Efectos climáticos en la evolución humana

Entornos y rostros humanos tempranos

Este artículo explora la hipótesis de que las adaptaciones humanas clave evolucionaron en respuesta a la inestabilidad ambiental. Esta idea fue desarrollada durante una investigación realizada por el Dr. Rick Potts del Programa de Orígenes Humanos del Smithsonian.  La selección natural no siempre fue una cuestión de «supervivencia de los más aptos», sino también de la supervivencia de aquellos más adaptables a entornos cambiantes.

Fluctuación climática

Los paleoantropólogos, científicos que estudian la evolución humana , han propuesto una variedad de ideas sobre cómo las condiciones ambientales pueden haber estimulado desarrollos importantes en los orígenes humanos. A lo largo de la evolución humana han surgido diversas especies y se ha acumulado un conjunto de adaptaciones a lo largo del tiempo, que incluyen caminar erguido, la capacidad de fabricar herramientas, el agrandamiento del cerebro, la maduración prolongada, la aparición de comportamientos mentales y sociales complejos y la dependencia. en la tecnología para alterar el entorno.

El período de la evolución humana ha coincidido con el cambio ambiental, incluido el enfriamiento, el secado y fluctuaciones climáticas más amplias a lo largo del tiempo. ¿Cómo influyó el cambio ambiental en la evolución de nuevas adaptaciones, el origen y extinción de las primeras especies de homínidos y el surgimiento de nuestra especie, el Homo sapiens ? (‘Hominin’ se refiere a cualquier especie bípeda estrechamente relacionada con los humanos, es decir, en la división humana del árbol evolutivo desde que los ancestros humanos y chimpancés se ramificaron de un ancestro común en algún momento entre hace 6 y 8 millones de años).

¿Cómo sabemos que el clima de la Tierra ha cambiado? ¿Con qué rapidez y cuánto ha cambiado el clima? Una línea importante de evidencia es el registro de los isótopos de oxígeno a lo largo del tiempo. Este registro de isótopos estables al oxígeno, proviene de la medición de oxígeno en los esqueletos microscópicos de foraminíferos ( foraminíferos , para abreviar) que vivían en el fondo del mar. Esta medida se puede utilizar como indicador de cambios de temperatura y hielo glacial a lo largo del tiempo. Hay dos tendencias principales: una disminución general de la temperatura y un mayor grado de fluctuación climática a lo largo del tiempo. La cantidad de variabilidad en las condiciones ambientales fue mayor en las últimas etapas de la evolución humana que en las primeras.

Curva de isótopos de oxígeno (δ18O) durante los últimos 10 millones de años con importantes adaptaciones a H. sapiens destacadas
Curva de isótopos de oxígeno (δ18O) durante los últimos 10 millones de años (datos de Zachos et al., 2001)

El registro de diez millones de años de isótopos estables de oxígeno, medidos en foraminíferos recuperados de núcleos de sedimentos de aguas profundas, ilustra que la temperatura global del océano y el hielo glacial variaron ampliamente en los últimos 6 millones de años, el período de la evolución humana. La medida de δ 18 O es la relación entre el isótopo 18 O más pesado y el 16 O más ligero , que se evapora más fácilmente del océano y queda atrapado en el hielo glacial en tierra. Durante el curso de la evolución humana, el total de δ 18O la tendencia ha sido hacia un mundo helado y más frío. Sin embargo, la amplitud de oscilación también aumentó a partir de los 6 Ma y se hizo aún mayor durante los últimos 2,5 Ma. La evolución del género Homo y de las adaptaciones que caracterizan a H. sapiens se asociaron con las mayores oscilaciones del clima global. Iconos: (a) orígenes de los homínidos, (b) bipedestación habitual, (c) primera fabricación de herramientas de piedra y consumo de carne / médula de animales grandes, (d) inicio de la movilidad de larga duración, (e) inicio del crecimiento rápido del cerebro, (f ) expansión de la expresión simbólica, la innovación y la diversidad cultural.

Organismos y cambio ambiental

Todos los organismos se encuentran con algún cambio ambiental. Algunos cambios ocurren en un período breve y pueden ser cíclicos, como variaciones diarias o estacionales en la cantidad de temperatura, luz y precipitación. En escalas de tiempo más largas, los homínidos experimentaron cambios a gran escala en la temperatura y la precipitación que, a su vez, causaron grandes cambios en la vegetación: cambios de pastizales y tierras de arbustos a bosques y bosques, y también de climas fríos a cálidos. Los entornos de los homínidos también se vieron alterados por la tectónica: terremotos y levantamientos, como el aumento de la elevación de la meseta tibetana, que cambió los patrones de lluvia en el norte de China y alteró la topografía de una amplia región. La actividad tectónica puede cambiar la ubicación y el tamaño de los lagos y ríos. Las erupciones volcánicas y los incendios forestales también alteraron la disponibilidad de alimentos, agua, refugio, y otros recursos. A diferencia de los turnos estacionales o diarios, los efectos de muchos de estos cambios duraron muchos años y fueron inesperados para los homínidos y otros organismos, elevando el nivel de inestabilidad e incertidumbre en sus condiciones de supervivencia.

Muchos organismos tienen preferencias de hábitat, como tipos particulares de vegetación (pastizales versus bosques) o rangos preferidos de temperatura y precipitación. Cuando hay un cambio en el hábitat preferido de un animal, pueden moverse y rastrear su hábitat favorito o adaptarse mediante un cambio genético al nuevo hábitat. De lo contrario, se extinguen. Sin embargo, otra posibilidad es que aumente la adaptabilidad de una población, es decir, el potencial para adaptarse a entornos nuevos y cambiantes. La capacidad de adaptarse a una variedad de hábitats y entornos diferentes es una característica de los seres humanos.

Medio ambiente y destino de las especies

Tres posibles resultados de la evolución de la población en la dinámica ambiental típica del Plio – Pleistoceno (izquierda). La capacidad de moverse y rastrear cambios de hábitat geográficamente (líneas estrechas) o ampliar el grado de versatilidad adaptativa es importante para que cualquier linaje persista. La extinción ocurre si las poblaciones de especies tienen adaptaciones dietéticas / de hábitat específicas (es decir, una banda estrecha de ‘versatilidad adaptativa’; bandas resaltadas) y no pueden reubicarse en un hábitat preferido. En la situación hipotética (banda derecha) donde se expande la versatilidad adaptativa, la migración y la dispersión pueden ocurrir independientemente del momento y la dirección del cambio ambiental. La evolución de la versatilidad adaptativa es el ímpetu detrás de la idea de selección de variabilidad, que se explora más adelante en este artículo. 

Adaptación al cambio

Hay muchas ideas sobre el papel del medio ambiente en la evolución humana. Algunas opiniones asumen que ciertas adaptaciones, como caminar erguido o fabricar herramientas, se asociaron con un hábitat más seco y la expansión de los pastizales, una idea conocida a menudo como la hipótesis de la sabana. Según esta visión de larga data, muchas adaptaciones humanas importantes surgieron en la sabana africana o fueron influenciadas por la presión ambiental de una pradera seca en expansión.

Si las adaptaciones humanas clave evolucionaron en respuesta a la presión de selección de un entorno específico, esperaríamos que esas adaptaciones fueran especialmente adecuadas para ese hábitat. Los fósiles de homínidos se encontrarían en esos entornos y no estarían presentes en diversos tipos de hábitat.

La hipótesis de selección de variabilidad

Una hipótesis diferente es que los eventos clave en la evolución humana no fueron moldeados por un solo tipo de hábitat (p. Ej., Pastizales) o tendencia ambiental (p. Ej., Secado) sino más bien por la inestabilidad ambiental. Esta idea, desarrollada por el Dr. Rick Potts del Programa Human Origins, se llama selección de variabilidad. Esta hipótesis llama la atención sobre la variabilidad observada en todos los registros ambientales y sobre el hecho de que el género Homo no se limitó a un solo tipo de ambiente. A lo largo de la evolución humana, los antepasados ​​humanos aumentaron su capacidad para hacer frente a los hábitats cambiantes en lugar de especializarse en un solo tipo de entorno. ¿Cómo desarrollaron los homínidos la capacidad de responder a entornos cambiantes y nuevas condiciones ambientales?

Hipótesis ambientales de la evolución humana

Con el tiempo (de izquierda a derecha), pueden evolucionar nuevas adaptaciones durante períodos de (A) un entorno relativamente estable; (B) cambio de dirección o progresivo, como de húmedo a seco; o (C) hábitat muy variable, como predice la hipótesis de selección de variabilidad.  

Una forma en que los organismos pueden hacer frente a las fluctuaciones ambientales es a través de la adaptación genética, en la que varios alelos, o diferentes versiones de genes, están presentes en la población en diferentes frecuencias. A medida que cambian las condiciones, la selección natural favorece un alelo o variante genética sobre otro. Los genes que pueden facilitar una variedad de formas diferentes en diferentes entornos (plasticidad fenotípica) también pueden ayudar a un organismo a adaptarse a las condiciones cambiantes.

Otra respuesta al cambio ambiental es desarrollar estructuras y comportamientos que se puedan utilizar para hacer frente a diferentes entornos. La selección de estas estructuras y comportamientos como resultado de la inestabilidad ambiental se conoce como selección de variabilidad. Esta hipótesis difiere de las que se basan en tendencias ambientales consistentes. El cambio ambiental en una dirección general conduce a especializaciones para esas condiciones específicas. Pero si el entorno se vuelve muy variable, las especializaciones para entornos particulares serían menos ventajosas que las estructuras y comportamientos que permiten hacer frente a condiciones cambiantes e impredecibles. La selección de variabilidad se refiere a los beneficios conferidos por variaciones en el comportamiento que ayudan a los organismos a sobrevivir al cambio. Para probar la hipótesis de selección de variabilidad,

Si la inestabilidad ambiental fuera el factor clave que favorece las adaptaciones humanas, se esperaría que ocurrieran nuevas adaptaciones durante los períodos de mayor variabilidad ambiental, y estas adaptaciones habrían mejorado la capacidad de los primeros ancestros humanos para lidiar con el cambio de hábitat y la diversidad ambiental.

En general, el registro fósil de homínidos y el registro ambiental muestran que los homínidos evolucionaron durante un tiempo ambientalmente variable. Se produjo una mayor variabilidad a medida que los cambios en la estacionalidad produjeron fluctuaciones ambientales a gran escala durante períodos que a menudo duraban decenas de miles de años. La hipótesis de selección de variabilidad implica que los rasgos humanos evolucionaron con el tiempo porque permitieron a los antepasados ​​humanos adaptarse a la incertidumbre y el cambio ambientales. La hipótesis aborda la cuestión de cómo, exactamente, la adaptabilidad puede evolucionar con el tiempo.

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