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¡Feliz cumpleaños número 200, Darwin!
Febrero 2009
La traducción al Español fue realizada por la Dra. Natalia Biani gracias a una beca de la Sociedad Europea de Biología Evolutiva

Darwin and finch
Este 12 de febrero se cumplirían 200 años del nacimiento de Charles Darwin, y todo el mundo esta invitado a la fiesta. Numerosos grupos alrededor del mundo — desde niños en las escuelas primarias, hasta museos e iglesias — celebraran la ciencia de la evolución con conferencias públicas, clases, obras teatrales, exhibiciones artísticas y muchísimas galletas con forma de tortugas. 'Evolución en las noticias' de este mes contribuye a la celebración mediante la revisión de un tema cercano y querido por Darwin: los pinzones de Galápagos. Revisaremos lo que Darwin sabía acerca de ellos y averiguaremos que han aprendido los biólogos acerca de su evolución en más de 150 años desde que Darwin vio por primera vez a estos modestos — pero diversos — pájaros.

¿Donde esta la evolución?
Aprende más sobre Darwin:

Si puede ver este texto en lugar de una película, necesitas tener instalado Adobe Flash Player (vaya a www.adobe.com).
NESCent Video sobre como la cultura modeló las ideas de Darwin proporcionado por el Centro Nacional de Síntesis Evolutiva (NESCent). Para obtener más información, visite el sitio web de NESCent.
En su viaje a Galápagos, Darwin colectó nueve especies de pinzones (los científicos reconocen actualmente 14 o 15) — pero el sólo pudo identificar precisamente a 6 de ellas como pinzones. Algunos de los pájaros eran tan diferentes de los pinzones comunes que Darwin asumió que eran chochines o miembros de la familia de los turpiales. Darwin descubrió su error sólo cuando regresó a Inglaterra y le mostró sus especímenes a un famoso ornitólogo quien le informo a Darwin que en realidad todos los pájaros pertenecían a un mismo grupo de pinzones.

Eventualmente — después de que sus ideas sobre evolución empezaron a tomar forma — Darwin reconoció que los pinzones, con sus distintos tamaños, formas de picos y color de plumaje podrían perfectamente ejemplificar sus ideas sobre adaptación a través de selección natural y ancestros comunes. Él no sabía mucho sobre la evolución de estos pájaros, pero dedujo que todos ellos evolucionaron de un ancestro común que de alguna manera habría llegado a Galápagos y se habría diversificado en una gran variedad de formas especializadas. En 1845, Darwin resumió sus ideas: "Al ver esta gradación y diversidad en estructura en un pequeño grupo de pájaros íntimamente relacionados, uno podría concebir que a partir de un reducido número de pájaros en este archipiélago, una especie ha sido modificada y llevada a diferentes finales." Las hipótesis de Darwin acerca de la evolución de los pájaros estaban basadas en observaciones bastante casuales (¡sus equivocaciones en las etiquetas de los especímenes de pinzones y localidades han dado interminables dolores de cabeza a los historiadores!) y en una poderosa teoría. Investigaciones posteriores lo han respaldado en todos los aspectos y han iluminado nuevos detalles. ¿Qué hemos aprendido acerca de la evolución de los pinzones de Galápagos desde los tiempos de Darwin? ¡¡Mucho!! Estas son algunos de los datos y revelaciones sobre la historia evolutiva de los pinzones que investigaciones recientes han descubierto:

¿Quiénes son sus ancestros? Un estudio del ADN de los pinzones de Galápagos sugiere que están cercanamente relacionados a pinzones que se alimentan con semillas y viven en el Caribe, en América Central y en Sudamérica. Según el grado de divergencia de la secuencia genética de los pinzones, los científicos piensan que ellos deben haber llegado a las islas hace dos o tres millones de años atrás y comenzaron a diversificarse luego de su llegada. Todavía no estamos seguros (y tal vez nunca lo sabremos) porque los pinzones de Galápagos originales se aventuraron a cruzar los 900 kilómetros de océano que separan las islas del continente, pero si sabemos que un número considerable de pájaros (probablemente 30 o más) pudieron realizar el viaje. Algunos biólogos han estudiado los genes que codifican algunas partes del sistema inmune de los pinzones (el complejo mayor de histocompatibilidad) y encontraron que los pinzones son muy diversos con respecto a este complejo. Dado que poblaciones que se originan a partir de un pequeño número de fundadores tienden a ser más uniformes en este aspecto, podemos inferir que los pinzones deben haber sido más numerosos que el número mínimo para iniciar una población. ¿Cómo están relacionados? Las secuencias genéticas de los pinzones de Galápagos y de Cocos sugieren que ellos forman un clado monofilético — es decir, que ellos representan a todos los descendientes vivos de un único ancestro común. Sus secuencias genéticas también aclaran las relaciones entres especies, como puede verse en esta filogenia. Los pinzones que se alimentan de manera similar tienden a estar cercanamente relacionados entre sí. Por ejemplo, las dos especies de pinzones que se especializan en comer frutos de cactus son primos evolutivos muy cercanos. A partir de evidencia geológica y de otras líneas de evidencia, sabemos que los pinzones se especiaron durante un tiempo turbulento. A lo largo de los pasados 2 millones de años, la actividad volcánica agregó 14 nuevas islas al archipiélago de Galápagos, el nivel del mar cambió (alterando el tamaño de las islas y la distancia entre ellas) y el clima de las islas ha también cambiado. El ancestro de los pinzones probablemente llegó a un exuberante paraíso tropical — el cual se tornó más fresco y más seco en los milenios siguientes. La cambiante ecología, geología y geografía de Galápagos proveyó muchas oportunidades para el aislamiento y especialización de las poblaciones de pinzones.

Genetic sequences show that finches with similar feeding approaches tend to be closely related to one another

Descargar esta gráfica de la biblioteca de imágenes.

¿Cómo evolucionan los pinzones? ¡Rápidamente! Por más de 30 años, los biólogos Peter y Rosemary Grant, junto con sus colegas y estudiantes, han documentado cuidadosamente los altibajos de los pinzones en la isla Daphne Mayor del archipiélago. Aún en este corto período de tiempo, ellos han observado en forma directa la evolución del tamaño del cuerpo, tamaño de pico y forma del pico en respuesta a condiciones ecológicas cambiantes, tales como sequías y fenómenos del Niño (los cuales cambian las proporciones de los diferentes tipos de semillas disponibles como comida) y asimismo debido a la invasión de otra especie de pinzón que compite con los locales por comida.

graphs showing change in beak shape over time

¿Cuál es la base genética de este cambio evolutivo?
Darwin estaba impresionado por la diversidad en la morfología de los picos de los pinzones, los cuales variaban desde angostos 'tubos' hasta poderosas maquinas de triturar. Estas formas diferentes de picos están codificadas en los genes de los pinzones. Con las últimas técnicas genéticas y de desarrollo, los biólogos han identificado hasta ahora dos de los genes que están involucrados en remodelar los picos a lo largo del tiempo evolutivo. Cuando el gen Bmp4 está activo desde el comienzo y en altos niveles en el pico de un pájaro en desarrollo, el pico se torna más profundo y más ancho. Cuando el gen CaM esta activo y con altos niveles en el pico de un pájaro en desarrollo, el pico se torna elongado. Estos genes son relativamente similares entre las diferentes especies de pinzón — pero están activos o inactivos en diferentes momentos. Por ejemplo, niveles particularmente altos de Bmp4 durante el desarrollo parecen resultar en el pico robusto de Geospiza magnirostris. La evidencia sugiere que, a lo largo del tiempo evolutivo, cambios en los patrones de expresión de estos y otros genes (por ejemplo, cuando y donde se activan y se desactivan) han evolucionado, produciendo la diversa serie de formas de picos de pinzones que vemos actualmente.

Geospiza magnirostris Geospiza scandens
Geospiza magnirostris (izquierda) con su pico robusto y Geospiza scandens (derecha) con su pico mas esbelto.

En los últimos 150 años, los científicos han aprendido muchísimo acerca de la evolución de los pinzones de Galápagos. Sin conocer los genes, DNA, datación isotópica y una multitud de implementos que tienen los biólogos evolutivos modernos, Darwin no podría haberse imaginado los avances que vendrían hacia nuestra comprensión de la evolución — que podemos, por ejemplo, reconstruir las relaciones evolutivas entre un grupo de organismos simplemente a través de una muestra de sangre y secuenciando sus genes. ¡Definitivamente, hemos recorrido un largo camino! Sin embargo, la ciencia es un proceso continuo, y aun cuando reflexionamos sobre el bicentenario de Darwin, los biólogos continúan mirando hacia adelante. Los científicos que estudian a los pinzones de Galápagos están actualmente tratando de aprender más acerca de la cambiante ecología de Galápagos, como y porque las poblaciones de pinzones dejaron de reproducirse entre sí, los cambios genéticos que acompañaron a esas separaciones y mucho más. Imaginamos que Darwin no podría haber pedido un mejor regalo para su cumpleaños número 200 que ver que su trabajo de toda la vida se ha extendido tan poderosamente.


Para leer más sobre este tema

Literatura científica:

  • Abzhanov, A., Kuo, W. P., Hartmann, C., Grant, B. R., Grant, P. R., and Tabin, C. J. (2006). The calmodulin pathway and evolution of elongated beak morphology in Darwin's finches (El ciclo de calodulin y la evolución de la morfología elongada en los picos de los pinzones de Darwin). Nature 442:563-567.
    read it

  • Abzhanov, A., Protas, M., Grant, B. R., Grant, P. R., and Tabin, C. J. (2004). Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin's finches (Bmp4 y la variación morfológica de los picos de los pinzones de Darwin). Science 305(5689):1462-1465.
    read it

  • Grant, P. R., and Grant, B. R. (2002). Unpredictable evolution in a 30-year study of Darwin's finches (Evolución impredecible en un estudio de 30 años sobre los pinzones de Darwin). Science 296(5568):707-711.
    read it

  • Sulloway, F. J. (1982). Darwin and his finches: the evolution of a legend (Darwin y sus pinzones: la evolución de una leyenda). Journal of the History of Biology 15(1):1-53.


Artículos en diarios y revistas:

Recursos para comprender la evolución (sitio web: Understanding Evolution):

Discusión y preguntas relacionadas

  1. Los pinzones de Galápagos representan una radiación adaptativa. Lea este corto artículo sobre diversidad, y en sus propias palabras, explique que es 'radiación adaptativa.'

  2. Investigue y explique otro ejemplo de radiación adaptativa, que no involucre mamíferos ni los pinzones de Galápagos.

  3. Lea este corto artículo sobre especiación. Explique como la formación de nuevas islas en el archipiélago de Galápagos pudo haber sido un factor importante para la diversificación a partir de una sola especie de pinzón en varias especies.

  4. Imagine que usted es un biólogo que esta estudiando los pinzones y descubre que dos especies de pinzones tienen exactamente la misma secuencia en el gen Bmp4, pero tienen picos de diferente forma. Una especie tiene pico ancho y profundo mientras que la otra tiene un pico corto y angosto. Usted sabe que el gen Bmp4 juega un papel importante en la forma de los picos. Explique como las dos especies pueden tener una idéntica secuencia genética en el gen Bmp4 y tener picos tan diferentes.

  5. Imagine que un grupo de biólogos descubre una nueva especie de pinzón que habita en las selvas de Colombia. Ellos toman muestras de ADN de los pájaros y encuentran que su secuencia genética es más similar a los pinzones comedores de cactus de Galápagos. Use la filogenia de arriba para construir una hipótesis acerca de donde viene este nuevo pájaro y como evolucionó.


Lecciones relacionadas y recursos didácticos

  • Enseñe los conceptos de adaptación y especiación: Esta versión de la actividad de picos de pájaro para grados de 6 a 12 años les enseña a los estudiantes los conceptos de variación, aislamiento reproductivo, selección natural y adaptación.

  • Enseñe los conceptos de especiación en islas: En esta actividad para grados de 9 a 12 años, los estudiantes "se van de viaje" a las Antillas Mayores para descubrir como las lagartijas Anolis de las islas podrían haber evolucionado.

  • Enseñe el concepto de radiación adaptativa: Este artículo para grados de 9 a 12 años acompaña a la científica Chelsea Specht mientras ella une las partes de una historia evolutiva de un grupo de plantas tropicales y sus polinizadores - y a su vez trata de dilucidar como conservar especies en peligro de extinción.


Referencias

  • Abzhanov, A., Kuo, W. P., Hartmann, C., Grant, B. R., Grant, P. R., and Tabin, C. J. (2006). The calmodulin pathway and evolution of elongated beak morphology in Darwin's finches. Nature 442:563-567.

  • Abzhanov, A., Protas, M., Grant, B. R., Grant, P. R., and Tabin, C. J. (2004). Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin's finches. Science 305(5689):1462-1465.

  • Darwin, C. R. (1845). Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited During the Voyage of H.M.S. Beagle Round the World, Under the Command of Capt. Fitz Roy, R.N. 2d edition. London: John Murray. Retrieved January 12, 2009 from The Complete Works of Charles Darwin Online

  • Grant, P. R., and Grant, B. R. (2002). Unpredictable evolution in a 30-year study of Darwin's finches. Science 296(5568):707-711.

  • Grant, P. R., and Grant, B. R. (2008). How and Why Species Multiply: The Radiation of Darwin's Finches. Princeton and Oxford: Princeton University Press.

  • Sulloway, F. J. (1982). Darwin and his finches: the evolution of a legend. Journal of the History of Biology 15(1):1-53.


Finch photos by Gerald and Buff Corsi © California Academy of Sciences; finch beak shape graphs adapted from Grant, P. R., and Grant, B. R. (2002). Unpredictable evolution in a 30-year study of Darwin's finches. Science. 296: 707-711.



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