La evolución depende de la selección natural de rasgos variables. ¿Por qué hay variación en los rasgos en primer lugar?

Tu pregunta es buena. En realidad, es una de las principales respuestas que aportó Darwin, a pesar de que no entendía bien los mecanismos (los mecanismos se entienden mucho mejor hoy), pero está mal cubierto por gran parte de la enseñanza sobre la evolución.

La mayor parte de la evolución consiste en la variación más la selección (así es exactamente como lo expresó Darwin: su “teoría de la descendencia con modificación a través de la variación y la selección natural”). Su pregunta es: ¿Cuál es esta variación a partir de la cual se construye la selección? Parece que se da por sentado en muchos textos básicos, pero Darwin lo enfrentó de frente.

A principios de 1800, esto puede haber sido un problema aún mayor que hoy, ya que había un concepto bastante formal de “especie tipo”. La idea era que existe una esencia natural de una especie, y la variación de esa esencia era menor y no era de mucho interés.

Pero aquí están los títulos de los primeros capítulos de Darwin de Origin of Species:

CAPÍTULO I. VARIACIÓN BAJO DOMESTICACIÓN
CAPITULO DOS. VARIACIÓN BAJO LA NATURALEZA
CAPITULO III. LUCHA POR LA EXISTENCIA
CAPITULO IV. SELECCION NATURAL; O la supervivencia del más apto
CAPÍTULO V. LEYES DE VARIACIÓN

Tres de sus primeros cinco capítulos, y sus dos primeros capítulos, que sentaron las bases de su argumento, tienen que ver con la variación.

Él entendió que para que la selección natural funcione, absolutamente tiene que haber una reserva de variación dentro de una especie. Su teoría no funcionaría con el concepto de una esencia platónica de especies con una variación mínima. Su observación fue que, dentro de cualquier especie, hay una gran cantidad de variación para comenzar. En esos capítulos, proporciona un ejemplo tras otro de la variación masiva dentro de las especies, utilizando ejemplos diarios comunes que serían familiares para sus lectores, para resolver esa primera y más mortal objeción.

Aquí está parte de su “recapitulación”, al final de su libro:

Bajo domesticación vemos mucha variabilidad, causada, o al menos excitada, por condiciones cambiantes de la vida; pero a menudo de una manera tan oscura que nos sentimos tentados a considerar las variaciones como espontáneas. La variabilidad se rige por muchas leyes complejas, por el crecimiento correlacionado, la compensación, el mayor uso y desuso de piezas, y la acción definitiva de las condiciones circundantes. … Por otro lado, tenemos evidencia de que la variabilidad, cuando alguna vez ha entrado en juego, no cesa bajo la domesticación por un período muy largo; ni sabemos que nunca cesa, ya que nuestras nuevas producciones domesticadas todavía producen ocasionalmente nuevas variedades.

La variabilidad no es realmente causada por el hombre; él solo expone involuntariamente a los seres orgánicos a nuevas condiciones de vida y luego la naturaleza actúa sobre la organización y hace que varíe.

Puedes ver la importancia que le dio a este concepto.

Entonces, está claro, durante al menos 150 años, que hay una gran reserva de variabilidad física dentro de las especies. De donde viene eso? Esa es una pregunta que Darwin no pudo responder (“La variabilidad se rige por muchas leyes complejas “) porque no sabía nada de genética. Sin embargo, lo que sabemos ahora es que la variación surge de mutaciones aleatorias.

¿Qué tan comunes son las mutaciones? Resulta que en realidad son bastante comunes. Por ejemplo, cada humano tiene alrededor de 100 nuevas mutaciones dispersas en todo su genoma. Es un estadio razonable para casi cualquier organismo complejo, incluidos los pinzones de Galápagos.

La mayoría de esas mutaciones van a ser silenciosas. La mayoría del resto será dañino, porque los pinzones ya están bastante bien adaptados y es probable que cualquier cambio sea dañino. Sin embargo, hay un suministro constante de nuevas variaciones que ingresan a las poblaciones cada generación, y que se suman al conjunto de variaciones restantes de las generaciones anteriores. Si la población de pinzones es, no sé, 10,000 aves, entonces potencialmente hay un millón de variantes genéticas que ingresan a la población cada generación. (Obviamente, hay muchos calificadores en eso, pero ya ves el punto).

Hay mucho más que eso, pero está el resultado final. Cuando pensamos en un pinzón de Galápagos, pensamos en “un pinzón de tierra medio”, así:
Pero el hecho de que solo veamos una foto de ellos no significa que se vean así. No hay tal cosa como “un” pinzón de tierra mediana. Cada uno de ellos es diferente: D color diferente, tamaño diferente, forma de pie diferente, patrones de plumas diferentes, tamaño de pico diferente, como resultado de la mutación y variación pequeñas acumuladas a lo largo de las generaciones.

Editar: resumen TLDR de los comentarios.

“La variación ocurre porque los procesos que construyen los tejidos de un organismo durante el desarrollo funcionan de la misma manera entre todos los animales pero se expresan de manera diferente según el genoma”.

Editar: versión larga

Esta ha sido realmente la gran pregunta sobre la teoría de la evolución desde que se propuso por primera vez. La mecánica de la selección es bastante fácil de entender, la humanidad la ha estado practicando con animales domésticos durante milenios. La mecánica es mucho más complicada.

La respuesta que verá una y otra vez a esta pregunta son los genes y la mutación aleatoria, que es una respuesta correcta pero también incompleta. Creo que parte de la razón por la cual la idea del diseño inteligente ronda y la gente duda de la evolución es porque, como respuesta, “la mutación aleatoria de genes” es intelectualmente insatisfactoria. ¿Cómo puede la mutación aleatoria crear innovación como un ala?

Mark Kirchner y John Gerhart propusieron una teoría relativamente nueva llamada Variación facilitada. Esta teoría se basa en desarrollos recientes en biología celular y del desarrollo y busca explicar cómo puede surgir la variación en función de cambios relativamente pequeños en el genoma.

Trataré de resumirlo, pero si estás realmente interesado, deberías leer el libro La plausibilidad de la vida. Es una lectura desafiante para alguien que no es biólogo, pero hace un trabajo mucho mejor al explicarlo de lo que estoy a punto de hacerlo.

Los organismos comparten un conjunto de procesos centrales conservados que se han mantenido relativamente sin cambios desde su desarrollo. Los ejemplos de estos procesos centrales incluyen el procesamiento de ADN y ARN, la biosíntesis de proteínas, la compartimentación del cuerpo (genes HOX) y el crecimiento y poda de exploración nerviosa. Estos procesos son los mecanismos secuenciados por los genes para crear los tejidos que forman un organismo y se consideran restringidos, lo que significa que las mutaciones en estos procesos son casi siempre fatales.

La porción no restringida del genoma controla la secuencia, el tiempo y la ubicación de la expresión de estos procesos centrales. El mismo proceso se usa para crear tejido muscular en un ser humano como en un perro, pero el genoma hace que ese proceso suceda de maneras drásticamente diferentes que producen un resultado diferente.

Estos procesos centrales conservados están controlados por lo que Kirchner y Gerhart llaman vinculación regulatoria débil. Esta es la parte que menos entiendo sobre la teoría, así que solo voy a citar wikipedia ya que no tengo el libro a mano para profundizar en lo que significa.

Los ‘procesos centrales conservados’ están vinculados a través de un enlace regulador débil, que es un mecanismo laxo para la transcripción de señales. Este mecanismo facilita nuevos cambios en la forma en que se expresan los genes, lo que conduce a variaciones en el fenotipo que se seleccionan. Además, los cambios y combinaciones de estas señales permisivas débiles pueden dar lugar a nuevas funciones novedosas a nivel estructural y molecular.

Por último, muchos de estos procesos son de naturaleza exploratoria, lo que significa que pueden producir un organismo funcional sin un plan corporal preestablecido.

Un ejemplo muy claro de esto es el crecimiento exploratorio del nervio y la poda que mencioné anteriormente. Durante el desarrollo embrionario de una extremidad, inicialmente las fibras nerviosas crecen en cada célula de la extremidad, y luego son las menos efectivas que se podan y reabsorben en el proceso de retroalimentación. Esta es la razón por la cual los nervios pueden crecer en una extremidad incluso si no crece de acuerdo con el plan normal (como en un defecto de nacimiento) o si el proceso genético resulta en algo nuevo.

Espero que esto tenga al menos una pequeña idea de los mecanismos detrás de la variación. Como dije anteriormente, si tiene curiosidad por saber más, le recomiendo el libro de Kirchner y Gerhart The Plausibility of Life.

Porque los genes se recombinan de manera diferente con cada reproducción, y porque la recombinación en sí misma es un proceso imperfecto, con mutaciones que ocurren con frecuencia. Si todos los seres vivos fueran organismos asexuales que reprodujeran sus genes perfectamente cada vez, no habría ninguna variación sobre la cual actuar la selección natural.

Es probable que las especies que tienen menos variación que otras sean superadas por las que sí las tienen. Esa es una razón por la que tenemos reproducción sexual … para permitir la variación sin tener que tener mutaciones en cada generación.

Entonces … la “capacidad de evolucionar” es en realidad un rasgo que puede seleccionarse, aunque podría tomar más tiempo para que tal cosa se arraigue, en comparación con más rasgos “inmediatamente útiles”.

Sí, se debió a muchas mutaciones aleatorias en miles de generaciones de pájaros.
Los primeros pinzones en la isla habrían tenido el mismo tamaño de pico y comerían un cierto tamaño de semilla, un día se puso un huevo que dio un pájaro con un pico un poco más grande. Ese pico más grande le permitió a su dueño comer semillas más grandes. Más tarde (quizás muchos siglos o podría ser la próxima temporada no hay forma de predecir) otra mutación condujo a un pico aún más grande o un punto afilado o cualquiera de las otras variaciones,
Dado que las aves de cierto tipo de pico tenderían a agruparse alrededor de cierto tipo de árbol, solo se cruzarían con aves con picos similares.

Debido a que la replicación genética no es perfecta, cada replicación produce variaciones debido a errores.

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