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Evolución humana en tiempos modernos

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Entiendo que la evolución ocurrió para formar los homínidos actuales de un ancestro común hace millones de años. Dado que los procesos evolutivos toman mucho tiempo, ¿hay alguna prueba de que la evolución esté ocurriendo con los humanos en la actualidad?


Sí, hay ejemplos. Primero: si quieres decir que los humanos y los monos evolucionaron, entonces es mejor decir que evolucionaron a partir de un ancestro común. Esto marca una gran diferencia.

Si está buscando ejemplos de evolución humana, uno de los rasgos más obvios bajo la selección evolutiva es la pigmentación. Existe una clara correlación con la latitud (y este índice UV):

Los cambios en la pigmentación ocurrieron, vistos desde una perspectiva evolutiva, bastante reciente cuando los humanos se mudaron de África a otras regiones (ver aquí). Consulte estos documentos para obtener más detalles:

Otros ejemplos serían la tolerancia a la lactosa (el azúcar contenido en la leche) en adultos que surgió durante los últimos 5-10.000 años. Normalmente, solo los bebés pueden procesar estos azúcares que se encuentran en grandes cantidades en la leche materna. Cuando se destetan, por lo general, la enzima ya no se expresa. Sin embargo con el asentamiento de los humanos y la domesticación del ganado esto cambió, por lo que todavía podemos beber leche y comer productos lácteos sin producir problemas intestinales. Consulte aquí para obtener más detalles:

Un tercer ejemplo sería la anemia de células falciformes, que ocurre debido a una mutación puntual en la proteína de la hemoglobina humana. Esto provoca una agregación de las moléculas de hemoglobina en los glóbulos rojos que luego conduce a una elasticidad reducida (ver aquí para más detalles). También conduce a una protección contra la malaria (muy probablemente por la reducción de la vida útil de los eritrocitos). Las áreas con alta prevalencia de anemia de células falciformes en África se correlacionan bastante bien con la distribución de la malaria.

Si miras más allá, encontrarás varios ejemplos diferentes, donde la evolución está presente después de que los humanos pasaron por un cuello de botella genético (lo que significa que el número de humanos se redujo drásticamente).


La persistencia de la lactasa es una prueba de la selección natural reciente y en curso en los seres humanos.

Las crías de mamíferos producen lactasa, una enzima necesaria para descomponer el azúcar lactosa en la leche materna. Las crías dejan de producir lactasa después del destete porque ya no beben leche. La mayoría de los seres humanos (aproximadamente el 70%) también dejan de producir lactasa cuando son jóvenes. Sin lactasa, los adultos no pueden descomponer los azúcares de lactosa si consumen leche. La lactosa se acumula en el intestino, lo que sustenta grandes poblaciones de bacterias que causan gases e indigestión. Esta es la intolerancia a la lactosa.

Los humanos restantes (alrededor del 30%) continúan produciendo lactasa hasta la edad adulta. Pueden digerir el azúcar de la lactosa de la leche por lo que no sufren intolerancia a la lactosa. La persistencia de la enzima lactasa en adultos está asociada con la domesticación humana del ganado. Un estudio de Todd Bersaglieri y sus colegas (2004) mostró que una mutación que permitió la producción continua de lactasa se extendió rápidamente por selección natural a través de poblaciones en personas derivadas de Europa del Norte entre hace 5000-10,000 años.

Curiosamente, un estudio separado de Sarah Tishkoff y sus colegas (2007) identificó un diferente mutación que también permitió que la producción continua de lactasa se propagara rápidamente por selección natural a través de poblaciones en África central oriental durante los últimos 7000 años.

Juntos, estos estudios muestran cómo la selección natural puede actuar muy rápidamente en los seres humanos. Ocurrieron dos mutaciones diferentes en dos poblaciones diferentes de humanos. Sin embargo, ambas mutaciones dieron la misma ventaja selectiva de la persistencia de la lactasa en sociedades en desarrollo basadas en la agricultura.

Literatura citada

Bersaglieri, T. et al. 2004. Firmas genéticas de una fuerte selección positiva reciente en el gen de la lactasa. American Journal of HUman Genetics 74: 1111-1120.

Tishkoff y col. 2007. Adaptación convergente de la persistencia de la lactasa humana en África y Europa. Nature Genetics 39: 31-40.


Evolución humana reciente

Evolución humana reciente se refiere a la adaptación evolutiva, la selección sexual y natural y la deriva genética dentro Homo sapiens poblaciones, desde su separación y dispersión en el Paleolítico Medio hace unos 50.000 años. Contrariamente a la creencia popular, los seres humanos no solo siguen evolucionando, sino que su evolución desde los albores de la agricultura es más rápida que nunca. [1] [2] [3] Es posible que la cultura humana —en sí misma una fuerza selectiva— haya acelerado la evolución humana. [4] [5] Con un conjunto de datos suficientemente grande y métodos de investigación modernos, los científicos pueden estudiar los cambios en la frecuencia de un alelo que ocurren en un pequeño subconjunto de la población durante una sola vida, la escala de tiempo significativa más corta en la evolución. [6] La comparación de un gen determinado con el de otras especies permite a los genetistas determinar si está evolucionando rápidamente solo en los seres humanos. Por ejemplo, mientras que el ADN humano es en promedio 98% idéntico al ADN del chimpancé, la llamada Región 1 Acelerada Humana (HAR1), involucrada en el desarrollo del cerebro, es solo un 85% similar. [2]

Tras el poblamiento de África hace unos 130.000 años, y la reciente expansión fuera de África hace unos 70.000 a 50.000 años, algunas subpoblaciones de Homo sapiens han estado geográficamente aislados durante decenas de miles de años antes de la temprana Edad Moderna de los Descubrimientos. Combinado con la mezcla arcaica, esto ha dado como resultado una variación genética significativa, que en algunos casos se ha demostrado que es el resultado de la selección direccional que tuvo lugar durante los últimos 15.000 años, lo que es significativamente posterior a los posibles eventos de mezcla arcaica. [7] El hecho de que las poblaciones humanas que viven en diferentes partes del mundo hayan evolucionado en trayectorias divergentes refleja las diferentes condiciones de sus hábitats. [8] Las presiones de selección fueron especialmente severas para las poblaciones afectadas por el Último Máximo Glacial (LGM) en Eurasia, y para las poblaciones agrícolas sedentarias desde el Neolítico o Nueva Edad de Piedra. [9]

Los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP, pronunciado 'snip'), o las mutaciones de una sola "letra" de código genético en un alelo que se disemina a través de una población, en partes funcionales del genoma pueden potencialmente modificar virtualmente cualquier rasgo concebible, desde la altura y el color de los ojos. a la susceptibilidad a la diabetes y la esquizofrenia. Aproximadamente el 2% del genoma humano codifica proteínas y una fracción ligeramente mayor está involucrada en la regulación génica. Pero la mayor parte del resto del genoma no tiene ninguna función conocida. Si el medio ambiente permanece estable, las mutaciones beneficiosas se extenderán por la población local durante muchas generaciones hasta que se convierta en un rasgo dominante. Un alelo extremadamente beneficioso podría volverse omnipresente en una población en tan solo unos pocos siglos, mientras que los que son menos ventajosos suelen tardar milenios. [10]

Los rasgos humanos que surgieron recientemente incluyen la capacidad de bucear libremente durante largos períodos de tiempo, [11] adaptaciones para vivir en altitudes elevadas donde las concentraciones de oxígeno son bajas, [2] resistencia a enfermedades contagiosas (como la malaria), [12] luz piel, [7] [13] ojos azules, [14] persistencia de la lactasa (o la capacidad de digerir la leche después del destete), [15] [16] la capacidad de sintetizar alcohol deshidrogenasa (una enzima que descompone el alcohol), [17 ] niveles más bajos de presión arterial y colesterol, [18] [19] retención de la arteria media, [20] tallo grueso del cabello, [8] cera seca del oído, [17] índice de masa corporal más alto, [21] menor prevalencia de la enfermedad de Alzheimer enfermedad, [6] menor susceptibilidad a la diabetes, [22] longevidad genética, [22] reducción del tamaño del cerebro, [23] [24] y cambios en el momento de la menarquia y la menopausia. [25]


Las chinches se están convirtiendo en una nueva especie de insectos de pesadilla.

Si bien es posible que esté familiarizado (un poco demasiado familiar, podría decir), con las chinches, no siempre solían ser las criaturas aterradoras que conocemos hoy.

Hace miles de años, nuestros antepasados ​​que vivían en cuevas se llevaban perfectamente bien con las chinches, principalmente porque en ese entonces eran casi una especie completamente diferente. Desafortunadamente, a medida que los humanos emigraron de las cuevas a las ciudades durante miles de años, trajeron chinches para el viaje. Los insectos con rasgos que los hicieron más capaces de sobrevivir a su nuevo estilo de vida urbano, como ser más activos por la noche, cuando los humanos duermen y tener piernas más largas y delgadas para alejarse de nosotros rápidamente, sobrevivieron a sus amigos chinches menos evolucionados.

Solo en las últimas décadas, estos insectos habitantes de la ciudad se han convertido en una especie casi completamente separada de sus primos cavernícolas. Además de su nueva inclinación por la vida nocturna, las chinches urbanas de hoy en día también han desarrollado una resistencia a los pesticidas: tienen exoesqueletos más gruesos y cerosos (para protegerlos de las toxinas) y metabolismos más rápidos (para reforzar sus defensas químicas naturales).


Los seres humanos todavía están evolucionando, y podemos ver cómo sucede

Mucha gente piensa que la evolución requiere miles o millones de años, pero los biólogos saben que puede suceder rápidamente. Ahora, gracias a la revolución genómica, los investigadores pueden rastrear los cambios genéticos a nivel de población que marcan la evolución en acción, y lo están haciendo en humanos. Dos estudios presentados en la reunión de Biología de los Genomas aquí la semana pasada muestran cómo nuestros genomas han cambiado durante siglos o décadas, trazando cómo desde la época romana los británicos han evolucionado para ser más altos y más justos, y cómo en la última generación el efecto de un gen. que favorece el tabaquismo ha disminuido en algunos grupos.

"Poder ver la selección en acción es emocionante", dice Molly Przeworski, bióloga evolutiva de la Universidad de Columbia. Los estudios muestran cómo el genoma humano responde rápidamente a las nuevas condiciones de manera sutil pero significativa, dice. "Es un cambio de juego en términos de comprender la evolución".

Los biólogos evolutivos se han concentrado durante mucho tiempo en el papel de las nuevas mutaciones en la generación de nuevos rasgos. Pero una vez que ha surgido una nueva mutación, debe extenderse a través de una población. Cada persona porta dos copias de cada gen, pero las copias pueden variar levemente dentro y entre individuos. Las mutaciones en una copia pueden aumentar la altura que las de otra copia, o el alelo, pueden disminuirla. Si las condiciones cambiantes favorecen, digamos, la altura, entonces las personas altas tendrán más descendencia y más copias de las variantes que codifican la altura circularán en la población.

Con la ayuda de conjuntos de datos genómicos gigantes, los científicos ahora pueden rastrear estos cambios evolutivos en las frecuencias de los alelos en escalas de tiempo cortas. Jonathan Pritchard de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, y su postdoctorado Yair Field lo hicieron contando cambios únicos de base única, que se encuentran en cada genoma. Es probable que estos raros cambios individuales, o singletons, sean recientes, porque no han tenido tiempo de extenderse por la población. Debido a que los alelos llevan consigo ADN vecino a medida que circulan, el número de singletons en el ADN cercano puede usarse como un reloj molecular aproximado, lo que indica la rapidez con la que ese alelo ha cambiado en frecuencia.

El equipo de Pritchard analizó 3000 genomas recolectados como parte del proyecto de secuenciación UK10K en el Reino Unido. Para cada alelo de interés en cada genoma, Field calculó un "puntaje de densidad de singleton" basado en la densidad de mutaciones únicas cercanas. Cuanto más intensa es la selección de un alelo, más rápido se propaga y menos tiempo hay para que los singleton se acumulen cerca de él. El enfoque puede revelar la selección durante las últimas 100 generaciones, o alrededor de 2000 años.

Los estudiantes graduados de Stanford Natalie Telis y Evan Boyle y el postdoctorado Ziyue Gao encontraron relativamente pocos alelos únicos cerca que confieren tolerancia a la lactosa, un rasgo que permite a los adultos digerir la leche, y que codifican receptores particulares del sistema inmunológico. Entre los británicos, estos alelos evidentemente han sido muy seleccionados y se han extendido rápidamente. El equipo también encontró menos alelos únicos cerca de cabello rubio y ojos azules, lo que indica que estos rasgos también se han extendido rápidamente durante los últimos 2000 años, informó Field en su charla y el 7 de mayo en el servidor de preimpresión bioRxiv.org. Un impulsor evolutivo puede haber sido el cielo sombrío de Gran Bretaña: los genes del cabello rubio también provocan un color de piel más claro, lo que permite que el cuerpo produzca más vitamina D en condiciones de escasa luz solar. O la selección sexual podría haber estado en funcionamiento, impulsada por una preferencia por las parejas rubias.

Otros investigadores elogian la nueva técnica. “Este enfoque parece permitir que se detecten señales de selección mucho más sutiles y mucho más comunes”, dice el genetista evolutivo Svante Pääbo del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig, Alemania.

En una señal del poder del método, el equipo de Pritchard también detectó selección en rasgos controlados no por un solo gen, sino por pequeños cambios en cientos de genes. Entre ellos se encuentran la altura, la circunferencia de la cabeza en los bebés y el tamaño de la cadera en las mujeres, lo que es crucial para dar a luz a esos bebés. Al observar la densidad de singletons que flanquean más de 4 millones de diferencias de ADN, el equipo de Pritchard descubrió que la selección de los tres rasgos se produjo en todo el genoma en los últimos milenios.

Joseph Pickrell, un genetista evolutivo del New York Genome Center en la ciudad de Nueva York, ha utilizado una estrategia diferente para poner la selección bajo un microscopio aún más agudo, detectando signos de evolución en la escala de una vida humana. Él y Przeworski observaron de cerca los genomas de 60,000 personas de ascendencia europea que habían sido genotipadas por Kaiser Permanente en el norte de California, y 150,000 personas de un esfuerzo de secuenciación masivo del Reino Unido llamado UK Biobank. Querían saber si las variantes genéticas cambian la frecuencia entre individuos de diferentes edades, revelando que la selección funciona dentro de una generación o dos. El biobanco incluía relativamente pocas personas mayores, pero tenía información sobre los padres de los participantes, por lo que el equipo también buscó conexiones entre la muerte de los padres y las frecuencias alélicas en sus hijos.

En la generación de los padres, por ejemplo, los investigadores observaron una correlación entre la muerte prematura en los hombres y la presencia en sus hijos (y, por lo tanto, presumiblemente en los padres) de un alelo del receptor de nicotina que dificulta dejar de fumar. Muchos de los hombres que murieron jóvenes habían alcanzado la edad adulta en el Reino Unido en la década de 1950, una época en la que muchos hombres británicos tenían el hábito de llevar una mochila al día. En contraste, la frecuencia del alelo en mujeres y en personas del norte de California no varió con la edad, presumiblemente porque menos en estos grupos fumaban mucho y el alelo no afectó su supervivencia. A medida que los hábitos de fumar han cambiado, la presión para eliminar el alelo ha cesado y su frecuencia no ha cambiado en los hombres más jóvenes, explica Pickrell. "Supongo que vamos a descubrir muchos de estos efectos gen por medio ambiente", dice Przeworski.

De hecho, el equipo de Pickrell detectó otros cambios. Un conjunto de variantes genéticas asociadas con la menstruación de inicio tardío fue más común en mujeres de vida más larga, lo que sugiere que podría ayudar a retrasar la muerte. Pickrell también informó que la frecuencia del alelo ApoE4, que está asociado con la enfermedad de Alzheimer, disminuye en las personas mayores porque los portadores murieron antes de tiempo. "Podemos detectar la selección en el período de tiempo más corto posible, la vida útil de un individuo", dice.

Los signos de selección en escalas de tiempo breves siempre serán presa de fluctuaciones estadísticas. Pero en conjunto, los dos proyectos “apuntan al poder de grandes estudios para comprender qué factores determinan la supervivencia y la reproducción en los seres humanos en las sociedades actuales”, dice Pääbo.


Humo, fuego y evolución humana

Cuando los primeros humanos descubrieron cómo hacer fogatas, la vida se volvió mucho más fácil en muchos aspectos. Se acurrucaron alrededor del fuego en busca de calor, luz y protección. Lo usaban para cocinar, lo que les proporcionaba más calorías que comer alimentos crudos que eran difíciles de masticar y digerir. Podían socializar durante la noche, lo que posiblemente dio lugar a la narración de cuentos y otras tradiciones culturales.

Pero también hubo inconvenientes. De vez en cuando, el humo les quemaba los ojos y les quemaba los pulmones. Su comida probablemente estaba cubierta de carbón, lo que podría haber aumentado su riesgo de ciertos cánceres. Con todos reunidos en un solo lugar, las enfermedades podrían haberse transmitido más fácilmente.

Mucha investigación se ha centrado en cómo el fuego dio una ventaja evolutiva a los primeros humanos. Menos examinados son los subproductos negativos que vinieron con el fuego y las formas en que los humanos pueden o no haberse adaptado a ellos. En otras palabras, ¿cómo influyeron los efectos nocivos del fuego en nuestra evolución?

Es una pregunta que recién comienza a atraer más atención. "Diría que en este momento se trata principalmente de charlas de bar", dijo Richard Wrangham, profesor de antropología biológica en la Universidad de Harvard y autor de "Catching Fire: How Cooking Made Us Human". Su trabajo sugirió que cocinar conducía a cambios ventajosos en la biología humana, como cerebros más grandes.

Ahora, dos nuevos estudios han propuesto teorías sobre cómo las consecuencias negativas del fuego podrían haber dado forma a la evolución y el desarrollo humanos.

En el primero, publicado el martes, los científicos identificaron una mutación genética en los humanos modernos que permite que ciertas toxinas, incluidas las que se encuentran en el humo, se metabolicen a un ritmo seguro. La misma secuencia genética no se encontró en otros primates, incluidos los homínidos antiguos como los neandertales y los denisovanos.

Los investigadores creen que la mutación se seleccionó en respuesta a la inhalación de toxinas del humo, que pueden aumentar el riesgo de infecciones respiratorias, inhibir el sistema inmunológico y alterar el sistema reproductivo.

Es posible que tener esta mutación le dio a los humanos modernos una ventaja evolutiva sobre los neandertales, aunque es especulación en este momento, dijo Gary Perdew, profesor de toxicología en la Universidad Estatal de Pensilvania y autor del artículo. Pero si la especulación es correcta, la mutación puede haber sido una de las formas en que los humanos modernos estaban acostumbrados a algunos efectos adversos del fuego, mientras que otras especies no.

Thomas Henle, profesor de química de la Universidad Tecnológica de Dresde en Alemania que no participó en el estudio, se ha preguntado si los humanos también tienen mutaciones genéticas únicas para manejar mejor, o incluso aprovechar, los subproductos del fuego en los alimentos. En 2011, su grupo de investigación demostró que las moléculas marrones que provienen del café tostado pueden inhibir las enzimas producidas por las células tumorales, lo que podría explicar por qué los bebedores de café pueden tener un riesgo menor de ciertos cánceres.

Otra investigación ha sugerido que estos subproductos del tostado pueden estimular el crecimiento de microbios útiles en el intestino.

Una mutación genética que puede ayudar a los humanos a tolerar las toxinas del humo podría ser solo una de las muchas adaptaciones, dijo el Dr. Henle. "Estoy seguro de que existen otros mecanismos o mutaciones específicos de los seres humanos que se deben a una adaptación evolutiva a la ingestión de alimentos tratados con calor".

Comprender cómo los humanos podrían haberse adaptado de manera única a los riesgos de la exposición al fuego puede tener implicaciones en la forma en que los científicos piensan sobre la investigación médica, dijo el Dr. Wrangham. Otros animales que no evolucionaron alrededor del fuego, por ejemplo, pueden no ser los mejores modelos para estudiar cómo procesamos los alimentos o desintoxicamos sustancias.

Un ejemplo, sugiere, es el estudio de la acrilamida, un compuesto que se forma en los alimentos al freírlos, hornearlos o cocinarlos a alta temperatura. Cuando se administra a animales de laboratorio en dosis altas, se ha demostrado que la acrilamida causa cáncer. Pero hasta ahora, la mayoría de los estudios en humanos no han logrado vincular la acrilamida dietética con el cáncer.

"La gente sigue 'queriendo' encontrar un problema para los humanos", dijo el Dr. Wrangham, pero "no hay nada obvio".

Es posible que los humanos no hayan podido adaptarse a todos los peligros del fuego. El segundo estudio, publicado la semana pasada en Proceedings of the National Academy of Sciences, sugiere que con los efectos ventajosos del fuego para las sociedades humanas también se produjeron nuevos y profundos daños. Ofrece la conjetura de que el uso temprano del fuego podría haber ayudado a propagar la tuberculosis al poner a las personas en contacto cercano, dañar sus pulmones y provocarles tos.

Con modelos matemáticos, Rebecca Chisholm y Mark Tanaka, biólogos de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, simularon cómo las antiguas bacterias del suelo podrían haber evolucionado para convertirse en agentes infecciosos de la tuberculosis. Sin fuego, la probabilidad era baja. Pero cuando los investigadores agregaron fuego a su modelo, la probabilidad de que surgiera la tuberculosis aumentó en varios grados de magnitud.

Se cree que la tuberculosis ha matado a más de mil millones de personas, posiblemente explicando más muertes que las guerras y las hambrunas juntas. Hoy en día sigue siendo una de las enfermedades infecciosas más mortales y se cobra aproximadamente 1,5 millones de vidas cada año.

Muchos expertos creen que la tuberculosis surgió hace al menos 70.000 años. Para entonces, los humanos ciertamente estaban controlando el fuego. (Las estimaciones de cuándo los antepasados ​​humanos comenzaron a usar el fuego regularmente varían mucho, pero el consenso es que fue hace al menos 400.000 años).

"Nos dimos cuenta de que el descubrimiento del fuego controlado debe haber causado un cambio significativo en la forma en que los humanos interactuaban entre sí y con el medio ambiente", factores conocidos por impulsar la aparición de enfermedades infecciosas, dijo el Dr. Chisholm.

Ella y el Dr. Tanaka creen que el fuego podría haber ayudado a propagar otras enfermedades transmitidas por el aire, no solo la tuberculosis. “El fuego, como ventaja tecnológica, ha sido un arma de doble filo”, dijo el Dr. Tanaka.

Las consecuencias culturales negativas también vinieron con fuego, y continúan dejando una huella. Los antropólogos han especulado que la inhalación de humo llevó al descubrimiento del tabaquismo. Los seres humanos han utilizado durante mucho tiempo el fuego para modificar su medio ambiente y quemar carbono, prácticas que ahora nos tienen en medio del cambio climático. El fuego incluso está relacionado con el surgimiento del patriarcado: al permitir que los hombres salgan a cazar mientras las mujeres se quedan para cocinar junto al fuego, generó normas de género que aún existen en la actualidad.

Investigar cómo los efectos dañinos del fuego han dado forma a la historia y la evolución de la humanidad puede proporcionar una visión rica de la relación entre la cultura y la biología. ¿Evolucionamos biológicamente para protegernos de los riesgos para la salud de inhalar humo? ¿Eso nos ayudó a retomar la práctica cultural de fumar? Hay muchas otras posibilidades.

"Es un circuito de retroalimentación fascinante", dijo Caitlin Pepperell, profesora de la Universidad de Wisconsin-Madison que estudia la evolución de las enfermedades humanas. "Espero que estos estudios nos estimulen a pensar más en el fuego y lo lleven en todas las diferentes direcciones que puede tomar".


Evolución humana en tiempos modernos - Biología

22. Evolución y nuestra herencia

En el Capítulo 21a aprendimos cómo las mutaciones en ciertos genes conducen a la pérdida de control sobre la división celular y al desarrollo del cáncer. En este capítulo, consideramos las mutaciones bajo una luz diferente. Nos centramos en la evolución y en cómo las mutaciones, junto con procesos como la deriva genética, el flujo de genes y la selección natural, provocan cambios en las frecuencias alélicas dentro de las poblaciones. También abordamos preguntas como ¿cómo surgió y evolucionó la vida en la Tierra? ¿Cómo ha dado forma la evolución a las especies, incluida la nuestra? ¿Cómo eran nuestros antepasados?

Evolución de la vida en la Tierra

La evolución se puede definir en términos generales como descendencia con modificación de un antepasado común. Es el proceso por el cual las formas de vida de la Tierra han cambiado desde sus inicios hasta hoy. Pero, ¿cómo surgió la vida en la Tierra?

Se estima que la Tierra tiene 4.500 millones de años. La evidencia de los cambios físicos y químicos en la corteza y la atmósfera de la Tierra sugiere que la vida ha existido en la Tierra durante aproximadamente 3.800 millones de años. El entorno de la Tierra primitiva era muy diferente al de hoy y habría sido un lugar extremadamente hostil para la mayoría de los organismos (Figura 22.1). La corteza terrestre estaba caliente y volcánica. Rayos intensos y radiación ultravioleta golpearon la superficie de la Tierra y casi no había oxígeno gaseoso (O2) en la atmósfera. Los científicos están de acuerdo en la escasez de oxígeno, pero debaten los otros componentes de la atmósfera primitiva. La mayoría de los modelos sugieren que el dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N2) y agua (H2O) estaban presentes. Otros gases, incluido el monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), metano (CH4), dióxido de azufre (SO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S) puede haber estado presente. Una vez que la corteza se enfrió, el vapor de agua se condensó en forma de lluvia y la escorrentía se acumuló en depresiones para formar mares tempranos.

· El registro fósil proporciona evidencia de la evolución al documentar que la vida en la Tierra ha cambiado con el tiempo.

FIGURA 22.1. Representación de la Tierra primitiva

¿Cómo pudo haber evolucionado la vida en estas condiciones? En las siguientes secciones, presentamos una secuencia plausible de eventos que la mayoría de los científicos creen que explica el origen de la vida en la Tierra. La secuencia, conocida como evolución química, sugiere que la vida evolucionó a partir de sustancias químicas que aumentaron lentamente en complejidad durante un período de quizás 300 millones de años.

Pequeñas moléculas orgánicas

Los científicos plantean la hipótesis de que las condiciones de la Tierra primitiva favorecieron la síntesis de pequeñas moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas. Específicamente, la atmósfera con poco oxígeno de la Tierra primitiva alentó la unión de moléculas simples para formar moléculas complejas. La atmósfera con poco oxígeno era importante porque el oxígeno ataca los enlaces químicos. Los científicos plantean además la hipótesis de que la energía requerida para la unión de moléculas simples podría provenir de los rayos y la intensa radiación ultravioleta (UV) que golpea la Tierra primitiva. (La radiación ultravioleta era probablemente más intensa durante esos tiempos que ahora porque los soles jóvenes emiten más radiación ultravioleta que los soles maduros, y la Tierra primitiva carecía de una capa de ozono para protegerla de la radiación ultravioleta).

Stanley Miller y Harold Urey, de la Universidad de Chicago, probaron la hipótesis de que las moléculas orgánicas podrían sintetizarse a partir de moléculas inorgánicas en 1953. En su laboratorio, estos científicos recrearon condiciones que se suponía que eran similares a las de la Tierra primitiva (Figura 22.2). Miller y Urey descargaron chispas eléctricas (destinadas a simular un rayo) a través de una atmósfera que contenía algunos de los gases que se cree que estaban presentes en la atmósfera primitiva. Generaron una variedad de pequeñas moléculas orgánicas, apoyando la hipótesis de que las moléculas orgánicas podrían sintetizarse a partir de moléculas inorgánicas.

La composición atmosférica utilizada en el experimento de Miller-Urey difería un poco de la composición preferida actualmente por los científicos que estudian las características de la Tierra primitiva. Aun así, muchas simulaciones realizadas por otros científicos utilizando diferentes mezclas de gases (y fuentes de energía) han producido compuestos orgánicos en cantidades variables. En conjunto, estos experimentos demuestran que las moléculas orgánicas se pueden sintetizar a partir de moléculas inorgánicas.

FIGURA 22.2. Probar la hipótesis de que las moléculas orgánicas podrían sintetizarse a partir de moléculas inorgánicas.

Los científicos plantean la hipótesis de que estas pequeñas moléculas orgánicas se acumularon en los primeros océanos y durante un largo período formaron una mezcla compleja. De alguna manera, tal vez al lavarse sobre arcilla o arena caliente o lava, las pequeñas moléculas se unieron para formar macromoléculas, como proteínas y ácidos nucleicos. Algunos científicos sugieren, en cambio, que los respiraderos de aguas profundas eran lugares importantes para la síntesis de pequeñas moléculas orgánicas y su unión para formar moléculas más grandes.

¿Qué macromolécula condujo a la formación de las primeras células? Algunos científicos sugieren que el ARN era la macromolécula crítica, porque puede actuar como una enzima y porque sus capacidades de autorreplicación permitieron la transferencia de información de una generación a la siguiente. Hoy en día, las células almacenan su información genética como ADN. Por lo tanto, si el ARN fue el primer material genético, es probable que el ADN haya evolucionado más tarde a partir de una plantilla de ARN. Otros científicos sugieren que las proteínas fueron las macromoléculas que dieron lugar a las primeras células. Estos científicos citan la mayor estabilidad química de los aminoácidos, péptidos y proteínas, en comparación con los nucleótidos y los ácidos nucleicos, cuando se exponen a la sal (como ocurriría en los mares primordiales) y a la radiación ultravioleta intensa (como la que presuntamente golpeó el Tierra primitiva).

Los científicos plantean la hipótesis de que las macromoléculas orgánicas recién formadas se agregaron en estructuras similares a gotas que fueron las precursoras de las células. Las primeras gotas mostraron algunas de las mismas propiedades que las células vivas, como la capacidad de mantener un entorno interno diferente de las condiciones circundantes.

La evidencia fósil indica que las primeras células fueron procariotas. Recuerde del capítulo 3 que las células procariotas carecen de orgánulos encerrados en membranas, como el núcleo, y por lo general son más pequeñas que las células eucariotas. Estas primeras células procariotas dependían del metabolismo anaeróbico (metabolismo en ausencia de oxígeno). Finalmente, algunas de estas células capturaron energía de la luz solar e hicieron sus propias moléculas orgánicas complejas a partir de CO2 y H2O en su entorno. Este proceso, conocido como fotosíntesis, produjo oxígeno como subproducto. El oxígeno comenzó a acumularse en el medio ambiente. Luego vinieron las células que podían usar el ahora abundante oxígeno para aprovechar la energía de las moléculas orgánicas almacenadas; estas células usaban la respiración celular (metabolismo aeróbico, véase el capítulo 3).

Entonces surge la pregunta: "¿Cómo surgieron células más complejas a partir de estas células procariotas tempranas?" Es posible que algunos de los orgánulos dentro de las células eucariotas aparecieran cuando otros organismos más pequeños se incorporaron a las células primitivas tempranas. Las mitocondrias, por ejemplo, pueden ser descendientes de bacterias que alguna vez vivieron libres. Estas bacterias invadieron o fueron engullidas por las células antiguas y formaron una relación mutuamente beneficiosa con ellas. Esta idea se llama teoría del endosimbionte. En general, la comunidad biológica acepta explicar el origen de algunas características de las células eucariotas, incluidas las mitocondrias. Actualmente, los científicos no están seguros de si la endosimbiosis fue un factor en el origen de otras características eucariotas, como el núcleo unido a la membrana. Una posibilidad adicional es que el pliegue de la membrana plasmática de un procariota antiguo produjo algunos de los orgánulos (por ejemplo, el retículo endoplásmico o complejo de Golgi) que se encuentran en las células eucariotas de hoy.

Los fósiles de células procariotas se han fechado en 3.500 millones de años, y los científicos estiman que las primeras células procariotas probablemente surgieron hace unos 3.800 millones de años. Como veremos más adelante en el capítulo, los fósiles rara vez se forman y se encuentran, por lo que generalmente se plantea la hipótesis de que el origen de un grupo de organismos ocurre antes que la evidencia fósil más antigua de ese grupo. Las células eucariotas evolucionaron hace unos 1.800 millones de años. La multicelularidad evolucionó en eucariotas hace alrededor de 1.500 millones de años y finalmente dio lugar a organismos como plantas, hongos y animales. La figura 22.3 resume los posibles pasos en el origen de la vida en la Tierra.

FIGURA 22.3. Posibles pasos en el origen de la vida en la Tierra

Escala de cambio evolutivo

La evolución ocurre en dos niveles. Un nivel, la microevolución, es pequeño y el otro, la macroevolución, es grande. La microevolución se produce a través de cambios en las frecuencias alélicas dentro de una población durante unas pocas generaciones. La macroevolución, por otro lado, consiste en un cambio evolutivo a mayor escala durante períodos de tiempo más largos, como el origen de grupos de especies (por ejemplo, mamíferos) y extinciones masivas (la desaparición catastrófica de muchas especies). Comenzamos con la microevolución, examinando la variación genética dentro de las poblaciones y describiendo las causas de la microevolución. Pasamos luego a los fenómenos a gran escala de la macroevolución.

Mire a su alrededor y verá variaciones en casi cualquier grupo de individuos pertenecientes a la misma especie. Piense en sus compañeros de clase. No todos se parecen y, a menos que sea un gemelo idéntico, probablemente no se parezca exactamente a sus hermanos o hermanas. Antes de analizar qué diferencia a las personas de un grupo de este tipo, definamos una terminología básica. Una población es un grupo de individuos de la misma especie que viven en un área en particular. Una población de pez luna bluegill habita en un estanque, y una población de ratones ciervo habita en una pequeña extensión de bosque. Un acervo genético consta de todos los alelos de todos los genes de todos los individuos de una población. (Recuerde del Capítulo 20 que un gen es un segmento de ADN en un cromosoma que dirige la síntesis de una proteína específica, mientras que los alelos son diferentes formas de un gen). Ahora echemos un vistazo más de cerca a lo que hace que los individuos de una población sean diferentes y Examine algunas de las formas en que la variación puede aparecer en las poblaciones.

La reproducción y la mutación sexuales producen variaciones en las poblaciones. La reproducción sexual baraja los alelos ya presentes en la población. Como se discutió en los Capítulos 19 y 20, los gametos (óvulos o espermatozoides) de cualquier individuo muestran una variación genética sustancial debido al cruzamiento y al surtido independiente durante la meiosis. Además, la combinación de gametos que se unen en la fertilización es un evento fortuito. De los millones de espermatozoides producidos por un macho, solo uno fertiliza el óvulo. Esta unión produce un nuevo individuo con una nueva combinación de alelos.

Los nuevos genes y los nuevos alelos se originan por mutación, un cambio en la secuencia de nucleótidos del ADN. Las mutaciones ocurren a una tasa baja en cualquier conjunto de genes, por lo que su contribución a la diversidad genética en grandes poblaciones es bastante pequeña. Las mutaciones pueden aparecer espontáneamente por errores en la replicación del ADN, o pueden ser causadas por fuentes externas como radiación o agentes químicos. Solo las mutaciones en las líneas celulares que producen óvulos o espermatozoides pueden transmitirse a la descendencia.

Recuerde que la microevolución implica cambios en la frecuencia de ciertos alelos en relación con otros dentro del acervo genético de una población. Algunos de los procesos que producen esos cambios son la deriva genética, el flujo de genes, la mutación y la selección natural.

Deriva genética La deriva genética ocurre cuando las frecuencias alélicas dentro de una población cambian aleatoriamente debido únicamente al azar. Este proceso suele ser insignificante en poblaciones grandes. Sin embargo, en poblaciones con menos de aproximadamente 100 individuos, los eventos fortuitos pueden hacer que las frecuencias alélicas se desvíen aleatoriamente de una generación a la siguiente. Dos mecanismos que facilitan la deriva genética en poblaciones naturales son el efecto de cuello de botella y el efecto fundador.

A veces, se producen reducciones drásticas en el tamaño de la población debido a desastres naturales que matan a muchas personas al azar. Considere una población que sufre una inundación en la que muere la mayoría de sus miembros. Con menos individuos restantes contribuyendo al acervo genético, la composición genética de los sobrevivientes puede no ser representativa de la población original. Este cambio en el acervo genético es el efecto de cuello de botella, llamado así porque la población experimenta una disminución dramática de tamaño, tanto como el tamaño de una botella disminuye en el cuello. Ciertos alelos pueden ser más o menos comunes en los sobrevivientes de las inundaciones que en la población original simplemente por casualidad. De hecho, algunos alelos pueden perderse por completo, lo que resulta en una reducción de la variabilidad genética general entre los supervivientes.

La deriva genética también ocurre cuando unos pocos individuos abandonan su población y se establecen en un lugar nuevo y algo aislado. Solo por casualidad, la composición genética de los individuos colonizadores probablemente no sea representativa del acervo genético completo de la población que dejaron. La deriva genética en colonias nuevas y pequeñas se denomina efecto fundador.

¿Esperaría que el efecto fundador se asocie con una frecuencia relativamente alta o relativamente baja de trastornos recesivos hereditarios?

Flujo de genes . Otra causa de la microevolución es el flujo de genes, que ocurre cuando los individuos entran y salen de las poblaciones. A medida que los individuos van y vienen, llevan consigo sus conjuntos únicos de genes. El flujo de genes se produce si estos individuos se cruzan con éxito (se aparean y producen descendencia) con la población residente, lo que se suma al acervo genético.

El cese del flujo de genes puede ser importante para la formación de nuevas especies. Una especie es una población o grupo de poblaciones cuyos miembros son capaces de cruzarse con éxito. Este mestizaje debe ocurrir en condiciones naturales y producir descendencia fértil. Pero considere lo que sucede cuando una población se aísla geográficamente de otras poblaciones de la misma especie. Por ejemplo, a lo largo del tiempo geológico, el nivel del mar fluctúa. Durante los períodos en que el nivel del mar disminuye, una isla que anteriormente estaba en alta mar puede reconectarse con un continente. Cuando el nivel del mar aumente, la isla se reconstruirá en alta mar. Suponga que durante el período de bajo nivel del mar, una población continua de ranas se extiende por el paisaje. Sin embargo, a medida que aumenta el nivel del mar y la isla se vuelve a desarrollar, la población de ranas de la isla quedará aislada de la del continente. Las ranas no pueden cruzar el agua salada, por lo que la población de la isla está aislada genéticamente de la población continental. La población de la isla puede tomar una ruta evolutiva separada a medida que se acumulan conjuntos de frecuencias alélicas y mutaciones claramente diferentes. Eventualmente, la población aislada de la isla puede volverse tan diferente que no puede cruzarse con éxito con la población continental. En este punto, hay dos especies de ranas en lugar de una. Este proceso se llama especiación.

Mutación . Las mutaciones, como recordará, son cambios raros en el ADN de los genes; son la tercera forma en que las frecuencias de ciertos alelos pueden cambiar en relación con otros dentro de las reservas de genes. Las mutaciones producen nuevos alelos que, cuando se transmiten en gametos, provocan un cambio inmediato en el acervo genético. Esencialmente, el nuevo alelo (mutante) se sustituye por otro alelo. Al igual que el flujo de genes, la mutación puede introducir nuevos alelos en una población sobre los que luego actúa la selección natural. Si la frecuencia del alelo mutante aumenta en una población, no es porque las mutaciones estén ocurriendo repentinamente con mayor frecuencia. En cambio, la posesión del alelo mutante podría conferir alguna ventaja que permita a los individuos con el alelo mutante producir más descendencia que aquellos que no lo tienen.En otras palabras, el aumento de la frecuencia en una población del alelo mutante en relación con otros resulta de la selección natural, nuestro próximo enfoque.

Seleccion natural . En su libro Sobre el origen de las especies (1859), Charles Darwin argumentó que las especies no eran formas inmutables creadas especialmente. Sugirió que las especies modernas son descendientes de especies ancestrales. En otras palabras, las especies actuales evolucionaron a partir de especies pasadas. Darwin también propuso que la evolución se produjo por el proceso de selección natural. Sus ideas se pueden resumir brevemente de la siguiente manera:

1. Existe variación individual dentro de una especie. Parte de esta variación se hereda.

2. Algunos individuos tienen más descendientes que otros porque sus características heredadas particulares los hacen más adecuados para su entorno local. Este es el proceso de selección natural.

3. El cambio evolutivo ocurre cuando los rasgos de los individuos que sobreviven y se reproducen se vuelven más comunes en la población. Los rasgos de las personas menos exitosas se vuelven menos comunes.

Según las ideas de Darwin, el éxito evolutivo de un individuo puede medirse por la aptitud (a veces llamada aptitud darwiniana). Fitness compara el número de descendientes reproductivamente viables entre los individuos. Los individuos con mayor aptitud, es decir, que producen una descendencia más exitosa, tienen más genes representados en las generaciones futuras. Para tener éxito en términos de evolución, uno debe reproducir (Figura 22.4). De hecho, podría vivir más de 100 años, pero su aptitud individual sería cero si no se reprodujera. Algunas de las enfermedades o afecciones discutidas en capítulos anteriores están asociadas con la aptitud cero porque causan esterilidad (como el síndrome de Turner) o la muerte antes de la madurez reproductiva (como la enfermedad de Tay-Sachs).

FIGURA 22.4. La aptitud es el número de descendientes que deja un individuo. Estos padres claramente tienen una buena condición física.

Un resultado de la selección natural es que las poblaciones se adaptan mejor a su entorno particular. Esta transformación de la población hacia una mejor aptitud en su entorno se llama adaptación. Sin embargo, si el entorno cambia, los individuos que se han adaptado más finamente al entorno inicial podrían perder su ventaja, y otros individuos con alelos diferentes podrían ser seleccionados por la naturaleza para dejar más descendencia. Si el medio ambiente se estabiliza una vez más, la población se restablece alrededor de un nuevo conjunto de frecuencias alélicas que se adaptan mejor a las nuevas condiciones ambientales.

La evolución de la resistencia a los antibióticos en las bacterias proporciona un ejemplo de selección natural en acción. Considere lo que puede suceder cuando toma un antibiótico para tratar una infección bacteriana. Muchas bacterias mueren con el tratamiento, pero algunas pueden sobrevivir. Las bacterias que sobreviven tienen genes que confieren resistencia al antibiótico. Los supervivientes se reproducen y transmiten el rasgo de resistencia a las generaciones futuras de bacterias. Con el tiempo, la resistencia a los antibióticos se vuelve más común en las poblaciones bacterianas que antes. La evolución de cepas resistentes a los medicamentos puede convertirse potencialmente en una seria amenaza para la humanidad (Capítulo 13a).

La selección natural no conduce a organismos perfectos. Puede actuar únicamente sobre la variación disponible, y la variación disponible puede no incluir los rasgos que serían ideales. Además, la selección natural solo puede modificar las estructuras existentes, no puede producir estructuras completamente nuevas y diferentes desde cero. Finalmente, los organismos tienen que hacer muchas cosas diferentes para sobrevivir y reproducirse, como escapar de los depredadores y encontrar comida, refugio y parejas, y simplemente no es posible ser perfecto en todo. De hecho, las adaptaciones a menudo son compromisos entre las muchas demandas en competencia que enfrenta el organismo.

El cambio evolutivo a gran escala es macroevolución. Mientras que la microevolución implica cambios en las frecuencias de los alelos dentro de las poblaciones, la macroevolución produce cambios en grupos de especies, como podría ocurrir con cambios importantes en el clima. Nuestra discusión sobre la macroevolución comienza con una descripción de cómo se nombran las especies. Luego consideramos cómo se pueden analizar y diagramar sus historias evolutivas.

Nombres cientificos . La biología sistemática se ocupa del nombre, la clasificación y las relaciones evolutivas de los organismos. Un sistema universal para nombrar y clasificar organismos es esencial para comunicar información sobre ellos. Los científicos utilizan el sistema de nombres que desarrolló el naturalista sueco Carl Linnaeus hace más de 200 años. A cada organismo se le da un binomio latino, o un nombre de dos partes, que consiste en el nombre del género seguido del epíteto específico (el término específico, aquí, significa relativo a la especie). Por ejemplo, los humanos pertenecen al género Homo, y nuestro epíteto específico es sapiens, por lo que nuestro binomio es Homo sapiens. Por convención, el nombre del género y el epíteto específico están en cursiva, la primera letra del nombre del género siempre está en mayúscula y el epíteto específico está en minúsculas. A veces, el nombre del género se abrevia: H. sapiens.

Linneo también desarrolló un sistema para clasificar organismos utilizando una serie de categorías cada vez más amplias: especie, género, familia, orden, clase, filo y reino. Especies similares se ubicaron en el mismo género géneros similares (el plural de género) se ubicaron en la misma familia, familias similares en el mismo orden, y así sucesivamente. Por encima del nivel del reino, los científicos han agregado el dominio de categoría al esquema de Linneo (los tres dominios son Archaea, Bacteria y Eukarya, véase el Capítulo 1). A veces, las categorías de Linnaean tienen subdivisiones, por ejemplo, subphyla dentro de phyla. La figura 22.5 presenta las categorías a las que pertenecen los seres humanos.

FIGURA 22.5. Categorías en la clasificación de organismos vivos. Cualquier organismo, incluido un ser humano, puede clasificarse utilizando una jerarquía de categorías cada vez más generales. Los humanos modernos se llaman Homo sapiens. Nos ubicamos en la familia Hominidae, junto con gorilas (2 especies), chimpancés (2 especies, chimpancé común y bonobo) y orangutanes (2 especies). Somos la única especie viva de nuestro género (Homo).

Árboles filogenéticos . Los árboles filogenéticos son diagramas de ramificación utilizados por los científicos para representar hipótesis sobre las relaciones evolutivas entre especies o grupos de especies. Estos árboles pueden ilustrar en forma gráfica simple conceptos que son difíciles de expresar con palabras.

Los científicos que desarrollan hipótesis sobre estas relaciones pueden comenzar creando una matriz de caracteres, como el ejemplo de la figura 22.6a. La matriz de caracteres se puede utilizar para construir un árbol filogenético. Las matrices típicas consisten en columnas verticales que representan especies u otros grupos, y filas horizontales que representan "caracteres" que están presentes o ausentes en esas especies o grupos. La figura 22.6a muestra una matriz simple con un tiburón (pez), una rana (anfibio) y un ser humano (mamífero) comparados con respecto a la presencia o ausencia de tres caracteres: dos apéndices emparejados (aletas o extremidades), dedos individuales y pelo. En la figura 22.6b se muestra un árbol filogenético basado en los resultados de la matriz. Este árbol sugiere que los humanos y las ranas tienen más en común entre sí (dos apéndices emparejados y dígitos individuales) que los tiburones (dos apéndices emparejados) y, por lo tanto, es probable que los humanos y las ranas compartan un ancestro común más reciente. El árbol también muestra que los humanos se diferencian de las ranas por tener pelo.

FIGURA 22.6. Un árbol filogenético describe hipótesis sobre las relaciones evolutivas entre organismos.

Evidencia de Evolución

Sabemos que la evolución ha ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra porque la evidencia física de la evolución nos rodea. Dicha evidencia proviene de muchas fuentes, incluido el registro fósil, la biogeografía, la comparación de estructuras anatómicas y embriológicas y la biología molecular.

La Tierra está plagada de silenciosas reliquias de organismos que vivieron hace mucho tiempo (Figura 22.7). Encontramos, por ejemplo, arañas diminutas conservadas en resina que gotean como savia pegajosa de algún árbol antiguo. Encontramos huesos y dientes mineralizados, restos endurecidos que nos dicen mucho sobre la ascendencia de los vertebrados actuales (animales con columna vertebral). También encontramos impresiones, como huellas, de organismos que vivieron en el pasado. Estos restos conservados e impresiones de organismos pasados ​​son fósiles. La mayoría de los fósiles se encuentran en rocas sedimentarias, como piedra caliza, arenisca, pizarra y tiza. Estas rocas se forman cuando la arena y otras partículas se depositan en el fondo de los ríos, lagos y océanos se acumulan en capas y se endurecen. Los fósiles también se encuentran en cenizas volcánicas, pozos de alquitrán y algunas otras condiciones especializadas.

FIGURA 22.7. Una muestra de vidas pasadas en fósiles.

La fosilización es cualquier proceso mediante el cual se forman fósiles (Figura 22.8). En un caso típico, un organismo muere y se deposita en el fondo de una masa de agua. Si no es destruido por carroñeros, el organismo queda enterrado bajo capas acumuladas de sedimentos. Las partes blandas suelen deteriorarse. Las partes duras como huesos, dientes y conchas pueden conservarse si se impregnan con minerales del agua y sedimentos circundantes. A medida que se agregan nuevas capas de sedimento, las capas más antiguas (inferiores) se solidifican bajo la presión generada por los sedimentos superpuestos. Eventualmente, si los sedimentos son levantados por procesos geológicos y el agua desaparece, el clima puede erosionar la superficie de la formación rocosa y exponer el fósil.

FIGURA 22.8. Una secuencia típica de fosilización

Los fósiles proporcionan una fuerte evidencia de evolución. Los fósiles de organismos extintos muestran similitudes y diferencias con las especies vivas. Las similitudes con otras especies fósiles y modernas se utilizan para evaluar los grados de relaciones evolutivas. A menudo, los fósiles revelan combinaciones de características que no se ven en ninguna forma viva. Estas combinaciones nos ayudan a comprender cómo surgieron nuevas adaptaciones importantes. A veces tenemos la suerte de encontrar formas de transición que vinculan estrechamente a los organismos antiguos con las especies modernas. Considere varias ballenas fósiles descubiertas en los últimos 30 años aproximadamente, estos fósiles documentan una progresión de formas terrestres con miembros anteriores y posteriores a formas más acuáticas con miembros posteriores reducidos a ballenas modernas, que son completamente acuáticas y no tienen miembros posteriores (Figura 22.9a ). Además, se han descubierto algunos restos fósiles de ballenas que tienen un hueso del tobillo con una forma de diagnóstico, el hueso es el astrágalo y la forma es la de una polea doble (Figura 22.9b). El astrágalo de polea doble es característico de los artiodáctilos (un orden de mamíferos ungulados que incluye hipopótamos, ciervos, vacas y berrendos). El descubrimiento de este hueso del tobillo con forma de doble polea en ballenas fósiles proporciona un fuerte apoyo para una estrecha relación filogenética entre ballenas y artiodáctilos.

FIGURA 22.9. La evolución de las ballenas según lo revelan los fósiles de transición

La datación radiométrica se puede utilizar para obtener estimaciones de las edades absolutas de rocas y fósiles. Esta técnica se basa en medir las proporciones de un isótopo radiactivo y su producto de desintegración. Por ejemplo, el potasio radiactivo se desintegra a un ritmo constante para formar argón, por lo que la proporción de potasio radiactivo a argón en un fósil se puede utilizar para estimar la edad absoluta del fósil. Las edades relativas de los fósiles se pueden determinar porque los fósiles que se encuentran en capas más profundas de roca son típicamente más antiguos que los que se encuentran en capas más cercanas a la superficie. Este tipo de observaciones permiten a los científicos reconstruir el surgimiento cronológico de diferentes tipos de organismos. Por ejemplo, los peces son los primeros vertebrados fósiles que aparecen en capas profundas (antiguas) de roca. Sobre esas capas aparecen fósiles de anfibios, luego reptiles, luego mamíferos y finalmente aves. Esta secuencia cronológica para la aparición de los principales grupos de vertebrados ha sido apoyada por otras líneas de evidencia, algunas de las cuales consideraremos más adelante en esta sección.

Aunque el registro fósil nos dice mucho sobre vidas pasadas, tiene limitaciones. Primero, los fósiles son relativamente raros. Cuando la mayoría de los animales o plantas mueren, sus restos son devorados por depredadores o carroñeros o son degradados por microorganismos, productos químicos o procesos mecánicos. Incluso si se forma un fósil, hay pocas posibilidades de que quede expuesto por la erosión u otras fuerzas y no sea destruido por esas mismas fuerzas antes de ser descubierto. En segundo lugar, el registro fósil representa una muestra sesgada de vidas pasadas. Las plantas y animales acuáticos tienen una probabilidad mucho mayor de ser enterrados en sedimentos profundos que los organismos terrestres. Por tanto, es más probable la conservación de organismos acuáticos. Los animales grandes con un esqueleto duro tienen muchas más probabilidades de ser preservados que los animales pequeños con partes blandas. Los organismos de poblaciones grandes y duraderas tienen más probabilidades de estar representados en el registro fósil que los de poblaciones pequeñas que desaparecen rápidamente. A pesar de estas limitaciones, los fósiles documentan que la vida en la Tierra no siempre ha sido la misma que en la actualidad. El simple hecho de estos cambios es una potente evidencia de evolución.

Distribuciones geográficas

La biogeografía es el estudio de la distribución geográfica de los organismos. Las distribuciones geográficas a menudo reflejan la historia y las relaciones evolutivas porque las especies relacionadas tienen más probabilidades que las especies no relacionadas de encontrarse en la misma área geográfica. Una comparación cuidadosa de los animales en un lugar determinado con los que se encuentran en otros lugares puede dar pistas sobre la relación de los grupos. Si se han separado grupos de animales, la biogeografía puede decirnos cuánto tiempo hace que ocurrió la separación.

Por ejemplo, hoy en día encontramos muchas especies de marsupiales, mamíferos como zarigüeyas y canguros, en Australia, pero solo unas pocas en América del Norte y del Sur. La presencia de tantas especies de marsupiales en Australia sugiere que surgieron de ancestros lejanos cuyos descendientes no fueron reemplazados por animales que llegaron de otras regiones. Las nuevas distribuciones de organismos ocurren por dos mecanismos básicos. En un mecanismo, los organismos se dispersan a nuevas áreas. En el otro mecanismo, las áreas ocupadas por los organismos se mueven o se subdividen. Australia es una isla, alejada de otras grandes masas continentales. La historia evolutiva de los marsupiales australianos implica tanto la dispersión como el movimiento de los continentes. La evidencia fósil sugiere que los marsupiales evolucionaron en el hemisferio norte (probablemente América del Norte) y que algunos se dispersaron hacia el sur en América del Sur, luego en la Antártida y más tarde en Australia, a la que la Antártida estaba adherida en ese momento (Figura 22.10). A medida que Australia y otras masas de tierra se desplazaron lentamente para formar la disposición continental moderna, los antepasados ​​de los marsupiales actuales fueron llevados de su lugar de origen para evolucionar de forma aislada en Australia.

FIGURA 22.10. La historia de los marsupiales y Australia implica tanto la dispersión como el movimiento de los continentes.

Realización de investigaciones sobre nuestros familiares

Los chimpancés se ven y se comportan de manera algo diferente a nosotros.

Aún así, es difícil mirarlos a los ojos y no ver algo de nosotros mismos. Los chimpancés son nuestros parientes vivos más cercanos y comparten un porcentaje notablemente alto de nuestra secuencia de ADN. Sin embargo, los usamos a ellos y a otros primates no humanos en investigaciones científicas invasivas que podrían beneficiarnos. ¿Es esto ético?

El uso de primates no humanos en la investigación es costoso y controvertido. Aun así, a menudo se prefieren como sujetos porque son muy similares a los humanos. Por ejemplo, los primates humanos y no humanos poseen cerebros con una organización similar, desarrollan placas comparables en sus arterias y experimentan muchos de los mismos cambios en anatomía, fisiología y comportamiento con la edad. En algunos casos, la investigación ganadora del Premio Nobel ha sido el resultado de las contribuciones de la investigación con primates no humanos, incluido el desarrollo de vacunas para la fiebre amarilla (1951) y la poliomielitis (1954) y la comprensión de cómo se procesa la información visual en el cerebro (1981). La investigación con primates no humanos también ha llevado a avances significativos en nuestra comprensión de la enfermedad de Alzheimer, el SIDA y el síndrome respiratorio agudo severo (SARS). El cuidado y uso de primates no humanos (y otros animales vertebrados) en la investigación está regulado por agencias federales como el Servicio de Salud Pública y el Departamento de Agricultura de EE. UU. La investigación con animales también está regulada a nivel local. Cada colegio, universidad o centro de investigación tiene un

Comité de Uso y Cuidado de Animales cuyos miembros incluyen veterinarios, investigadores y miembros del público. Además de la supervisión federal y local, los científicos y el personal de cuidado de animales se esfuerzan por mejorar el alojamiento de los primates no humanos en cautiverio y por considerar su bienestar psicológico. Incluso con tales esfuerzos, siguen existiendo controversias y preguntas.

Preguntas para considerar

• ¿Deberíamos prohibir el uso de primates no humanos en la investigación médica? Si lo hacemos, ¿se ralentizará el progreso en la lucha contra enfermedades como el sida y el Alzheimer? Si usted o un ser querido tuviera una de estas enfermedades, ¿se sentiría diferente acerca de la investigación con primates no humanos?

• Los primates no humanos representan una fracción de los animales utilizados en la investigación. Más del 90% de los animales de investigación son roedores, como ratas, ratones y cobayas. ¿Dónde trazaría la línea al decidir qué animales (si los hay) son aceptables para su uso en investigaciones que podrían beneficiarnos?

Anatomía y embriología comparadas

La anatomía comparada, como su nombre indica, es la comparación de las anatomías (estructuras físicas) de diferentes especies. Los rasgos comunes o compartidos entre diferentes especies se han considerado durante mucho tiempo una medida de parentesco. En pocas palabras, dos especies con más rasgos compartidos se consideran más estrechamente relacionadas que dos especies sin rasgos compartidos (este principio subyace en el uso de matrices de caracteres para construir árboles filogenéticos). Por ejemplo, muchos vertebrados muy diferentes comparten similitudes en los huesos de sus extremidades anteriores, lo que demuestra que tienen un antepasado en común (Figura 22.11). Las estructuras que son similares y que probablemente surgieron de un ancestro común se denominan estructuras homólogas. Las extremidades anteriores que sostienen las alas de los pájaros y las alas de los murciélagos son estructuras homólogas. A veces, sin embargo, las similitudes no se heredan de un antepasado común. Por ejemplo, las alas de los pájaros y las alas de los insectos permiten el vuelo, pero están hechas de estructuras completamente diferentes. Mientras que las alas de las aves consisten en extremidades anteriores, las alas de los insectos no son verdaderos apéndices, son extensiones de la cutícula del insecto (exoesqueleto). Por lo tanto, las alas de los pájaros y los insectos no reflejan un ancestro común. En cambio, las aves y los insectos desarrollaron alas de forma independiente debido a roles ecológicos y presiones de selección similares, en un proceso conocido como evolución convergente. Las estructuras que son similares debido a la evolución convergente se denominan estructuras análogas.

FIGURA 22.11. Estructuras homólogas. La similitud de los huesos de las extremidades anteriores de humanos, delfines, murciélagos y aves sugiere que estos organismos comparten un ancestro común.

Las estructuras homólogas surgen del mismo tipo de tejido embrionario. Por tanto, la embriología comparada, el estudio comparativo del desarrollo temprano, también puede ser una herramienta útil para estudiar la evolución.Los orígenes embriológicos comunes pueden considerarse evidencia de ascendencia común. Por ejemplo, los embriones humanos de 4 semanas se parecen mucho a los embriones de otros vertebrados, incluidos los peces. De hecho, los embriones humanos a las 4 semanas de gestación vienen completos con una cola y bolsas branquiales, como se muestra en la Figura 22.12. A medida que avanza el desarrollo, las bolsas branquiales de los peces se convierten en branquias. Las bolsas branquiales de los seres humanos se convierten en otras estructuras, como los conductos auditivos que conectan el oído medio y la garganta. No obstante, el hecho de que los embriones humanos, de peces y de todos los demás vertebrados se vean muy similares en las primeras etapas de desarrollo indica una descendencia común de un antepasado antiguo.

FIGURA 22.12. Semejanza temprana en el desarrollo Indica ascendencia común. Embriones En los diferentes vertebrados representativos no están a escala, se han dibujado al mismo tamaño aproximado para permitir la comparación.

Biología molecular comparada

Así como se pueden comparar rasgos visibles como las extremidades anteriores, también se pueden comparar las moléculas que son los componentes básicos de la vida. Por ejemplo, los científicos pueden comparar las secuencias de aminoácidos en proteínas o las secuencias de nucleótidos en el ADN. Como se describe en el Capítulo 21, el Proyecto Genoma Humano ha proporcionado información sobre la ubicación de genes a lo largo de nuestros cromosomas y el orden de los pares de bases que componen nuestros cromosomas. Más recientemente, se ha descrito el genoma del chimpancé y se ha comparado con el de los humanos. Tal comparación revela que los dos genomas son sorprendentemente similares, por ejemplo, la secuencia de ADN que se puede comparar directamente entre los genomas de chimpancé y humanos es aproximadamente un 99% idéntica.

Debido a la radiación de fondo y los errores al copiar el ADN, los cambios de un solo nucleótido en el ADN, llamados mutaciones puntuales, ocurren constantemente a lo largo del tiempo evolutivo con una regularidad similar a la de un reloj. Las tasas de estos cambios varían de un gen a otro. Una vez calibrados contra el registro fósil, estos relojes moleculares permiten a los científicos comparar secuencias de ADN en dos especies como una forma de estimar la cantidad de tiempo que ha pasado desde que las dos especies divergieron de un único ancestro común. Cuanto más diferentes son las secuencias, más tiempo ha transcurrido desde su ancestro común. Por ejemplo, la comparación de secuencias de ADN nos dice que los humanos y los chimpancés se separaron de un ancestro común hace unos 6 millones de años, lo que convierte a los chimpancés en nuestros parientes vivos más cercanos. (Consulte el ensayo sobre cuestiones éticas, Realización de investigaciones sobre nuestros familiares, en la página 478.)

Hemos aprendido sobre la microevolución, la macroevolución y la evidencia de la evolución. Ahora miremos nuestro propio pasado y veamos cómo evolucionaron los humanos.

Comenzamos nuestra discusión sobre la evolución humana con los primates, un orden de mamíferos que incluye humanos, simios, monos y formas relacionadas (como los lémures). Los paleontólogos (científicos que estudian fósiles) creen que los primates evolucionaron hace unos 65 millones de años. Esta estimación tiene en cuenta que los fósiles de primates más antiguos tienen alrededor de 55 millones de años y, como se mencionó anteriormente, se supone que los organismos evolucionan antes que cuando aparecen por primera vez en el registro fósil. Por el contrario, los biólogos moleculares han sugerido que los primates evolucionaron hace unos 90 millones de años. Su estimación se basa en la comparación de secuencias de ADN. A pesar del debate sobre cuándo evolucionaron los primates, la mayoría de los científicos están de acuerdo en que los primeros primates probablemente surgieron de un mamífero arbóreo (que vive en los árboles) que comía insectos. Este antepasado de los primates podría haberse parecido a una musaraña arbórea moderna (Figura 22.13).

FIGURA 22.13. Una musaraña de árbol grande. Estos animales modernos se parecen a los mamíferos arbóreos que se alimentan de insectos de los que probablemente evolucionaron los primates hace más de 65 millones de años.

Características de los primates

Los primates tienen varias características distintivas. Muchas de estas características reflejan un estilo de vida arbóreo especializado en la caza visual y captura manual de insectos. Por ejemplo, los primates tienen articulaciones de hombros flexibles y giratorias y dedos excepcionalmente móviles con almohadillas sensibles en los extremos. Las uñas aplanadas reemplazan a las garras. En muchas especies de primates, el dedo gordo del pie está separado de los otros dedos y los pulgares son oponibles a otros dedos. Por lo tanto, los primates tienen pies y manos que agarran, características que ayudan en la persecución y captura de insectos a lo largo de las ramas. Además, un sistema visual complejo (ojos orientados hacia adelante con visión estereoscópica) y un cerebro grande en relación con el tamaño del cuerpo proporcionan la percepción de profundidad bien desarrollada, la coordinación ojo-mano y el control neuromuscular que necesitan los insectívoros arbóreos. El cerebro relativamente grande también está asociado con un comportamiento social complejo (por ejemplo, los miembros de grupos sociales pueden formar alianzas a largo plazo) y la confianza en el comportamiento aprendido (por ejemplo, el uso de herramientas puede transmitirse de un individuo a otro a través de la observación y la imitación). ). Además, la mayoría de los primates dan a luz a un solo bebé a la vez y brindan un cuidado parental extenso; estas características pueden reflejar la dificultad de cargar y criar múltiples bebés en los árboles.

Los primates modernos se dividen en dos grupos principales (subórdenes). Un suborden contiene lémures, loris y pottos, agrupados porque conservan características ancestrales de los primates, como el tamaño corporal pequeño y los hábitos nocturnos (Figura 22.14). El otro suborden contiene monos, simios y humanos (Figura 22.15).

FIGURA 22.14. Ejemplos de primates modernos del suborden cuyos miembros conservan características ancestrales. El loris hembra con crías en la parte (b) ilustra muchos de los rasgos característicos de todos los primates, como agarrar las manos y los pies, los ojos mirando hacia adelante y el tamaño pequeño de la camada.

FIGURA 22.15. Los monos (como los monos araña y los babuinos) y los simios (como los orangutanes y los gorilas) se colocan con los humanos en otro suborden.

En el pasado, el término homínido se utilizaba para describir a miembros del linaje humano, como las especies de los géneros Australopithecus y Homo (que se analizan más adelante en este capítulo). En ese momento, las especies humanas y prehumanas eran los únicos miembros de la familia Hominidae. Sin embargo, la clasificación de los primates ha cambiado y los simios ahora se incluyen en la familia Hominidae (consulte nuevamente la Figura 22.5). Por lo tanto, el término homínido ahora incluye simios y humanos (miembros de la familia Hominidae). El término homínido ahora se usa para el linaje humano y sus antepasados ​​inmediatos (miembros de la subfamilia Homininae). Como se describió anteriormente, la evidencia molecular sugiere que las líneas que conducen a los humanos y chimpancés modernos divergieron hace unos 6 millones de años. Los datos moleculares indican además que, después de los chimpancés, los gorilas son nuestros parientes vivos más cercanos, seguidos por los orangutanes y luego los gibones. La figura 22.16 muestra estas relaciones hipotéticas entre primates vivos.

FIGURA 22.16. Relaciones hipotéticas entre primates existentes. (Las figuras no están dibujadas a escala).

Comparación de la anatomía esquelética humana y del chimpancé . Los humanos son los primates más terrestres. Muchos aspectos de nuestra anatomía esquelética reflejan este estilo de vida terrestre y nuestra postura erguida al caminar. Caminar sobre dos pies se llama bipedalismo. Nuestra columna vertebral en forma de S y la rótula (rótula) relativamente grande reflejan una marcha bípeda. Aunque los chimpancés pueden caminar sobre dos pies, por lo general usan el caminar cuadrúpedo con los nudillos cuando se mueven por el suelo. Los huesos de sus manos son más robustos que los nuestros porque soportan peso durante la locomoción terrestre. Los chimpancés también pasan tiempo en los árboles, donde usan sus brazos para moverse. Por lo tanto, los brazos de los chimpancés son largos y excepcionalmente fuertes; la fuerza se refleja en las áreas extensas de la escápula (omóplato) para la unión de los músculos grandes del brazo. A diferencia de los humanos, los chimpancés tienen dedos gordos opuestos, otra adaptación para trepar. Las diferencias anatómicas entre chimpancés y humanos también son evidentes en el cráneo y los dientes. Los chimpancés tienen un cerebro más pequeño que los humanos, pero las cejas son más pronunciadas y las mandíbulas sobresalientes. El grado de dimorfismo sexual (diferencia de apariencia entre los sexos) en los dientes caninos también es más pronunciado en los chimpancés que en los humanos específicamente, los caninos son más grandes en los machos que en las hembras en ambas especies, pero la diferencia de sexos es mayor en los chimpancés. La figura 22.17 muestra algunas de las principales diferencias entre los chimpancés y los humanos en cuanto a dientes y esqueleto.

FIGURA 22.17. Algunas diferencias importantes en la anatomía esquelética y los dientes entre chimpancés y humanos. Muchos de estos rasgos reflejan diferencias en locomoción y postura. Mientras que los chimpancés son cuadrúpedos que caminan con los nudillos, los humanos son bípedos con una postura erguida.

En la siguiente discusión sobre nuestra ascendencia, describimos las especies que nos llevaron. En algún momento la línea se convirtió en nosotros. Antes de comenzar a leer sobre nuestra ascendencia, ¿qué cualidades diría ahora que son necesarias para que una especie se considere humana?

Existen varios conceptos erróneos populares sobre la evolución humana entre los no científicos. Un error es la idea de que descendemos de los chimpancés o de cualquiera de los otros simios modernos. Los humanos y los chimpancés representan ramas filogenéticas separadas que divergieron hace unos 6 millones de años. Por tanto, el antepasado común de los humanos y los chimpancés era diferente de cualquier especie moderna de simio.

Otro concepto erróneo es que los humanos modernos evolucionaron de manera ordenada y escalonada. A menudo vemos tal progresión escalonada representada en dibujos, a veces con humor, y su atractivo radica en su simplicidad. Sin embargo, como suele ser el caso, la historia real es mucho más compleja. El camino hacia los humanos modernos ha estado plagado de fenotipos fallidos que conducen a un callejón sin salida tras otro. De hecho, el camino se parece más a un "arbusto" familiar que a una progresión ordenada de lo primitivo a lo moderno.

Un último concepto erróneo es que, a lo largo de la evolución humana, los diversos huesos y sistemas de órganos evolucionaron simultáneamente y al mismo ritmo. Ellos no. No hay razón para creer que el cerebro humano evolucionó al mismo ritmo que, digamos, el apéndice o el pie. En cambio, diferentes rasgos evolucionaron en diferentes momentos y ritmos, mediante un fenómeno conocido como evolución en mosaico.

Tendencias en la evolución de los homínidos

Varias tendencias evolutivas son evidentes en la historia de los homínidos. El bipedalismo evolucionó temprano y probablemente sentó las bases para la evolución de otras características, como el aumento del tamaño del cerebro. Los desarrollos culturales, como el uso de herramientas y el lenguaje, están relacionados con aumentos en el tamaño del cerebro. Una vez que las manos se liberaron de los requisitos de locomoción, podrían usarse para tareas como la fabricación de herramientas. La evidencia de que el bipedalismo precedió al aumento del tamaño del cerebro y los desarrollos culturales proviene de huellas de homínidos fosilizados que se encuentran en Tanzania, África. Estas huellas, estimadas en alrededor de 3.6 millones de años, aparentemente fueron hechas por dos adultos y un niño (Figura 22.18). Las huellas son claramente anteriores a las herramientas de piedra más antiguas de hace 2,6 millones de años. Otros cambios asociados con la postura erguida incluyen la curvatura en forma de S de la columna vertebral (la curva lumbar), modificaciones en los huesos y músculos de la pelvis, piernas y pies y la posición del cráneo en la parte superior de la columna vertebral (consulte nuevamente a el esqueleto humano en la Figura 22.17).

FIGURA 22.18. Estas huellas de homínidos de Laetoli, Tanzania, son anteriores a las herramientas más antiguas conocidas y, por lo tanto, proporcionan evidencia de que el bipedalismo precedió a aumentos en el tamaño del cerebro y tendencias culturales como la fabricación de herramientas. Las impresiones más grandes fueron hechas por dos personas, una siguiendo los pasos del otro. Las huellas más pequeñas pueden haber sido hechas por un niño que caminaba con los dos individuos.

Los rostros de los homínidos también cambiaron. Por ejemplo, la frente cambió de inclinada a vertical, y los sitios de unión de los músculos, como los bordes de las cejas y las crestas del cráneo, se hicieron más pequeños. Las mandíbulas se acortaron y la nariz y el mentón más prominentes. La diferencia de tamaño general entre machos y hembras disminuyó. Los machos de nuestros primeros antepasados ​​parecen haber sido 1,5 veces más pesados ​​que las hembras. Los machos humanos modernos pesan alrededor de 1,2 veces más que las hembras.

En la siguiente discusión sobre nuestros antepasados, nos enfocaremos en los homínidos que más conocemos: los del género Australopithecus y el género Homo. También mencionamos algunos hallazgos recientes de homínidos aparentemente más viejos. Tenga en cuenta que a medida que se encuentran nuevos fósiles de homínidos y se realizan estudios genéticos, las fechas del origen de algunas especies pueden retrasarse.

Australopitecinos . Los primeros restos de homínidos descubiertos recibieron el nombre de género Australopithecus, que significa "simio del sur". Las especies del Australopithecus a veces se denominan colectivamente australopitecinos. Australopithecus anamensis, considerada la especie más antigua de la línea australopitecina, se conoce a partir de una pequeña cantidad de fósiles encontrados en Kenia y Etiopía y datados entre 4,2 y 3,9 millones de años. El fósil de australopitecino más espectacular encontrado hasta la fecha es el de una hembra adulta joven de la especie Australopithecus afarensis (porque fue encontrada en la región de Afar en Etiopía). Fue nombrada Lucy por los científicos que la descubrieron en 1974. Se encontraron más de 60 piezas de los huesos de Lucy cuando se ordenaron los huesos, los científicos estimaron que, al morir, medía alrededor de 1 m (3 pies) de altura y pesaba alrededor de 30 kg. (66 libras Figura 22.19). Se determinó que sus huesos tenían 3,2 millones de años. A medida que se encontraron más restos, se hizo evidente que los machos de la especie de Lucy eran algo más altos (aproximadamente 1,5 mo aproximadamente 5 pies) y más pesados ​​(aproximadamente 45 kg o 99 libras). El cerebro de A. afarensis era similar en tamaño al de los chimpancés o gorilas modernos: unos 430 cm 3 (26 pulgadas 3). Aunque muchos aspectos de la anatomía de A. afarensis sugieren adaptaciones para vivir en árboles, los restos también indican bipedestación. En A. afarensis, vemos un ejemplo de evolución en mosaico: el bipedalismo evoluciona antes de aumentos sustanciales en el tamaño del cerebro.

FIGURA 22.19. Restos fosilizados y reconstrucción de Lucy, una hembra joven de la especie de homínido Australopithecus afarensis. La llamaron Lucy porque la canción de los Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds" sonaba la noche en que Donald Johanson y sus compañeros de trabajo celebraron su descubrimiento.

En 1994, los investigadores encontraron restos de homínidos en Etiopía que eran más antiguos que los de A. anamensis. Con una antigüedad de 4,4 millones de años, los fósiles fueron asignados a la especie Ardipithecus ramidus. Los restos, que incluían partes de más de 30 individuos, tardaron 15 años en excavarse y analizarse por completo. El hallazgo más sorprendente fue un esqueleto parcial (125 piezas) de una hembra que ahora se llama Ardi. Once artículos publicados en 2009 detallaron la anatomía de A. ramidus y sus implicaciones para la evolución humana. Debido a que la forma de la pelvis de Ardi indicaba que era buena tanto para trepar como para caminar erguido, el equipo de investigación sugirió que A. ramidus mostraba bipedalismo facultativo. En otras palabras, al moverse a lo largo de las ramas de los árboles, Ardi puede haber caminado erguido sobre las ramas y trepado con las cuatro ramas. Además, proponen que caminó erguida sobre el suelo, pero no tan bien como los homínidos posteriores. Es posible que Ardipithecus diera lugar al género Australopithecus, que la mayoría de los científicos cree que dio lugar a nuestro propio género, el género Homo. También es posible que Ardipithecus fuera una rama lateral, no a lo largo del camino que nos conducía.

El tamaño y la forma del cerebro se pueden estimar haciendo un endocast, un modelo del interior del cráneo. Tales reconstrucciones son posibles incluso cuando solo se descubren y vuelven a ensamblar algunas partes del cráneo. Los endocasts revelan la anatomía y el tamaño general del cerebro, lo que permite a los científicos sacar conclusiones tentativas sobre las capacidades cognitivas del propietario del cráneo. Sin embargo, los endocasts no capturan los pliegues ni las circunvoluciones de la superficie del cerebro. ¿Crees que los endocasts y los volúmenes cerebrales son indicadores fiables de la inteligencia? ¿Por qué o por qué no?

Hace unos 3 millones de años, cuando A. afarensis había existido durante casi 1 millón de años, aparecieron varias nuevas especies de homínidos en el registro fósil. Los científicos creen que Australopithecus africanus, una de estas nuevas especies, era un omnívoro de caza y recolección. A. africanus, como A. afarensis, era un homínido grácil (o delgado). También aparecieron tres homínidos más "robustos" (anteriormente dentro de Australopithecus, pero ahora ubicados en un género separado, Paranthropus) y se cree que eran vegetarianos que vivían en la sabana. Los robustos homínidos tenían cráneos enormes, huesos faciales pesados, cejas pronunciadas y dientes enormes. Lo que sea que comieran, requería mucha masticación. No está claro si la especie de Lucy, A. afarensis, dio origen a estas otras especies o simplemente vivió al mismo tiempo que ellas. Si bien los robustos homínidos parecen haber sido callejones sin salida evolutivos, los descendientes de A. afarensis pueden haber llevado al género Homo.

Homo habilis . Homo habilis ("hombre hábil"), el primer miembro del género moderno de humanos, apareció en el registro fósil hace unos 2,5 millones de años. Los restos clasificados como H. habilis son muy variables, lo que hace que algunos investigadores cuestionen su clasificación. Algunos investigadores creen que los restos son lo suficientemente variados como para representar más de una especie. H. habilis se diferenciaba de A. afarensis principalmente en el tamaño del cerebro. La capacidad craneal de H. habilis se ha estimado entre 500 y 800 cm 3 (30 y 49 in. 3). Algunos científicos plantean la hipótesis de que H. habilis fue el primer homínido en utilizar herramientas de piedra. En África se han encontrado herramientas de piedra sencillas, que datan de hace 2,5 millones a 2,7 millones de años. No está claro si estas herramientas fueron utilizadas por H. habilis o una de las especies de homínidos robustos. H. habilis pudo haber sido capaz de un habla rudimentaria. Los moldes de un cerebro hechos a partir de fragmentos de cráneo reensamblados indican una protuberancia en el área del cerebro importante para el habla (véase el capítulo 8).

Homo ergaster y Homo erectus . un nuevo homínido, Homo ergaster ("hombre trabajador"), apareció en el registro fósil hace aproximadamente 1,9 millones de años. El nombre refleja las muchas herramientas encontradas con los restos. Tradicionalmente, los científicos habían clasificado estos restos como Homo erectus ("hombre erguido"), pero ahora los diferencian de H. erectus. H. ergaster parece haberse originado en África oriental y coexistió allí durante varios miles de años con algunos de los robustos homínidos.

Se cree que H. erectus se separó de H. ergaster hace alrededor de 1,6 millones de años. H. erectus era un vagabundo, considerado por muchos como el primer homínido que emigró de África y se extendió a Asia. H. erectus se diferenciaba de los homínidos anteriores por ser más grande (hasta 1,85 m, o 6 pies de altura, y un peso de al menos 65 kg o 143 libras) y menos dimórfico sexualmente. H. erectus tenía un volumen cerebral de aproximadamente 1000 cm 3 (61 pulgadas 3). La evidencia indica que H. erectus usó herramientas y armas sofisticadas y pudo haber usado fuego. H. erectus desapareció de la mayoría de los lugares hace unos 400.000 años, pero algunos restos de Java se han fechado en sólo 50.000 años. Los restos de Java sugieren que al menos una población de H. erectus existió al mismo tiempo que los humanos modernos (Homo sapiens).

Homo heidelbergensis, Homo sapiens y Homo neanderthalensis . Los orígenes de los humanos anatómicamente modernos durante los últimos 500.000 años son difíciles de rastrear con certeza, y existen diferentes interpretaciones. Tradicionalmente, los fósiles que no se parecían mucho a los humanos modernos se clasificaban como Homo sapiens arcaico. Los científicos ahora colocan estos fósiles en la especie Homo heidelbergensis, el nombre se refiere a Heidelberg, Alemania, donde se encontró una mandíbula inferior fósil intermedia a las de formas anteriores y H. sapiens. Muchos científicos creen ahora que H. heidelbergensis evolucionó de H. ergaster y no de H. erectus. H. heidelbergensis se extiende desde hace unos 800.000 años hasta hace unos 130.000 años, que es cuando aparecen los primeros restos humanos anatómicamente modernos en el registro fósil. Por tanto, los científicos postulan que H. sapiens y H. neanderthalensis evolucionaron a partir de H. heidelbergensis.

La evidencia fósil más antigua de los humanos modernos (H. sapiens u "hombre pensante") proviene de África y tiene unos 130.000 años. H. sapiens se diferencia de los humanos anteriores por tener un cerebro más grande (1300 cm 3 o 79 pulgadas 3), frente plana, cejas ausentes o muy pequeñas, mentón prominente y una forma corporal muy delgada.

Los neandertales, parientes evolutivos cercanos nuestros, son conocidos en Europa y Asia desde hace unos 200.000 años hasta hace 30.000 años. Los neandertales tenían características distintas aparentemente adaptadas para la vida en un clima frío. Algunos neandertales vivían en cuevas (Figura 22.20a). Se han descubierto sitios de enterramiento de neandertales, lo que los convierte en los primeros homínidos que se sabe que enterraron a sus muertos. Además, el descubrimiento de restos de 50.000 años de personas enfermas, heridas y ancianas sugiere que los neandertales se preocuparon por los menos afortunados entre ellos.

Curiosamente, los neandertales tenían una caja cerebral más grande que la de H. sapiens y un volumen cerebral ligeramente mayor (aproximadamente 1450 cm 3 o 88 pulgadas 3). Sin embargo, estas características pueden no correlacionarse con la inteligencia, sino más bien con el cuerpo más masivo de los neandertales. Tenían huesos más grandes, lo que sugiere una musculatura más pesada y piernas bastante cortas. También tenían una ceja gruesa, una nariz grande, una cara ancha e incisivos y caninos bien desarrollados. Algunos antropólogos consideran que los neandertales son una subespecie de H. sapiens y los llaman H. sapiens neanderthalensis (según este esquema, los humanos modernos se conocen como H. sapiens sapiens). La mayoría de los antropólogos, sin embargo, asignan un estatus de especie a los neandertales y los llaman Homo neanderthalensis.

FIGURA 22.20. Representantes relativamente recientes del género Homo. Estas fotografías fueron tomadas en una exhibición de museo.

Los neandertales desaparecieron del registro fósil hace unos 30.000 años por razones aún misteriosas. Algunos científicos sugieren que fueron superados o simplemente asesinados por una forma de H. sapiens llamada Cro-Magnons (Figura 22.20b). Otros científicos sugieren que el mestizaje entre humanos anatómicamente modernos y neandertales podría haber resultado en la pérdida del fenotipo neandertal. Los científicos ahora tienen una primera versión del genoma neandertal, desarrollado a partir del ADN recuperado de los huesos de tres mujeres neandertales cuyos restos se estimaron en 38.000 años. Una comparación del genoma de los neandertales con los de los humanos actuales de diferentes partes del mundo sugiere que después de su migración desde África hace 50.000 a 80.000 años, los humanos modernos se cruzaron con neandertales en el Medio Oriente antes de extender su rango a Eurasia. Los científicos estiman que entre el 1% y el 4% de los genes de los no africanos actuales provienen de los neandertales.

En 2003, se descubrieron restos de homínidos en una cueva en la isla de Flores en Indonesia. Los restos muestran una mezcla peculiar de características primitivas (por ejemplo, un cerebro pequeño) y características derivadas (por ejemplo, caninos pequeños). Algunos investigadores sugieren que los restos representan una nueva especie de homínido, Homo floresiensis, que se estima que vivió hace entre 95.000 y 17.000 años (tenga en cuenta que esta especie se habría superpuesto en el tiempo con H. sapiens). Otros sugieren que los restos son de individuos de H. sapiens que padecían una afección patológica como microcefalia (un trastorno del neurodesarrollo caracterizado por una cabeza pequeña) o hipotiroidismo (crecimiento y desarrollo reducido debido a la subsecreción de hormona tiroidea). El debate continúa, al igual que el estudio de los artefactos de piedra de la cueva y los sitios cercanos.

Hace unos 12.000 años, H. sapiens cambió de un estilo de vida nómada a uno más sedentario. Asociados con este cambio hubo dos hitos importantes en la historia de la humanidad: la domesticación de animales y el cultivo de cultivos. Por ejemplo, los mamíferos fueron domesticados para protección (perros), alimento (ganado, cerdos y cabras), transporte (caballos, camellos, burros), lana (llamas y alpacas) y control de roedores (gatos y hurones). La agricultura comenzó con el cultivo de cereales hace unos 9000 años.

Los principales hitos de la evolución humana se resumen en la tabla 22.1 y las principales especies de homínidos se muestran en la figura 22.21.

Los restos humanos pueden decir mucho a los científicos sobre la dieta, las enfermedades, los estilos de vida y las relaciones genéticas de nuestros antepasados. Esta información puede ayudar a reconstruir nuestro pasado evolutivo. A veces, sin embargo, la conservación de restos humanos para estudios científicos entra en conflicto con los deseos de los descendientes de hoy en día que desean que los restos de sus antepasados ​​se les devuelvan para que los vuelvan a enterrar. En los Estados Unidos, muchos museos y universidades están desarrollando políticas para el tratamiento y disposición de restos de nativos americanos y nativos hawaianos. ¿Cómo se deben tratar los restos humanos y quién debe recibirlos? Si fueras un director de museo desarrollando una política para el tratamiento de restos humanos, ¿qué harías?

Destacando los conceptos

Evolución de la vida en la Tierra (págs. 469-471)

• Se estima que la Tierra tiene 4.500 millones de años y se cree que la vida se originó hace unos 3.800 millones de años. Una secuencia plausible de eventos conocida como evolución química sugiere que la vida surgió de pequeñas moléculas orgánicas, sintetizadas a partir de moléculas inorgánicas. Las pequeñas moléculas orgánicas se volvieron cada vez más complejas durante un largo período de tiempo. Un paso crítico en este proceso fue el origen del material genético (posiblemente ARN y no ADN), que permitió la transferencia de información de una generación a la siguiente. Finalmente, grandes moléculas orgánicas se agregaron en gotitas que se convirtieron en las precursoras de las células.

• Las primeras células fueron procariotas. De acuerdo con la teoría del endosimbionto, las células más complejas se formaron a medida que se incorporaron organismos más pequeños a las células, formando orgánulos como las mitocondrias. La multicelularidad evolucionó, dando lugar a la aparición en la Tierra de organismos como plantas y animales.

Escala de cambio evolutivo (págs. 471-475)

• La microevolución implica cambios en las frecuencias de los alelos dentro de las poblaciones durante unas pocas generaciones. La macroevolución es una evolución a gran escala, como el origen o la extinción de grupos de especies durante largos períodos de tiempo. La especiación es la formación de nuevas especies.

• Las poblaciones son grupos de individuos de la misma especie que viven en un área en particular. La reproducción y la mutación sexuales producen variaciones en las poblaciones. Con respecto a la reproducción sexual, las fuentes de variación incluyen el cruce y el surtido independiente durante la meiosis. Además, la fertilización produce un cigoto con nuevas combinaciones de alelos. Las mutaciones, cambios raros en el ADN de los genes, producen nuevos genes y nuevos alelos.

• Un acervo genético es una colección de todos los alelos de todos los genes de todos los individuos de una población.

• Las causas de la microevolución incluyen deriva genética (cambio aleatorio en las frecuencias de los alelos debido al azar dentro de una población pequeña), flujo de genes (movimiento de alelos a medida que los individuos entran y salen de poblaciones), mutación (cambio en el ADN de los genes) y cambios naturales. selección (mecanismo de cambio evolutivo mediante el cual los rasgos de los individuos exitosos, los que sobreviven y se reproducen, se vuelven más comunes en una población).

• La biología sistemática se ocupa del nombre, la clasificación y las relaciones evolutivas de los organismos. A cada organismo se le asigna un nombre de dos partes que consta del nombre del género seguido del epíteto específico. Los organismos también pueden clasificarse utilizando una jerarquía de categorías cada vez más generales: especie, género, familia, orden, clase, filo, reino y dominio. Un árbol filogenético es un diagrama esquemático que representa relaciones hipotéticas entre especies o categorías superiores.

Evidencia de Evolución (págs. 475-480)

• Los fósiles son los restos conservados e impresiones de organismos pasados. El registro fósil proporciona evidencia de la evolución al documentar que la vida en la Tierra no siempre ha sido la misma que en la actualidad.

• La biogeografía es el estudio de la distribución geográfica de los organismos. Se producen nuevas distribuciones de organismos cuando los organismos se dispersan a una nueva ubicación o cuando las áreas que ocupan se mueven o se subdividen. Las especies relacionadas tienen más probabilidades que las especies no relacionadas de encontrarse en la misma área geográfica.

• La anatomía y embriología comparadas también proporcionan evidencia de evolución. Las especies con rasgos más compartidos se consideran más propensas a estar relacionadas. Las estructuras que han surgido de un ancestro común se denominan estructuras homólogas y generalmente surgen del mismo tejido embrionario. Por lo tanto, los orígenes embriológicos comunes también pueden verse como evidencia de ascendencia común.

• Las moléculas que son los bloques de construcción básicos de la vida pueden compararse en busca de evidencia de evolución. Por ejemplo, los científicos comparan las secuencias de aminoácidos en proteínas o las secuencias de nucleótidos en el ADN de diferentes especies para medir la relación y estimar el tiempo de divergencia de un ancestro común más reciente.

Evolución humana (págs. 480-487)

• Los humanos son primates, un orden de mamíferos que también incluye lémures, monos y simios. Los primates tienen ojos que miran hacia adelante con visión estereoscópica, articulaciones de hombros flexibles y manos y pies para agarrar. Las uñas aplanadas, en lugar de garras, cubren sus dedos sensibles. Los primates brindan un cuidado parental extenso a una pequeña cantidad de crías.

• Hay dos subórdenes de primates modernos. Uno incluye lémures, loris y pottos, y el otro incluye monos, simios y humanos. El término homínido se refiere al linaje humano y sus antepasados ​​inmediatos, como las especies de los géneros Australopithecus y Homo.

• Los humanos no descendieron de los chimpancés, sino que los humanos y los chimpancés representan ramas separadas que divergieron de un ancestro común. La evolución humana no se produjo en una progresión ordenada desde las formas antiguas a las modernas durante varios períodos, dos o más especies de homínidos vivieron al mismo tiempo, y algunas de esas líneas de especies fueron callejones sin salida evolutivos. Los rasgos de los humanos no evolucionaron al mismo ritmo, la evidencia indica que los rasgos de los humanos evolucionaron a diferentes ritmos, por un fenómeno conocido como evolución en mosaico.

• El bipedalismo evolucionó temprano en los homínidos. Caminar sobre dos pies sentó las bases para la evolución de otras características, como el aumento del tamaño del cerebro, que a su vez se asoció con tendencias culturales como el uso de herramientas y el lenguaje.

• Los restos de homínidos más antiguos encontrados hasta la fecha son los de Ardipithecus ramidus, que se estima que tienen al menos 4,4 millones de años. Se han encontrado pocos fósiles de Australopithecus anamensis, el australopitecino más primitivo que se cree que existió en esta especie hace entre 4,2 y 3,9 millones de años. Se han encontrado excelentes ejemplares de Australopithecus afarensis, una especie de unos 3,8 millones de años. Hace unos 3 millones de años, aparecieron varias nuevas especies de homínidos (Australopithecus africanus y tres especies más robustas del género Paranthropus).

• Hace unos 2,5 millones de años, aparecen restos de Homo habilis en el registro fósil, estos fueron los primeros homínidos en utilizar herramientas. Hace aproximadamente 1,9 millones de años, surgió el Homo ergaster y el Homo erectus se separó de esta especie hace 1,6 millones de años. Fósiles de

H. erectus no se limita a África, lo que indica que este fue el primer homínido en dispersarse de África, esta especie puede haber usado el fuego. Los restos más antiguos de los humanos modernos, el Homo sapiens, datan de 130.000 años. Homo neanderthalensis fue una especie adaptada al frío que coexistió con los humanos modernos hasta hace unos 30.000 años. Dos hitos importantes de H. sapiens son la domesticación de animales y el cultivo de cultivos.

• La hipótesis multirregional sugiere que H. sapiens evolucionó de forma independiente en diferentes regiones de poblaciones distintivas de humanos primitivos. La hipótesis de Fuera de África sugiere que los humanos modernos evolucionaron de los primeros humanos en África y luego se dispersaron a otras regiones, donde reemplazaron a las especies de homínidos existentes.

Repaso de los conceptos

1. ¿Cómo pudo haber evolucionado la vida de moléculas inorgánicas a células complejas? págs. 469-471

2. Distinguir entre microevolución y macroevolución. pag. 471

3. ¿Cuáles son las cuatro fuentes de variación dentro de las poblaciones? pag. 472

4. ¿Cómo conduce la deriva genética a la microevolución? pag. 472

5. Definir la especiación y relacionarla con el flujo de genes. págs. 472-473

6. Defina la selección natural. ¿Cómo se puede mantener la variación dentro de las poblaciones frente a la selección natural? pag. 473

7. Describe el sistema binomial por el que se nombran los organismos y el sistema jerárquico por el que se clasifican. págs. 473-474

8. ¿Qué es un árbol filogenético? pag. 475

9. ¿Qué es un fósil? Describir el proceso de fosilización y relacionarlo con las limitaciones del registro fósil. págs. 475-476

10. ¿Cómo surgen nuevas distribuciones de organismos? pag. 477

11. Distinguir entre estructuras homólogas y análogas. р. 478

12. Describe cómo la embriología comparada proporciona evidencia de evolución. págs. 478-480

13. ¿Qué es un reloj molecular? pag. 480

14. ¿Qué características distinguen a los primates de otros mamíferos? págs. 480-481

15. Nombra cuatro diferencias esqueléticas entre chimpancés y humanos. págs. 481-483

16. ¿Cuáles son tres conceptos erróneos populares sobre la evolución humana? pag. 483

17. Describe las principales especies de homínidos y las tendencias en la evolución de los homínidos. págs. 483-487

18. ¿Cuál de los siguientes no produce variación en las poblaciones?

19. ¿Cuál de las siguientes situaciones ocurre cuando los individuos fértiles entran y salen de las poblaciones?

20. ¿Cuál de los siguientes escaseaba en el medio ambiente de la Tierra primitiva?

C. evolucionó hace más de 10 mil millones de años.

D. eran parte de organismos multicelulares.

22. ¿Cuál de los siguientes primates es nuestro pariente vivo más cercano?

23. ¿Cuál de las siguientes características de un organismo promovería la fosilización?

B. Miembro de una pequeña población

24. ¿Qué homínido fue probablemente el primero en emigrar de África?

una. Australopithecus afarensis

D. Australopithecus africanus

25. Los principales acontecimientos de la evolución humana ocurrieron en

26. ¿Cuál de los siguientes personajes homínidos evolucionó más temprano?

27. _____ es supervivencia y reproducción diferencial.

28. _____ es cuando diferentes rasgos evolucionan a diferentes ritmos.

29. La hipótesis _____ de la evolución humana sugiere que los humanos modernos evolucionaron independientemente en varios lugares de las poblaciones locales de humanos anteriores.

Aplicar los conceptos

1. Un amigo suyo cree que todos los organismos fueron creados especialmente. Crees en la evolución y quieres presentar tu caso a tu amigo. ¿Qué dirías?

2. ¿Puede la vida surgir en la Tierra a partir de material inorgánico en la actualidad? ¿Por qué o por qué no?

3. Eres un biólogo que explora las densas selvas tropicales de Brasil. Observa que un mamífero de tamaño mediano desconocido se mueve por encima de usted en los árboles. ¿Qué características debe presentar este animal para ser clasificado como primate?

4. La enfermedad de Tay-Sachs tiene una aptitud cero porque causa la muerte antes de que el individuo alcance la edad reproductiva. ¿Cómo persiste un rasgo con aptitud cero en una población?

5. ¿Los humanos modernos evolucionaron a partir de los chimpancés? Explicar.

6. A los simios les resulta bastante fácil dar a luz, en comparación con los humanos. Una hembra de mono tiene una pelvis relativamente grande y la pequeña cabeza de su bebé pasa fácilmente a través de un canal de parto espacioso (el canal formado por el cuello uterino, la vagina y la vulva). El nacimiento en humanos es decididamente más difícil y arriesgado. Con su cabeza grande, el feto humano típico puede pasar horas abriéndose paso a través de un canal de parto estrecho. ¿Qué tendencias en la evolución humana podrían haber producido la estrechez del nacimiento humano?

Alfabetización en información

Desarrolle una presentación de PowerPoint sobre el uso de herramientas en los vertebrados existentes. Incluya lo siguiente en su presentación: una definición del uso de la herramienta, las especies en las que se informó el uso de la herramienta, el tipo de uso de la herramienta descrito y las condiciones bajo las cuales se observó, y cualquier rasgo anatómico o de comportamiento asociado con las especies que hacen y utilizar herramientas. Utilice al menos tres fuentes para enumerar estas fuentes en su última diapositiva y explique brevemente por qué las encontró confiables.

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Para mantener joven su cerebro, siga algunos consejos de nuestros primeros antepasados

Las reconstrucciones del Daynès Studio en París muestran a un neandertal masculino (derecha) cara a cara con un humano, Homo sapiens.

Es algo con lo que muchos de nosotros contamos: la sensación de que no somos tan agudos como antes.

Hace poco cumplí 42 años. Habiendo perdido a mi abuelo debido a la enfermedad de Alzheimer, y con mi madre sufriendo una enfermedad neurodegenerativa similar, soy muy consciente de las patologías que pueden acechar debajo de mi cráneo.

En ausencia de una cura para el Alzheimer y otras formas de demencia, las intervenciones más importantes para mantener la función cerebral son preventivas, aquellas que ayudan a mantener nuestro órgano más maravilloso y misterioso.

Basado en la ciencia, tomo aceite de pescado y asado salmón. Ejercito. Intento desafiar mi corteza a lo desconocido.

Mientras escribía mi libro reciente, Una historia del cerebro humano, que relata la historia evolutiva de cómo nuestro cerebro llegó aquí, comencé a darme cuenta de que muchas de las mismas influencias que dieron forma a nuestra evolución cerebral en primer lugar reflejan las mismas medidas que usamos para preservar nuestra función cognitiva hoy.

Ser social y muy comunicativo. Explorando actividades creativas. Consumir una dieta variada y omnívora baja en alimentos procesados. Estar físicamente activo.

Estos rasgos y comportamientos ayudan a repasar nuestro pasado y, creo, fueron fundamentales para que permanezcamos en el planeta hoy.

Y todos fueron, al menos en parte, habilitados por nuestro cerebro.

Los smart alecks sociales terminan primero

La saga humana está plagada de extinciones.

Por "humano", no me refiero solo a Homo sapiens, la especie a la que pertenecemos, pero cualquier miembro del género Homo. Nos hemos acostumbrado a ser la única especie humana en la Tierra, pero en nuestro pasado no tan lejano, probablemente hace unos cientos de miles de años, éramos al menos nueve corriendo.

Había Homo habilis, o el "manitas". Y Homo erectus, el primer "lanzador". Los denisovanos vagaron por Asia, mientras que los neandertales más conocidos se extendieron por Europa.

Pero con la excepción de Homo sapiens, se han ido todos. Y es muy probable que haya sido culpa nuestra.

Los humanos nunca fueron el grupo más rápido en las llanuras africanas y están lejos de ser los más fuertes. Los guepardos, leopardos y leones tenían esas distinciones. En nuestro linaje, la selección natural en cambio favoreció el ingenio y la astucia.

Muchos de nosotros nos convertimos en comida para gatos, pero aquellos con una ligera ventaja cognitiva, especialmente Homo sapiens - vivió. En nuestra calaña, la inteligencia superó la fuerza y ​​la velocidad para permitir la supervivencia.

Inyecciones - Noticias de salud

Cómo se domesticaron los humanos

La ecología, el clima, la ubicación y la pura suerte habrían jugado un papel importante en quién persistió o pereció también, como ocurre con la mayoría de los seres vivos. Pero la presión evolutiva por habilidades mentales más complejas conduciría a una expansión masiva en el tamaño de nuestro cerebro y en los neurocircuitos, que es seguramente la razón principal por la que dominamos el planeta como ninguna otra especie lo ha hecho.

Gran parte de este "éxito", si se puede llamar así, se debió a nuestra vida social.

Los primates son criaturas comunales. Nuestros primos monos cercanos y simios son increíblemente interactivos, y se preparan entre sí durante horas al día para mantener lazos y relaciones. Agregue algunos gritos y gritos y tendrá una comunidad bastante compleja de simios que se comunican.

Una vida social activa es ahora un preservador conocido de la función cerebral.

La investigación muestra que el aislamiento social empeora el deterioro cognitivo (sin mencionar la salud mental, como muchos de nosotros experimentamos el año pasado). Las redes sociales más grandes y las actividades sociales regulares están asociadas con la preservación mental y la progresión lenta de la demencia.

Entrelazada en esta nueva vida social estaba una presión evolutiva que favorecía la innovación. Nuestra eventual capacidad para generar pensamientos e ideas completamente nuevos y compartir esas ideas llegó a definir nuestro género.

Mientras cazábamos y buscábamos juntos, y afilamos piedras en hachas de mano, hubo una creatividad colectiva en el trabajo que nos dio mejores armas y herramientas que permitieron un abastecimiento de alimentos más efectivo y, más tarde, la matanza y el fuego. Compartir de manera efectiva estas innovaciones con nuestros pares permitió que la información se difundiera más rápido que nunca, una semilla para las comunidades y civilizaciones más grandes por venir.

Desafiarnos a nuevas metas y dominar nuevas habilidades no solo puede impresionar a nuestros compañeros y congraciarnos con nuestro grupo, sino que, literalmente, ayuda a preservar nuestro cerebro. Nuevos pasatiempos. Nuevas conversaciones. Aprendiendo el banjo. Incluso jugar a ciertos videojuegos y simplemente conducir una nueva ruta a casa desde el trabajo todos los días, como lo hace el neurocientífico David Eagleman, puede mantener nuestra función alta.

Ya sea puliendo piedra antigua o practicando Sudoku, cualquier búsqueda novedosa y desafiante mental puede ayudar a mantener los circuitos neuronales encendidos.

Realmente somos lo que comemos

Mientras tanto, mientras cazábamos y hacíamos artesanías de formas nuevas y comunitarias, teníamos que comer. Y lo hicimos con una paleta única aventurera.

Homo sapiens se encuentra entre las especies más omnívoras del planeta. Dentro de lo razonable, comemos casi cualquier cosa. Ya sean hojas, carne, hongos o frutas, no discriminamos. En algún momento, uno de nosotros incluso pensó que podría ser una buena idea probar las manchas grises y relucientes que son las ostras, y resulta que los mariscos se encuentran entre los alimentos más saludables para nuestro cerebro.

La variada dieta humana es una parte integral de nuestra historia. Como era la fisicalidad casi constante requerida para obtenerlo.

En múltiples ocasiones durante los últimos 1 a 2 millones de años, los cambios climáticos secaron el paisaje africano, obligando a nuestros antepasados ​​a salir del frondoso bosque hacia los peligrosos pastizales abiertos de par en par. A medida que la evolución nos presionó para crear y comunicarnos para ayudarnos a sobrevivir, una dieta diversa también apoyó nuestra eventual toma de control global.

Nuestro pasado arbóreo nos dejó para siempre deseando los frutos colgantes del bosque, una fuente suprema de azúcares ricos en calorías que aseguraban la supervivencia. En ese entonces no vivíamos lo suficiente para sufrir de diabetes tipo 2: si encontrabas dulces, te los comías. Y hoy estamos atrapados con el gusto por las galletas y los dulces que, dada nuestra mayor esperanza de vida, pueden afectar el cuerpo y el cerebro.

Pero los humanos estaban igualmente dispuestos a comer los bulbos, rizomas y tubérculos de la sabana, especialmente una vez que apareció el fuego. Eventualmente nos convertimos en carroñeros adeptos de carne y tuétano, el botín dejado por los grandes felinos, que preferían la carne de órganos más nutritiva.

A medida que nuestro tallado mejoraba, desarrollamos lanzas y aprendimos a atrapar y cazar a las bestias de las llanuras nosotros mismos. También hay evidencia de que aprendimos a acceder a los criaderos de mariscos a lo largo de la costa africana e incorporar mariscos saludables para el cerebro en nuestra dieta.

La sal

Cambiar su dieta puede ayudar a controlar la depresión y mejorar el estado de ánimo

Estudiar los efectos de la dieta moderna en la salud es complicado. Los estudios dietéticos son notoriamente dudosos y, a menudo, involucran innumerables variables de estilo de vida que son difíciles de desenredar.

Toma arándanos. Múltiples estudios han relacionado su consumo con una mejor salud cerebral. Pero, presumiblemente, las personas propensas a las bayas entre nosotros también son más propensas a comer saludablemente, hacer ejercicio y llegar al nivel 5 en su aplicación de meditación.

Es por eso que tantos investigadores, nutricionistas y psiquiatras nutricionales ahora se enfocan en patrones dietéticos, como los similares a las costumbres culinarias mediterráneas, en lugar de ingredientes específicos. La adherencia a una dieta mediterránea está relacionada con la cognición preservada y múltiples ensayos controlados aleatorios sugieren que hacerlo puede reducir el riesgo de depresión.

Una diversidad similar en nuestra dieta ancestral ayudó a los primeros humanos a soportar un clima en constante cambio y tiempos de escasez. Evolucionamos para subsistir y prosperar con una amplia gama de alimentos, en parte porque nuestro inteligente cerebro nos permitió acceder a ellos. A su vez, una dieta igualmente variada (menos someternos a nuestro antojo innato por el azúcar, por supuesto) es una de las mejores estrategias para mantener la salud del cerebro.

Toda nuestra caza, alimentación y huida de los depredadores habría requerido un esfuerzo físico intenso. Esto ciertamente no fue exclusivo de los humanos, pero no podemos ignorar el hecho de que el ejercicio regular es otro medio eficaz para preservar la salud del cerebro.

Estar activo mejora el desempeño en las tareas mentales y puede ayudarnos a formar mejores recuerdos. Mucho antes de que los Peleton se agotaran, nuestros cerebros dependían de la actividad física y mental.

Pero abrumadoramente, la evidencia apunta a adoptar una colección de factores de estilo de vida para mantener nuestro cerebro saludable, ninguno de los cuales existía en un vacío darwiniano.

Encontrar comida era un esfuerzo tan social como mental y físico. Nuestros cerebros creativos aprovecharon la información para chismear, innovar y cocinar nuestro botín alrededor de la fogata.

Los investigadores están comenzando a reconstruir la compleja patología detrás del inevitable declive del cerebro humano y, a pesar de un desfile de ensayos clínicos fallidos en la demencia, debería haber tratamientos prometedores por delante.

Hasta entonces, al pensar en preservar la experiencia consciente de nuestro mundo y nuestras relaciones, y vivir nuestras vidas más largas y felices, miremos nuestro pasado.


Descripciones generales

Las fuentes citadas en esta sección son libros o libros de texto que cubren la evolución humana. Si bien tienen eso en común, sus énfasis son diferentes. Aiello y Dean 1990 se centra en la morfología, Klein 2009 en la arqueología, Conroy y Pontzer 2012 en el registro fósil y Harcourt 2012 en lo que se puede deducir de los seres humanos vivos y modernos recientes. Wood 2011 incluye entradas que proporcionan detalles de fósiles, sitios y métodos. Wood 2019 es un resumen accesible.

Aiello, L. y C. Dean. 1990. Introducción a la anatomía evolutiva humana. Londres: Academic Press.

Un clásico. A pesar de su edad, es indispensable para estudiantes avanzados que toman cursos de evolución humana.

Cartmill, M. y F. H. Smith. 2009. El linaje humano. Hoboken, Nueva Jersey: Wiley-Blackwell.

Una sólida presentación de la evidencia fósil de la evolución humana realizada por dos investigadores experimentados.

Conroy, G. C. y H. Pontzer. 2012. Reconstruyendo los orígenes humanos: una síntesis moderna. 3d ed. Nueva York y Londres: Norton.

Cubre la evidencia fósil de la evolución humana y su contexto.

Harcourt, A. H. 2012. Biogeografía humana. Berkeley: Univ. de California Press.

Esta amplia encuesta cubre muchos, pero no todos, los temas incluidos en la evolución humana.

Klein, R. G. 2009. La carrera humana: orígenes biológicos y culturales humanos. 3d ed. Chicago: Univ. de Chicago Press.

Richard Klein se especializa en arqueología, pero está muy bien informado sobre el registro fósil de homínidos. Para cualquier persona particularmente interesada en la arqueología, este es el libro para leer.

Madera, B.2019. Evolución humana: una introducción muy breve. Oxford: Universidad de Oxford. Presionar.

Una guía de bolsillo sobre la evolución humana.

Wood, B., ed. 2011. Enciclopedia de la evolución humana de Wiley-Blackwell. 2 vols. Hoboken, Nueva Jersey: Wiley-Blackwell.

Una fuente confiable de información sobre los detalles de la evidencia de la evolución humana y la ciencia que la sustenta.

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Evolución humana en tiempos modernos - Biología

Homo sapiens ('hombre sabio'), la única especie humana que sobrevive en la actualidad, se caracteriza entre los primates por una postura erguida (bipedestación) y un cerebro agrandado. Una comparación de cráneos de primates nos permite visualizar algunas de las modificaciones que permitieron y acompañaron el desarrollo de estas 2 importantes características humanas. Por lo tanto, si bien se puede lograr una mayor aptitud física a través de una mayor masa y fuerza muscular, dientes y garras más afilados y grandes y una ferocidad general, existen muchas otras herramientas para el éxito evolutivo como se refleja en la evolución humana.

  • Homo sapiens - humanos modernos
  • Homo erectus - una especie humana extinta. Los fósiles indican que esta especie vivió aproximadamente desde hace 1,8 millones de años hasta hace 250.000 años. El espécimen proporcionado es una reconstrucción de un fósil.
  • Australopithecus africanus - homínido antiguo. Los fósiles indican que estos primeros humanos vivieron aproximadamente desde hace 4,4 millones de años hasta hace 1,5 millones de años.
  • Pan trogloditas - chimpancé
  • Gorila gorila - gorila
  • Pongo pygmaeus - orangután
  • Papio doguera - babuino

"Monos" se refiere tanto a los monos del Nuevo Mundo (es decir, monos araña, monos aulladores) como a los monos del Viejo Mundo (es decir, macacos, babuinos, monos rhesus).
"Simios" se refiere a los gorilas, chimpancés, orangutanes y gibones, mientras que "grandes simios" se refiere solo a chimpancés y gorilas.
"Antropoide" se refiere a monos, simios y humanos.
"Hominoide" se refiere a simios y humanos.
"Homínido" se refiere a los humanos, tanto antiguos como modernos.

Algunos términos anatómicos que debes conocer:

Anterior - hacia el frente
Posterior - hacia la espalda
Superior - hacia la cima
Inferior - hacia abajo
Medial: hacia la línea media del cuerpo.
Lateral: lejos de la línea media del cuerpo

Objetivos de este ejercicio:

Se familiarizará con algunas características anatómicas del cráneo que difieren entre los primates y, en algunos casos, intentará cuantificar estas diferencias. Mientras trabaja, relacione las diferencias que ve con dos características distintivas del bipedalismo de los humanos modernos y una corteza cerebral muy aumentada (esa parte del cerebro que se ocupa de las funciones cerebrales superiores).

El cráneo de los primates (use los libros de anatomía proporcionados en el laboratorio para ayudarlo a ubicar estas estructuras)

El cráneo consta de la huesos craneales (cráneo), que albergan y protegen el cerebro y el huesos faciales, que forman el rostro y sostienen los dientes. Los huesos del cráneo adulto se articulan (unen) firmemente con los huesos adyacentes mediante suturas inamovibles. El único hueso móvil del cráneo es la mandíbula inferior.

Cráneo - Hueso frontal (Etiqueta en las Figuras I y II)
(forma la frente, la parte anterior de la parte superior del cráneo y el techo de la órbita del ojo)
Nota: Tamaño total y "verticalidad" de este hueso.
Observe y mida: Una cresta ósea ('cresta de la ceja') que puede o no estar presente por encima de las órbitas. Registre su observación (presente / ausente, pequeña, grande, etc.) de un borde de cejas en el cráneo humano y los otros cráneos de primates indicados en la Tabla I.

Cráneo - Huesos parietales (Etiqueta en la Figura II)
(huesos emparejados derecho / izquierdo que se encuentran a lo largo de la línea media en la parte superior del cráneo)
Nota: Sutura sagital, que separa los dos huesos parietales (pero no se muestra ni en la Figura I ni en la II)
Observe y mida: Presencia o ausencia de cresta sagital media: una "quilla" ósea vertical ósea formada en la sutura sagital. Registre sus observaciones de la cresta sagital en el cráneo humano y los otros cráneos de primates. Si está presente, indique pequeño, mediano o grande en la Tabla I.

Cráneo - Hueso occipital (Etiqueta en la Figura II)
(forma la porción posterior del cráneo y contiene el foramen magnum)
Observe y mida: Sutura lambdoidal entre el hueso occipital y los huesos parietales. ¿Esta sutura es plana o rugosa y expandida? Los músculos que ayudan a levantar la cabeza se unen aquí (puede sentirlos en usted mismo mientras levanta y baja la cabeza). Registre su observación de esta sutura en la Tabla I.

Tabla I - Evaluación de algunas crestas óseas del cráneo en varios primates
Homo
sapiens
Homo
erectus
Australop.
africanus
Sartén
trogloditas
Gorila
gorila
Gorila
gorila
Pongo
Pygmaeus
Pongo
Pygmaeus
Papio
doguera
Frente
Cresta
Sagital
Cresta

Lambdoidal
Sutura

Reflexionar: las crestas óseas expandidas indican los sitios de unión del músculo; cuanto más grande es la cresta ósea, mayor es la masa muscular de unión. ¿Qué acciones musculares podrían estar asociadas con las crestas que acaba de examinar?

  • distancia desde el punto medio del foramen magnum hasta el borde posterior del hueso occipital (Posterior - Tabla II)
  • distancia desde el punto medio del foramen magnum hasta el borde anterior de los dientes superiores (Anterior - Tabla II)
  • calcule (¡haga la división!) y registre la relación de 'anterior' a 'posterior' en la Tabla II.

Reflexiona: ¿Existe una tendencia en la proporción? ¿En qué se diferencia la posición del foramen magnum en homínidos frente a monos y simios?

Cráneo - Hueso temporal (Etiqueta en las Figuras I y II)
(forma el lado del cráneo alrededor y por encima de las orejas)
Observe y mida: Prominencia de la apófisis mastoides, un "bulto" de hueso rugoso que se puede sentir fácilmente detrás de la oreja. El músculo esternocleidomastoideo, que gira la cabeza de lado a lado y flexiona el cuello, se adhiere a la apófisis mastoides. Indique si el proceso mastoideo es pequeño, mediano, grande o ausente en la Tabla III.
Etiquete este proceso en la Figura II.

Observe y mida: Presencia de la apófisis estiloides, una fina "espiga" de hueso anterior y medial a la apófisis mastoides. El músculo estilohioideo, que participa en el movimiento de la lengua, se adhiere a la apófisis estiloides. Indique si la apófisis estiloides es pequeña, mediana, grande o está ausente en la Tabla III.
Etiquete este proceso en la Figura II.


Tabla III - Evaluación de los procesos óseos del hueso temporal en varios primates
Homo
sapiens
Homo
erectus
Australop.
africanus
Sartén
trogloditas
Gorila
gorila
Gorila
gorila
Pongo
Pygmaeus
Pongo
Pygmaeus
Papio
doguera
Mastoides
proceso
Estiloide
Proceso

Reflexione: ¿Existe una tendencia en la prominencia de estos procesos óseos? ¿Por qué podrían ser más prominentes en los homínidos?

Huesos faciales - Hueso cigomático (Etiqueta en las Figuras I y II)
(pares de huesos derecho / izquierdo que forman los pómulos y la superficie lateral de la órbita del ojo)
Nota: Arco cigomático: una rama delgada formada por los huesos temporal y cigomático. Puedes sentir este proceso a ambos lados de tu cara. Los músculos masticadores se adhieren a este arco óseo. Rotule este arco en la Figura II.

  • altura del maxilar - distancia desde el borde inferior de la órbita hasta la base del molar medio. Mueva la cinta métrica según sea necesario para mantenerla recta y plana. Registre como 'altura' en la Tabla IV.
  • longitud del maxilar - distancia desde el borde inferior de la órbita hasta el borde anterior de los incisivos frontales. Nuevamente, mantenga la cinta métrica plana. Registre como 'longitud' en la Tabla IV.
  • calcule (¡haga la división!) y registre la relación entre la longitud y la altura en la Tabla IV.

Reflexiona: a medida que disminuye el prognatismo, ¿qué sucede con la proporción? ¿Se convierte en un número mayor o menor? ¿Cuál es la tendencia en la extensión del prognatismo al comparar al hombre moderno con otros primates? a los homínidos anteriores?

Huesos faciales - Mandíbula (Etiqueta en las Figuras I y II)
(la mandíbula inferior: el único hueso móvil del cráneo, alberga los dientes inferiores)

Nota: los rama (plural = 'rami') - las 'ramas' que se proyectan verticalmente a cada lado de este hueso. Rotule la rama en la Figura II.
Nota: proceso condilar - el botón redondeado que se articula con el hueso temporal en la articulación temporomandibuloar ("ATM")
Nota: los cuerpo - la porción curva de la mandíbula excluyendo las 2 ramas - forma el 'mentón'.
Observe y mida: Para cuantificar la forma de la mandíbula en el cráneo humano y los otros cráneos de primates indicados en la Tabla V, compararemos el ancho y el largo usando estas distancias:

  • ancho de la mandíbula: distancia entre los bordes internos de los procesos condilares (condiloides). Registre como ancho en la Tabla V.
  • largo de la mandíbula: distancia entre la apófisis condilar y el borde anterior del cuerpo de la mandíbula. Registre como longitud en la Tabla V.
  • calcule (¡haga la división!) y registre la relación entre el largo y el ancho en la Tabla V.

Reflexiona: ¿Existe una diferencia en la robustez general de este hueso en Homo en comparación con otros primates? ¿Es la proporción mayor o menor en Homo en comparación con otros primates? ¿Encaja esto con el cambio en el prognatismo ilustrado por el maxilar?

El diente (Etiqueta en la Figura II)

  • 2 incisivos
  • 1 canino
  • 2 premolares
  • 3 molares (solo 2 si faltan las muelas del juicio)

Reflexiona: los caninos obviamente funcionan como dispositivos para desgarrar la carne en los carnívoros. ¿Podrían tener otras adaptaciones "conductuales"? Relacione esto con su reducción significativa de tamaño en los humanos modernos.

Medición de la capacidad craneal

Observe y mida: Se puede lograr una medida burda de la capacidad craneal, que refleja directamente el tamaño del cerebro, llenando el espacio craneal con frijoles y luego cuantificando este volumen. Utilice los frijoles y las cucharadas que se proporcionan y llene con cuidado el espacio craneal a través del foramen magnum. Tenga cuidado de mantener el cráneo en una posición para evitar que los frijoles se derramen. Cuando el espacio parezca estar lleno, vierta con cuidado los frijoles a través del foramen magnum en un cilindro graduado grande, usando el embudo. La medida que obtendrá será en mililitros, que se traducen directamente a cc, la unidad adecuada para usar para el volumen. Registre la capacidad craneal en cc en la Tabla VII.


Algunos miembros de comunidades tanto religiosas como científicas consideran que la evolución se opone a la religión. Pero otros no ven ningún conflicto entre la religión como una cuestión de fe y la evolución como una cuestión de ciencia. Otros ven una relación mucho más sólida y constructiva entre las perspectivas religiosas y la evolución. Muchos líderes y organizaciones religiosas han declarado que la evolución es la mejor explicación para la maravillosa variedad de vida en la Tierra.

Muchos científicos son personas de fe que ven oportunidades para un diálogo respetuoso sobre la relación entre religión y ciencia. Algunas personas consideran la ciencia y la fe como dos áreas separadas del entendimiento humano que enriquecen sus vidas de diferentes maneras. Este museo anima a los visitantes a explorar nuevos hallazgos científicos y decidir cómo estos hallazgos complementan sus ideas sobre el mundo natural.


Ver el vídeo: Homo Sapiens. La Evolucion Humana. Grandes Documentales Documentales Interesantes (Febrero 2023).