Radiación adaptativa
Definición
La radiación adaptativa se refiere a la adaptación (a través de una mutación genética) de un organismo que le permite extenderse o irradiarse con éxito a otros entornos. También, la radiación adaptativa conduce a la especiación y solo se usa para describir organismos vivos. La radiación adaptativa puede ser oportunista o forzada a través de cambios en los hábitats naturales.
Ejemplos de radiación adaptativa
Los ejemplos de radiación adaptativa están a nuestro alrededor, en cada organismo vivo. Ningún organismo de hoy es exactamente igual a su antepasado original. Algunas especies han cambiado significativamente, como la diversificación de una sola especie al elefante y al hyrax. Solo hay que mirar la imagen a continuación para comprender cómo la selección de un hábitat diferente o incluso un hábitat similar, pero una elección diferente de dieta, puede causar enormes cambios anatómicos y fisiológicos durante el proceso de radiación adaptativa.
Marsupiales
Uno de los ejemplos más comunes de la teoría de la radiación adaptativa es la dispersión y diversificación de los marsupiales (metaterianos) en diferentes órdenes y especies. Los marsupiales se han desarrollado a partir de un solo antepasado en formas múltiples y diversas. Esto ha sucedido en un continente completamente aislado de la influencia de muchas otras especies.
En la imagen de arriba, se muestran siete órdenes de marsupiales con líneas grises y negras que indican los hábitats de América del Sur y Australia, respectivamente. Sin embargo, cada orden se ha diversificado de su superorden (Euaustralidelphia) a través de la adaptación. Cada orden puede sobrevivir mejor gracias a una adaptación específica a un hábitat diferente.
Esta evolución independiente en respuesta a aspectos particulares del medio ambiente también es imitada en todo el mundo por los mamíferos placentarios. Muchos marsupiales se han desarrollado de manera extremadamente similar a los mamíferos placentarios que viven en ambientes similares, aunque han sido aislados de estas otras poblaciones desde la desintegración del supercontinente conocido como Gondwana. Este proceso aún no ha terminado. Hoy, Australia se arrastra hacia el norte a una velocidad de unos 3 centímetros por año.
Esta separación de especies, aunque con similitudes tanto en adaptaciones como en entornos, nos dice que la biodiversidad suele ser el resultado de la radiación adaptativa.
Pinzones de Darwin
El ejemplo más citado de radiación adaptativa son los pinzones de Darwin, descubiertos durante el viaje de Darwin al archipiélago de Galápagos. La especiación es el desarrollo de una de las múltiples especies nuevas en el proceso evolutivo, donde la especie original produce formas mutadas que sobreviven con éxito en otros entornos debido a estas mutaciones. En el caso de los pinzones de Darwin, las adaptaciones se produjeron con relativa rapidez. Volado a varias islas con diferente flora y fauna, la morfología del pico podría asegurar la supervivencia o la muerte de un ave. Por ejemplo, los pinzones chipe y los pinzones terrestres han evolucionado a partir de un ancestro común. Los pinzones de la reinita tienen picos largos y delgados perfectos para comer insectos. Los pinzones de tierra tienen picos gruesos y romos, ideales para romper las cáscaras de nueces y semillas.
Las quince especies de pinzones que se encuentran en el archipiélago de Galápagos forman un grupo monofilético, o un grupo de organismos, todos descendientes de una especie ancestral. El antepasado común no se conoce debido a la falta de ADN, pero los fósiles de dos especies de pinzones terrestres, Geospiza nebulosi y Geospiza magnirostris, tienen los picos gruesos y romos de sus descendientes. Esto indicaría que los pinzones chipe son el resultado de la especiación a través del proceso de radiación adaptativa. Al aterrizar en una isla con pocas nueces y semillas pero muchos insectos, aquellos especímenes con picos más largos y delgados (mutaciones) tenían más probabilidades de sobrevivir y reproducirse. Seleccion natural aumentó las tasas de supervivencia de las aves de pico largo en esta isla donde se cruzaron, lo que finalmente condujo a un fenotipo común a esta nueva especie.
Color de piel
El color de la piel humana es otro ejemplo de radiación adaptativa. El color de la piel está regulado por la presencia de melanina , un pigmento natural que en mayor cantidad puede absorber la luz ultravioleta y proteger la dermis. Las personas con tez clara producen principalmente feomelanina, que tiene un tono amarillo rojizo, mientras que aquellas con piel de color oscuro producen principalmente eumelanina, que es de color marrón oscuro.
Bajo los rayos del sol, se estimula la síntesis de vitamina D, mientras que el folato se degrada. El folato es necesario para el desarrollo fetal temprano y está parcialmente regulado por la exposición a los rayos UV. Muy poco o demasiado sol puede desregular los niveles de folato. Si bien se están debatiendo las teorías actuales de la raza humana que se originan en una ubicación africana, es útil utilizar este modelo para explicar la radiación adaptativa. De hecho, este modelo se puede utilizar para explicar dos tipos diferentes de radiación adaptativa .
El primero se refiere a los antepasados muy tempranos del hombre (los homínidos) que estaban cubiertos en gran parte de pelo para mantenerlos calientes en áreas en gran parte boscosas. La piel de los homínidos, protegida por el pelo, casi definitivamente no era tan oscura como la de sus primeros descendientes. No tenemos la evidencia fósil para probar esto, pero los mamíferos suelen tener una piel mucho más clara cuando están cubiertos por capas gruesas de pelo o piel, en comparación con los mamíferos con pelaje fino. Al migrar a sabanas más abiertas donde los homínidos podían cazar con más éxito pero directamente bajo los rayos del sol ecuatorial, este pelo se volvió superfluo. Para protegerse de los rayos ultravioleta del sol desarrollaron una piel más oscura. Esta piel más oscura redujo la degradación del ácido fólico, lo que significa una mayor tasa de embarazo y natalidad.
Cuando estas poblaciones finalmente se alejaron del calor del ecuador y pasaron a regiones más frías, los altos niveles de melanina se convirtieron en un obstáculo mayor para la salud y la capacidad reproductiva de esta población migrante. La piel no necesitaba tanta melanina para protegerse del escaso sol; aquellos con piel más oscura bloquearían la poca luz ultravioleta que había y sintetizarían menos vitamina D, lo que llevaría a niveles más bajos de salud y estado físico (raquitismo) y niveles de folato desregulados (abortos espontáneos).
Aquellos que emigraron a las regiones más al norte del Círculo Polar Ártico se volvieron un poco más claros en color, pero más oscuros de lo que normalmente se esperaría según esta teoría. Esto se ha explicado por sus dietas a base de mariscos que proporcionan abundante vitamina D durante las estaciones más frías, mientras que un color de piel más oscuro protegía a estas poblaciones de la radiación ultravioleta del sol reflejada en el paisaje nevado durante los meses de primavera y verano. La investigación actual nos dice que la población femenina Inuit tiene más probabilidades de experimentar deficiencias de ácido fólico que las mujeres de piel más clara en las regiones más frías y templadas, a menos que consuman alimentos fortificados con folato. Esta es quizás la razón por la que el color de su piel no es más oscuro.
Filogenética: descubriendo ejemplos de radiación adaptativa
La investigación filogenética sobre los rasgos genéticos visibles y, más tarde, las secuencias de ADN está lejos de ser nueva. Aristóteles ideó su Scala Naturae o Escalera de la vida en el siglo III antes de Cristo, dividiendo a los animales en dos grupos principales muy básicos (y muy equivocados): los que tenían sangre roja y los que no. Esta idea se expandió a lo largo de los siglos debido a las muchas características distintivas de especies no relacionadas que viven en entornos similares.
La filogenética es el estudio de los pasos evolutivos que ha dado una especie durante el proceso de especiación. Estos pasos conducen a la creación de un árbol filogenético, una versión extremadamente simplificada del cual se muestra a continuación. Estos árboles pueden estar enraizados o desarraigados, lo que significa que provienen de un solo ancestro original conocido o de un ancestro desconocido o grupo de ancestros, respectivamente. Los árboles filogenéticos representan la historia evolutiva de una o más especies en relación con sus ancestros.
Oportunidad ecológica: aprovechar al máximo todos los hábitats disponibles
Lo que aún no se ha mencionado es que el término «adaptativo» en el contexto de la radiación adaptativa debe indicar un movimiento hacia una especie más saludable y reproductora con más éxito. Si bien a menudo se entiende que cualquier evolución requiere miles, si no decenas de miles de años para dar lugar a un fenotipo que es común a un grupo de organismos pero no a los ancestros originales, y debido a los cambios en el medio ambiente, esto en realidad puede ser un problema. cambio bastante rápido.
Para pasar por el proceso de radiación adaptativa, una población casi siempre debe estar expuesta a oportunidades ecológicas. Esta oportunidad ecológica debe estar presente para que pueda ocurrir la especiación. La oportunidad ecológica más importante en lo que respecta a los mamíferos fue la extinción masiva del dinosaurio, donde tanto las especies de sangre caliente como las de sangre fría podrían trasladarse a ecosistemas frescos que antes eran demasiado inseguros o densamente poblados.
El paso de esta oportunidad ecológica a la radiación adaptativa de una población requiere un conjunto completo de características que permitan a una especie aprovechar el nuevo entorno, como los mamíferos herbívoros que migran a un nuevo ecosistema lleno de plantas. Este conjunto de características se conoce como innovación clave . El siguiente paso es la liberación ecológica: la proliferación de una población en un nuevo entorno sin factores limitantes como la competencia o la superpoblación.
Radiación adaptativa en entornos urbanos: un desarrollo reciente pero rápido
Los entornos urbanos, donde los ecosistemas son muy diferentes de los entornos rurales, ya están produciendo mutaciones genéticas comunes en varias plantas y animales. Las mutaciones del gen transportador de serotonina (SERT) en aves urbanas reducen los niveles de ansiedad. Esto en sí mismo no es observable en la anatomía del ave, sin embargo, esta mutación está asociada con rasgos relacionados con la salud y la supervivencia, como la preparación fisiológica para la puesta de huevos y el éxito de la eclosión, con un aumento posterior en la reproducción, y por lo tanto cumple con las leyes de la radiación adaptativa.
Las barreras abióticas, como el alto contenido de metales pesados en el suelo o el agua, pueden causar mutaciones en algunas especies de plantas que aumentan la síntesis de flavonoides, ya que un mayor contenido de flavonoides aumenta la tolerancia a los metales pesados. La dispersión de semillas en plantas urbanas también puede ser diferente a la de las mismas plantas en otros ecosistemas menos poblados, contaminados o protegidos. Anteriormente se creía que las variables bióticas eran más responsables de la radiación adaptativa que las abióticas, pero ambas pueden trabajar juntas. De hecho, la investigación nos dice que la teoría de la radiación adaptativa se ha simplificado demasiado en relación con nuestros niveles actuales de conocimiento científico.
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