolución biológica es el proceso de cambio y diversificación de los organismos en el tiempo (y en términos genéticos, el proceso de cambio en la constitución genética de los organismos a través del tiempo). Actualmente, la teoría de la evolución combina las propuestas de Charles Darwin y Alfred Russel Wallace con las leyes de la herencia descritas por Gregor Mendel, así como otros avances posteriores en genética. Según esta teoría, que recibe el nombre de “síntesis moderna” o “teoría sintética”, la evolución se define como un cambio en la frecuencia de los alelos de una población a lo largo de las generaciones. Este cambio puede darse por diferentes mecanismos tales como la selección natural, la deriva genética, la mutación y la migración o flujo genético (más bajo explicaremos brevemente estos conceptos).

El argumento central de Darwin parte de la existencia de variaciones que se heredan. Las variaciones favorables, desde el punto de vista del organismo, son las que incrementan su posibilidad de sobrevivir, pero no vivir por vivir, sino vivir para dejar descendencia, para transmitir su carga genética. La selección natural surge como consecuencia de diferencias en la supervivencia, la fertilidad, el ritmo de desarrollo, el éxito en encontrar pareja, o en cualquier otro aspecto del ciclo vital del organismo. Todas estas diferencias pueden ser aglutinadas bajo el término de reproducción diferencial puesto que todas ellas afectan al número de descendientes que dejan los organismos. Las variaciones favorables serán entonces conservadas y multiplicadas de generación en generación a expensas de las menos ventajosas, precisamente porque quienes las portan viven lo suficiente como para transmitirlas a su descendencia con más eficacia. A medida que las variaciones más útiles van apareciendo, irán reemplazando a las menos ventajosas, y como consecuencia de ello, los organismos cambiarán en su apariencia y configuración. Este proceso de multiplicación de variaciones ventajosas, a costa de las que no lo son, es lo que Darwin llama selección natural.

Como resultado de tal proceso, los organismos estarán mejor adaptados a su ambiente. La razón de ello es que son precisamente las variaciones que mejoran la adaptación al ambiente las que aumentan la probabilidad de que un organismo sobreviva y se multiplique. El proceso se facilita por el hecho de que los ambientes en que los organismos viven también están en continuo cambio. Estos cambios ambientales incluyen no solo los relacionados con el clima y otros aspectos físicos, sino también el entorno biológico: los depredadores, los parásitos y los competidores con los que un organismo interactúa le afectan de manera importante. Al mismo tiempo, el entorno biológico de una especie cambia sin cesar puesto que las especies que constituyen ese entorno están evolucionando a su vez. De esta forma, el proceso de evolución por selección natural implica una retroalimentación que hace que la evolución continúe indefinidamente.

François Jacob

Cuando Darwin publicó “El origen de las especies” no tenía ninguna prueba de la existencia de la selección natural y elaboró su teoría sólo por inferencia. Ernst Mayr ha esquematizado los argumentos de Darwin en cinco hechos y tres deducciones que son muy útiles para comprender la esencia de esta cuestión:

  • Hecho número uno: Todas las especies tienen una gran fecundidad potencial que debería producir un crecimiento muy rápido de las poblaciones, siempre que todos sus miembros sobreviviesen y se reprodujesen.
  • Hecho número dos: salvo fluctuaciones anuales u ocasionales, el número de miembros de las poblaciones se mantienen estables.
  • Hecho número tres: los recursos naturales son limitados y en un entorno relativamente estable se mantienen más o menos constantes (debemos señalar que por recursos se entiende tanto el espacio físico como el alimento disponible).
  • Primera deducción: teóricamente, el número de individuos debería sobrepasar rápidamente las capacidades de mantenimiento del entorno; este desequilibro va a producir una “lucha por la existencia” que sólo permitirá que se reproduzca una pequeña parte de los miembros de las poblaciones. En realidad, Darwin empleó el término “lucha” de forma metafísica ―a pesar de algunas interpretaciones malintencionadas― por lo que hoy hablamos de “competencia”.
  • Hecho número cuatro: dos individuos de una población nunca son exactamente iguales y toda población manifiesta una gran variabilidad. Esta fórmula pone de manifiesto algunos datos esenciales de la revolución darwiniana. Los autores previos manejaban un concepto de especie según el cual existe un tipo, un modelo de cada especie, que se reproduce de forma inmutable (corriente que ha venido a llamarse fijismo), donde las variaciones observadas son meros accidentes de “copia”. En cambio, para Darwin la variabilidad es una propiedad fundamental de la especie; no puede existir un tipo privilegiado puesto que todos los individuos son igualmente representativos de la especie con una constitución única.
  • Hecho número cinco: gran parte de esta variabilidad es heredable. La variabilidad por tanto es el material del cambio evolutivo.
  • Segunda deducción: la supervivencia en este ambiente de competencia no se debe al azar, sino que depende en gran parte de la constitución genética de los supervivientes. Esta supervivencia desigual constituye el proceso de selección natural (hoy sabemos que esta afirmación debe ser matizada ya que, dependiendo de las especies, la parte debida al azar o al determinismo genético en la supervivencia varía en límites muy amplios, aunque siempre existe una combinación entre ambos).
  • Tercera deducción: a lo largo de las generaciones, el proceso de selección natural conduce a un cambio gradual de las poblaciones, es decir, a la evolución con producción de nuevas especies.  Este proceso de diversificación está contrarrestado por la extinción de las especies: se estima que casi el 100% de todas las especies que han existido en el pasado han desaparecido sin dejar descendientes. Las especies actuales, estimadas en unos 10 millones (las descritas por los biólogos son menos de 2 millones) son el saldo entre la diversificación y la extinción.

Vamos a explicar cómo opera la selección natural con un ejemplo que se ha convertido en clásico: el melanismo industrial. Tenemos una especie de polilla cuyos miembros pueden ser de color oscuro o claro, en este caso nos referimos concretamente a la polilla del abedul Biston betularia —en la imagen de abajo, la forma clara (definida como «común») está rotulada con el número 2; y la forma oscura (definida como «carbonaria») rotulada con el número 1.

En 1848, en pleno apogeo de la revolución industrial en Inglaterra, los naturalistas se dieron cuenta de que en áreas industriales, contrariamente a lo que pasaba en zonas no contaminadas, las formas oscuras de esta polilla predominaban sobre las claras.

La explicación tiene que ver con la contaminación ambiental: el hollín de las fábricas mata los líquenes grisáceos-claros que se encuentran sobre la corteza de los abedules, donde estas polillas pasan gran parte de su tiempo, haciendo al mismo tiempo que esa corteza se vuelva más oscura. A partir de esta evidencia, H. B. D. Kettlewell llevó a cabo una serie de experimentos que demostraron que las formas oscuras se camuflaban mejor de las aves depredadoras que la claras en la corteza de los árboles, siendo de esta forma favorecidas por la selección —en la imagen superior vemos una polilla común sobre una corteza de abedul sin contaminar (3), y en la imagen siguiente (4) ambas polillas sobre la corteza ennegrecida por el hollín de las fábricas. En este caso concreto, el color oscuro se convierte en un rasgo adaptativo porque sus portadores sobreviven más que los de color claro.

Pero esta ventaja de la forma oscura no tendría ninguna trascendencia si no fuese hereditaria. Dado que el color oscuro esta determinado por un tipo (o alelo) de un gen, mientras que el color claro lo está por otro alelo del mismo gen, el que las polillas oscuras dejen más descendientes implica que el alelo oscuro aumentará su representación en la población de la siguiente generación. Las adaptaciones son, por tanto, aquellas características que aumentan su frecuencia en la población por su efecto directo sobre la supervivencia o el número de descendientes que dejan aquellos individuos que la portan. En nuestro ejemplo, las formas claras eran miméticas en las zonas no contaminadas, siendo aquí seleccionadas a favor y, por tanto, más numerosas.

En este punto no quiero dejar pasar la oportunidad de traer a colación al genial Stephen Jay Gould, un gran científico y enorme divulgador, que era capaz de unir ciencia y arte cada vez que nos explicaba cualquier concepto:

la formulación básica ―el esqueleto― de la selección natural es un argumento de una simplicidad desarmante, basado en tres hechos innegables (sobreproducción de descendencia, variación y heredabilidad) y una inferencia silogística: la selección natural, o la afirmación de que los organismos con más éxito reproductivo serán, en promedio, las variantes que, por azar, resulten estar mejor adaptadas a los entornos locales cambiantes, las cuales, por herencia, transferirán a sus descendientes sus rasgos favorecidos.

Para mostrarnos gráficamente su visión de la teoría de la evolución escogió una figura procedente de la edición latina de 1747 de una obra precursora en la historia de la paleontología: el tratado de Agostino Scilla titulado La vana speculazione disingannata dal senso (La vana especulación desengañada por los sentidos). La obra fue publicada en italiano en 1670 y, entre otras bellas ilustraciones, cuenta con una etiquetada “coral articulado presente en gran abundancia en los acantilados y colinas de Messina”:

Gould nos explica que el tronco central del coral ―la teoría de la selección natural (1)― no puede cortarse porque la criatura moriría. Este tronco central se divide luego en un número limitado de ramas principales, que él llamó “los puntales básicos” (2, 3 y 4) y que se corresponden con las tres partes esenciales de la teoría darwiniana (sobreproducción de descendencia, variación y heredabilidad): son tan indispensables que la eliminación de cualquiera de ellas supondría poner en entredicho la teoría al completo de forma que sería necesario rebautizar la nueva estructura básica. Por último, hay otros posibles puntos de corte que, si bien obligan a repensar algunos conceptos, no suponen poner en peligro el esquema esencial. En estas partes más alejadas del tronco central podemos incluir el equilibrio puntuado, la teoría neutralista etc.

Mecanismos evolutivos

Ya hemos visto el principal mecanismo de cambio evolutivo, la selección natural. Pero como también hemos apuntado, existen otros que vamos a comentar brevemente a continuación (en futuras anotaciones los veremos con más detalle).

Las frecuencias génicas pueden cambiar por razones puramente aleatorias (lo que se llama deriva genética). En cada generación se produce un sorteo de genes (llamado recombinación) durante la transmisión de gametos de los padres a los hijos. La mayoría de los organismos son diploides, es decir, tienen dos copias de cada gen (una heredada de la madre y otra del padre). Sin embargo, los gametos de estos organismos portan solo uno de los dos ejemplares (alelos) de cada gen. El que un gameto lleve un alelo u otro es una cuestión de azar. Como el único componente que se transmite de generación en generación es el material genético (los genes), el que un individuo deje más descendientes implica que sus variantes génicas (alelos) estarán más representadas en la siguiente generación.

La deriva genética produce un cambio aleatorio en la frecuencia de los alelos de una generación a otra, resultando que estadísticamente se produce una pérdida de los alelos menos frecuentes y una fijación de los más frecuentes. Como es de esperar, este mecanismo provoca una disminución en la diversidad genética de la población y tiende a homogeneizar el acervo genético, motivo por el que la magnitud de los cambios está inversamente relacionada con el tamaño de la población: cuanto mayor sea el número de individuos en una población, menor será el efecto de la deriva genética. Podemos ilustrar este mecanismo con el clásico ejemplo de lo que sucede cuando lanzamos una moneda al aire. Si lanzamos una moneda dos veces, no nos sorprende que salgan dos caras, aun cuando eso significa que sale cara el 100% de las veces. Sin embargo, sí resultaría sorprendente y sospechoso que salieran 20 caras seguidas en 20 tiradas, que es también el 100% de los casos. Uno espera que la proporción de caras obtenidas en una serie de tiradas se aproxime a 0,5 (50%) cuando el número de tiradas es bastante alto.

La relación es la misma con respecto a la deriva genética. Cuanto mayor sea el número de individuos en la población, menor será la diferencia entre las frecuencias de una generación y la siguiente, aunque no debemos olvidar que lo que cuenta no es el número total de individuos en la población, sino su “tamaño eficaz”. El tamaño eficaz se define por aquellos individuos que dejan descendientes: la razón es que sólo los individuos reproductores transmiten sus genes a la generación siguiente, y si éstos son muy pocos, las consecuencias de la deriva pueden ser grandes (a efectos de la deriva genética, la existencia de pocos individuos reproductores, aunque la población total sea muy grande, es igual a una población muy pequeña). En general, para muchas clases de organismos se calcula que el tamaño efectivo de la población es aproximadamente un tercio del número total de individuos.

Los efectos de la deriva genética son normalmente pequeños de una generación a otra, dado que la mayoría de las poblaciones naturales constan de miles de individuos reproductores. Pero los efectos sobre muchas generaciones pueden ser importantes. Si no hubiera otros procesos de cambio evolutivo, tales como el de selección natural y el de mutación, las poblaciones llegarían al final a tener un solo alelo de cada gen. La razón es que tarde o temprano uno u otro alelo sería eliminado por la deriva genética. Debido a la mutación, los alelos desaparecidos de una población pueden reaparecer de nuevo y, si unimos a la ecuación la selección natural, podemos comprender que la deriva genética no tiene consecuencias importantes en la evolución de las especies salvo en aquellas que constan de poquísimos individuos.

Y este es precisamente el supuesto que Ernst Mayr llamó «efecto fundador». Variaciones fortuitas en las frecuencias alélicas similares a las debidas al efecto fundador tienen lugar cuando las poblaciones pasan a través de un «cuello de botella». Cuando el clima u otras condiciones son desfavorables, es posible que las poblaciones sufran una pérdida drástica de sus individuos y corran el riesgo de llegar a extinguirse. Sin embargo, si superan esa situación dramática, las poblaciones pueden recobrar su tamaño normal con el paso del tiempo aunque los genes portados por todos los miembros derivarán de los pocos genes presentes originalmente en los fundadores o supervivientes.


Representación gráfica de un cuello de botella poblacional (wikimedia commons).

En la historia evolutiva de nuestra especie se ha dado el caso de que las tribus eran diezmadas con frecuencia a causa de diversas enfermedades, bruscos cambios climáticos y otras circunstancias, aunque por suerte para nosotros, se recobraban a partir de los supervivientes o gracias a los inmigrantes de otras tribus. De esta forma, las diferencias entre las poblaciones actuales de seres humanos en la frecuencia de algunos genes parecen ser, al menos en arte, el resultado de los cuellos de botella por los que pasaron las poblaciones humanas primitivas.

Por otro lado tenemos la mutación. Podemos definir una mutación como cualquier cambio estable y heredable en la secuencia de nucleótidos del ADN. Cuando dicha mutación afecta a un sólo gen se denomina mutación génica; cuando es la estructura de uno o varios cromosomas la que se ve afectada, mutación cromosómica; y cuando una o varias mutaciones provocan alteraciones en todo el genoma se denominan mutaciones genómicas.

La tasa de mutación de un gen o una secuencia de ADN es la frecuencia en la que se producen nuevas mutaciones en ese gen o en la secuencia en cada generación. Una alta tasa de mutación implica un mayor potencial de adaptación en el caso de un cambio ambiental, pues permite a los individuos disponer de más variantes genéticas, lo que aumenta la probabilidad de que surja la variante adecuada necesaria para adaptarse al cambio ambiental. Del mismo modo, y como contrapartida, una alta tasa de mutación aumenta el número de mutaciones perjudiciales o deletéreas de los individuos y, por tanto, aumenta también la probabilidad de extinción de la especie.

Por lo tanto, una mutación en un lugar clave puede producir un cambio de características del organismo, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede heredar o transmitir a la descendencia. Una vez en marcha, la selección natural actuará sobre ese cambio, manteniéndolo o eliminándolo en el caso de que permita o no al organismo adaptarse mejor al ambiente. También sucede en muchas ocasiones que una mutación no produce ningún efecto determinante.

Por último, el intercambio de genes entre poblaciones debido a la migración de los  individuos entre poblaciones es otro factor importante de cambio genético. Si dos poblaciones difieren en las frecuencias de los alelos de algunos de sus genes, entonces el intercambio genético entre individuos de las poblaciones emigrante y local producirá un cambio de las frecuencias de los genes en cada una de ellas. Las migraciones humanas durante la expansión neolítica por ejemplo determinaron significativamente el tipo y la cantidad de variación genética de nuestra especie.

La sistemática o cómo clasificamos los organismos

Una vez que hemos analizado la teoría de la evolución y comprendido la enorme diversidad biológica que es capaz de generar la selección natural, podemos entender la importancia que tiene contar con un sistema que permita clasificar nuestro conocimiento del mundo animal, no sólo por necesidades intelectuales y de organización, sino porque un buen sistema de este tipo permite extraer importantes conclusiones evolutivas.

En biología, la sistemática es el estudio de la identificación, la taxonomía y la nomenclatura (estas últimas son disciplinas auxiliares que tratan del análisis de las características de un organismo con el propósito de clasificarlo y nombrarlo conforme a unas reglas establecidas). Así, la sistemática trata del estudio de la clasificación de las especies con arreglo a su historia evolutiva. Inicialmente su interés se centró en la observación de los distintos organismos, actividad que permitió una rápida acumulación de datos descriptivos, lo que a su vez llevó a mediados del siglo XVIII a la revolución de Carl von Linné, quien estableció normas precisas para nombrar y clasificar los seres vivos (para más información ver esta anotación). Por lo tanto, la sistemática se ocupa de la diversidad biológica tanto en un plano descriptivo como en el explicativo o interpretativo.

¿Y qué método se emplea para llevar a cabo esta clasificación? El campo que ahora nos interesa, el de la paleontología humana, vivió una revolución gracias a la cladística, un método de clasificación planteado por el entomólogo alemán Willi Henning en 1950 en su obra Grundzüge einer Theorie der phylogenetischen Systematik (Fundamentos de una teoría de la sistemática filogenética). Es un método de clasificación que solo utiliza líneas de descendencia en lugar de parecidos morfológicos para deducir parentescos evolutivos y que agrupa estrictamente a los organismos en función de su proximidad relativa a un antepasado común.

Expliquemos un poco mejor esta cuestión: lo que hace la cladística es agrupar a las especies en “clados”, que significa “un grupo, una rama del árbol filogenético” (o árbol evolutivo, los dos términos son prácticamente sinónimos). Para ello se utiliza como criterio de reconocimiento de pertenencia al grupo (o clado) la identificación de al menos un carácter apomorfo compartido por todos los miembros de ese grupo y heredado de su especie ancestral (una apomorfia es un carácter nuevo evolucionado a partir de otro preexistente. El carácter original y el derivado forman una pareja homóloga). Por tanto, la idea central es la llamada monofilia estricta, según la cual un grupo es monofilético si todos los organismos incluidos en él han evolucionado a partir de un antepasado común. De esta manera, un clado incluirá a un grupo de especies y a su antepasado común (el fundador del clado) a partir del cual se diversificaron ―al clado se le denomina también “grupo natural” (porque es un reflejo de la verdadera historia evolutiva) y “grupo monofilético” (porque tiene un solo origen).

Tipos de clados (wikimedia commons).

Para formar los clados a partir de las especies con las que se está trabajando, la cladística divide los caracteres en dos tipos. Unos son los caracteres primitivos, que se heredan de un antepasado anterior al nacimiento del clado y por eso se encuentran también en otros clados. Otros caracteres son los llamados derivados, que sólo se observan dentro del clado porque aparecieron con la especie fundadora del mismo. Son los caracteres derivados los únicos que cuentan en el análisis filogenético. Los caracteres “primitivos” se llaman en cladística “plesiomorfias”, y para los “derivados” se usa el término “apomorfia” como hemos indicado más arriba.

Para concluir con este apartado, decir que la cladogénesis hace referencia a la diversificación o multiplicación de linajes, de clados. Por ejemplo, la diversificación de los linajes que llevan al hombre, el chimpancé y el gorila, a partir de un linaje único que existía entre hace ocho y diez millones de años es un ejemplo de cladogénesis. Los ejemplos de cladogénesis son innumerables puesto que la evolución ha producido la extraordinaria diversidad del mundo viviente. Como términos sinónimos que podemos encontrarnos para referirse a la cladogénesis son “evolución divergente” y “evolución diversificadora”.

Con toda la información que hemos analizado sobre sistemática y clasificación, podemos comprender que la evolución de los seres vivos puede ser representada como un árbol, un árbol cuyas ramas se van dividiendo a medida que se alejan de la base del tronco. Esta base representa la especie ancestral común a todas las del árbol, y la ascensión hacia la copa representa el paso del tiempo. Sus ramas se corresponden a los linajes en evolución, algunos de los cuales eventualmente se extinguen, mientras otros llegan hasta el presente. Tales “árboles” se denominan “dendrogramas” (del griego dendron árbol), “árboles filogenéticos” o simplemente, “filogenias”:

 


Cladograma que representa la diversificación entre los gibones, orangutanes, gorilas, chimpancés y humanos.

Conclusiones

Espero que el concepto de evolución y los diferentes mecanismos por los que se produce se hayan entendido bien (en caso contrario, en los comentarios podemos incidir en los aspectos que sea necesario reforzar). Dicho esto, hay quienes sostienen que Darwin no estuvo muy acertado al elegir la palabra «selección», ya que este término parece indicar que existe en la naturaleza alguien que selecciona deliberadamente los organismos mejor adaptados. En realidad, como ya hemos explicado, los individuos «seleccionados» son sencillamente los que sobreviven después de que se hayan eliminado de la población los individuos peor adaptados o menos afortunados. Por eso se ha propuesto sustituir la palabra selección por la frase «eliminación no aleatoria». En definitiva, se usa la palabra «selección» para designar el conjunto de circunstancias responsables de la eliminación de algunos individuos.

Volvamos ahora a la imagen con la que iniciábamos esta anotación. Esta imagen es engañosa y contraproducente para comprender la evolución humana por dos motivos fundamentales. El primero guarda relación con la errónea idea de «dirección», de evolución hacia la complejidad y la «perfección» que nos transmite. Vemos una serie de pasos «evolutivos» que van desde el ser más pequeño y atrasado hacia el más erguido, musculoso y de tez clara que se representa al final. La idea que se quiere transmitir es obvia: el ser humano ha evolucionado de un animal pequeño y peludo para convertirse, con el paso del tiempo, en la cima de la naturaleza. Sin embargo, las cosas no han sucedido de forma tan aséptica; la evolución del hombre no ha sido una limpia carrera de relevos en la que, tras cinco cómodas etapas, ha surgido el ser humano moderno en la meta. Aunque lo explicaremos con más detalle en una anotación posterior, la evolución de nuestra especie se asemeja más a un arbusto que a un árbol. Los últimos avances en genética nos dicen que nuestro pasado evolutivo ha sido más intrincado, mucho más complejo de lo que nunca habíamos imaginado. Y algo muy importante, muchos de los linajes de nuestros antepasados se extinguieron sin más.

El segundo motivo por el que esta imagen no ha sido afortunada tiene que ver con la ya famosa frase «el hombre desciende del mono». El primer ser de la imagen tiene un parecido enorme con un chimpancé, y es un error muy común ―demasiado común― pensar que descendemos de ellos o de cualquier otro simio actual (gorilas u orangutanes).

Debemos tener claro que el hombre no desciende del chimpancé, ni del gorila, ni del mono aullador, ni del macaco japonés, sino de primates que hoy en día ya no existen. A la pregunta de si el hombre desciende del mono, la respuesta de un biólogo evolutivo sería un rotundo «no», el hombre no desciende del chimpancé (el término «mono» no es taxonómico y, en cualquier caso, nuestros antepasados son simios). Lo que sí está perfectamente documentado es que el hombre desciende de otras especies de homininos ya desaparecidos, y que éstos, a su vez, provienen de otros primates igualmente desaparecidos que dieron lugar a otras ramas evolutivas de las que descienden los chimpancés actuales. Tenemos que ser conscientes que también existen restos fósiles de los antepasados de chimpancés, gorilas, orangutanes etc.

 

Esta anotación participa en la XXIX Edición del Carnaval de Biología que organiza ::ZTFNews

 

Referencias

Devillers, C. y  Chaline, J. (1993), La teoría de la evolución. Madrid: Akal, 383 p.

Mayr, E. (1998), Así es la biología. Madrid: Debate, 326 p.

Ayala, F. J. (2001), La teoría de la evolución. Madrid: Temas de hoy, 215 p.

Arsuaga, J. L. (2001), El enigma de la esfinge. Barcelona: Círculo de Lectores, 470 p.

Gould, S. J. (2004), La estructura de la teoría de la evolución. Barcelona: Tusquets Editores, 1426 p.

(*) Arsuaga, J. L. (2012), El primer viaje de nuestra vida. Madrid: Temas de Hoy, 430 p.

Más información de interés

  • Anotación de César Tomé para el Cuaderno de Cultura Científica sobre la evolución.
  • El siguiente vídeo es, sencillamente, una genialidad:

 

Publicado por José Luis Moreno en ANTROPOLOGÍA, 4 comentarios