Biología evolutiva del desarrollo para niños
La biología evolutiva del desarrollo, conocida como evo-devo (por sus siglas en inglés), es un campo de la biología que estudia cómo los cambios en el desarrollo de los seres vivos a lo largo del tiempo pueden explicar la evolución. Compara cómo se desarrollan diferentes organismos para entender sus relaciones familiares y cómo los cambios en su desarrollo dan lugar a nuevas características.
El objetivo principal de la evo-devo es comprender cómo surgen las nuevas formas y estructuras en los seres vivos. Para esta rama de la ciencia, la evolución es el resultado de cambios en los procesos de desarrollo.
La evo-devo es un campo que combina muchas áreas de estudio. Incluye la biología del desarrollo (que ve cómo crecen los organismos), la genética (el estudio de los genes), la sistemática (cómo se clasifican los seres vivos), la morfología (el estudio de las formas), la anatomía comparada (comparar estructuras de diferentes animales), la paleontología (el estudio de los fósiles) y la ecología (cómo interactúan los seres vivos con su ambiente).
Contenido
Un Viaje al Pasado: La Historia de la Evo-Devo
La idea de que el desarrollo y la evolución están conectados no es nueva. Ya en la antigua Grecia se pensaba en una relación entre cómo se desarrolla un individuo (su ontogenia) y cómo están organizados los seres vivos.
En el siglo XIX, la embriología comparada (el estudio de los embriones de diferentes especies) impulsó esta conexión. Científicos como Étienne Geoffroy St.-Hilaire, Johann Friedrich Meckel, Karl Ernst von Baer y Ernst Haeckel hicieron importantes descubrimientos. Sus ideas ayudaron a entender cómo el desarrollo evoluciona en diferentes grupos de animales.
Después de este periodo, el interés en la importancia del desarrollo para la evolución disminuyó por casi un siglo. Esto se debió al surgimiento de una nueva forma de entender la evolución, que se centró más en la genética de las poblaciones.
El Descubrimiento de los Genes Hox
La situación cambió a principios de los años ochenta con un descubrimiento muy importante: los Genes Hox. Estos genes son como los "directores de orquesta" del desarrollo. Controlan la actividad de otros genes durante la formación de un embrión y ayudan a organizar las diferentes partes del cuerpo, como la cabeza, el tórax y el abdomen.
Todos los genes Hox tienen una parte especial llamada Homeobox. Lo más sorprendente es que los genes Hox están organizados en el ADN en el mismo orden en que se forman las partes del cuerpo que controlan. A esto se le llama colinearidad. Además, ¡estos mismos genes Hox se encuentran en casi todos los animales, desde una mosca hasta un ser humano!
Durante los últimos 25 años, gran parte de la evo-devo se ha centrado en comparar cómo y cuándo se activan estos genes del desarrollo en diferentes especies. Sin embargo, la evo-devo es mucho más que eso. En los últimos años, han surgido nuevas ideas que han hecho de este campo una rama muy completa de la biología. Muchos científicos la consideran una "nueva síntesis" en la evolución.
¿Cómo Surgen las Novedades en los Seres Vivos?
Uno de los descubrimientos más sorprendentes de la evo-devo es que la gran variedad de formas y estructuras de los organismos no siempre se debe a grandes diferencias en los genes que controlan el desarrollo. De hecho, a veces, donde esperamos encontrar mucha variación, encontramos que los genes son muy parecidos entre especies.
Incluso dentro de una misma especie, la aparición de nuevas formas no siempre significa que haya mucha variación genética. Por ejemplo, las salamandras pueden tener formas de patas muy diferentes, y los centípedos pueden tener un número distinto de segmentos, aunque sus genes sean muy similares.
Esto plantea una pregunta fundamental para la evo-devo: ¿De dónde viene la novedad en las formas si no siempre se refleja en los genes?
La novedad puede surgir de varias maneras. Una es la duplicación de genes. Cuando un gen se duplica, una copia puede seguir haciendo su función original, mientras que la otra copia queda libre para desarrollar una nueva función. Otra forma son los cambios en la regulación genética. Esto significa que los genes no cambian, pero sí cambia cómo y cuándo se activan.
El descubrimiento de los Homeobox en los años ochenta permitió a los científicos estudiar la importancia de la duplicación y la regulación genética en la evolución de las formas. Muchos biólogos creen que los cambios en las regiones que regulan los genes son más importantes que los cambios en el número de genes o en las proteínas que producen.
La "Caja de Herramientas" Genética
La "caja de herramientas" genética se refiere a un grupo de genes cuyos productos controlan el desarrollo de un organismo. Las diferencias en cómo se usan estos genes afectan la forma del cuerpo, el número, la identidad y la organización de sus partes. Lo interesante es que esta "caja de herramientas" genética está muy conservada en todos los grupos de animales.
Solo una pequeña parte de los genes de un organismo está involucrada en el desarrollo. La mayoría de los genes de esta "caja de herramientas" son parte de sistemas de señalización. Producen proteínas que controlan la actividad de otros genes, proteínas que ayudan a las células a pegarse entre sí, receptores en las membranas de las células y sustancias que guían el desarrollo. Su función está muy relacionada con cómo se activan en el espacio y en el tiempo.
Investigaciones han sugerido que la evolución de la anatomía podría ocurrir más por cambios en la regulación de los genes que por cambios en las secuencias de los genes mismos. Por ejemplo, estudios en genes Hox han mostrado que la gran diversidad de segmentos en los artrópodos (como insectos y arañas) pudo haber evolucionado de dos maneras:
- Por cambios en las regiones que controlan los genes Hox. Por ejemplo, en los insectos, ciertos genes Hox impiden que se formen patas en el abdomen, lo que no ocurre en otros artrópodos.
- Por cambios en cómo se activan los genes Hox, lo que pudo haber cambiado los límites entre diferentes tipos de apéndices.
Esto significa que pequeñas mutaciones en las regiones reguladoras de los genes podrían permitir que partes individuales del cuerpo se modifiquen sin cambiar los genes o las proteínas. La evidencia reciente sugiere que así es como ha ocurrido la evolución de muchas formas y partes del cuerpo.
En 2008, el científico Sean Carroll propuso una teoría sobre el origen de las formas de los organismos. Su hipótesis sugiere que las formas evolucionan principalmente por cambios en cómo se activan las proteínas, que son muy parecidas en diferentes especies. Estos grandes cambios ocurren por mutaciones en las regiones reguladoras de los genes que controlan el desarrollo.
La evo-devo sostiene que la forma en que se combinan los genes para activarse ofrece muchas posibilidades para la diversidad de formas. Las variaciones en el nivel, el patrón o el ritmo de la actividad de los genes pueden ofrecer más opciones para que la selección natural actúe que los cambios solo en el producto del gen.
Los cambios epigenéticos son modificaciones en el material genético que no alteran la secuencia del ADN, como la metilación (una adición química). También incluyen la forma en que un organismo se adapta al ambiente, gracias a su capacidad de cambiar sus características (plasticidad fenotípica). Algunos científicos sugieren que los primeros organismos multicelulares eran más susceptibles a estos cambios epigenéticos que los organismos modernos.
¿Qué Factores Influyen en el Desarrollo y la Evolución?
Los sistemas de desarrollo tienen características especiales:
- Organización jerárquica: Las cosas se organizan en niveles, desde lo más pequeño a lo más grande.
- Interdependencia interactiva: Las partes se influyen mutuamente.
- Condiciones de equilibrio: Hay un balance que mantiene el desarrollo estable.
Mecanismos Clave en la Evolución del Desarrollo
Los mecanismos que impulsan la evolución del desarrollo actúan en diferentes niveles:
- Nivel molecular-genético:
* La regulación de la expresión génica (cómo se activan o desactivan los genes). * Las redes de genes (cómo los genes interactúan entre sí). * Los procesos epigenéticos (cambios en la actividad de los genes sin alterar el ADN). * Los genes HOX, que son fundamentales para el diseño del cuerpo.
- Nivel celular:
* La división celular (cómo las células se multiplican). * La migración (cómo las células se mueven a su lugar). * La diferenciación (cómo las células se especializan). * La morfogénesis (cómo se forman las estructuras).
- Nivel de tejidos y órganos:
* La modularidad (cómo las partes del cuerpo pueden cambiar de forma independiente). * La segmentación (cómo el cuerpo se divide en partes). * El crecimiento de los tejidos y órganos.
- Nivel de organismo:
* La asimilación genética (cuando una característica que aparece por el ambiente se vuelve parte de los genes). * La plasticidad fenotípica (la capacidad de un organismo de cambiar sus características según el ambiente). * La polimorfismo (cuando una especie tiene varias formas diferentes). * La morfología funcional (cómo la forma de un organismo se relaciona con su función).
Un ejemplo clásico de cómo el desarrollo puede cambiar es la neotenia, donde un animal adulto mantiene características de su etapa juvenil. El ajolote es un buen ejemplo, ya que conserva sus branquias y vive en el agua como una larva, incluso de adulto.
Ejemplos de Evo-Devo
Un ejemplo interesante de estudio en evo-devo es la evolución de las manchas en forma de ojo en las alas de las mariposas.
La Conexión entre Ecología, Desarrollo y Evolución (Eco-Evo-Devo)
La forma en que un organismo se desarrolla y sus características finales no solo dependen de sus genes. Factores del ambiente, como la temperatura, la luz, la comida o la presencia de depredadores, también pueden influir en cómo se activan los genes y, por lo tanto, en el desarrollo.
El campo de la biología ecológica del desarrollo (Eco-Devo) estudia cómo el desarrollo de los organismos se ve afectado por las interacciones con su ambiente. Los genes no actúan solos; responden a las señales del entorno. Esto es muy importante para la evolución, porque el ambiente y las comunidades de seres vivos pueden cambiar las presiones de la selección natural. Un ejemplo es la Coevolución, donde plantas y sus polinizadores evolucionan juntos, afectándose mutuamente.
Los defensores de esta idea argumentan que las características de un organismo (su comportamiento, su forma, su fisiología) no son solo el resultado final, sino que también pueden cambiar las presiones de selección. Así, la ecología, el desarrollo y la evolución están conectados y se influyen mutuamente.
El estudio de la forma (morfometría) es muy útil en Eco-Evo-Devo para entender temas como la Plasticidad fenotípica y cómo las formas de los organismos cambian durante su desarrollo. La combinación de la morfometría con la biología del desarrollo es una herramienta poderosa para entender la evolución.
Véase también
En inglés: Evolutionary developmental biology Facts for Kids
- Biología del desarrollo
- Genética del desarrollo
- Evolución biológica
- Ontogenia
- Homología (biología)
