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El método científico en acción

En la página anterior vimos en qué consisten las contrastaciones de hipótesis por medio de observaciones y manipulaciones experimentales. Por tanto, ahora, estamos en disposición de ilustrar el funcionamiento del método científico en la biología evolutiva con dos ejemplos: uno de contrastación observacional y otro de contrastación experimental.

Contrastación observacional de hipótesis: el impacto K/T

El estudio de los fósiles para establecer la evolución de las especies es un campo en que la experimentación acerca de lo que ocurrió no es posible, puesto que fueron procesos que sucedieron en el pasado y durante millones de años. Por tanto, deben abordarse mediante la observación. Un ejemplo particularmente valioso de contrastación de hipótesis por medio de cuidadosos procesos de observación científica es el que tiene que ver con la hipótesis del impacto K/T como causa de la extinción masiva del Cretácico-Terciario hace 66 millones de años, en la que se extinguieron alrededor del 75% de los géneros biológicos, incluyendo la totalidad de dinosaurios no aviares. Esta hipótesis señala que la causa de dicha extinción fue el impacto de un gran meteorito contra la superficie de la Tierra, el cual habría provocado una serie de catástrofes naturales que a su vez habrían dado lugar a la extinción de la mayor parte de la biota terrestre y marina.

La hipótesis del impacto K/T fue formulada por físico norteamericano Luis Alvarez y su hijo Walter Alvarez, geólogo, que presentaron por primera vez sus hallazgos en un artículo en la revista Science en 1980. Los Alvarez llegaron a la hipótesis del impacto K/T de una forma imprevista. Hasta el momento se pensaba que la extinción de los dinosaurios había sido un proceso gradual y paulatino, y que su repentina desaparición del registro fósil se debía única y exclusivamente a la baja tasa de sedimentación de finales del Cretácico, lo cual conllevaba a su vez una menor tasa de fosilización. Sin embargo, esta última afirmación fue puesta en duda por algunos científicos. Para poner a prueba si de veras a finales del Cretácico había habido una baja tasa de sedimentación, los Alvarez tomaron muestras de iridio en los estratos geológicos correspondientes a dicho periodo.

El iridio (Ir) es un elemento pesado del grupo de los metales en transición que se deposita en la Tierra de forma constante, pero lenta y paulatinamente, por acción de la lluvia cósmica. Los Álvarez razonaron que si realmente la sedimentación en el Cretácico había sido menor de lo habitual, entonces la concentración de iridio en los estratos geológicos correspondientes a este periodo debía ser relativamente mayor que en los adyacentes. Sin embargo, al recoger muestras de iridio en las cercanías de la ciudad de Gubbio (Italia), los Alvarez hallaron una cantidad de Iridio tan elevada que era imposible de explicar incluso si se asumía como cierta la hipótesis de la sedimentación baja de finales del Cretácico (véase la figura 1).

Figura 1. Luis Alvarez (izquierda) y su hijo Walter (derecha) junto a la capa de iridio hallada en Gubbio, Italia (Tomada de Wikimedia Commons).

Dado que el iridio llega a la Tierra únicamente a través del espacio, los Alvarez propusieron que la elevada concentración de este elemento en el límite Cretácico-Terciario podía haber sido producida por el impacto de un meteorito o un asteroide de gran tamaño. Dicho meteorito habría provocado también la extinción masiva de este periodo. Los Alvarez observaron que la extinción masiva de biota coincidía temporalmente de forma exacta con lo establecido por la hipótesis del meteorito. Asimismo, también lo hacía el resto de evidencia geológica recopilada. Con el paso del tiempo, en el año 1991, el hallazgo por parte de Alan R. Hildebrand y su equipo de un cráter de finales del Cretácico localizado en Chicxulub, en la península de Yucatán, México, supuso el espaldarazo definitivo a la hipótesis de los Alvarez. No solo es que la evidencia paleontológica y geológica coincidía con esta hipótesis de Alvarez, sino que además ahora se conocía el lugar exacto donde había caído el supuesto meteorito que causó la extinción de los dinosaurios. Desde entonces, la evidencia a favor de la hipótesis del impacto K/T no ha ido más que creciendo. Por todo ello, hoy en día la práctica totalidad de científicos acepta que la extinción masiva del Cretácico-Terciario se produjo por el impacto de un meteorito sobre la superficie de la Tierra.

El caso de Alvarez representa un claro ejemplo de contrastación de hipótesis científicas por medio de observaciones sistemáticas, algo habitual en la biología evolutiva. Sin embargo, los biólogos evolutivos también aplican el método científico y contrastan hipótesis a partir de experimentos de manipulación.

Contrastación de hipótesis mediante manipulación experimental: los peces guppies

Un ejemplo especialmente ilustrativo de contrastación experimental de hipótesis en biología evolutiva son los experimentos realizados por el biólogo canadiense John A. Endler con los peces guppies (Poecilia reticulata; véase la figura 2). Los guppies son una especie de peces de agua dulce conocida por todos los amantes de los acuarios. Endler trabajó con ellos durante varios años en diversos ríos de Trinidad, Tobago y Venezuela. Observándolos en el campo, Endler reparó en un hecho llamativo: el color de los peces guppies macho parecía variar significativamente entre ríos. Mientras que en algunas poblaciones los machos presentaban un color vistoso de tipo arcoíris, en otras adoptaban tonalidades más grisáceas, si bien siempre más brillantes que las de las hembras.

Figura 2. Imagen de Poecilia reticulata, la especie de peces empleada por Endler para sus experimentos. (Tomada de Wikimedia Commons).

No obstante, a pesar de estas diferencias de color, todos los machos, independientemente de la población a la que pertenecieran, presentaban también ciertos patrones de color que recordaban a los fondos de grava de los riachuelos o ríos en los que se encontraban. La observación de esta extraña distribución de colores entre los machos de las distintas poblaciones llevó a Endler a sospechar que la selección natural podía estar contribuyendo, junto a la selección sexual, a su mantenimiento.

Endler propuso la siguiente hipótesis: la selección natural promueve en los machos de todos los ríos la evolución de colores similares a los fondos de grava como adaptación de camuflaje para evitar ser depredados; sin embargo, la selección sexual por parte de las hembras provoca además que, en aquellos ríos con una menor densidad de depredadores, los machos desarrollen también colores llamativos para atraer a las hembras. Así pues, bajo esta hipótesis, la selección natural y la selección sexual operarían como mecanismos contrapuestos que, en función de la fuerza relativa de cada uno de ellos, darían como resultado distintos patrones de color en los machos de las diferentes poblaciones. En particular, Endler conjeturó que, si bien la selección sexual debía ser una constante en todas las poblaciones, la selección natural por depredación debía variar significativamente, alterando de ese modo la fuerza de la primera.

Endler trató de buscar evidencia que pudiese revelar si su hipótesis era correcta o no. Para ello, recolectó peces en los distintos ríos previamente analizados, recogiendo una gran cantidad de machos de guppies en cada uno de ellos, además de tomar muestras de sus potenciales depredadores. Lo que observó al analizar los datos estadísticamente fue que los resultados encajaban con su hipótesis: allá donde existía un mayor número de depredadores (y, por tanto, una mayor selección natural por depredación), los machos guppies solían tener colores menos llamativos. En cambio, en los ríos que presentaban un menor número de depredadores, la tendencia era la contraria: los machos guppies eran más coloridos.

Las observaciones realizadas por Endler confirmaban su hipótesis. Pero no se conformó con una confirmación observacional, por lo que se puso manos a la obra para realizar un experimento con el cual pudiese corroborar su conjetura con un mayor grado de seguridad.

Para su experimento, Endler instaló un total de diez tanques con guppies macho y hembra; cinco de estos tanques los rellenó con grava muy fina (2 a 3 mm), de tipo arenoso, mientras que los cinco restantes los rellenó con grava gruesa (7 a 15 mm). En dos de los tanques, uno de cada tipo de fondo, Endler no puso ningún tipo de depredador. En cambio, en otros cuatro, dos de cada tipo, Endler incluyó peces cíclidos de la especie Crenicichla alta, unos animales muy voraces y con una especial predilección por los guppies. Por último, en los cuatro tanques restantes (de nuevo, dos de cada tipo) Endler añadió como control unos peces no especialmente dañinos para los guppies (de la especie Rivulus hartii) en la misma proporción en la que se encuentran en su hábitat natural (véase la tabla 1).

Tabla 1. Esquema del diseño experimental empleado por Endler. En él tenemos un total de 4 tanques con depredador (T1 hasta T4), 4 con un pez no depredador (T5 a T8) y 2 sin ningún pez a modo de control (T9 y T10). Tomada y modificada de Endler (1980).

El objetivo del experimento de Endler era, tal y como ya sugerimos, determinar con precisión el efecto de la selección natural por depredación sobre el color de los guppies macho en un contexto en el que la selección sexual actuaba como mecanismo de fondo. Una de las predicciones de su hipótesis establecía que, siempre y cuando hubiese depredadores, debido a la fuerza de la selección natural por depredación, los machos tenderían a evolucionar unos colores más parecidos a sus respectivos fondos (unos de grava fina y otros gruesa). En definitiva, la depredación debería disminuir la fuerza de la selección sexual. Por el contrario, otra de las predicciones de su hipótesis era que donde no hubiese depredadores, los guppies deberían evolucionar por selección sexual en una dirección contraria a la del fondo, para de ese modo atraer más a las hembras.

Una vez instalado todo el dispositivo experimental, Endler dejó pasar unos meses. Después, realizó dos censos de los guppies a los 5 y los 14 meses, los cuales representaban las generaciones 3-4 y 9-10 desde el inicio del experimento. Para medir el cambio de color en los guppies macho como resultado de la acción contrapuesta de selección natural y la selección sexual, Endler contabilizó el número y tamaño de manchas presentes en el cuerpo de estos peces. La razón es que las manchas del cuerpo permiten a los guppies macho tanto camuflarse con su sustrato, como atraer a las hembras, por lo que son un buen indicador de la acción de la selección natural y sexual. Así, si las manchas son de un tamaño similar al de las piedras del fondo, entonces tienen un efecto críptico, es decir, de camuflaje, contribuyendo a que los guppies sean menos depredados. Por el contrario, si las manchas tienen un tamaño distinto al de las piedras del fondo, y además se presentan en un número alto, entonces los guppies son más visibles y, en consecuencia, atraen más a las hembras, aunque esto supone un mayor riesgo de depredación.

En cuanto a los resultados, Endler observó lo siguiente: en los tanques sin depredadores o con depredadores poco dañinos (Rivulus hartii), el número de manchas creció. Esto significa que la fuerza de la selección sexual, en ausencia de la selección natural por depredación, aumentó. En lo que respecta a la longitud de las manchas, la tendencia fue también la esperada, variando en función del tipo de sustrato y la presencia/ausencia de depredadores. Así, en los tanques con depredadores, la longitud de las manchas creció en los tanques con sustrato de grava gruesa, mientras que disminuyó en el de grava fina, todo ello como forma de camuflarse mejor con el fondo y de ese modo evitar la depredación. Por el contrario, en los tanques sin depredadores, la longitud de las manchas disminuyó en aquellos con sustrato de grava gruesa y aumentó en aquellos con grava fina, de forma que los machos resaltasen más sobre el fondo y así atrajesen más a las hembras. La misma tendencia se observó en los colores de las manchas: en los tanques sin depredadores, las manchas de color iridiscente (más visibles) fueron las que más aumentaron en número, mientras que en los tanques con depredadores el número de estas manchas disminuyó.

Así pues, la hipótesis de Endler acerca de la fuerza relativa de la selección natural y su influencia sobre la selección sexual se vio confirmada también experimentalmente. Endler también repitió su experimento de los tanques en un contexto natural, trasladando guppies a ríos sin depredadores y monitorizando sus cambios de color a lo de las generaciones. De nuevo, este experimento natural confirmó su hipótesis original. Los experimentos de Endler constituyen un claro ejemplo del potencial evolutivo de la selección, además de una muestra evidente del valor de los experimentos como forma de contrastar hipótesis científicas. En definitiva, son una valiosa ilustración del método científico en acción.

Para saber más:

Alvarez LW, Alvarez W, Asaro F, Michel HV (1980) Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction. Science, 6:1095-1108

Alvarez W (2009) Tyrannosaurus rex y el cráter de la muerte. Barcelona, Drakontos.

Endler JA (1980) Natural selection on color patterns in Poecilia reticulata. Evolution, 34: 76-91.

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