La síntesis evolutiva moderna se basa en el concepto de que las poblaciones de organismos tienen una variación significativa causada por la mutación y recombinación de genes durante la reproducción sexual. Define la evolución como el cambio en las frecuencias de alelos en una población causada por la deriva genética, el flujo genético entre subpoblaciones y la selección natural. La selección natural es el más importante mecanismo de la evolución: los grandes cambios son resultado de una acumulación gradual de pequeños cambios durante largos periodos de tiempo.
La síntesis evolutiva moderna es la consecuencia de una combinación de distintos campos científicos para llegar a una comprensión más coherente de la teoría de la evolución. En la década de 1920, Ronald Fisher, J.B.S. Haldane y Sewall Wright combinaron la teoría de Darwin de la selección natural con modelos estadísticos de herencia mendeliana, fundando una nueva disciplina, la genética poblacional. En las décadas de 1930 y 1940, se unieron la genética poblacional, el análisis del registro fósil y las observaciones de los naturalistas sobre la distribución de especies y subespecies para establecer un modelo explicativo unificado.50 Científicos como Theodosius Dobzhansky y Ernst Mayr aplicaron los principios de la genética a las poblaciones, mejorando la comprensión de los procesos de la evolución. La obra «Genética y el origen de las especies» de Dobzhansky, publicada en 1937, ayudó a cerrar la brecha entre la genética y la biología aplicada, presentando el trabajo matemático de los genetistas poblacionales de forma más útil para los biólogos prácticos, y mostrando que las poblaciones silvestres tienen una variación genética mucho mayor, con subespecies aisladas y reservas de genes recesivos, que la que le suponían los primeros genetistas poblacionales. Mayr, basándose en sus conocimientos sobre los genes y en observaciones directas de procesos evolutivos, introdujo el concepto de especie biológica, que definió como un grupo de poblaciones que se cruzan o tienen la posibilidad de cruzarse y está reproductivamente aislado de cualquier otra población. Tanto Dobzhansky como Mayr insistieron en la importancia que tienen las subespecies reproductivamente aisladas por barreras geográficas en la aparición de nuevas especies. El paleontólogo George Gaylord Simpson colaboró a la incorporación de la paleontología con su análisis estadístico del registro fósil, que mostró un patrón coherente con el camino de diversificación de la evolución que predijo la síntesis moderna.
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