Ejercicio resuelto de Mutaciones · Biología · Cataluña · 2023

Maurits Cornelis Escher (1898-1972) fue un artista neerlandés famoso por sus grabados, litografías e ilustraciones con tinta. Una de sus obras más famosas es Aire y agua I.


Aire y agua I, de M. C. Escher. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Sky_and_Water_I#/media/File:Sky_and_Water_I.jpg.

1. La obra Aire y agua I, de M. C. Escher, parece indicar la transformación de los peces en aves. En una página de Internet, los alumnos han encontrado un árbol filogenético de los vertebrados y han leído la información siguiente: «Los peces voladores, o exocétidos, son una familia de peces teleósteos que se caracterizan, entre otros factores, porque pueden planear fuera del agua.» Utilice los datos del árbol filogenético de abajo para justificar si es posible que las aves provengan directamente de peces voladores. [1 punto]


2. En la misma página web de la pregunta anterior, también se puede leer lo siguiente: [1 punto]
La característica de los peces voladores que llama más la atención es la anatomía de las aletas pectorales, que son inusualmente grandes. Esto les permite saltar fuera del agua haciendo un vuelo corto, planeando entre 50 y 400 metros, y así escapar de los depredadores.
Otra característica clave de estos peces es la particular musculatura de la cola, que les permite hacerla vibrar hasta 70 veces por segundo, mucho más rápidamente que cualquier otro pez, para alcanzar suficiente velocidad para salir a la superficie. Entonces extienden las aletas pectorales y las inclinan ligeramente hacia abajo para planear en el aire.
Utilizando la teoría sintética de la evolución, explique qué mecanismo o mecanismos evolutivos pueden explicar cómo los peces voladores han acabado teniendo la capacidad de planear. Justifique la respuesta usando los elementos que hay en el texto anterior.

$\textbf{1. Utilice los datos del árbol filogenético de abajo para justificar si es posible que las aves provengan directamente de peces voladores. (1 punto)}$

No es posible, y el árbol filogenético lo demuestra por dos razones distintas.

La primera es cronológica. En el árbol, la rama que conduce a los peces se separa del tronco común hace unos $400$ millones de años; de ella salen los anfibios hacia los $350$, de los anfibios los reptiles hacia los $300$ y solo de los reptiles salen las aves, hace unos $150$ millones de años. El linaje que acaba en las aves se separó, pues, del de los peces actuales hace unos $350$ o $400$ millones de años. Los peces voladores, en cambio, son una familia de teleósteos, un grupo que aparece mucho después y que sigue existiendo hoy: no pudieron dar origen a un grupo que ya se había separado antes de que ellos existieran.

La segunda es de posición en el árbol. Los peces voladores son una rama terminal, no un nodo. Son una especie actual, contemporánea de las aves, y una especie actual no puede ser antepasada de otra especie actual: las dos han estado evolucionando el mismo tiempo desde su antepasado común. Lo que el árbol dice es que aves y peces voladores comparten un antepasado común muy antiguo, un pez primitivo del Devónico que no era ni un pez volador ni un ave.

Hay además un argumento biológico que el árbol sugiere. La capacidad de planear de los peces voladores y el vuelo de las aves no son el mismo carácter heredado de un antepasado común: son estructuras análogas, aparecidas de forma independiente en dos linajes muy separados a partir de órganos distintos, aletas pectorales en un caso y extremidades anteriores en el otro. Es un caso de convergencia adaptativa, no de parentesco.

La obra de Escher, por tanto, funciona como imagen pero no como esquema evolutivo: la transformación gradual de un pez en un ave no es lo que ocurrió, ni siquiera de forma aproximada.

$\textbf{2. Utilizando la teoría sintética de la evolución, explique qué mecanismo o mecanismos evolutivos pueden explicar cómo los peces voladores han acabado teniendo la capacidad de planear. Justifique la respuesta usando los elementos que hay en el texto anterior. (1 punto)}$

Los dos mecanismos que combina la teoría sintética son la aparición de variabilidad al azar y la selección natural que actúa sobre ella.

El primero es el origen de la variabilidad. Por mutación y por recombinación génica durante la meiosis y la reproducción sexual, en la población ancestral de estos peces aparecieron individuos que se diferenciaban en el tamaño de las aletas pectorales y en la potencia de la musculatura de la cola. Estas variaciones se producen al azar y sin relación con su utilidad: ningún pez desarrolló aletas mayores porque le conviniera escapar, del mismo modo que no las desarrolló por el esfuerzo de nadar, que sería la explicación lamarckista, hoy descartada porque un carácter adquirido no modifica el DNA de las células germinales.

El segundo es la selección natural, y el texto da el agente selectivo con toda claridad: los depredadores. En un ambiente en el que el riesgo de ser depredado es alto, los individuos que por azar tenían las aletas pectorales algo mayores y una musculatura caudal capaz de vibrar más deprisa alcanzaban más velocidad, conseguían salir del agua y planear unos metros, y escapaban con más frecuencia. Sobrevivían más y, por tanto, dejaban más descendencia que los demás.

Como los dos caracteres son hereditarios, los descendientes heredaron los alelos correspondientes, y la frecuencia de esos alelos aumentó en la población generación tras generación. Repetido a lo largo de muchas generaciones, el proceso desplazó a toda la población hacia aletas cada vez mayores y colas cada vez más potentes, hasta los valores extremos que describe el texto: aletas inusualmente grandes, setenta vibraciones por segundo, vuelos de entre $50$ y $400$ metros.

Conviene subrayar un detalle que el texto permite razonar: la adaptación no depende de un solo carácter, sino de dos que han de funcionar juntos, porque las aletas grandes no sirven de nada si el pez no alcanza antes la velocidad suficiente para salir del agua, y la cola potente no sirve de nada si después no puede planear. Esto indica que la selección ha ido acumulando de forma gradual pequeñas mejoras coordinadas en ambos caracteres, y no que la capacidad de planear surgiera de golpe. Cada estadio intermedio, un salto algo más largo, ya suponía una ventaja frente al depredador, y eso es lo que permitió que la selección lo fuera favoreciendo.