La Ley de la Evolución
«Si la evolución es tan cierta como dicen, ¿por qué es una Teoría y no una Ley?. Bueno, de hecho la evolución es tan solo una teoría«…
¿Cuántas, pero cuántas veces han llegado esas frases a nuestros oídos? ¿Cuántas veces han sido plasmadas en libros de propaganda y en páginas güeb de dudosa calidad? ¿Y cuántas veces hemos puesto los ojos en blanco y pensado «ya estamos otra vez…»? Parece ser que en el movimiento creacionista y tendencias afines (como el Diseño Inteligente); desvirtuar las ideas de su contexto original y mezclarlas con ingredientes “de diversa índole” es una práctica recurrente.
Tal día como hoy se cumplen 150 años desde la publicación del libro «El Origen de las Especies por medio de la Selección Natural«, obra del naturalista británico Charles Darwin. Lo cual sentó como una ducha de agua fría a mucha gente. Desde entonces han sido vistas críticas a la Biología Evolutiva de todos los tipos.
Quizás una de las más curiosas y gastadas, y cansinas, es aquella en la cual el personal pide una Ley de la Evolución… ¡Pues bien! ¡Qué no se preocupen! ¡Aquí y ahora le vamos a enseñar esa Ley tan buscada! E incluso se la vamos a describir matemáticamente. Total, los biólogos disponen de ella desde hace más de un siglo… El problema es que no se le ha publicitado como debiere fuera del mundo académico.
Dentro del marco científico tenemos tres cosas muy diferentes: los hechos, la descripción de esos hechos y las explicaciones dadas a esos hechos.
Discusiones filosóficas aparte, ya que nos vamos a mover en la esfera de lo científico y nos vamos a acotar a lo que se describe dentro de la misma, podríamos decir que los hechos son aquellos eventos que son al margen de nuestra existencia. Están ahí y nosotros nos topamos con ellos, cuando sucede esto, hacemos algunas cosas. Los científicos optan por describirlos y explicarlos.
Estas descripciones de los hechos serán, lógicamente, realizadas según un criterio humano. Si fuéramos somormujos los describiríamos dentro de los límites, posibilidades y criterios de los somormujos. Estas descripciones no son otra cosa que las Leyes, una formulación basada en palabras o en el lenguaje matemático que pretende decir cómo se comporta un fenómeno en un contexto dado y preciso. Esto último es fundamental, sin contexto, sin precisión en los términos elegidos, no hay Ley que valga. Y tal es así que si los somormujos contaran con científicos que también formularan Leyes, si las contextualizáramos correctamente, tanto sus Leyes como las nuestras coincidirían.
Y distinto a lo anterior, son las hipótesis, los modelos y las teorías científicas. Los tres términos anteriores se refieren a, en un orden creciente de certeza, la explicación de cómo debe ser la naturaleza íntima de un hecho, por qué lo describimos de ese modo y no otro, así como el intento de resolver el origen de tales eventos. En definitiva, son una explicación de nuestro mundo, cotidiano o menos cotidiano. Y de todas las opciones anteriores la que tiene mayor grado de certeza es la Teoría Científica, que vienen a ser aquellas explicaciones que han soportado todos los envites de aquellos que han intentado refutarlas, o en otras palabras, las teorías científicas son aquellas explicaciones que han sido corroboradas continuamente hasta el día de hoy y no desmentidas por los sucesivos descubrimientos. Si bien, en la práctica, parece ser que el término teoría también se emplea casi como sinónimo de modelo, una explicación seria con bastante poder explicativo, sin el carácter tan especulativo de la hipótesis y apoyada o en múltiples hechos o en un potentísimo aparato matemático (mientras espera de recibir evidencias a favor o en contra).
De ese modo, en el campo de la Biología Evolutiva tenemos las tres cosas.
La primera de ellas es el hecho, el hecho indiscutible de la evolución. Está claro que los seres vivos cambian a lo largo del tiempo, que no son tan estables como algunos imaginan, que no existe un tipo único sino un gradiente en los seres vivos, que antaño existieron seres muy distintos a los de ahora y que a nivel general seres totalmente dispares pueden tener un grado de semejanza tal que asustaría al más pintado, desde el nivel bioquímico hasta el anatómico o ecológico. No solo eso. En la práctica agraria de los últimos milenios, en el mundillo de los aficionados a tener bichos domésticos y en los laboratorios de microbiología de todo el planeta, esto es pan de cada día.
En segundo lugar tenemos las múltiples explicaciones que han surgido en torno a este hecho. Podríamos recordar a Jean-Baptiste Lamark, pero también a Charles Darwin o a Alfred Russel Wallace; a Aldous Leonard Huxley o a Theodosius Dobzhansky; a Richard Dawkins, Stephen Jay Gould, Motō Kimura o Lynn Margulis, entre otros muchos. Todos ellos aportaron bases y conocimientos para intentar comprender cómo funciona ese fenómeno conocido como Evolución. La Biología Evolutiva descansa sobre hombros de gigantes.
Finalmente, tenemos las Leyes. Una fórmula descriptiva de un fenómeno determinado. Los creacionistas están encabezonados en qué si la «evolución es tan chachi-guachi debe ser una Ley«; y ya vemos que en ciencia hay planteamientos tan o más importantes que las leyes mismas. Y además, la evolución es mucho más que eso. Pero aún así quieren, desean, anhelan o incluso rezan por ver una Ley de la Evolución… ¿O solo lo dicen para incordiar? En cualquier caso, señoras, caballeros, platelmintos, muones, he aquí ante vuesas mercedes, la Ley de la Evolución:
En una población de elevado número de individuos, con reproducción aleatoria entre ellos y sin que actúe ninguna fuerza evolutiva, las proporciones de los alelos de un gen se mantienen estables, generación tras generación.
Formulada matemáticamente, en su forma más sencilla, se representa así:
(p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1
Mola, ¿eh? 😀
La definición y la fórmula que hemos presentado es la famosa Ley de Hardy-Weinberg, también llamada Principio de Hardy-Weinberg o Equilibrio de Hardy-Weinberg; en honor a sus descubridores. Su función primordial es describir si una población de organismos está evolucionando o no, pero no seamos tan raudos.
Este es otro de esos llamativos casos de la actividad científica en los que los descubrimientos convergen por pares casi al mismo tiempo. Esta Ley, o Principio, como gusten llamarla, fué formulada por primera vez y casi al mismo tiempo por el matemático británico Godfrey Harold Hardy y el médico alemán Wilhelm Weinberg, a inicios del siglo XX, concretamente en el año 1908:
- Wilhelm Weinberg (1862-1937) fue un pionero en el estudio de los gemelos y de cómo se conjugaban el ambiente y la herencia para originar lo que nosotros conocemos como fenotipo. Ideó por su cuenta lo que posteriormente será recordado como la Ley de Hardy-Weinberg, lo cual fue mostrado al gran público el 13 de Enero de 1908, ante la Verein für väterlandish Naturkunde in Württemberg (Sociedad de la Historia Natural de la Patria de Württemberg), seis meses antes que G. H. Hardy.
- Godfrey Harold Hardy (1877-1947), fue un genial matemático británico, en su curriculum figuran importantes avances para las matemáticas puras; junto al indio Srinivāsa A. Rāmānujan ideó una fórmula (llamada fórmula asintótica de Hardy-Ramanujan) que aplicada en física ha resultado muy importante para el estudio del núcleo atómico; y el 10 de Julio del año 1908 publicó en la prestigiosa revisa Science un breve artículo titulado «Mendelian Proportions in a Mixed Population» (también disponible aquí) con el que serían sentadas las bases de su futura Ley.
¿Pero qué encarna la presente Ley en la Biología Evolutiva? ¿Qué nos quiere decir el Principio de Hardy-Weinberg?
Los genes son segmentos de DNA que codifican proteínas, esas nano-máquinas que emplea la célula para realizar sus labores de mantenimiento, gestión de recursos, producción de energía, síntesis de moléculas útiles, etc. Pero un gen determinado no es algo único, en la naturaleza para cada gen existen múltiples variedades. Estas variedades reciben el de alelos.
De ese modo, en una población de individuos, para un gen concreto, la frecuencia de un alelo es la proporción que presenta ese alelo frente al conjunto de todos alelos de la población. O dicho de otra manera, si un alelo tiene una frecuencia de 0.3, podemos decir que ese alelo representa el 30% de todos los alelos de la población.
Y esto nos lleva directamente a la Ley de Hardy-Weinberg, que nos dice que: “En una población de elevado número de individuos, con reproducción aleatoria entre ellos y sin que actúe ninguna fuerza evolutiva, las proporciones de los alelos de un gen se mantienen estables, generación tras generación”.
Esto implica que si tenemos una gran población de organismos donde prácticamente todos tienen las mismas posibilidades de reproducirse y donde además no existe ningún “factor evolutivo” (más adelante veremos cuáles son), las frecuencias alélicas de una población permanecen estables, sin cambios, de una generación a la siguiente. Si os dais cuenta, esta es nuestra definición de la evolución pero en sentido contrario:
“La evolución se define como la variación de las frecuencias alélicas de una población a lo largo del tiempo”
Definición general de evolución biológica
De modo que esta Ley nos describe el comportamiento evolutivo de una población a través de su genética, permitiéndonos discernir si la población que estamos estudiando está o NO en plena evolución.
Para detectar esto aplicando la Ley de Hardy-Weinberg hemos de estudiar las proporciones de homocigotos y heterocigotos para un gen dado. Nosotros tenemos dos alelos de cada gen, uno de ellos proveniente de nuestro padre y el otro proveniente de nuestra madre, si los dos alelos son iguales, seremos homocigotos para ese gen; si ambos alelos son distintos, seremos heterocigotos para ese gen.
En una población en Equilibrio de Hardy-Weinberg, la probabilidad de tener esa combinación genética dependerá de la frecuencia de cada alelo en la población. Considerando el caso más sencillo, el de un gen con tan solo dos alelos (un alelo A y un alelo a), la probabilidad de tener cada combinación, cada genotipo, será la siguiente:
Donde p es la frecuencia del alelo A en la población y q es la frecuencia del alelo a en la población. Como la suma de todos los genotipos es el total de los genotipos de la población, la suma de todos los genotipos (proporcionalmente hablando) tiene un valor de 1. Lo que no es otra cosa que la expresión matemática más sencilla de la Ley de Hardy-Weinberg: p2 + 2pq + q2 = 1
¿De qué nos sirve esto para detectar si una población está evolucionando o no? Bueno, pongamos un ejemplo… En una población en Equilibrio de Hardy-Weinberg donde la frecuencia de A es 0.5 (p=0.5) y la frecuencia de a es 0.5 (q=0.5), como ha de cumplirse que p2 + 2pq + q2 = 1, hemos de tener las siguientes proporciones en las combinaciones alélicas:
Esta población se encuentra en Equilibrio de Hardy-Weinberg, es decir, no está evolucionando. Ya que vemos que se cumplen las frecuencias características de esta situación: p2 = 0.25; q2 = 0.25 y 2pq=0.5 (dado que pq=0.25).
Podríamos dar un paso más allá y decir, que todas las posibles situaciones de equilibrio para todas las posibles combinaciones alélicas (de un gen que solo tenga dos alelos) son las siguientes:
También tenemos que la frecuencia de A es 0.5 (p=0.5) y la frecuencia de a es 0.5 (q=0.5), pero no se cumple que p2 = 0.25; q2 = 0.25 y 2pq=0.5 (que es el valor que se obtiene cuando pq=0.25); por lo que la población no está en Equilibrio de Hardy-Weinberg. Esto implica que hay algo que está desviando, alejando, las proporciones de los genotipos de su punto de equilibrio. Ahora viene la pregunta clave ¿Qué está ocasionando algo así?
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En estos casos están interviniendo uno de esos factores que anteriormente hemos llamado “factores de evolución”. ¿Quiénes son? Pues a saber:
- 1.- La Selección Natural y la Selección Sexual. Que puede actuar presionando sobre los genotipos a favor o en contra.
- 2.- La mutación y otros fenómenos que alteran el genotipo. Ya que pueden crear o destruir alelos por sí solos.
- 3.- La Deriva Genética. Ya que en la práctica, como contamos con poblaciones finitas, los alelos menos comunes tienden a perderse incluso con apareamientos “solo al azar”…
- 4.- La migración. Que puede traer genotipos de otras poblaciones o bien llevarse los presentes en nuestra población a otras tierras.
- 5.- Poblaciones muy pequeñas. Dónde los efectos de la Deriva Genética son muchos más intensos. Por ello las condiciones idóneas del Equilibrio de Hardy-Weinberg se dan en poblaciones infinitas.
- 6.- Apareamientos no al azar. Dónde esto es consecuencia de cualquiera de los fenómenos anteriores, en especial por la Selección Natural y Sexual.
Alguien podría pensar, ¡oye, que eso es trampa! ¡Siempre se cumple alguno de los puntos anteriores y encima las poblaciones nunca son infinitas! Pues ese alguien tiene razón. Es raro que se alcance el Equilibrio de Hardy-Weinberg… en ese sentido, según esta Ley, es raro, tremendamente raro que una población no evolucione.
¿Hasta qué punto es útil esta Ley? Pues mucho. Esta es la base de una rama completa de la Biología Evolutiva, la Genética de Poblaciones, que como su nombre indica, se encarga de estudiar cómo se comportan los genotipos en una población (o en varias poblaciones) a lo largo del tiempo y de cómo actúan lo que nosotros hemos llamado “factores de evolución” sobre las mismas. De hecho, si queremos estudiar que factores están afectando a la evolución de un grupo de organismos, es útil saber primero si, para empezar, una población está evolucionando o no. Esta Ley nos sirve para averiguarlo.
<<OFF TOPIC: “Factores de evolución” es un término que he empleado por mi cuenta para englobar los 6 puntos anteriores de un plumazo, pero no se emplea en Biología Evolutiva, sino que a cada “factor” se le llama por su nombre y ya está>>
Pero no solo eso. El Principio de Hardy-Weinberg también nos permite estudiar el comportamiento de diversas enfermedades humanas de base genética, este Principio nos permite calcular su incidencia en la población y su devenir futuro. ¿Quién decía que “la evolución no servía para nada”? Pero no solo eso, también nos permite emplear los bancos genéticos humanos, disponibles actualmente, para localizar alelos que produzcan enfermedades (a menudo graves) o la susceptibilidad a las mismas, en base a la localización de desviaciones en los Equilibrios de Hardy-Weinberg para estos alelos.
Y ahora, ale, un poco de alegría, «Children of Evolution» por «Darwin & The Naked Apes» 😀
La Ley de la Evolución, la Ley de Hardy-Weinberg. Nos describe si una población está evolucionando o no; es la base de toda una rama de la ciencia, la Genética de Poblaciones; y es una herramienta indispensable en múltiples estudios de la biología, así como un instrumento más de la medicina. ¿Alguien puede pedir más? 😉
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Referencias e información para ampliar:
- Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology – Modelo de Hardy-Weinberg
- Nielsen, D. M. (1998) Detecting Marker-Disease Association by Testing for Hardy-Weinberg Disequilibrium at a Marker Locus. The American Journal of Human Genetics, Volume 63, Issue 5, November 1998, Pages 1531-1540
- Scienceworld – Hardy, Godfrey Harold
- Uviben – Ley de Hardy-Weinberg
- Wee-Chung Lee (2003) Searching for Disease-Susceptibility Locy by Testing for Hardy-Weinberg Disequilibrium in a Gene Bank of Affected Individuals. American Journal of Epidemiology 2003; 158: 397-400
- Wikipedia – Ley de Hardy-Weinberg
- Wikipedia – Wilhelm Weinberg
- Wittke, J. K. et al (2005) Rational Inferences about Departures from Hardy-Weinberg Equilibrium. American Journal of Human Genetics, 2005 June; 76(6): 967-986.