Conceptos Fundamentales en Biología
Especie, Población y Comunidad
El término “Especie” hace referencia al total de los individuos que pueden reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil, mientras que “Población” se refiere a un grupo de individuos de una misma especie que interaccionan en un medio dado.
El término “Comunidad” (o biocenosis), por otro lado, engloba todas las poblaciones de distintas especies que conviven e interactúan en un ecosistema dado.
La Biodiversidad Biológica
El término biodiversidad (o diversidad biológica) engloba la variedad de la vida en todos sus niveles de organización. Aunque a menudo se utiliza como sinónimo de “biodiversidad ecológica”, se mide generalmente atendiendo a tres niveles:
Diversidad Específica: Es la cantidad de especies que coexisten en una región determinada. En ocasiones, se utiliza un análogo que hace referencia a los taxones superiores (clase, reino, etc.); en este caso se habla de diversidad taxonómica.
Diversidad Genética o Intraespecífica: Hace referencia a la variabilidad genética (o pool genético) dentro de una especie concreta. Se puede medir estudiando la cantidad de posibles alelos para un gen dado. Cuanto mayor es el pool genético, mejor se considera su diversidad, permitiendo que la especie pueda adaptarse a cambios ambientales, climáticos, o ante plagas y enfermedades.
Diversidad Ecológica o Ecosistémica: Se refiere a la cantidad de distintas comunidades biológicas que interactúan entre sí y con sus ambientes.
La cantidad de especies que existen en la actualidad es desconocida; se han identificado en torno a 1,7 millones, pero se estima que podrían existir hasta 10 millones.
En general, cuando un ecosistema tiene una mayor diversidad, suele ser más estable. Por lo general, se cumple que un ecosistema maduro tiene una diversidad mayor de la que tenía cuando estaba empezando a formarse.
Medición de la Biodiversidad: Índice de Simpson
Para medir la diversidad de un ecosistema, empleamos el Índice de Simpson (D), que tiene en cuenta la cantidad de especies en un ecosistema y la proporción del total de individuos.
Existen dos formas de calcular dicho índice, y ambas son equivalentes:
El índice D es una representación de la probabilidad de que dos individuos, dentro de una misma región y seleccionados al azar, sean de la misma especie.
Es decir, cuanto mayor es el valor de D (dominancia), menor es la diversidad.
Debido a que esta interpretación no es intuitiva y podría generar confusión, se llegó al consenso de utilizar el índice de diversidad de Simpson, que se calcula restando el valor de D a 1: 1 – D.
Teorías de la Evolución
La Selección Natural de Darwin
La biodiversidad surge de la especiación, siendo el producto final de la variabilidad genética. Esta idea fue un punto de discusión clave entre fijistas (que opinaban que las especies permanecían invariables) y evolucionistas.
Finalmente, Charles Darwin propuso la Teoría de la Selección Natural, que es frecuentemente malinterpretada. Es crucial entender que Darwin NO defiende que los seres vivos se adapten al medioambiente y que, al reproducirse, la descendencia herede estas adaptaciones adquiridas.
Lo que sí postula es que en los organismos que nacen existe una serie de rasgos distintos (variabilidad), y que aquellos que manifiesten rasgos positivos o ventajosos serán los que tengan mejores posibilidades de llegar a la edad adulta y reproducirse.
La consecuencia gradual es que en las poblaciones se irán haciendo predominantes aquellos organismos que dispongan de las mejores adaptaciones al medio, y aquellos que presenten adaptaciones subóptimas irán desapareciendo. Esto afecta a la población en su conjunto.
Principios de la Selección Natural
- Los individuos de una población presentan variabilidad; son distintos unos de otros.
- Algunas de estas diferencias son hereditarias, aunque otras no.
- Nacen más organismos de los que pueden sobrevivir (lucha por la existencia), de forma que no todos dejan descendencia, y los que lo hacen no la dejan en igual cantidad.
- Aquellos organismos que sobreviven y dejan más descendencia no “se escogen” al azar, sino que son los mejor adaptados al medio.
El resultado es que la unidad evolutiva no es el individuo, sino la propia población, ya que es donde se produce el cambio a nivel genético de generación en generación.
La Teoría Sintética de la Evolución
También conocida como Síntesis Evolutiva Moderna, engloba varias teorías relacionadas entre sí: la selección natural de Darwin, la teoría genética de Mendel y el mutacionismo (que defendía la mutación como principal proceso evolutivo).
Propone que, si bien la selección natural es el proceso evolutivo, este ocurre gracias a las mutaciones que se dan en los genes, lo que crea una variedad que luego será puesta a prueba mediante la supervivencia o extinción de aquellos organismos con nuevos caracteres.
Define la “evolución” como el cambio en la frecuencia de determinados alelos entre generaciones, y ya hace referencia a algunos procesos de especiación que más adelante se confirmarían.
Esta teoría, aunque no está globalmente aceptada, es la teoría más sólida que se considera en la actualidad. Los puntos en los que parece no cumplirse (como la transmisión horizontal de genes entre bacterias) se consideran excepciones puntuales.
Su postulado final es que la unidad evolutiva no es el individuo (que sí evoluciona), sino la población, que está formada por individuos en los que se han seleccionado una serie de rasgos.
Gradualismo y Saltacionismo
La teoría sintética defiende el gradualismo: los cambios en las especies ocurren poco a poco, y la especiación es un proceso que se da por acumulaciones de pequeñas diferencias, siendo la evolución un proceso lento y gradual.
No obstante, existen evidencias en el registro fósil en las que estos patrones no parecen cumplirse.
En el siglo XX se propuso el modelo de equilibrios interrumpidos (o puntuados), que formula la existencia de períodos de estabilidad, seguidos de un breve período en el que las especies sufren multitud de cambios a gran velocidad. A este tipo de teorías se las denomina saltacionistas.
Evo-Devo (Biología Evolutiva del Desarrollo)
Dado que ambas teorías (gradualismo y saltacionismo) tenían una base sólida y un registro fósil que las respalda, se buscó una respuesta en el estudio de la genética, descubriendo que muchas especies comparten un pequeño grupo de genes.
Este grupo de genes parece regular gran parte del desarrollo fisiológico de las especies, y se le llama Evo-Devo (Biología Evolutiva del Desarrollo) o “caja de herramientas genética”.
Este descubrimiento no refuta ninguna de las anteriores, sino que las explica al encontrar un conjunto reducido de genes que es capaz de afectar a la mayoría de características del individuo.
De esta forma, no sería necesaria una gran suma de pequeños cambios lentos para explicar todos los procesos evolutivos, ya que el desarrollo depende de una parte muy reducida del genoma.
La Especiación y el Aislamiento Reproductivo
La especiación es la aparición de especies reproductivamente aisladas, es decir, incompatibles e incapaces de dejar descendencia viable. La aparición de nuevas especies tiene su origen en especies anteriores y puede producirse por diferentes mecanismos:
Tipos de Especiación
Especiación Alopátrida o Geográfica (la más habitual): Una población original se ve sometida a un cambio geográfico que la separa en dos nuevas poblaciones que apenas coinciden. Con el tiempo, el aislamiento, unido a la aparición de mutaciones y a diferentes presiones evolutivas, causa que estas dos poblaciones se diferencien genéticamente, llegando en algunos casos a no poder cruzarse entre ellas. Si al unirse las poblaciones pueden cruzarse y su descendencia es viable, el proceso de especiación se detiene o se revierte. El ejemplo típico son los pinzones de Darwin, en las islas Galápagos.
Especiación Simpátrida (poco frecuente): En este caso, una población se divide en distintos nichos dentro de un mismo ecosistema, causando un aislamiento efectivo aunque puedan convivir en espacios cercanos. No es frecuente, ya que los individuos de una población que convive suelen aparearse.
Poliploidía como Mecanismo de Especiación
Un caso frecuente de especiación simpátrida en plantas se da cuando sucede la poliploidía en un organismo (un error en la meiosis que da lugar a gametos diploides, que al combinarse dan lugar a un cigoto tetraploide). Esto hace que el organismo resultante no se pueda aparear con otros de su especie. Sin embargo, como muchas plantas pueden autofecundarse, eso no impide la reproducción.
En ocasiones, este ser tetraploide puede llegar a crear gametos que fecunden a los gametos haploides de la población original (gameto 2n + gameto n). En este caso, se produce un organismo triploide (3n), que es estéril.
Barreras Reproductivas
Las barreras reproductivas evitan que las especies se apareen o que su descendencia sea viable. Se clasifican de la siguiente manera:
Barreras Precigóticas (Previenen la fecundación)
Aislamiento por Hábitat: Las dos especies frecuentan hábitats diferentes, con lo que no coinciden y no se pueden aparear.
Aislamiento Temporal: Las especies se aparean a distintas horas del día o en distintos momentos del año.
Aislamiento Conductual (Etológico): Tienen rituales de apareamiento diferentes, o distintos “gustos”, de forma que no escogen a organismos de la otra especie para aparearse.
Aislamiento Gamético: Incluso si se produce apareamiento, la fecundación no tiene lugar.
Aislamiento Mecánico: Las especies tienen atributos físicos que no las hacen compatibles (incompatibilidad estructural de los órganos reproductores).
Barreras Postcigóticas (Ocurren después de la fecundación)
Se produce la fecundación, pero el organismo no llega a término, o llega pero da lugar a una cría débil y no viable, o llega, y aunque dé lugar a un organismo sano, este es estéril (ej. la mula).
Adaptación y Aclimatación
La palabra adaptación puede hacer referencia a dos conceptos: a una adquisición o particularidad morfológica de una especie, o a la capacidad de las especies de ajustarse al medio ambiente.
La adaptación es la herramienta de la que se sirve la evolución, siendo el resultado de la selección natural, que “elimina” aquellos rasgos perniciosos. A este proceso lo llamamos reproducción diferencial.
A los cambios que un individuo sufre para ajustarse a su ambiente, sin que impliquen un cambio genético a nivel de especie, lo llamamos aclimatación.
La aclimatación es un proceso reversible que tiene lugar a nivel del individuo.
Tipos de Adaptaciones
Los procesos de adaptación se clasifican en tres tipos principales:
Adaptación Morfológica o Estructural: Son adaptaciones físicas y observables, normalmente relativas a la forma del cuerpo o de los órganos. Ejemplos: los tamaños de las hojas de las plantas o los colores de los animales que se camuflan en su entorno (mimetismo).
Adaptación Fisiológica o Funcional: Relativas al funcionamiento interno de los órganos de los animales (metabolismo, bioquímica). No es raro que se presenten acompañadas de adaptaciones morfológicas.
Adaptación Etológica o de Comportamiento: En este caso, las adaptaciones afectan a la conducta. Ejemplos: la danza de apareamiento de algunas aves o la hibernación de los osos.
Nota: Si un carácter dado no es producto de la selección natural, no podemos hablar de que sea una adaptación, sino en todo caso un carácter producto del azar (deriva genética).
Biogeografía: Distribución de las Especies
Se denomina Biogeografía a la ciencia que estudia la distribución geográfica de los seres vivos. Por lo general, cada especie animal o vegetal suele aparecer asociada a una serie de características concretas (ej. peces de agua salada en el mar, plantas suculentas en medios áridos).
A la disciplina que trata de estudiar qué especies se asocian a unos medios concretos, se le llama Corología.
A la que estudia qué especies se asocian a otras especies distintas, se le llama Biocenología.
Tipos de Distribución
Según la distribución de una especie (las regiones donde aparezca), hablamos de especies cosmopolitas o endémicas:
Especies Cosmopolitas: Aparecen en regiones sin particularidades muy concretas, como el ser humano o la mosca doméstica.
Especies Endémicas: Son las que se consideran propias de una región concreta. En regiones de difícil acceso (como las islas o las montañas), los organismos endémicos pueden representar una parte muy importante del total de la fauna y flora.
Factores que Determinan la Distribución
En los factores que “deciden” qué especies pueden darse o no en cada medio, diferenciamos dos tipos:
Factores Propios o Internos: Dependen de cada organismo y responden a unas necesidades y adaptaciones concretas.
Factores Externos (Ambientales): Son los propios del medio ambiente y suponen una serie de limitaciones para los organismos que los habitan. Se clasifican en:
Bióticos: Presencia de pasto, de determinadas presas, de un tipo de bacterias en particular, etc.
Abióticos: Hacen referencia a las cualidades químicas y físicas del medio ambiente, como las horas de luz, la temperatura, la salinidad, las precipitaciones, etc.
Regiones Biogeográficas
En el campo de la biogeografía, llamamos Reino a la división más amplia que conocemos. Al siguiente nivel, le llamamos Región. Mientras que la distribución en el reino se debe principalmente a la evolución de la tectónica de placas, las regiones están definidas por tener unas características particulares de flora y fauna.
Regiones Biogeográficas en España
España entra dentro del Reino Holártico (que agrupa la mayor parte de los reinos Neártico y Paleártico), e incluye tres regiones principales: Mediterránea, Eurosiberiana y Macaronésica.
Región Eurosiberiana: La encontramos en la cara norte de la península, con climas suaves (inviernos no muy fríos y veranos no muy cálidos) y humedad abundante. Predomina el bosque caducifolio con abundancia de haya y roble, dando lugar a matorral y vegetación arbustiva cuando se degrada. Hacia el este disminuye la humedad y aparecen algunas especies propias de otros climas, como el mediterráneo.
Región Macaronésica: Al encontrarse por debajo del trópico, solo se da en Canarias. Es el producto del clima tropical húmedo combinado con los intensos vientos secos subsaharianos. Estas condiciones particulares, junto al aislamiento que concede el ser un archipiélago, dan lugar a una gran abundancia de especies endémicas. En cuanto a vegetación, se dan el bosque de laurisilva (con árboles perennifolios) y el matorral con plantas carnosas o suculentas.
Región Mediterránea: Se da en el resto de la península y en el archipiélago balear. Se caracteriza por una humedad limitada, con veranos calurosos y secos. Predomina el bosque perennifolio, con mención especial a la encina, en cuyas cercanías se desarrollan algunas especies arbustivas y plantas aromáticas que dan lugar al matorral mediterráneo.
Los Pisos Bioclimáticos
Dentro de cada región geográfica, podemos diferenciar distintas zonas a las que llamamos pisos bioclimáticos, que se definen por su altitud y su cercanía a la costa.
Para determinar en qué piso bioclimático se encuentra una región dada, se calcula lo que llamamos su Índice de Termicidad (It).
Para hallar este índice se necesitan tres valores: la temperatura media anual, la temperatura máxima del mes más frío y la mínima del mes más frío. Una vez obtenidos, se suman y se multiplican por 10 (la fórmula exacta varía según el autor, pero el concepto se basa en estos parámetros térmicos).
Los Grandes Biomas Terrestres
Los biomas son amplias regiones caracterizadas por unas particularidades bastante específicas, y sus rasgos suelen venir determinados por su altitud, su latitud, su relieve y su cercanía al mar.
En cada una de estas regiones predomina un tipo de vegetación y fauna determinada, y es a lo que se llama bioma o paisaje bioclimático. Los principales tipos son:
Bosques: Predominan los árboles, aunque pueden ser de tipos muy variados (mediterráneos, tropicales, boreales, etc.).
Sabanas: Hay una existencia limitada de vegetación arbórea con escasa cobertura y predominio de plantas herbáceas.
Matorrales y Praderas: Predominio de arbustos y vegetación herbácea, sin casi cobertura arbórea.
Desiertos: Marcados por una ausencia de agua líquida y con una notable escasez de vegetación.
Conservación de la Biodiversidad
La Crisis de Extinción Masiva
El hecho de que las especies aparezcan y desaparezcan sucede de manera natural. Sin embargo, desde la aparición del ser humano, y más en particular desde la Revolución Industrial, la velocidad a la que están desapareciendo las especies supera a casi todas las etapas anteriores. Algunos expertos afirman que nos encontramos en medio de una extinción masiva.
Hasta la fecha se conocen cinco extinciones masivas. La más conocida es la del Cretácico-Paleógeno (K-Pg), que acabó con los dinosaurios y se estima que eliminó el 76% de la vida. La más notable, sin embargo, es la extinción del Pérmico-Triásico, que se estima que acabó con el 96% de la vida.
Para ponernos en contexto, la velocidad a la que las especies están desapareciendo desde la aparición del ser humano es comparable solo a estos períodos. Algunos biólogos afirman que nos encontramos en la antesala de la 6ª gran extinción, provocada en esta ocasión por la actividad humana.
Valor de la Biodiversidad
Incluso en el contexto en el que la humanidad necesita desplazar al medio natural, conviene remarcar que la diversidad es relevante por diversos motivos:
Valor Utilitario (Servicios Ecosistémicos): Encontramos en esta categoría todos los “usos útiles” del medio, desde su explotación para adquirir materias primas (carbón, agua) hasta sus usos menos directos, como la creación de suelo fértil o la regulación del clima.
Valor No Utilitario: En este apartado incluimos el valor intrínseco, el potencial y el de herencia.
Intrínseco: La diversidad es valiosa en sí misma, más aún al considerar que la pérdida de las especies es frecuentemente irreparable.
Potencial: Dado que no conocemos la mayoría de las especies de nuestro planeta, y que de las pocas que sí conocemos hemos logrado obtener multitud de usos prácticos, existe un gran valor potencial, al poder existir especies aún no descubiertas con propiedades únicas y valiosas (ej. nuevos medicamentos).
De Herencia: Llamamos así al “derecho” de las generaciones futuras a disfrutar de un medio ambiente sano y funcional, al menos en la medida en que nosotros lo hemos podido hacer.
Principales Amenazas a la Biodiversidad
La tendencia en cuanto a extinción de especies ha venido cambiando desde principios del siglo XX. Anteriormente era “habitual” que el exceso de caza o la introducción de nuevas especies en ecosistemas isleños devastase la fauna y flora. Sin embargo, a partir de la Revolución Industrial se han comenzado a perder ecosistemas a gran escala en territorios continentales. Los factores más relevantes son:
Destrucción y Pérdida de Hábitats y Ecosistemas: Frecuentemente se destruyen para poder construir en ellos (carreteras, ciudades, oleoductos, etc.), o se erradican bosques enteros para crear pastos para el ganado. Ejemplos flagrantes incluyen la desecación del Mar de Aral o la prueba de bomba H en el atolón Bikini.
Sobreexplotación: Puede diezmar las poblaciones de determinadas especies y, además, puede provocar una selección artificial nociva que, conjuntamente, lleve a las poblaciones a la extinción.
Introducción de Especies Exóticas Invasoras: A menudo las especies exóticas se convierten en invasoras, al encontrarse en regiones en las que carecen de un depredador natural, llegando a provocar la desaparición de especies enteras y causando graves daños ecológicos y económicos.
Contaminación: Además del conocido efecto invernadero y del agujero en la capa de ozono, la industria realiza numerosos vertidos que en ocasiones terminan por destruir ecosistemas enteros, como viene denunciándose desde hace años en el Mar Menor.
Cambio Climático: Este factor podría ser el más grave de todos, por el simple motivo de que supone un riesgo a escala planetaria y por la dificultad que supone la coordinación internacional a la hora de abordarlo.
Sus consecuencias inmediatas son evidentes: pérdida de ecosistemas marinos, desertificación, cambios agresivos en el clima de determinadas zonas. Su consecuencia más alarmante podría ser la pérdida de los casquetes polares, que participan en un proceso llamado Albedo, por el que se regula la temperatura del planeta. Una vez superado un punto de pérdida concreto, este cambio en el albedo podría ser suficiente para que la pérdida de los casquetes polares se retroalimentase y continuara, aunque el resto de causas desapareciesen de forma súbita.
Estrategias de Protección
Dado que en muchas ocasiones no es posible detener la pérdida de ecosistemas a corto o medio plazo, se recurre a la conservación ex-situ o in-situ.
Conservación Ex-situ: Se protegen determinadas especies fuera de su hábitat natural, como ocurre en los zoológicos, los santuarios animales, bancos de semillas, etc.
Conservación In-situ: Se protegen regiones de interés en las que pueden encontrarse diversas especies o especies de especial interés.
Estos puntos de gran diversidad o de particular interés se conocen como “Hotspots” o puntos críticos de diversidad. Estos puntos deben cumplir con dos requisitos: contar con al menos 1500 especies de vegetales distintos y haber perdido al menos un 70% de su vegetación original.