¿Cómo es que las mutaciones aleatorias pueden dar lugar a saltos evolutivos tan significativos como respirar en tierra?

A diferencia de la mayoría de las preguntas sobre Quora con respecto a la selección natural, esta pregunta es excelente. Digo eso porque no demuestra una suposición equivocada como un hecho; en cambio, hace una pregunta razonable.

La respuesta muy breve es que la cantidad de tiempo involucrado es casi incomprensible para nosotros, y que la selección natural es un proceso natural que no requiere fuerzas externas.

Una respuesta un poco más larga es que la selección natural es una propiedad emergente de un sistema que tiene estos ingredientes:

1. Variación

Los individuos en la población varían, en un grado u otro. Variaciones en cualquier característica que se te ocurra, como altura, inteligencia, resistencia a la deshidratación y muchas, muchas otras.

2. Heredabilidad

La variación encontrada en la población es heredable, por ejemplo, transmitida de padres a hijos. Los padres más altos tienden a tener hijos más altos. No siempre, pero en general.

3. Mortalidad diferencial

El cambio en algunas características, tiene algún efecto sobre si un individuo muere o no. Más específicamente, esa mortalidad diferencial tiene un efecto sobre si el individuo es capaz de producir descendencia.

También sabemos que hay un cuarto aspecto en juego; mutación. Todas las células contienen información en forma de código genético (ADN o ARN). Las células están en el negocio de copiar su código genético, todo el tiempo, solo para llevar a cabo sus funciones normales, y también cuando se dividen para crear nuevas células. Sin embargo, la lectura y escritura de ese código genético no siempre es perfecta. Ocasionalmente, el código se copia incorrectamente, y lo llamamos mutación. Si esa mutación es particularmente peligrosa y está en un espermatozoide o en un óvulo, puede matar al organismo en crecimiento. Alternativamente, si la mutación es benigna, puede no tener un efecto discernible en la descendencia. O bien, la mutación puede tener algún tipo de beneficio (mejor visión, células sanguíneas con una absorción de oxígeno más eficiente, etc.).

Se demuestra fácilmente que cada uno de los ingredientes anteriores existe en la naturaleza, desde el organismo unicelular más simple hasta el más complejo. La combinación de estos factores produce cambios en las especies a lo largo del tiempo. Algunas características dan como resultado mejores posibilidades de reproducción que otras. Las características más exitosas (almacenadas en el código genético) se vuelven más comunes en las poblaciones con el tiempo.

Si diseñara un sistema de software con estas reglas y cambiara las condiciones ‘externas’, tales como los recursos alimenticios o la cantidad de depredadores, entonces avanzaría rápidamente ese software para mostrar miles de generaciones, vería la evolución por selección natural, todo dentro El programa de software. La gente ha hecho esto, innumerables veces.

Para las criaturas con un tiempo mucho más rápido desde el nacimiento hasta la creación de una nueva descendencia, la evolución se acelera de manera efectiva. Es por eso que los antibióticos se están volviendo ineficaces, solo unas pocas décadas después de que se descubrieron. Las mutaciones que acechan en las bacterias que alguna vez no fueron de gran ventaja (sin efecto positivo en las tasas de reproducción), son de repente una ventaja extrema ya que la mayoría de las bacterias sin ese gen son eliminadas por los antibióticos. Lo que queda es la bacteria con el gen, que ahora produce más fácilmente a medida que sus competidores mueren. Avance rápido varios cientos / mil generaciones y la mutación alguna vez rara ahora es omnipresente. Además, cuanto más fuerte y más extendido sea el antibiótico, más rápido puede tener lugar este proceso.

Desde nuestra perspectiva, puede parecer que la evolución “salta” de un paso al siguiente, pero eso es solo porque no tenemos una visibilidad completa de los pasos reales que se tomaron. Con las bacterias resistentes, parecería que un día las bacterias fueron asesinadas por los antibióticos, y no mucho después de que las bacterias fueran inmunes. ese es un “salto” pero gradual, acelerado desde nuestro punto de vista por el hecho de que la presión de selección fue inmensa (el uso de antibióticos pasó de cero a global), y la tasa de reproducción de bacterias es en minutos, no en años.

Los animales llegaron a tierra en aproximadamente 10 o 12 ocasiones separadas. Los primeros fueron miriápodos (ciempiés y milpiés) que llegaron a tierra hace unos 448 millones de años, en el momento del evento de extinción del Cámbrico final. Los más recientes fueron los cangrejos de coco, que todavía tienen branquias pero no pueden sobrevivir bajo el agua sin contener la respiración. Llegaron a tierra en los últimos 66 millones de años. En el medio estaban los antepasados ​​de las arañas, los insectos, los pequeños crustáceos como los ácaros del polvo, los gusanos, los caracoles (moluscos) y otros.

(El cangrejo de coco es el animal más reciente en llegar a tierra).

Muchos de estos animales podían respirar a través de sus exoesqueletos y no necesitaban pulmones, siempre que permanecieran pequeños y no estuvieran demasiado activos. Los exoesqueletos podrían intercambiar gases (oxígeno, CO2) tanto en el aire como en el agua. Por otro lado, muchos de ellos desarrollaron independientemente pulmones u órganos similares a los pulmones después de que comenzaron a vivir en tierra.

Así que echemos un vistazo a nuestros propios antepasados. Desarrollamos pulmones hace unos 423 millones de años. Este fue el primer pez óseo, y el ancestro común más cercano de mamíferos, aves, reptiles, anfibios, peces con aletas lobuladas y peces con aletas radiadas (que comprenden la mayoría de los peces en el mar).

Esto puede haber coincidido con uno de los últimos eventos de extinción siluriana. Durante los eventos de extinción, los niveles de oxígeno en los mares poco profundos tienden a ser muy bajos. En estas condiciones, los peces tragan aire, que se mezcla con agua en la boca y se ve obligado a atravesar las branquias como pequeñas burbujas. Los peces también pueden absorber oxígeno a través del revestimiento de la boca y otras partes del tracto digestivo.

El primer pulmón en nuestros ancestros vertebrados fue solo una pequeña protuberancia del esófago.

Luego vino el evento de extinción final de Frasnian (374.5 mya) también conocido como el evento Kellwasser. Durante este tiempo, dos tipos de peces desarrollaron pulmones mucho más eficientes: nuestros propios antepasados ​​(tetrápodos) y los antepasados ​​de los peces pulmón modernos (dipnomorfos).

En este punto, comenzaron a pasar más tiempo con las cabezas sobre el agua, y más tiempo respirando aire.

Dado que sus pulmones solo podían absorber oxígeno pero no eliminar el CO2, se adaptaron a tener altos niveles de CO2 en la sangre. El CO2 alto hace que la sangre sea más ácida, lo que disuelve el hueso, por lo que desarrollaron hueso de sacrificio adicional en sus cráneos.

Finalmente, durante el evento de extinción del final del Famenio (final del Devónico) (360 millones de años) de nuestros antepasados, los tetrápodos llegaron a tierra.

En 348 millones tenemos Pederpes finneyae:

Aunque los jóvenes pueden haber tenido branquias (como los renacuajos), los adultos respiran aire puro. A diferencia de sus antepasados, no necesitaban forzar el aire en sus pulmones con la boca, sino que tenían los músculos del pecho para respirar.

Ganar terreno, segunda edición

Cuando la invasión de la tierra falló

La pregunta no es sensata, probablemente porque, como lo describe el subtexto, falta conocimiento evolutivo. Dejémoslo a un lado para más tarde.

La parte central para comprender una teoría científica, una descripción de un proceso natural, es comprender lo que describe. La evolución no es algo que le sucede a las personas o en cualquier momento, por lo que no se puede entender de esa manera. La evolución es el cambio en las poblaciones durante generaciones.

Más específicamente, podemos entender el genoma de una población al considerar sus cambios generacionales. Cada generación, las fuentes de variación (variantes de genes llamados alelos) son la mutación y la migración. Y los sumideros, los mecanismos que eliminan la variación se denominan deriva genética (adelantamiento o pérdida aleatoria de un alelo en la población), selección y endogamia.

Si todavía está conmigo en este curso rápido de evolución, puede ver que todo lo que cambia la población son los efectos ambientales y aleatorios. El genoma no es una fuente de información, es un receptáculo para la información que el entorno o los resultados aleatorios proporcionan o borran.

Para volver a su pregunta entonces, es posible, pero poco probable, que una mutación provoque un cambio significativo en la población. (Que esto sería significativo es una teoría llamada mutacionismo, saltacionismo o “monstruos esperanzados”, y se modeló sobre cómo la gente alguna vez pensó que la geología sucedió: Mutacionismo – Wikipedia).

Específicamente en el caso de la evolución de los tetrápodos a animales terrestres, los peces tienen la capacidad general de respirar y es por eso que puedes encontrar muchas especies de peces que han evolucionado a la vida terrestre facultativa. Di killifish:

“… La natación no es realmente lo suyo. Prefieren vivir en charcos y piscinas, y han desarrollado toda su estrategia de vida para hacer frente sin agua, en lugar de con ella.

Algunas especies pueden sobrevivir fuera del agua durante más de dos meses. Lo dejarán ir a dar un paseo e incluso cazarán en tierra.

Algunos incluso se han encontrado … en los árboles … ”

[El pez más extremo de la tierra].