SIMULADORES DE EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

En la enseñanza de la Evolución biológica a nuestros alumnos, puede ser sumamente interesante incorporar las nuevas tecnologías para facilitar el aprendizaje. Como sabemos la Evolución es un proceso multifactorial y que transcurre en muchas generaciones. Podemos emplear modelos informáticos que tratan de reproducir los factores que afectan a una población para ver cómo esta evoluciona a lo largo del tiempo.

Uno muy sencillo y de acceso directo en internet es "Evolution lab". Os dejo el enlace para que lo probéis:

http://www.biologyinmotion.com/evol/index.html

Espero que os resulte útil

UNA PRUEBA MÁS DE EVOLUCIÓN EN TIEMPO REAL

De cara a explicar la Teoría de la Evolución a nuestros alumnos, es fundamental analizar, además de los ejemplos propios de siempre, otros actuales que demuestran que se trata un hecho real, y más rápido de lo que pensamos. El uso de ejemplos reales y cercanos al alumnado es muy conveniente (ver "El Reto de enseñar Evolución: uso de ejemplos cercanos al alumnado" T. Sanz. SESBE. en apartado de publicaciones).

En la revista Science ha sido publicado un nuevo ejemplo de evolución en tiempo real:

"Una especie de planta evoluciona rápido en las ciudades debido al efecto isla. "


"La aceleración de la evolución puede ser la clave para poder sobrevivir en el ambiente hostil de la ciudad, al menos para ciertos tipos de plantas. En menos de 12 años una planta mediterránea ha adaptado su estrategia reproductora para conseguir batallar con el duro cemento de las calles. Este hallazgo podría ayudar a los expertos a entender cómo las especies evolucionan en habitats fragmentados.
Al igual que otras especies de su misma familia Crepis sancta produce dos tipos de semillas. Unas son pesadas y caen cerca de la planta progenitora y otras más livianas, provistas de plumón, que son arrastradas por el viento hasta un nuevo habitat más alejado. Luego unas son creadas para caer y otras para volar. De este modo la planta pone los “huevos en dos cestas”. Las que caen cerca tienen la desventaja que tendrán que competir con la planta progenitora en recursos, pero el lugar es ya propicio a la especie. Las que caen lejos no tienen que competir con la progenitora, pero pueden tener un futuro igualmente incierto al caer en un sitio no propicio o tener que competir igualmente con otras plantas.
Los ecólogos siempre han sabido que las plantas que viven en lugares aislados, como las islas, producen mayor número de semillas pesadas que ligeras, presumiblemente porque de otro modo el viento haría que las semillas ligeras terminaran casi todas en el mar y no germinaran, desperdiciando recursos reproductivos. Hay que tener en cuenta que, en esos lugares, las plantas no pueden intercambiar polen con otros ejemplares de su misma especie de fuera de la isla, por encontrarse éstos lejos.
Como consecuencia las plantas (y animales) en regiones aisladas tienden a evolucionar en esos lugares en una dirección diferente a la de las plantas de otros lugares menos aislados, por estar la evolución sujeta a un comportamiento histórico. También pueden evolucionar a ritmo distinto del resto de sus congéneres, pues en estos hábitats intercambian pocos o ningún gen con otros miembros de su especie de otros lugares, y pueden llegar incluso a evolucionar más rápido al no quedar un cambio genético ventajoso (si aparece) tan diluido en el fondo común.
Pierre-Olivier Cheptou y sus colaboradores pensaron que sería interesante estudiar la típica hierba invasora de las praderas de césped (Crepis sancta) en la ciudad de Montpellier, concretamente en los parches de tierra alrededor de los troncos de árbol de la ciudad. Estos lugares representan sólo un 1% de la superficie total y se encuentran aislados unos de otros por un “mar” de cemento y asfalto. Las semillas de esta planta que cayeran en el cemento serían tan inútiles como las semillas que caen al océano. Por este motivo sería ventajoso desde un punto de vista evolutivo que estas plantas produjeran mayor número de semillas pesadas en las ciudades.
El destino de las semillas depende claramente de su tipo. Contando los tipos de semillas y contando las semillas que caían en una superficie pegajosa especial dispuesta debajo de la planta, los investigadores pudieron calcular que las semillas pesadas caen casi siempre debajo de la planta, mientras que las ligeras lo hacían con una probabilidad del 45%.
Entonces los investigadores tomaron semillas procedentes de ejemplares del campo y de ciudad, y los cultivaron bajo iguales condiciones en el laboratorio. Comprobaron que las plantas del campo producían un 10% de semillas pesadas, mientras que las de la ciudad producían un 15%. A través de un modelo genético calcularon que a esta planta le costó 12 años adaptarse al ambiente urbano. Este periodo de tiempo coincide con la fecha en la que las aceras de la ciudad fueron recubiertas de cemento. Para los investigadores fue una sorpresa que estos cambios se dieran tan rápido. Esto sería un buen ejemplo de selección natural dura inducida por un ambiente artificial.
El próximo paso de estos investigadores es ir viendo si las plantas urbanitas producen mayor proporción de semillas pesadas con el tiempo, es decir, si la planta continúa evolucionando.
Este resultado sugiere que la deforestación y otros cambios inducidos por el ser humano cambia el entorno de tal modo que puede producir el efecto isla sobre ciertas plantas, y que esto limite el intercambio de genes. El escenario tiene sus riesgos porque si el ambiente cambia rápidamente estas adaptaciones locales pueden poner fin a la especie.
Por otro lado ya contamos con un caso más de adaptación natural al medio urbano distinto del típico ejemplo de las polillas oscuras y claras en el Londres de época manchado por la contaminación.
Cuando ande por la calle y vea una de estas plantas piense en el enorme esfuerzo evolutivo que se está desarrollando ante sus ojos."

UN FÓSIL VIVIENTE

En el trabajo de los 5 Reinos que mandamos en clase, había que encontrar un ejemplo de cada Reino y hacer una Ficha. Beatriz y Tania de 2ºB han encontrado un curioso ejemplo del Reino Animal, la Salamandra Gigante China (Andrias davidianus). Este curioso Anfibio puede considerarse un Fósil Viviente.

¿Sabes qué es un fósil viviente? ¿Por qué los llamamos así? ¿Conoces otros ejemplos?

INVESTIGACIÓN APLICADA CON ALUMNOS

Podéis participar en el mayor ejercicio de estudio de polimorfismo nunca realizado. Tendrá lugar el año próximo (2009) y servirá para celebrar el año Darwin (200 años de su nacimiento, 15º de la publicación de “El origen de las especies”.
Se trata, a través de un sencillo estudio de los pequeños caracoles listados que aparecen después de las lluvias (Cepaea hortensis y C. nemoralis) si ya se ha producido evolución desde que fue publicado el libro de Darwin.

Para ello se ha creado, con el patrocinio de la Royal Society, el British Council y la Open University, una página web interactiva (todavía en su versión β) desde la cual, nosotros o nuestros alumnos podremos introducir nuestros datos y averiguar si se ha producido dicha evolución.

La dirección de la página es http://www.evolutionmegalab.org y en ella están disponibles unas fichas para poder rellenar la información de nuestros muestreos y enviarla.

La hipótesis de partida establece que las variaciones en la coloración de las conchas de estos caracoles responden a dos factores: el clima (como mecanismo regulador de la temperatura) y el camuflaje ante depredadores. En los datos históricos existe una cierta gradación en la distribución, de manera que los caracoles más oscuros se encuentran más al norte. A través del experimento se trata de averiguar si ese patrón sigue vigente, o si como consecuencia del cambio climático pueden verse ya cambios importantes.

Es un ejercicio sumamente interesante, que nos permite trabajar con un aspecto dificilmente comprobable en escalas temporales breves, la Evolución biológica.

Si estás interesado en participar en el proyecto, consulta la página o a tu profesor.

¿LA EVOLUCIÓN ES VISIBLE A CORTO PLAZO?

En línea con lo comentado en otras entradas sobre lo difícil que puede resultar comprender la Evolución biológica, adjuntamos una referencia sobre unos autores que aseguran haber reproducido el proceso natural en el laboratorio, de manera que puede observarse la evolución en un tiempo real.

Plos Biology (de acceso libre):Paegel BM, Joyce GF (2008) Darwinian Evolution on a Chip. PLoS Biol 6(4): e85"Evolución darwiniana sobre un chip".

En él, los autores infieren un proceso de evolución darwiniana, observado en las variaciones funcionales de enzimas RNA-ligasa propiciadas por variaciones en el medio, ocasionadas gracias a un dispositivo controlado por ordenador. La evolución sería observada casi en tiempo real, al producirse una adaptación determinada por la presión selectiva en un medio en el que se realizaban diluciones sucesivas controladas por microchip. Ello favoreció determinadas mutaciones que ocasionaban una mejora en la utilización del sustrato.

http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0060085&ct=1

FÓSILES VIVIENTES

Desde el punto de vista de la Evolución biológica es ampliamente aceptado, por la Comunidad Científica, la existencia de dos Mecanismos fundamentales: la Mutación, y la Selección Natural. Sin embargo, existen muchos factores y variantes determinantes de la evolución, incluso pueden variar de una especie a otra (por ejemplo la tasa mutacional es distinta según el grupo de organismos estudiado).

Tal es la diversidad de procesos evolutivos, que también podemos encontrar organismos o grupos que prácticamente no han cambiado a lo largo de la Historia geológica del Planeta. A las especies que cumplen este aspecto se les denomina "Fósiles vivientes". Ejemplos clásicos de estos son el Celacanto, pez del Devónico localizado en aguas africanas en la actualidad, o el Nautilus, similar a los Ammonites del Jurásico. Si nos fijamos, estos fósiles vivientes son propios de medios marinos u oceánicos, donde las condiciones ambientales no varían tanto como en tierra firme.

Veamos algunos ejemplos de organismos fósiles que tienen representantes en la actualidad:

(Foto Superior, T. Sanz @: Fragmento de Esponja en forma de plato, de unos 50 cm de diámetro, perteneciente a mares someros del Jurásico de la provincia de Teruel. Los Poriferos aparecen ya en el registro fósil para Periodos anteriores al Cámbrico, y se mantienen en la actualidad. Incluso han sido localizados recientemente, en el Atlántico y a gran profundidad, grupos idénticos a los existentes en el Jurásico).

(Foto superior, T. Sanz@: Restos fósiles de Molusco bivalvo de la familia de los Pectínidos, del Jurásico. Actualmente el género Pecten incluye a la famosa Vieira del Camino de Santiago)

(Foto inferior, T. Sanz@: Tallo de Crinoideo en matriz de caliza, procedente del Jurásico. Hoy podemos encontrar bonitos Lirios de mar, con morfología y funcionamiento similar a los que ya existían incluso antes, hace más de 300 millones de años).

(Foto superior, T. Sanz@: Esta pieza corresponde con un Bivalvo antecesor del género Ostrea, donde se enmarca la apreciada Ostra. Este grupo surge en el Mesozoico, hace unos 200 millones de años).

Ejemplos de estrategias evolutivas en el Alto Huerva

(Portada revista: Dactylorhiza sambucina en una extraña variedad púrpura. Foto: T. Sanz @)

En el último número de la Revista de la Sociedad de Amigos del Museo Paleontológico de la Universidad de Zaragoza (SAMPUZ): "Naturaleza Aragonesa", publicamos en diciembre un artículo sobre Orquídeas y evolución. En él se analizan poblaciones con una interesante variabilidad intraespecífica, generadas por una probable alta tasa de mutaciones. Este motor evolutivo, junto con el aislamiento geográfico que sufren estas plantas, puede llevar a la aparición de nuevas especies, en un tiempo relativamente corto. Esta observación ya fue realizada por Hugo de Vries en Oenothera lamarckiana, y supone un bonito ejemplo de evolución a escala humana.

ORQUÍDEAS: MARAVILLAS EVOLUTIVAS

Pertenecientes al grupo de las Monocotiledóneas, se encuentran entre las plantas más evolucionadas que podemos llegar a observar, mostrándonos resultados visibles de relación con otros organismos y Coevolución.

Permanecen ocultas durante todo el año en el subsuelo, germinando en breves periodos que dedican, exclusivamente, a la reproducción. Las flores ocultan un ovario interno, tras un conjunto realmente vistoso de pétalos modificados. El más importante de ellos, el “Labelo”, ha desarrollado formas llamativas para atraer a los insectos. Este mecanismo permite la polinización cruzada mediante la visita esporádica de abejas y otros artrópodos.

El caso más sorprendente y eficaz, se encuentra en el género Ophrys, donde el Labelo imita la forma del abdomen de un insecto hembra (bien abejas o arañas), además de segregar un olor similar a las feromonas de estos insectos. Los machos acuden y se aparean literalmente con la flor, arrastrando así los granos de polen a otras flores.

Además de esta relación con insectos, la mayoría de las orquídeas forman micorrizas con hongos, siendo por tanto especies bioindicadoras de suelos bien conservados.

¿POR QUÉ UN DÍA NOS QUEDAMOS SIN PELO?

La verdad es que resulta bastante extraño ver un primate, un mamífero, que no esté cubierto completamente por pelo. Pero ese es precísamente nuestro caso. ¿Qué provocó ese cambio evolutivo y en qué nos beneficia?
Si existiese una relación directa entre el pelo y la temperatura exterior, los humanos de latitudes más frías tendríamos más pelo, frente a los que residen en desiertos o los trópicos, pero es algo que no se cumple, al menos de un modo claro.
El otro día, un documental sobre insectos parásitos me dió la clave: Perder el pelo implica una mayor dificultad de adherencia para piojos, garrapatas y otros parásitos, y favorece su temprana localización. Esto es algo que ya propusieron Los doctores Mark Pagel de la Universidad de Reading en Inglaterra y Walter Bodmer del John Radcliffe Hospital de Oxford. Según esto, la utilización de ropajes sería posterior a la pérdida del pelo, y la principal adaptación que nos llevaría a ocupar zonas más frías.
¿Será también esta la razón de la calvicie?

¿son los calvos más evolucionados que el resto?

Convergencia evolutiva

En los últimos días hemos podido observar otro curioso ejemplo de convergencia adaptativa, mediante el cual dos o más especies, no emparentadas filogenéticamente hablando, adoptan mecanismos similares para su supervivencia. Es el caso de un habitante del fondo de ecosistemas acuáticos, conocido como "Tejedor" (Ranatra linearis). Es un insecto carnívoro, que se alimenta de pequeños insectos, anfibios y gusanos, a los que captura gracias a su aspecto. Aunque nada tiene que ver con los insectos palo, imita perfectamente a una ramita. Al permanecer inmóvil pasa desapercibido para sus presas, pero también para sus posibles depredadores.

El Tejedor pertenece al Orden de los Hemípteros, familia Nepidae, mientras que los insectos palo se corresponden con el Orden Phasmida.

EL RETO DE ENSEÑAR EVOLUCIÓN

La Teoría de la Evolución, como bien sabemos, constituye uno de los pilares fundamentales de la Biología moderna, junto con la Teoría Celular y la Genética. La concepción evolutiva nos ha aportado una manera diferente de comprender la Biosfera, como un elemento dinámico y cambiante.

No obstante, pese a su importancia, el docente en los Centros públicos encuentra serias dificultades a la hora de transmitir esta relevancia científica. En primer lugar, el hecho de que esta teoría se reduzca a un único curso, 4º de ESO, en el que también se abordan otras grandes teorías como la Celular que mencionábamos, o la Tectónica de Placas, en el bloque de Geología. Se trata de conceptos cruciales y a la vez complejos, que no se abordan de una manera recurrente a lo largo de toda la etapa de secundaria, como sucede con otros aspectos.

Los alumnos, pueden presentar un notable grado de motivación, dado el carácter voluntario de las Ciencias naturales a partir de este curso. No obstante, la ausencia de ideas previas bien arraigadas, o incluso la presencia de ideas erróneas preconcebidas en el seno de la Sociedad de la información, hacen que a menudo se lleven consigo una idea confusa, o poco clarificante, sobre los cambios acontecidos en la Vida desde su origen, aspecto que a su vez choca con otros ideales y creencias de tipo religioso.

En definitiva, puede decirse que este es uno de los temas más importantes, y a la vez más conflictivos en el campo de la enseñanza de la Biología, donde el docente debe comprimir un impresionante abanico de pruebas científicas de muy diferentes ámbitos, que demuestran que la Evolución es algo más que una Teoría, siendo un Hecho histórico.

Revista eVOLUCION2(2), Sociedad Española de Biología Evolutiva SESBE.