Nada en la biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución

Nada en la biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución.

-Theodosius Dobzhansky, 1973

La biología es una ciencia fundamentalmente diferente de la física o química, que se ocupan de las propiedades inalterables de la materia que puede ser descrito por ecuaciones matemáticas. Los sistemas biológicos, por supuesto, siguen las reglas de la química y la física, pero la biología es una ciencia histórica, ya que las formas y estructuras del mundo viviente actual son el resultado de miles de millones de años de evolución. A través de la evolución, todos los organismos están relacionados en un árbol genealógico que se extiende desde los primitivos organismos unicelulares que vivieron en un pasado lejano hasta las diversas plantas, animales y microorganismos de la era actual (Figura 1-1, Tabla 1-1). La gran perspicacia de Charles Darwin (Figura 1-2) fue el principio de la selección natural: los organismos varían al azar y compiten dentro de su entorno por los recursos. Sólo los que sobreviven y se reproducen son capaces de transmitir sus rasgos genéticos.

A primera vista, el universo biológico parece sorprendentemente diverso, desde pequeños helechos hasta altos abetos, desde bacterias unicelulares y protozoos visibles sólo bajo un microscopio hasta animales multicelulares de todo tipo. De hecho, las células vienen en una asombrosa variedad de tamaños y formas (Figura 1-3).

Algunas se mueven rápidamente y tienen estructuras que cambian rápidamente, como podemos ver en las películas de amebas y rotíferos. Otras son en gran parte estacionarias y estructuralmente estables. El oxígeno mata algunas células pero es un requisito absoluto para otras. La mayoría de las células de los organismos multicelulares están íntimamente relacionadas con otras células. Aunque algunos organismos unicelulares viven aislados (Figura 1-3a), otros forman colonias o viven en estrecha asociación con otros tipos de organismos (Figura 1-3b, d), como las bacterias que ayudan a las plantas a extraer el nitrógeno del aire o las bacterias que viven en nuestros intestinos y nos ayudan a digerir los alimentos. Sin embargo, el desconcertante conjunto de formas biológicas externas se superpone a una poderosa uniformidad: gracias a nuestra ascendencia común, todos los sistemas biológicos están compuestos por células que contienen los mismos tipos de moléculas químicas y emplean principios similares de organización a nivel celular. Aunque los

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FIGURA 11 Todos los organismos vivos descienden de una célula ancestral común. Todos los organismos, desde las simples bacterias hasta los mamíferos complejos, probablemente evolucionaron de un ancestro unicelular común. Este árbol genealógico representa las relaciones evolutivas entre los tres linajes principales de organismos. La estructura del árbol se determinó inicialmente a partir de criterios morfológicos: las criaturas que se parecen se pusieron juntas. Más recientemente, las secuencias de ADN y proteínas

encontrados en los organismos han proporcionado más criterios ricos en información para asignar relaciones. Cuanto mayores son las similitudes en estas secuencias macromoleculares, más estrechamente se piensa que los organismos están relacionados. Los árboles basados en comparaciones morfológicas y el registro fósil generalmente coinciden bien con los basados en datos moleculares.

tipos básicos de moléculas biológicas se han conservado durante los miles de millones de años de evolución, los patrones en los que se ensamblan para formar células y organismos funcionales han sufrido cambios considerables.

Ahora sabemos que los genes, que químicamente están compuestos de ácido desoxirribonucleico (ADN), definen en última instancia la estructura biológica y mantienen la integración de la función celular. Muchos genes codifican proteínas, las moléculas primarias que forman las estructuras celulares y llevan a cabo actividades celulares. Las alteraciones en la estructura y organización de los genes, o mutaciones, proporcionan la variación aleatoria que puede alterar la estructura y función biológica. Aunque la gran mayoría de las mutaciones aleatorias no tienen ningún efecto observable en la función de un gen o una proteína, muchas son perjudiciales, y sólo unas pocas confieren una ventaja evolutiva al organismo. En todos los organismos se producen constantemente mutaciones en el ADN, lo que permite que con el tiempo se produzcan pequeñas alteraciones en las estructuras y funciones celulares que pueden resultar ventajosas. Rara vez se crean estructuras celulares completamente nuevas; con mayor frecuencia, las estructuras celulares existentes experimentan cambios que adaptan mejor el organismo a las nuevas circunstancias. Leves cambios en una proteína pueden causar cambios importantes en su función o abolir su función por completo

Por ejemplo, en un organismo particular, un gen puede

se duplican al azar, tras lo cual una copia del gen y su proteína codificada conservan su función original mientras que, con el tiempo, la segunda copia del gen muta de tal manera que su proteína adquiere una función ligeramente diferente o incluso totalmente nueva. Durante la evolución de algunos organismos, todo el genoma se duplicó, lo que permitió que las segundas copias de muchos genes sufrieran mutaciones y adquirieran nuevas funciones. La organización celular de los organismos desempeña un papel fundamental en este proceso porque permite que estos cambios se produzcan por pequeñas alteraciones en las células previamente evolucionadas, dándoles nuevas capacidades. El resultado es que los organismos estrechamente relacionados tienen genes y proteínas muy similares, así como organizaciones celulares y tisulares similares.

Los organismos multicelulares, incluido el cuerpo humano, están compuestos por elementos tan estrechamente interrelacionados que ningún elemento individual puede apreciarse plenamente aislado de los demás. Los organismos contienen órganos, los órganos están compuestos de tejidos, los tejidos están constituidos por células y las células están formadas por moléculas (Figura 1-4). La unidad de los sistemas vivos está coordinada por muchos niveles de interrelación: las moléculas llevan mensajes de órgano a órgano y de célula a célula, y los tejidos están delineados e integrados con otros tejidos por las moléculas secretadas por las células. Generalmente todos los niveles en los que fragmentamos los sistemas biológicos se interconectan.

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