Analisis evolutivo 2a edicion

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Análisis Evolutivo
Scott Freeman
Jon C. Herron
2ª Edición
Análisis Evolutivo
Freeman
Herron
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 Ev
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www.pearsoneducacion.com
Este texto tiene como objetivo ayudar a los estudiantes a aprender a pensar como biólogos
evolutivos, presentando la biología evolutiva como una empresa dinámica y cada vez más
interdisciplinaria.
Los dos aspectos destacables de este libro son, por un lado, la cuidadosa imparcialidad en la
exposición de teorías e interpretaciones del fenómeno evolutivo y, por otro, la incorporación de los
últimos hallazgos promovidos por las técnicas moleculares. Iniciar un libro sobre evolución
planteando lo qué está pasando con una de las epidemias más grandes con las que se está
enfrentando la humanidad, la infección por VIH y el SIDA, es intentar sumergir al lector en la
dinámica del pensamineto evolutivo, en la comprensión de los mecanismos evolutivos que se van a
desarrollar ampliamente a lo largo del libro, con un tema de rabiosa actualidad. Es, en definitiva,
presentar el pensamiento evolutivo como algo dinámico, conectados a los problemas diarios y
próximo a las inquietudes sobre nuestra historia pasada, presente y también futura.
Numerosos cuadros cubren temas o métodos especiales, y tratan de los aspectos matemáticos
más áridos, pero haciéndolos asequibles y de fácil comprensión.
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tanto para los profesores, como para los estudiantes. Apoyos a lo docencia, ejercicios de autocontrol,
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2ª Edición
2ª Edición
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Análisis Evolutivo
Segunda edición
Principios 18/1/11 16:34 Página 1
Freeman, S. y Herron, J. C.
Análisis Evolutivo
PEARSON EDUCACIÓN, S.A., Madrid, 2002
Materia: Genética 525.
Formato: 215 � 270 Páginas: 720
Todos los derechos reservados.
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley,
cualquier forma de reproducción, distribución,
comunicación pública y transformación de esta obra
sin contar con autorización de los titulares de propiedad
intelectual. La infracción de los derechos mencionados
puede ser constitutiva de delito contra la propiedad
intelectual (arts. 270 y sgts. del Código Penal).
DERECHOS RESERVADOS
© 2002 PEARSON EDUCACIÓN, S.A.
Núñez de Balboa, 120
28006 Madrid 
PRENTICE HALL es un sello editorial autorizado de PEARSON EDUCACIÓN
Freeman, S. y Herron, J. C.
Análisis Evolutivo
ISBN: 84-205-3390-4
Depósito Legal: M-
Traducido de:
Evolutionary Analysis. Second edition.
Copyright © 2001, por Scott Freeman y Jon C. Herron
Published by Prentice Hall, Inc.
ISBN: 0-13-017291-X
Edición en español:
Equipo editorial:
Editora: Isabel Capella
Técnico editorial: Marta Caicoya
Equipo de producción:
Director: José Antonio Clares
Técnico: José Antonio Hernán
Equipo de diseño:
Equipo de diseño de Pearson Educación, S.A.
Composición: COPIBOOK, S. L.
Impreso por:
IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN
Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos.
Datos de catalogación bibliográfica
Principios 18/1/11 16:34 Página 2
ISBN: 978-84-832-2774-9
Análisis Evolutivo
Segunda edición
Scott Freeman
University of Washington
Jon C. Herron
University of Washington
Traducción
Dr. José Luis Ménsua Fernández
Catedrático de Genética
Dr. Santiago Elena Fito
Profesor Titular de Genética de Poblaciones
Universitat de València
Madrid • México • Santafé de Bogotá • Buenos Aires • Caracas • Lima
Montevideo • San Juan • San José • Santiago • São Paulo • White Plains
Principios 18/1/11 16:34 Página 3
PARTE I
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO 1 Un caso para pensar evolutivamente
comprendiendo el HIV 3
CAPÍTULO 2 Las pruebas de la evolución 21
CAPÍTULO 3 Selección natural darwiniana 47
PARTE II
LOS MECANISMOS 
DEL CAMBIO EVOLUTIVO 73
CAPÍTULO 4 Mutación y variación genética 75
CAPÍTULO 5 Genética mendeliana en 
poblaciones I: selección y mutación como 
mecanismos evolutivos 109
CAPÍTULO 6 Genética mendeliana en
poblaciones II: migración, deriva genética
y apareamiento no aleatorio 155
CAPÍTULO 7 Evolución en loci múltiples:
ligamiento, sexo y genética cuantitativa 197
PARTE III
ADAPTACIÓN 249
CAPÍTULO 8 Estudiando la adaptación: el análisis
evolutivo de la forma y la función 251
CAPÍTULO 9 Selección sexual 289
CAPÍTULO 10 Selección familiar 
y comportamiento social 331
CAPÍTULO 11 El envejecimiento y otros 
caracteres de historia de vida 359
PARTE IV
LA HISTORIA DE LA VIDA 401
CAPÍTULO 12 Los mecanismos de especiación 403
CAPÍTULO 13 Reconstrucción de árboles 
evolutivos 437
CAPÍTULO 14 El origen de la vida y la evolución 
precámbrica 465
CAPÍTULO 15 La explosión cámbrica 
y más allá 507
CAPÍTULO 16 Evolución humana 549
PARTE V
INVESTIGACIÓN ACTUAL. EJEMPLOS 585
CAPÍTULO 17 Desarrollo y evolución 587
CAPÍTULO 18 Evolución molecular 611
CAPÍTULO 19 Evolución y salud 639
v
Resumen del contenido
Contenido 18/1/11 14:01 Página v
Contenido 18/1/11 14:01 Página vi
Prefacio xiii
PARTE I
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO 1
Un caso para pensar evolutivamente:
comprendiendo al HIV 3
1.1. La historia natural de la epidemia 4
1.2. ¿Por qué el AZT es efectivo a corto plazo,
pero falla a largo plazo? 7
1.3. ¿Por qué el VIH es mortal? 10
1.4. ¿Por qué algunas personas son resistentes 
a la infección por el VIH 12
1.5. ¿Podrá una vacuna proporcionar protección
ante las diversas cepas del VIH? 14
Sumario 18 • Preguntas 18 • Explorando 
la bibliografía 18 • Bibliografía 19
CAPÍTULO 2
Las pruebas de la evolución 21
2.1. Parentesco de las formas de vida 22
Cuadro 2.1 Homología y organismos modelo 25
2.2. Cambios con el tiempo 31
2.3. La edad de la Tierra 36
Cuadro 2.2 A Una mirada con detalle de la datación
radioactiva 40
2.4. Correspondencia entre grupos de datos 41
Resumen 44 • Preguntas 44 • Explorando 
la bibliografía 45 • Bibliografía 45
CAPÍTULO 3
Selección natural darwiniana 47
3.1. La selección natural: los cuatro postulados 
de Darwin 48
3.2. La evolución de la forma del pico 
de los pinzones de las Galápagos 49
Cuadro 3.1 Aspectos que complican la manera 
de estimar la heredabilidad 52
3.3. La naturaleza de la selección natural 57
3.4. La evolución del darwinismo 62
3.5. El debate sobre el “creacionismo 
científico” 65
Resumen 70 • Preguntas 70 • Explorando 
la biliografía 71 • Bibliografía 72
PARTE II
LOS MECANISMOS DEL CAMBIO
EVOLUTIVO 73
CAPÍTULO 4
Mutación y variación genética 75
4.1. De dónde vienen los alelos nuevos 76
4.2. De dónde vienen los genes nuevos 85
Contenido
vii
Contenido 18/1/11 14:01 Página vii
viii Contenido
4.3. Alteraciones cromosómicas 90
4.4. Medida de la variación genética en 
poblaciones naturales 94
Cuadro 4.1 Electroforesis en gel 95
Resumen 103 • Preguntas 104 • Explorando 
la bibliografía 105 • Bibliografía 106
CAPÍTULO 5
Genética mendeliana en poblaciones I:
selección y mutación como
mecanismos evolutivos 109
5.1. La genética mendeliana en las poblaciones:
el equilibrio de Hardy-Weinberg 110
Cuadro 5.1 Combinando probabilidades 113
Cuadro 5.2 El equilibrio de Hardy-Weinberg 
con más de dos alelos 117
5.2. Selección 119
Cuadro 5.3 Un tratamiento general de la selección 122
Cuadro 5.4 El equilibrio de Hardy-Weinberg entre
alelos mutantes diferentes que dan lugar a 
enfermedades genéticas recesivas 126
Cuadro 5.5 Análisis estadístico de las frecuencias 
alélicas y genotípicas utilizando la prueba �2
(chi-cuadrado) 127
5.3. Tipos de selección 129
Cuadro 5.6 Predicción de la frecuencia del alelo
CCR5-�32 en generaciones futuras 130
Cuadro 5.7 Tratamientoalgebraico de la selección 
sobre alelos recesivos y dominantes 132
Cuadro 5.8 Equilibrio estable con superioridad 
del heterozigoto y equilibrio inestable con inferioridad 
del heterozigoto 136
5.4. Mutación 142
Cuadro 5.9 Tratamiento matemático de la mutación
como fuerza evolutiva 144
Cuadro 5.10 Frecuencias alélicas en el equilibrio
mutación-selección 146
Cuadro 5.11 Estimas de las tasas de mutación para
alelos recesivos 148
Resumen 150 • Preguntas 150 • Explorando 
la bibliografía 151 • Bibliografía 152
CAPÍTULO 6
Genética mendeliana en poblaciones II:
migración, deriva genética y apareamiento 
no aleatorio 155
6.1. Migración 157
Cuadro 6.1 Tratamiento algebraico de la migración 
como fuerza evolutiva 158
Cuadro 6.2 Selección y migración en las serpientes 
de agua del lago Erie 161
6.2. Deriva genética 163
Cuadro 6.3 Probabilidad de que un alelo dado 
sea el que se fije por deriva 171
Cuadro 6.4 Tamaño poblacional efectivo 175
Cuadro 6.5 La tasa de sustituciones evolutivas 
con deriva genética 179
6.3. Apareamiento no aleatorio 179
Cuadro 6.6 Frecuencias genotípicas en una 
población consanguínea 184
6.4. Genética de la conservación de la gallina
grande de las parederas de Illinois 188
Resumen 191 • Preguntas 191 • Explorando 
la bibliografía 193 • Bibliografía 194
CAPÍTULO 7
Evolución en loci múltiples: ligamiento,
sexo y genética cuantitativa 197
7.1. Evolución de dos loci: equilibrio y desequilibrio
de ligamiento 198
Cuadro 7.1 El coeficiente del desequilibrio 
de ligamiento 201
Cuadro 7.2 Análisis de Hardy-Weinberg 
para dos loci 202
Cuadro 7.3 La reproducción sexual reduce el
desequilibrio de ligamiento 206
Contenido 18/1/11 14:01 Página viii
Contenido ix
Cuadro 7.4 Estima de la antigüedad de la 
mutación CCR5-�32 212
7.2. El significado adaptativo del sexo 213
7.3. Selección sobre cuantitativos 224
Cuadro 7.5 Variación genética aditiva respecto 
de la variación genética de la dominancia 227
Cuadro7.6 El gradiente de selección y el diferencial 
de selección 230
Cuadro 7.7 Selección sobre caracteres múltiples 
y caracteres correlacionados 231
Resumen 245 • Preguntas 246 • Explorando 
la bibliografía 247 • Bibliografía 248
PARTE III
ADAPTACIÓN 249
CAPÍTULO 8
Estudiando la adaptación: el análisis evolutivo 
de la forma y la función 251
8.1. Todas las hipótesis deben comprobarse
reconsiderando el cuello de las jirafas 252
8.2. Experimentos 255
8.3. Estudios basados en la observación 259
Cuadro 8.1 Una introducción al contraste 
estadístico 260
8.4. El método comparativo 265
8.5. Plasticidad fenotípica 268
Cuadro 8.2 Calculando contrastes filogenéticamente
independientes 269
8.6. Cada carácter adaptativo evolucionó a partir 
de algo distinto 271
8.7. Compromisos y restricciones 276
8.8. Estrategias para preguntar cuestiones
interesantes 283
Resumen 284 • Preguntas 284 • Explorando 
la bibliografía 285 • Bibliografía 287
CAPÍTULO 9
Selección sexual 289
9.1. Asimetrías en la reproducción sexual 292
9.2. Competencia entre machos: selección
intrasexual 295
Cuadro 9.1 Estrategias alternativas para el
apareamiento en los machos 300
9.3. La elección de la hembra 302
Cuadro 9.2 Cópulas fuera de la pareja 306
Cuadro9.3 ¿Selección sexual de escape en las 
moscas de ojos pedunculados? 314
9.4. Diversidad en los papeles sexuales 317
9.5. Selección sexual en plantas 319
9.6. Diformismo sexual en el tamaño corporal
humano 322
Resumen 324 • Preguntas 325 • Explorando 
la bibliografía 327 • Bibliografía 327
CAPÍTULO 10
Selección familiar y comportamiento social 331
10.1. Selección familiar y la evolución del 
altruismo 332
Cuadro 10.1 Cálculo de los coeficientes de 
parentesco 333
Cuadro 10.2 Reconocimiento familiar 337
10.2. La evolución de la eusociabilidad 337
Cuadro 10.3 Evolución de la proporción de sexos 340
10.3. El conflicto entre padres e hijos 345
10.4. Altruismo recíproco 349
Cuadro 10.4 El dilema del prisionero: análisis 
de la cooperación y del conflicto mediante la teoría 
de juegos 350
Resumen 354 • Preguntas 355 • Explorando
la bibliografía 356 • Bibliografía 357
Contenido 18/1/11 14:01 Página ix
x Contenido
CAPÍTULO 11
El envejecimiento y otros caracteres 
de historia de vida 359
11.1. Elementos básicos en el análisis de las 
historias de vida 361
11.2. ¿Por qué los organismos envejecen 
y mueren? 362
11.3. ¿Cuántos descendientes debe producir 
un individuo en un año cualquiera 375
Cuadro 11.1 ¿Existe una explicación evolutiva 
para la menopausia? 376
11.4. ¿Qué tamaño debe tener cada 
descendiente? 382
11.5. Conflictos de intereses entre historias 
de vida 386
11.6. Las historias de vida en un contexto 
evolutivo amplio 390
Resumen 396 • Preguntas 396 • Explorando 
la bibliografía 397 • Bibliografía 398
PARTE IV
LA HISTORIA DE LA VIDA 401
CAPÍTULO 12
Los mecanismos de especiación 403
12.1. Conceptos de especie 404
Cuadro 12.1 El concepto de espec ie en bacteriasa 405
12.2. Mecanismos de aislamiento 409
12.3. Mecanismos de divergencia 414
Cuadro 12.2 Especiación parapátrica 
y simpática 417
12.4. El contacto secundario 421
12.5. La genética de la diferenciación y el 
aislamiento 427
Cuadro 12.3 Cartografía de QTL 431
Resumen 432 • Preguntas 432 • Explorando
la bibliografía 433 • Bibliografía 433
CAPÍTULO 13
Reconstrucción de árboles evolutivos 437
13.1. Parsimonia y filogenia 438
Cuadro 13.1 El métidi cladista 438
13.2. La filogenia de las ballenas 441
Cuadro 13.2 Alternativas a la parsimonia:
máxima verosimilitud y distancias genéticas 448
13.3. Utilización de filogenias para responder
preguntas 450
Cuadro 13.3 El reloj molecular 452
Resumen 459 • Preguntas 460 • Explorando 
la bibliografía 462 • Bibliografía 462
CAPÍTULO 14
El origen de la vida y la evolución 
precámbrica 465
14.1. El mundo del RNA 467
14.2. Mirando incluso más atrás ¿cómo se 
consiguió el RNA? 477
Cuadro 14.1 La hipótesis de la panspermia 478
14.3. Mirando hacia delante: cuando la vida 
se hizo celular 487
Resumen 501 • Preguntas 501 • Explorando 
tla bibliografía 502 • Bibliografía 503
CAPÍTULO 15
La explosión cámbrica y más allá 507
15.1. La naturaleza del registro fósil 508
15.2. La explosión cámbrica 511
15.3. Patrones macroevolutivos 521
15.4. Extinciones 527
15.5. Extinciones recientes: el meteorito humano 536
Resumen 543 • Preguntas 543 • Explorando 
la bibliografía 544 • Bibliografía 545
CAPÍTULO 16
Evolución humana 549
16.1. Las relaciones entre los humanos y los 
simios actuales 550
16.2. Los ancestros recientes de los humanos 557
Contenido 18/1/11 14:01 Página x
Contenido xi
16.3. El origen de la especie 
Homo sapiens 564
16.4. La evolución de caracteres exclusivamente
humanos 572
Cuadro 16.1 Utilización del desequilibrio de 
ligamiento para fechar la divergencia entre 
poblaciones africanas y no africanas 573
Resumen 580 • Preguntas 580 • Explorando
la bibliografía 581 • Bibliografía 582
PARTE V
INVESTIGACIÓN ACTUAL. EJEMPLOS 585
CAPÍTULO 17
Desarrollo y evolución 587
17.1. Genes homeóticos, formación de patrones 
y diversificación 588
17.2. La genética de la homología: extremidades 595
17.3. Flores 601
17.4. Homología profunda 606
Resumen 607 • Preguntas 607 • Explorando 
la bibliografía 608 • Bibliografía 608
CAPÍTULO 18
Evolución molecular 611
18.1. La cantidad y la tasa del cambio de las
secuencias 612
18.2. Detección de la selección natural en las
secuencias de DNA 617
18.3. Elementos transponibles 623
18.4. Genomas de orgánulos 632
Resumen 635 • Preguntas 636 • Explorando 
la bibliografía 636 • Bibliografía 637
CAPÍTULO 19
Evolución y salud 639
19.1. Evolución de patógenos: evasión de la 
respuesta inmunológica del huésped 641
19.2. Evolución de los patógenos: resistencia 
a los antibióticos 647
19.3. Evolución de los patógenos: virulencia 651
19.4. Los tejidos como poblaciones de células 
que evolucionan 655
Cuadro 19.1 La genética forense resuelve un 
misterio médico 656
19.5. El programa adaptacionista aplicado 
a los humanos 659
19.6. Adaptación y fisiología médica: fiebre 663
19.7. Adaptación ycomportamiento humano:
cuidado paterno 669
Cuadro 19.2 ¿Es darwiniana la evolución 
cultural? 670
Resumen 677 • Preguntas 677 • Explorando
la bibliografía 679 • Bibliografía 679
Glosario 681
Índice 687
Contenido 18/1/11 14:01 Página xi
Los objetivos y la audiencia del Análisis evolutivo no han cambiado de la primera edición
a la segunda.Nuestro objetivo todavía es ayudar a los estudiantes a aprender a pensar como
biólogos evolutivos. La presentación está pensada para estudiantes de licenciatura que se
están especializando en ciencias biológicas, o preparándose para profesiones en medicina,
conservación, educación, periodismo científico o investigación. Suponemos que nuestros
lectores han finalizado los cursos introductorios y están preparados para explorar cómo un
curso de biología evolutiva puede enriquecer su vida personal y profesional.
Nuestro enfoque y filosofía tampoco han cambiado. Nuestro deseo es presentar los
temas que forman el núcleo de la biología evolutiva con el mismo espíritu de curiosidad
que impulsa la investigación. Siempre que sea posible, motivamos el material con los ti-
pos de preguntas que se hacen los biólogos evolutivos. ¿Están los humanos más íntima-
mente emparentados con los chimpancés o con los gorilas? Si las personas con la muta-
ción CCR5-∆32 son resistentes a la infección por el VIH, ¿aumentará la frecuencia de este
alelo en las poblaciones afectadas por la epidemia del SIDA? ¿Por qué los dinosaurios se
extinguieron súbitamente, después de ser los vertebrados terrestres dominantes durante
más de 150 millones de años? A menudo, un tratamiento teórico ayudará a enfocar estas
cuestiones, a generar hipótesis y a hacer predicciones que puedan comprobarse. Después
de introducir los experimentos y las observaciones que los biólogos han utilizado para
comprobar hipótesis rivales, analizamos los datos resultantes y consideramos qué trabajo
queda por hacerse.A lo largo del libro, nuestro objetivo es presentar la biología evoluti-
va como una empresa dinámica y cada vez más interdisciplinaria.
Aunque las premisas y el enfoque fundamental del libro no han cambiado, su organi-
zación sí. Para ordenar la secuencia de capítulos lo más cercanamente posible al modo en
que muchos profesores enseñan la asignatura, la hemos organizado en cinco partes:
• Parte I. Introducción: demuestra por qué la evolución es importante para resol-
ver problemas del mundo real, establece el hecho de la evolución y presenta la se-
lección natural como un proceso observable.
• Parte II. Mecanismos del cambio evolutivo: desarrolla los fundamentos teóricos
de la Síntesis Moderna,explorando cómo la mutación, selección,migración y deriva pro-
ducen cambio evolutivo. La cobertura de la genética de poblaciones se amplía muchí-
simo respecto de la primera edición, pero se simplifica situando la mayoría de los trata-
mientos algebraicos en cuadros.Estos capítulos también se han enriquecido aumentado
la atención sobre cómo los modelos de la genética de poblaciones y de la genética-
cuantitativa pueden aplicarse a problemas de la vida real en medicina y en conservación.
• Parte III.Adaptación: es una nueva unidad que comienza introduciendo métodos
para estudiar la adaptación y continúa ofreciendo investigaciones detalladas sobre se-
lección sexual, selección familiar y selección sobre caracteres del ciclo de vida.
• Parte IV. La historia de la vida: comienza con un análisis de los métodos para de-
ducir la especiación y la filogenia. Los capítulos siguientes se centran en la evolución
precámbrica, el Fanerozoico y la evolución humana.
• Parte V. Investigación actual-Ejemplos: incluye un capítulo que trata de temas
clásicos y recientes sobre evolución molecular. La unidad también tiene dos capí-
Prefacio
xiii
00-Prefacio 18/1/11 14:02 Página xiii
xiv Prefacio
tulos nuevos. Uno de éstos se centra en ideas que sobre la evolución han surgido por
los avances de la genética del desarrollo; el otro explora las aplicaciones de la biolo-
gía evolutiva en epidemiología, fisiología médica, comportamiento humano y salud
pública.
Como en la primera edición,muchos capítulos incluyen cuadros que tratan temas o mé-
todos especiales, proporcionando un análisis más detallado u ofreciendo el desarrollo de
ecuaciones.Todos los capítulos terminan con una serie de preguntas que animan al es-
tudiante a revisar el material, aplicar conceptos a nuevos temas y explorar la bibliografía
básica.
Página web
El material complementario en Internet del Análisis evolutivo se ha revisado y ampliado.
Cada unidad incluye ahora dos casos de estudio.Estas tutorías desafían al estudiante a plan-
tear cuestiones, formular hipótesis, diseñar experimentos, analizar datos y sacar conclusio-
nes. Una tutoría sobre genética de poblaciones presenta problemas que los estudiantes
pueden resolver utilizando una simulación que se puede bajar de la red. El sitio de Inter-
net también proporciona respuestas a algunas cuestiones seleccionadas del final de los ca-
pítulos, guías para explorar la bibliografía, conexiones con otros lugares relacionados con
la evolución.
El sitio de Internet para el Análisis evolutivo es accesible a través de la página principal
del libro en:
http://www.librosite.net/freeman
El compromiso de Prentice Hall con un formato a cuatro colores para esta edición del
Análisis evolutivo, nos ha permitido hacer esquemas, gráficos de datos y fotografías más 
fáciles de interpretar y al conjunto de la presentación más brillantez y accesibilidad.
Agradecimientos
Nos gustaría dar las gracias más sinceras a todos los colegas que han ayudado a que este libro sirva mejor a los estudiantes,
contribuyendo con revisiones publicadas, revisiones autorizadas, sugerencias por correo electrónico, paquetes de “copias de
artículos” y conversaciones con nosotros en reuniones. En particular, los añadidos y revisiones en esta edición se inspiraron
en una serie de ideas y críticas constructivas proporcionadas por los siguientes colegas:
Leticia Avilés, University of Arizona
Loren E. Babcock, The Ohio State University
David Begun, University of Toronto
Andrew Berry, Harvard University
Keith A. Crandall, Brigham Young University
W. Ford Doolittle, Dalhousie University
Jerry F. Downhower, The Ohio State University
Scott Edwards, University of Washington
Gary M. Fortier, Delaware Valley College
Glenys Gibson, Acadia University
Lonnie J. Guralnick, Western Oregon University
Werner G. Heim, Colorado College
Joel Kingsolver, University of Washington
Andrew H. Knoll, Harvard University
Robert A. Krebs, Cleveland State University
Catherine S. McFadden, Harvey Mudd College
Andrew Martin, University of Colorado
Arnold I. Miller, University of Cincinnati
Nancy A. Moran, University of Arizona
Stephen W. Schaeffer, Pennsylvania State University
Robert Sinsabaugh, University of Toronto
Maureen Stanton, University of California, Davis
Daniel B.Thompson, University of Nevada, Las Vegas
Sara E.Via, University of Maryland, College Park
00-Prefacio 18/1/11 14:02 Página xiv
Prefacio xv
Sería difícil poner excesivo énfasis en cuánto se ha beneficiado esta edición del cuidado y
creatividad de estos críticos. En un sentido muy real, este libro es el producto de una co-
munidad que está apasionada por el estudio de la evolución y dedicada a su enseñanza.
Además, nos gustaría ampliar nuestras sinceras gracias a los estudiantes que han envia-
do correos electrónicos con sugerencias para mejorar. Especialmente útiles fueron las crí-
ticas escritas formalmente con las que contribuyó la clase del Dr. Peter Wimberger, de la
Universidad de Puget Sound, y muchos comentarios y sugerencias de nuestros propios
estudiantes de la Universidad de Washington.
Tenemos una deuda especial con tres colegas que contribuyeron a la revisión de capí-
tulos clave y con la Dra. Kathleen Hunt, que contribuyó con versiones revisadas de las 
preguntas del final de los capítulos. Somos muy afortunados por haber tenido contribu-
yentes de gran talento implicados en la preparaciónde esta edición. Concretamente, el 
Dr. Michael Hart, de la Universidad de Dalhousie, revisó los capítulos de la historia de la
vida, inferencia filogenética y el Fanerozoico y dio origen al capítulo sobre evolución y
desarrollo. Su dominio de la bibliografía y su entusiasmo por la biología evolutiva fue una
tremenda ventaja durante el proceso de revisión y su ingenio y excitación por la ciencia
hacen que trabajar con él sea un placer. El Dr. Niles Lehman, de la Universidad del Esta-
do de New York, en Albany, revisó el capítulo sobre el origen de la vida y la evolución en
el Precámbrico.Su creatividad,pasión, conocimiento y rápido hacer fueron vitales para pro-
porcionar a los estudiantes una lectura fresca y precisa de este tema tan dinámico. El 
Dr. David Begun, de la Universidad de Toronto, puso al día el capítulo sobre la evolución
humana. Su experiencia fue una contribución impagable a nuestro enfoque de este campo
que cambia tan rápidamente, y su buena voluntad para trabajar hasta el límite del tiempo
se aprecia enormemente.
Este libro no existiría sin la habilidad, la profesionalidad y la dedicación de la editorial
y del equipo de producción de Prentice Hall. El liderazgo de Paul Corey y su compro-
miso como Director editorial de Ciencia y Matemáticas ha sido importantísimo. La 
Editora Jefe de producción, Debra Wechsler, realizó un magnífico trabajo gestionando los
miles de detalles requeridos para hacer un libro tan libre de errores y omisiones como fue
humanamente posible. La Editora artística, Karen Branson, reunió y dirigió un talentoso
grupo de artistas para crear el programa de figuras a cuatro colores. Robin S. Manasse 
realizó la mayoría de las nuevas ilustraciones biológicas, incluyendo a los animales de la 
cubierta. Los Directores artísticos Anne France, Joe Sengotta y Jon Boylan, hicieron un 
diseño y una cubierta atractivos para el libro.Andrew Stull fue responsable de ampliar y
mejorar los sitios web. Jennifer Welchans, ejecutiva de marqueting es quien suministró el
impulso y las herramientas necesarias para asegurar que los profesores de todo el mundo
tengan la oportunidad de considerar este libro para sus cursos.
Finalmente y por encima de todo, damos las gracias al Editor Jefe de Biología, Sheri 
Snavely, cuya visión y energía han sido el sostén de este libro. Su pasión por la publicación,
su instinto infalible, su humor y devoción son una constante fuente de inspiración.
Scott Freeman
Jon C. Herron
Seattle,Washington
00-Prefacio 18/1/11 14:02 Página xv
UNO DE LOS ASPECTOS MÁS ATRACTIVOS DE LA BIOLOGÍA EVOLUTIVA ES QUE ESTÁenraízada en un mecanismo organizativo único. Este mecanismo es el de la selección natural.
Por ello, profundizar en la comprensión de la selección natural es el primer reto para cualquiera que
estudie evolución. La selección natural es conceptualmente simple pero, en general, mal compren-
dida. La comprensión de cómo funciona el mecanismo requiere ir más allá de frases como “la su-
pervivencia del más adaptado”.
Nuestro objetivo principal en la Parte I (Capítulos 1-3) es introducir la selección natural como
un factor de cambio evolutivo. La exploración del proceso comienza con un capítulo dedicado a la
comprensión del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y de la epidemia del SIDA. El Capí-
tulo 2 amplía esta presentación, revisando las pruebas de que todos los organismos han cambiado, o
evolucionado a lo largo del tiempo, a lo largo de la historia de la vida, al igual que el VIH ha evolu-
cionado durante el pasado medio siglo. En el Capítulo 3 exploramos con más detalle cómo actúa la
selección natural. Esta serie de capítulos proporcionan la base para explorar, en la Parte II, los otros
mecanismos que dan lugar al cambio a lo largo del tiempo.
Nuestro segundo objetivo en estos capítulos es introducir los métodos experimentales y analíticos
utilizados por los investigadores en la ciencia de la evolución. Estos métodos son un tema destacado
a lo largo del texto. Los subrayamos para ayudar a los lectores a aprender cómo hacer preguntas, di-
señar experimentos, analizar datos y revisar de manera crítica artículos científicos, además de enten-
der a fondo los hechos. Los ejemplos detallados que presentamos no solo dejan claros los conceptos
generales de la biología evolutiva sino que también proporcionan ideas de cómo sabemos lo que 
sabemos.
INTRODUCCIÓN
PARTE I
El archipiélago de las Galápagos ha servido como laboratorio para estudios evolutivos durante mas de 160 años. (Frans Lanting/Mindem Pictures)
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 1
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 2
EN EL COMIENZO DE UN CURSO, PUEDE SER ÚTIL VOLVER ATRÁS Y HACERNOSdos preguntas: ¿qué tipo de materia se cubrirá? y ¿de qué manera esta información me
ayudará en mi vida profesional y diaria? Para ayudar a responder a estas cuestiones, ex-
ploraremos la evolución del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Este es el pa-
tógeno que da lugar al síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA).
En este capítulo introduciremos el alcance del análisis evolutivo mediante un análisis por-
menorizado de un tema muy actual. Nuestro objetivo es ilustrar las cuestiones que inves-
tigan los biólogos evolutivos, demostrar cómo una perspectiva evolutiva puede ayudar a la
investigación biológica, e introducir conceptos que se explorarán con detalle más tarde en
el texto.
El VIH es un caso de estudio obligado, porque plantea temas que, casi con toda certe-
za, influirán en la vida profesional y personal de todos nuestros lectores.Como virus emer-
gente, que desarrolla rápidamente resistencia a los medicamentos, el VIH es un ejemplo
de dos de los temas más agobiantes de la salud pública. El SIDA ya es una de las epidemias
más devastadoras que haya experimentado nunca nuestra especie.
Un caso para pensar evolutivamente:
comprendiendo al VIH
C A P Í T U L O 1
Las partículas rojas que emergen de esta célula T humana son viriones VIH. (National Institute for Biological
Standards and Control, England/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.)
3
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 3
4 PARTE I Introducción
Las cuestiones a las que nos referimos son:
• ¿Por qué ha sido tan poco efectivo, a largo plazo, el prometedor tratamiento del SIDA
con el medicamento azotimidina (AZT)?
• ¿Por qué algunas personas son resistentes a la infección o a que la enfermedad progre-
se una vez que han sido infectadas?
• ¿Por qué el VIH mata a la gente?
• ¿Podría una vacuna proporcionar protección contra la diversidad de cepas de VIH que
existen en la actualidad?
Estas cuestiones pueden sonar como si no tuvieran nada que ver con la biología evo-
lutiva, pero la biología evolutiva es una ciencia dedicada a la comprensión de dos cosas: (1)
de qué manera las poblaciones cambian a lo largo del tiempo en respuesta a modificacio-
nes en su ambiente y (2) cómo aparecen nuevas especies. De manera más formal, los bió-
logos evolutivos estudian la adaptación y la diversidad. Éstos son exactamente los temas
abordados en nuestras preguntas acerca del SIDA y del VIH. Sin embargo, antes de en-
frentarnos con ellos, necesitamos profundizar en algunos aspectos biológicos básicos.
1.1. La historia natural de la epidemia
En diciembre de 1999, el programa sobre el SIDA de las Naciones Unidas estimaba que,
en todo el mundo, cerca de 40 millones de personas estaban infectadas con el VIH (Piot
1998; Figura 1.1). La epidemia ya había sido responsable de más muertes que la peste ne-
gra, que devastó a Europa en el siglo XIV.A finales de 2001, el SIDA sobrepasó a la epi-
demia de la gripe “española” de 1918 como epidemia responsable del mayor número de
muertes en la historia de la humanidad.
La mayoría de las infecciones con el VIH tuvieron lugar en dos procesos epidémicos re-
lacionados, pero distintos, durante la década de 1980 y de 1990 del siglo pasado: uno en-
tre varones y mujeres heterosexuales en el África subsahariana y en el sur y sureste asiáti-
co, y el otro entre varones homosexuales y drogadictospor vía intravenosa en los Estados
Unidos y Europa. Los dos procesos se distinguen por el número de personas implicadas y
por la forma de transmisión de la enfermedad.
En el África subsahariana, el número de casos de SIDA es casi abrumador (véase Mann
y Tarantola 1998;Piot 1998). Los epidemiólogos estiman que cerca de 23 millones de afri-
canos están infectados con el VIH-1. En muchas ciudades subsaharianas, cerca del 75% de
las muertes entre personas adultas se deben al SIDA; si las previsiones se mantienen, la ter-
Como caso de estudio, el VIH
demostrará cómo los biólogos
evolutivos estudian la
adaptación y la diversidad.
1,7 millones
920.000
23,3 millones
220.000
12.000
520.000
360.000
530.000
6 millones
Figura 1.1 Distribución de los
infectados por el VIH Este
mapa muestra la distribución geo-
gráfica de los infectados por el
VIH-1. La conclusión más dramá-
tica que se deduce de esta figura
es que el SIDA es una enfermedad
principalmente de naciones en de-
sarrollo. Se estima que más del
90% de las personas infectadas por
el VIH viven en países pobres del
hemisferio sur. Sólo en el África
subsahariana se encuentran los dos
tercios de éstos.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 4
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 5
cera parte de la masa laboral de algunos países puede morir finalmente de la enfermedad.
En este proceso epidémico (y en su expansión actual por la India y China) el virus se
transmite normalmente a nuevos huéspedes a través de relaciones heterosexuales.
En contraste, la epidemia del SIDA en América del Norte y en Europa se debe princi-
palmente a la transmisión vía relación homosexual y al hecho de compartir jeringuillas en-
tre los drogadictos por vía intravenosa. La frecuencia de la infección entre el público en
general es baja en las naciones desarrolladas: alrededor del 0,56% en América del Norte
frente al 10% o más en muchos países africanos.Además en la Figura 1.2 se muestra que,
mientras que el número de personas infectadas continúa aumentando en Asia y en África,
el esfuerzo de educadores e investigadores la está frenando en América del Norte y en
Europa: en los países industrializados el número de nuevas infecciones por el VIH está
disminuyendo.
¿Qué es el VIH?
Como cualquier virus, el VIH es un parásito intracelular obligado. Es incapaz de una vida
independiente y es altamente específico en cuanto a los tipos de células que infecta.El VIH
parasita a elementos del sistema inmunológico humano llamados macrófagos y células T.
Utiliza la maquinaria enzimática y la energía que encuentra en estas células para hacer co-
pias de si mismo, matando a la célula huésped en el proceso.
En la Figura 1.3 se describe con mayor detalle el ciclo biológico del VIH. El paso 1
muestra la fase extracelular o infecciosa, cuando el virus se puede transmitir de un hués-
ped a otro. En esta fase, el virus se denomina virión o partícula. Los pasos del 2 al 8 des-
criben la fase intracelular o parasitaria, cuando el virus se replica.
En el caso del VIH, el proceso de replicación comienza cuando un virión se une a una
proteína específica, llamada CD4, que se encuentra en la superficie de ciertos macrófagos
y células T.La unión a la superficie de la célula huésped se completa cuando el VIH se une
a una segunda proteína de la superficie celular, llamada correceptor. Cuando se produce
la unión, la envoltura del virión y la membrana celular se fusionan (pasos 2 y 3) y el con-
tenido del virión penetra en la célula (paso 3). Este contenido incluye al genoma diploide
del virus (en la forma de dos moléculas de RNA idénticas) y una proteína, llamada trans-
criptasa inversa, que transcribe este genoma.
El siguiente paso en el ciclo biológico se ilustra en el paso 4.La transcriptasa inversa sin-
tetiza DNA vírico en el citoplasma de la célula huésped, utilizando ATP y nucleótidos
2000
África subsahariana
Sur y sudeste de Asia
Extremo Oriente e islas del Pacífico
América Latina y Caribe
Países industrializados
1980 1985 1990 1995
0
1
2
3
4
Año
N
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IH
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es
)
Figura 1.2 Tasas de infección por el VIH por zonas
geográficas Este gráfico muestra el número estimado,
anual, de nuevas infecciones por el VIH en cinco grandes 
áreas geográficas. El número de nuevas infecciones está 
disminuyendo en Norte América y Europa, pero está aumen-
tando rápidamente en África y Asia.
El VIH es un parásito que
afecta a las células del
sistema inmunitario humano.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 5
6 PARTE I Introducción
suministrados por la célula huésped. Luego, el DNA vírico se introduce en el núcleo, se
integra en el genoma del huésped y se transcribe por la polimerasa II del DNA de la célula
huésped (paso 5). Los mRNA víricos resultantes se traducen en proteínas por los riboso-
mas de la célula huésped (paso 6).
Es decir, en el VIH y en otros “retrovirus,” el flujo de la información genética es dis-
tinto al de las células y al de muchos virus con genomas de DNA. En los retrovirus, como
el VIH, la información genética no sigue la familiar ruta del DNA al mRNA y a las pro-
teínas. En su lugar, el flujo de información va del RNA al DNA, al mRNA y a las prote-
ínas. Es este primer paso, que revela un flujo inverso de la información, el que inspira el
prefijo “retro-” al retrovirus y el adjetivo “inverso” a la transcriptasa inversa.
Después de que se han sintetizado las proteínas víricas y las copias del genoma de RNA,
se recompone una nueva generación de viriones en el citoplasma de la célula huésped
(paso 7). El ciclo biológico concluye cuando los viriones salen por gemación de la mem-
brana celular al exterior, como se muestra en el paso 8. Estos viriones quedan flotando en
la corriente sanguínea. Si encuentran otra célula en el mismo huésped que contenga la pro-
teína CD4 en su superficie, el ciclo comienza de nuevo. O bien, los viriones se pueden
transmitir a un nuevo individuo huésped mediante transfusión sanguínea, al compartir una
jeringuilla o en una relación sexual.
El aspecto importante que hay que destacar del ciclo biológico es que el virus utiliza
la maquinaria enzimática de las células del huésped (sus polimerasas, ribosomas y tRNA)
en casi cada paso. Ésta es la razón por la que la enfermedad vírica es tan difícil de tratar.
1
2
3
4
5
8
7
Genoma de RNA (2 copias)
Transcriptasa inversa
gp120 (proteína de membrana)
CD4
Correceptor
Virión VIH
RNA del VIH
DNA del VIH
Núcleo de la célula
huésped
DNA del huésped
DNA 
del VIH
Proteína del VIH
Célula T o macrófago
(célula huésped)
mRNA del VIH
6
1) VIH extracelulares, o 
 estadio de virión
2) La proteína gp120 del VIH se 
 une a la CD4 y al correceptor 
 de la célula huésped
3) El genoma de RNA del VIH 
 y la transcriptasa inversa 
 penetran en la célula huésped
4) La transcriptasa inversa 
 sintetiza el DNA del VIH a partir 
 de un molde de RNA del VIH
5) El DNA del VIH se integra 
 en el genoma huésped y se 
 transcribe mRNA del VIH
6) El mRNA del VIH se traduce 
 a proteína VIH por los 
 ribosomas de la célula huésped
7) Se ensambla una nueva 
 generación de viriones dentro 
 de la célula huésped
8) Nuevos viriones salen de la 
 célula huésped por gemación 
 de la membranaFigura 1.3 Ciclo de vida del VIH
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 6
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 7
Los medicamentos que interrumpen el ciclo biológico del virus, casi con toda certeza 
interfieren en las funciones enzimáticas de las células del huésped y también provocan
efectos colaterales debilitantes.
¿De qué manera el VIH da lugar al SIDA?
El cuerpo humano responde a la infección del VIH de dos maneras: destruyendo virio-
nes que flotan en la corriente sanguínea y matando a sus propias células infectadas antes
de que se ensamblen nuevos viriones y sean expulsados. Las células infectadas por el VIH
(los macrófagos y las células ayudantesT) son cruciales para los dos aspectos de la respuesta
inmunitaria. Debido a que la infección por el VIH mata a estas células, infecciones por el
VIH avanzadas comienzan a socavar la respuesta inmunitaria. El colapso final del sistema
inmunitario conduce a la situación conocida como SIDA. El síndrome se caracteriza por
infecciones oportunistas de bacterias y hongos patógenos que raramente ocasionan pro-
blemas en personas con un sistema inmunitario robusto. Una vez que un individuo in-
fectado por el VIH comienza a desarrollar los síntomas del SIDA, la muerte ocurre nor-
malmente a los dos años.
Teniendo en cuenta la información anterior, estamos preparados para explorar cuestiones
a cerca de la evolución del VIH. La primera ha sido frustrante para todo aquél implicado
en la lucha contra la epidemia: ¿por qué está siendo tan difícil desarrollar medicamentos
capaces de combatir el VIH? Ciertamente no es por no intentarlo; los gobiernos y las
compañías privadas han dedicado cientos de millones de dólares a la investigación del
SIDA y al desarrollo de medicamentos. La historia del AZT, uno de los primeros medica-
mentos contra el SIDA, se ha convertido en un caso típico.Al principio, el AZT parecía
prometedor, pero últimamente ha sido decepcionante. Para explicar el por qué, necesita-
mos introducir el principio de evolución por selección natural.
1.2. ¿Por qué el AZT es efectivo a corto plazo,
pero falla a largo plazo?
Para combatir las infecciones víricas, los investigadores buscan medicamentos capaces de in-
hibir a las enzimas específicas del virus. Por ejemplo, un medicamento que interrumpa la
transcripción inversa mataría de manera efectiva y específicamente a los retrovirus con efec-
tos colaterales mínimos. Ésta es exactamente la lógica en el caso de la azotimidina, o AZT.
Adviértase la timidina en el nombre del AZT: el AZT es un análogo de nucleótido, si-
milar en su estructura a la timidina normal, que “engaña” a la transcriptasa inversa. Cuan-
do el AZT se encuentra en la célula, la transcriptasa inversa lo añade erróneamente a la
cadena de DNA creciente allí donde debería añadir timidina 5�-trifosfato. Este error
interrumpe la transcripción inversa, ya que el AZT no aceptará la adición del siguiente
nucleótido a la cadena que está creciendo.Así, el AZT interrumpe la formación de nuevas
proteínas víricas y de nuevos viriones, parando la infección.
En las primeras pruebas, el AZT funcionó. Interrumpía de manera efectiva la pérdida de
macrófagos y de células T en pacientes con SIDA. Pero debido a que también engaña en
algunos momentos a la polimerasa del DNA e interrumpe la síntesis de DNA en las célu-
las del huésped, el AZT da lugar a graves efectos colaterales. No obstante, parecía prome-
ter la inhibición o, al menos, retardar el progreso de la enfermedad. Sin embargo, hacia
1989, tras pocos años de uso los pacientes dejaron de responder al tratamiento y los recuentos
de células con CD4 comenzaron de nuevo a disminuir. ¿Por qué?
Para responder a esta pregunta, consideremos un experimento imaginario. Si quisiéra-
mos modificar por ingeniería genética un virión del VIH para que pudiera replicarse en
El SIDA comienza cuando la
infección por el VIH ha
progresado hasta el punto en
que el sistema inmunitario no
funciona adecuadamente.
Cuando la transcriptasa
inversa añade AZT a la copia
del genoma del VIH que se está
sintetizando, en lugar de
timidina, la síntesis se
interrumpe. De este modo, el
AZT puede hacer más lenta o
parar el progreso de la
infección.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 7
8 PARTE I Introducción
presencia del AZT, ¿qué haríamos? La respuesta más simple podría ser modificar el centro
activo de la enzima transcriptasa inversa, para que se equivoque con menor probabilidad
entre el AZT y el nucleótido normal. En la práctica, podríamos utilizar un mutágeno
químico o una radiación ionizante para producir cepas del VIH con alteración en las
secuencias nucleotídicas de sus genomas, y de esa manera alterar las secuencias de amino-
ácidos de sus proteínas. Si produjéramos muchos mutantes, al final tendríamos un número
limitado de éstos con un cambio en la parte de la molécula de la transcriptasa inversa que
reconoce y se une a la timidina normal (Figura 1.4a). Si una de estas secuencias alteradas
tuviera menor probabilidad de equivocarse entre el AZT y el nucleótido normal, enton-
ces la variante mutante del VIH sería capaz de continuar replicándose en presencia del
medicamento. En poblaciones de viriones del VIH tratados con AZT, las cepas incapaces
de replicarse en presencia de AZT disminuirían en número y las nuevas formas llegarían
a ser dominantes en las poblaciones del VIH.
Los pasos dados en este experimento imaginario se han dado realmente en el inte-
rior de los pacientes con el VIH. ¿Cómo lo sabemos? Los investigadores tomaron repe-
tidamente muestras de viriones del VIH de pacientes que tomaban el AZT a lo largo de
su tratamiento. En cada muestra del virus, los investigadores secuenciaban el gen de la
transcriptasa inversa. Encontraron que las cepas víricas presentes tardíamente en el trata-
miento eran diferentes genéticamente de las cepas víricas presentes antes del tratamiento
en los mismos individuos huéspedes. La población de virus se había hecho resistente al AZT.
Las mutaciones asociadas con la resistencia fueron a menudo las mismas de un paciente
a otro (St. Clair et al. 1991; Mohri et al. 1993; Shirasaka et al. 1993), y se localizaban en
el centro activo de la transcriptasa inversa (Figura 1.4b). Los investigadores han obser-
vado directamente la evolución de la resistencia al AZT en docenas de pacientes con
SIDA. En cada individuo, las mutaciones en el genoma del VIH daban lugar a sustitu-
ciones de aminoácidos concretos del centro activo de la transcriptasa inversa. Estos cam-
bios genéticos permitían a las cepas mutantes del virus replicarse en presencia del AZT.
Sin embargo, a diferencia de la situación en nuestro experimento imaginario, no ha ha-
bido ninguna manipulación consciente. Entonces, ¿cómo ha ocurrido el cambio en la
cepa vírica?
La clave es doble: la transcriptasa inversa es propensa al error y el genoma del VIH no
tiene instrucciones para sintetizar enzimas que corrijan los errores. (En relación con esto,
el VIH es como la mayoría de los retrovirus, pero diferente de los organismos celulares ba-
sados en DNA como nosotros mismos.) Por ello, alrededor de la mitad de los transcritos
de DNA producidos por la transcriptasa inversa tienen al menos un error o mutación
(Hübner et al. 1992;Wain-Hobson 1993). El VIH tiene la tasa más alta de mutación ob-
(a) (b)
Figura 1.4 Imágenes de la
transcriptasa inversa genera-
das por ordenador (a) Esta
imagen muestra el gran surco de la
enzima transcriptasa inversa por
donde se une al sustrato (RNA).
(Thomas A. Steitz, Yale University)
(b) Las esferas rojas de esta imagen
indican la localización de las susti-
tuciones de aminoácidos correla-
cionadas con la resistencia al AZT.
Advierta que se localizan en el sur-
co de la enzima, o centro activo.
(Lori Kohlstaedt en Jon Cohen,
"AIDS Research: The Mood is Un-
certain," Science, Vol. 260, 28 de
mayo, 1993.)
Algunas mutaciones en el
centro activo de la
transcriptasa inversa hacen
que la enzima tenga menor
probabilidad de añadir el AZT
en lugar de la timidina.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 8
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 9
servada hasta la fecha en cualquier virus u organismo. Debido a que se producen miles de
generaciones de replicación del VIH en cada paciente durante el desarrollo de una infec-
ción, una cepa del VIH puede dar lugar, con el tiempo, a cientos de variantes diferentes
de la transcriptasa inversa.
Simplemente debido a su número, casi con certeza una o más de estas variantes con-
tendrán una sustitución aminoacídica que disminuya la afinidad de la transcriptasa inversa
por el AZT. Si el paciente está tomando AZT, se suprimirá la replicación de las variantes
del VIH no alteradas,pero los mutantes resistentes serán capaces de sintetizar algo de DNA
y producir nuevos viriones.A medida que los viriones resistentes se reproducen y los no
resistentes decaen, la fracción de los viriones que son resistentes al AZT en el paciente au-
menta con el tiempo.Además, es probable que en cada generación de viriones aparezcan
viriones con nuevas mutaciones.Algunas de éstas pueden incrementar aún más la capaci-
dad de la transcriptasa inversa para funcionar en presencia del AZT. Debido a que su re-
producción es rápida, los viriones que lleven estas nuevas mutaciones aumentarán también
en frecuencia a expensas de sus antecesores menos resistentes.
Este proceso de cambio con el tiempo en la composición de la población vírica se de-
nomina evolución por selección natural. Se ha dado de manera tan consistente en los pa-
cientes que tomaban AZT que se ha abandonado su uso como único medicamento en la
terapia del SIDA.Además, cuando se han utilizado otros análogos de nucleótidos, como ddI
o ddC, solos o juntamente con el AZT, las poblaciones del VIH han evolucionado resis-
tencia múltiple a los medicamentos (Larder et al. 1993; Shirasaka et al. 1993; Mohri et al.
1993). La resistencia a medicamentos inhibidores de proteasas apareció a los dos años de
su utilización (Ala et al. 1997; Deeks et al. 1997).
Consideremos ahora una cuestión ligeramente diferente. Hemos estado siguiendo el
destino de los viriones que llevan versiones diferentes del gen de la transcriptasa inversa
cuando está presente el AZT (en las células del huésped). Las cepas mutantes del VIH, ¿son
también más eficaces al reproducirse en células sin AZT? La respuesta es no: cuando se ha
comenzado la terapia con AZT y luego se interrumpe, la proporción de viriones resistentes
al AZT en las poblaciones víricas disminuye con el tiempo, volviendo a los niveles que
había antes de comenzar el tratamiento con el AZT. La selección natural favorece las
mutaciones retrógradas que restauran la secuencia de aminoácidos de la transcriptasa
inversa a su configuración original (St. Clair et al. 1991).Advierta cuál es la dinámica de
la selección natural: en ausencia del AZT, la selección natural favorece a los viriones no
mutantes; en presencia de AZT la selección natural favorece a los viriones mutantes. ¿La
evolución por selección natural, es unidireccional e irreversible? La respuesta es, clara-
mente, no.
Advierta que el proceso que acabamos de revisar implica cuatro pasos:
1. Los errores en la transcripción cometidos por la transcriptasa inversa dan lugar a mu-
taciones en el gen de la propia transcriptasa inversa.
2. Estas mutaciones producen variabilidad entre viriones en la función de la enzima.
3. Algunos viriones fueron más capaces de sobrevivir y reproducirse en un ambiente con
AZT que otros, debido a las propiedades funcionales de sus transcriptasas inversas mu-
tantes.
4. Estas mutaciones se trasmitieron a los descendientes de los viriones resistentes al
AZT.
El resultado de este proceso es que nuevas formas víricas llegan a ser dominantes en las
poblaciones del VIH de los huéspedes. La composición genética de la población del VIH
al final del proceso fue diferente de la del comienzo. Esto es evolución por selección na-
tural.
Cambios en la composición
genética de las poblaciones del
VIH con el tiempo tienen que
dar lugar a un aumento de la
resistencia a los
medicamentos. Este es un
ejemplo de evolución por
selección natural.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 9
10 PARTE I Introducción
1.3. ¿Por qué el VIH es mortal?
Una de las claves para convertirse en biólogo evolutivo es aprender a pensar como un or-
ganismo.Es decir, adoptar lo que los biólogos llaman “pensamiento selectivo”.Por ejemplo,
desde el punto de vista del VIH, la tendencia para ocasionar enfermedad en un huésped 
(el carácter denominado virulencia) es en gran parte función de su tasa de reproducción.
La enfermedad del huésped es un efecto colateral por las altas tasas de reproducción. Una
tasa de reproducción extremadamente elevada puede dar lugar a la muerte del huésped. De
acuerdo con el pensamiento selectivo, la clave para comprender por qué el VIH es mortal
es comprender por qué es ventajoso para los viriones replicarse tan rápidamente como lo
hacen. Si el VIH puede evolucionar tan rápidamente en respuesta a la terapia con medica-
mentos, ¿por qué no ha evolucionado para tener un impacto menor sobre el huésped?
A veces, la respuesta a preguntas como ésta es porque no puede.Es decir, quizá las cepas
del VIH competidoras tendrían mas éxito (en el sentido de infectar a más personas) si se
multiplicaran más lentamente y no mataran a sus huéspedes, pero no pueden hacerlo de-
bido a alguna propiedad invariable de la transcriptasa inversa, o debido a que las células dia-
na CD4 inevitablemente conducen a que la infección sea mortal. Es importante recono-
cer que los organismos están constreñidos de una serie de modos. La selección natural no
puede optimizar cada uno de los aspectos de un ciclo biológico.
Sin embargo, la evidencia sugiere que las constricciones no son la causa de la elevada
virulencia del VIH.Varias enfermedades no letales afectan a las células CD4, como el her-
pes vírico 6, que parece que da lugar sólo a una leve erupción parecida a la rubéola que
se sufre en la infancia (véase Culliton 1990), o un virus llamado VIH-2,que a menudo pue-
de no ser letal (Ewald 1994; Marlink et al. 1994). Estas observaciones sugieren que la in-
fección de las células CD4 no es especialmente virulenta por definición.
Otra explicación de la virulencia del VIH es que no se ha producido una evolución hacia
un estado benigno, simplemente debido a la falta de variación en el grado de virulencia.
Si no hay mutaciones que alteren el nivel de virulencia, entonces la virulencia no puede
evolucionar por selección natural. Sin embargo hay tres aspectos que están en contra de
esta hipótesis. En primer lugar, las cepas VIH-1 que dominan tardíamente en una infec-
ción dada, cuando el paciente es sintomático, se multiplican más rápido en cultivo que las
cepas presentes al principio de la infección, sugiriendo que son más virulentas (véase
Goldsmith 1990; Ewald 1994). En segundo lugar, se han identificado sustituciones espe-
cíficas de bases que están asociadas a un aumento de la virulencia (estas sustituciones de
bases se encuentran en el gen que codifica para la proteína gp120, que se encuentra en la
superficie de los viriones del VIH; véase Groenink et al. 1993). En tercer lugar, se han
identificado cambios genéticos específicos que están asociados a una disminución de la
virulencia (estas sustituciones de bases se encuentran en un gen que codifica para una de
las proteínas reguladoras del VIH; véase Deacon et al. 1995).
Una tercera hipótesis es que la selección natural ha favorecido a cepas muy virulentas
del VIH-1. Esto es lo que propone Paul Ewald con su hipótesis sobre la tasa de transmi-
sión (Ewald 1994), ilustrada en la Figura 1.5. La hipótesis predice que si la transmisión de
enfermedades por vía sexual desde un huésped actual a uno nuevo es frecuente, entonces
la selección natural favorecerá el aumento de la virulencia. Pero si la transmisión a nuevos
huéspedes no es frecuente, entonces la selección favorecerá a cepas más benignas. La clave
de la hipótesis de la tasa de transmisión es el concepto de compromiso. Los biólogos evo-
lutivos analizan los compromisos en términos de costes y beneficios de estrategias opues-
tas. En este caso, las estrategias son crecer rápidamente o crecer lentamente.Para un virión,
el beneficio del crecimiento rápido es aumentar su predominio en la corriente sanguínea
del huésped y por ello aumentar su probabilidad de transmitirse durante un episodio dado
de intercambio sexual. El coste del crecimiento rápido es matar a demasiadas células CD4
Hay varias hipótesis
alternativas para explicar
porque el VIH es mortal. La
virulencia del VIH podría deberse
a (1) un resultado inevitable de
la infección de las células del
sistemainmunitario, (2)
ausencia de variación genética,
o (3) un carácter que permite
que ciertas cepas del VIH
prosperen en ambientes
particulares.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 10
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 11
como para que el huésped enferme y sea menos probable que se realice un intercambio
sexual.
La lógica que subyace en la hipótesis de la tasa de transmisión queda ahora evidente: si
las personas raramente cambian de compañero sexual, un episodio dado de relación sexual
es improbable que implique a un nuevo compañero. En este ambiente, la transmisión a un
nuevo huésped es improbable durante cualquier episodio de relación sexual. Si las perso-
nas infectadas son monógamas, las formas altamente virulentas del VIH matarán a la pareja
casi con toda certeza antes de que pueda ocurrir la transmisión a un nuevo huésped. Si la
monogamia está extendida en la población huésped, entonces las formas muy virulentas
del virus serán eliminadas. En su lugar aumentará la frecuencia de las formas del VIH de
Carga viral medida años después
Fr
ac
ci
ón
 d
e 
p
ac
ie
nt
es
 m
ue
rt
os
 (%
)
100
0
0 10
Cepas más virulentas: Carga viral inicial >30.000 copias
de RNA del VIH por mililitro de sangre
Cepas menos virulentas: Carga viral inicial <500 
copias de RNA del VIH por mililitro de sangre
Fracción de pacientes
infectados que transmitieron
el VIH a su pareja
heterosexual durante
una relación que
duró al menos 6 meses
100
0
Pacientes con cepas
más virulentas
(>100.000 copias de
RNA de VIH por ml)
Pacientes con cepas
menos virulentas
(<100.000 copias de
RNA de VIH por ml)
a) Supuesto 1: Las cepas más virulentas mantienen una concentración más elevada
de viriones VIH en la sangre de los pacientes y matan al paciente rápidamente.
b) Supuesto 2: Las cepas más virulentas
son las que tienen mayor probabilidad
de transmitirse en una relación sexual.
c) Hipótesis:
Cuando el huésped cambia de pareja a menudo, una cepa más virulenta tiene 
mayor eficacia. Tiene la oportunidad de infectar a muchos nuevos huéspedes, 
aun cuando mate con relativa rapidez a su huésped original.
Cuando el huésped cambia raramente de pareja, las cepas menos virulentas 
tienen mayor eficacia. Permiten a su huésped vivir lo suficiente como para darles 
la oportunidad de infectar a más de un nuevo huésped.
Figura 1.5 Hipótesis de la tasa de transmisión Los esquemas de la parte superior ilustran dos supuestos importantes que apoyan la hipóte-
sis. Los datos de la parte (a) son de J.W. Mellors, 1998. Scientific American 279 (Julio): 90; los datos de la parte (b) son de M.V. Ragni et al., Journal of
Acquired Immune Deficiency Syndromes and Human Retrovirology 17:42-45. Cuando estos supuestos se cumplen, las cepas virulentas de patógenos
que se transmiten sexualmente se extenderían por la población más eficazmente cuando las tasas de cambio de pareja sean altas, mientras que las
cepas más benignas se extenderían más eficazmente si las tasas de cambio de pareja son bajas (véase la parte c).
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 11
12 PARTE I Introducción
reproducción lenta. ¿Por qué? Estas cepas se encuentran siempre en bajo número en la co-
rriente sanguínea o en el semen de un huésped, pero se pueden transmitir si los indivi-
duos monógamos encuentran ocasionalmente nuevos compañeros sexuales después de un
divorcio o de la muerte del esposo/a.
Por el contrario, si prevalece la promiscuidad, entonces las cepas muy virulentas se trans-
mitirán a nuevos huéspedes con más frecuencia que las cepas que se replican lentamente.
Por ello, aumentarán su frecuencia en la población vírica total.
La idea de Ewald es que las cepas muy virulentas llegan a ser dominantes en las pobla-
ciones de VIH debido a las prácticas de intercambio sexual entre varones y mujeres hete-
rosexuales en África central y oriental, y en varones homosexuales en los Estados Unidos
y Europa. Debido a las circunstancias económicas de las décadas de los 70 y de los 80,
millones de varones africanos emigraron de sus tierras, en zonas rurales, a las grandes
ciudades de Zaire, Uganda y Kenia. Como respuesta floreció una gran industria del sexo,
con prostitutas que en algunas ciudades llegaban a tener hasta 1000 relaciones sexuales
por año (véase Ewald 1994). De igual manera, la tasa de cambio de compañero entre los
varones homosexuales en los Estados Unidos y en Europa hacia finales de los 70 y prin-
cipios de los 80 fue elevada: hasta 10 cada seis meses (Koblin et al. 1992). La hipótesis de
la tasa de transmisión sostiene que los cambios en la dinámica de la transmisión, ocasio-
nados por cambios en el comportamiento de las poblaciones huésped, favorecen enor-
memente la evolución de cepas virulentas del VIH.
Además, la hipótesis predice que poblaciones diferentes albergarán cepas del VIH con
diferentes grados de virulencia, dependiendo de la frecuencia con la que los individuos
cambian de compañero sexual. Dos experimentos naturales que se llevan a cabo en la
actualidad nos pueden ayudar a entender la validez de esta hipótesis.
• Desde el comienzo de la epidemia, las tasas de cambio de compañero entre varones
homosexuales en los Estados Unidos y en Europa han disminuido drásticamente (Adib
et al. 1991), y la tasa de utilización del preservativo ha aumentado (Catania et al. 1992).
En contraste, la utilización del preservativo y las prácticas sexuales en África parece que
han cambiado muy poco (Editorial de la redacción 1995). La hipótesis de la tasa de
transmisión pronostica que el VIH se irá haciendo poco a poco menos dañino en Amé-
rica del Norte y en Europa, pero continuará matando a las personas, después de una
infección relativamente breve, en África central y oriental y quizá también en Asia.
• El VIH-2, íntimamente relacionado con el VIH-1, es similar en cuanto a su ciclo bioló-
gico y composición genética, pero es mucho más benigno (DeCock et al. 1993). El 
VIH-2 se ha desplazado recientemente desde su centro histórico de incidencia en África
Occidental, donde la tasa de transmisión sexual debido al cambio de compañero es baja,
a la India, donde las tasas pueden ser mucho más elevadas (Ewald 1994). Si la investiga-
ción confirma que el VIH-2 se está transmitiendo más rápidamente en la India que en Áfri-
ca Occidental debido a la mayor promiscuidad en las prácticas sexuales, la hipótesis de la
tasa de transmisión predice que aparecerán en Asia cepas muy virulentas del VIH-2.
¿Es correcta la hipótesis de la tasa de transmisión? Sólo el tiempo, y los datos, lo dirán.
1.4. ¿Por qué algunas personas son resistentes 
a la infección por el VIH?
El principio de evolución por selección natural explica por qué cepas del VIH se han
convertido en resistentes a los medicamentos.También puede explicar por qué el virus es
mortal. ¿Puede el mismo principio aclarar por qué algunas personas que están expuestas
repetidamente al virus no quedan infectadas?
Las diferencias en el grado de
virulencia entre cepas VIH se
puede analizar como
estrategias en competencia,
cada una con costes y
beneficios. Qué estrategia
tendrá éxito depende de las
condiciones ambientales: en
este caso, del grado de
promiscuidad sexual.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 12
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 13
Para los investigadores y médicos que están luchando por encontrar estrategias para
controlar la epidemia del SIDA, la existencia de personas expuestas, pero no infectadas, era
un rayo de esperanza. Si existe resistencia natural al virus, y si se pudieran identificar las ba-
ses moleculares de esta resistencia, sería posible copiar el mecanismo de resistencia mediante
nuevas terapias médicas.
Los dos “sies” se han confirmado ya.A principios de la década de 1990, el trabajo de
varios laboratorios demostró que algunas personas permanecen no infectadas incluso
después de exposiciones repetidas al virus y que algunas personas que están infectadas con
el virus sobreviven muchos más años de lo esperado (véaseCao et al. 1995). Se dio un avan-
ce en el reconocimiento de las bases moleculares de la resistencia cuando el grupo diri-
gido por Edward Berger identificó las moléculas correceptoras que permiten al VIH entrar
en los macrófagos y en las células T (véase Feng et al. 1996; Alkhatib et al. 1996). Poco
después, Rong Liu y sus colaboradores (1996) y Michel Samson y asociados (1998), sugi-
rieron que los individuos resistentes podrían tener formas raras de las moléculas corre-
ceptoras y que estas proteínas mutantes impedirían la entrada del VIH.
Para comprobar esta hipótesis, Samson y sus colegas secuenciaron el gen que codifica un
correceptor particularmente importante, llamado CCR5, a partir de tres individuos infec-
tados por el VIH que habían sobrevivido largo tiempo. Uno de los individuos tenía una
forma mutante del gen, como se había pronosticado. Debido a que este alelo se diferencia
por tener una deleción de 32 pares de bases en la secuencia normal del DNA, Samsom y
sus colaboradores lo denominaron alelo �32 (� es la letra griega delta). Luego demostra-
ron que el VIH no puede entrar en las células que tienen la forma �32 del CCR5 en su
superficie.Este experimento confirmó que el alelo protege a los individuos de la infección.
Para comprobar este resultado, Samson y sus colaboradores tomaron muestras de DNA
de un gran número de individuos del norte de Europa, de Japón y de ascendencia africa-
na, examinaron el gen CCR5 de cada individuo y calcularon la frecuencia de los alelos
normal y �32 en cada población. Surgió una notable diferencia: el alelo mutante está pre-
sente en una frecuencia relativamente elevada del 9%, en Caucásicos, pero no se encuen-
tra en individuos de ascendencia asiática o africana.
¿Por qué una forma de un gen es relativamente común en una población y no se en-
cuentra en otras? Samson y sus colaboradores ofrecieron dos posibles explicaciones: o bien
el alelo �32 había sido favorecido recientemente por selección natural en las poblaciones
caucásicas, o podría haber aumentado por azar debido a un proceso llamado deriva gené-
tica. Estas hipótesis contrarias están siendo comprobadas. Stephen O’Brien, por ejemplo,
favorece una explicación basada en la selección natural. Propone que la selección dio lu-
gar a un aumento en la frecuencia del alelo �32 en Europa durante la aparición de la pes-
te negra en el siglo XIV. De acuerdo con O’Brien, el alelo �32 protege a los individuos
contra la infección de la bacteria que da lugar a la peste negra, al mismo tiempo que con-
tra la infección del VIH. Si esto es así, entonces los experimentos que se están llevando a
cabo demostrarán que las células T con la forma mutante de la proteína CCR5 resisten a
la infección de la bacteria, al igual que resisten a la infección del VIH.
Sin embargo, la historia de los “alelos de resistencia”no comienza y termina con el ale-
lo �32. Después de que se publicara el estudio de Samson y asociados, los grupos dirigi-
dos por Luc Montagnier y Stephen O’Brien lograron encontrar dos nuevos alelos mutantes
asociados con la resistencia a la infección o a la progresión lenta del SIDA (Smith et al. 1997;
Quillent et al. 1998; véase también Carrington et al. 1999).Algunos de estos alelos se en-
cuentran en frecuencias similares en diferentes grupos étnicos; otros varían su frecuencia
de una población a otra.
Estos descubrimientos han inspirado la continuación del trabajo en dos frentes: los
biólogos moleculares están intentando diseñar medicamentos que mimeticen los efectos
de los alelos de resistencia,mientras que los biólogos evolutivos miden lo comunes que son
Existen alelos que confieren
resistencia al VIH en distintas
frecuencias y en diferentes
poblaciones humanas. Por ello...
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 13
14 PARTE I Introducción
en distintas poblaciones y analizan cómo pueden cambiar sus frecuencias a medida que con-
tinúa la epidemia. Desde una perspectiva evolutiva, el VIH está originando selección na-
tural en las poblaciones humanas.Debido a que los humanos presentan diferencias respecto
a la resistencia a la infección, las poblaciones humanas evolucionarán en respuesta a la
epidemia. Concretamente, como las personas con versiones normales de los genes corre-
ceptores mueren de SIDA, aumentará la frecuencia de los alelos de resistencia en las po-
blaciones. Si ocurre este cambio en la composición genética de las poblaciones humanas,
se convertirá en un importante ejemplo de evolución por selección natural.
1.5. ¿Podrá una vacuna proporcionar protección 
ante las diversas cepas del VIH?
Los grandes éxitos históricos en el control de enfermedades víricas (desde la polio a la vi-
ruela) se han producido como consecuencia del desarrollo de las vacunas. La dificultad en
el diseño de medicamentos antivirales, junto con la tasa a la que ha evolucionado la resis-
tencia del VIH a estos medicamentos, ha hecho del desarrollo de la vacuna una prioridad
urgente para la comunidad que investiga el SIDA. ¿Es posible diseñar una vacuna que haga
a las personas inmunes al VIH?
Un estudio reciente sobre la historia evolutiva del virus del SIDA ha reforzado un
creciente consenso acerca del desarrollo de una vacuna.Para comprender el resultado y las
implicaciones para el futuro de la epidemia, necesitamos hacer dos cosas: revisar cómo
actúan las vacunas y comprender la lógica básica que hay detrás del esfuerzo para recons-
truir una historia evolutiva.
Breve resumen de cómo actúan las vacunas
Para responder a las infecciones bacterianas y víricas, las células del sistema inmunitario lla-
madas células T tienen que identificar a la proteína del patógeno como extraña, o como
no propia. El fragmento de la proteína extraña que es reconocida como no propia y que
desencadena una respuesta de las células T se denomina epitopo.
Las vacunas consisten en epitopos de viriones muertos o incompletos.Aunque no se dé
una infección real después de una vacunación, el sistema inmunitario responde activando
a las células que reconocen los epitopos presentes. Si más tarde comienza una auténtica in-
fección, el sistema inmunitario está “preparado” para responder rápidamente. En casi to-
dos los casos el invasor es eliminado antes de que la infección progrese hasta el punto de
producir una enfermedad.
En el caso del VIH, la mayoría de los epitopos reconocidos por el sistema inmunitario de-
rivan de la proteína llamada gp120, que forma parte de la cubierta del virión. Entonces, para
ser efectiva, una vacuna tendría que contener epitopos de las proteínas gp120 que se en-
cuentran en muchas cepas diferentes del VIH. ¿Exactamente, cuánto se han diversificado es-
tas cepas? Para responder a esta cuestión los biólogos han analizado secuencias génicas del
VIH de todas las partes de mundo y han utilizado los datos para reconstruir la historia evo-
lutiva del virus.
¿Cómo reconstruyen los investigadores la historia evolutiva?
De acuerdo con la teoría de la evolución por selección natural, examinada en detalle en
los Capítulos 2 y 3, todos los organismos están relacionados entre sí a partir de un ante-
cesor común. En el caso del VIH, la teoría predice que la diversidad de cepas presentes en
la actualidad se originó a partir de una única población ancestral. ¿Cuál fue la naturaleza
de este antecesor? ¿Cuánto se ha diversificado el VIH desde entonces?
Al igual que las relaciones históricas de los individuos quedan descritas por sus genea-
logías, las relaciones históricas entre poblaciones o especies se describen por sus filogenias.
...la frecuencia de los alelos
para la resistencia puede
aumentar en respuesta a la
selección natural, en la forma
de epidemia de SIDA.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 14
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 15
Una representación de estas relaciones evolutivas en la que se muestra el árbol familiar 
de un grupo de especies o poblaciones se denomina cladograma o árbol filogenético.
La metodología para reconstruir filogenias es compleja (dedicamos todo elCapítulo 13 a
este tema), pero la base lógica del programa de investigación es simple: en general, especies
íntimamente emparentadas tendrán características más similares que formas más lejana-
mente emparentadas. En el caso del VIH los investigadores deducen las relaciones histó-
ricas entre cepas comparando las secuencias nucleotídicas de sus genes. La premisa de
trabajo es que cepas con secuencias nucleotídicas muy similares comparten un antecesor
común más reciente que cepas con secuencias nucleotídicas muy diferentes.
Para valorar las perspectivas del desarrollo de vacunas a la luz de la historia evolutiva del
VIH, examinaremos dos filogenias. La primera muestra las relaciones entre el VIH y los
virus que infectan las células del sistema inmunitario de otros primates. La segunda es más
concreta y muestra las relaciones entre las cepas del VIH.
El origen del VIH
Para reconstruir la historia del VIH, Feng Gao y sus colegas (1999) secuenciaron el gen
que codifica para la transcriptasa inversa en varios virus de inmunodeficiencia de simios
(VIS) y las compararon con las secuencias que se encuentran en una serie de cepas del VIH.
Los VIS son parásitos que infectan el sistema inmunitario de chimpancés y monos. Sin em-
bargo, estos virus no parece que den lugar a enfermedades graves en sus huéspedes.
Cuando Gao y asociados utilizaron los datos de las secuencias para estimar qué virus 
están mas íntimamente relacionados, el resultado fue la filogenia que se muestra en la Fi-
gura 1.6a. En este árbol, la longitud de las líneas horizontales indica el porcentaje de las
bases que son diferentes entre cepas víricas. Ramas cortas entre especies indican que sus
secuencias son similares; ramas más largas indican que sus secuencias son más divergentes.
Ya que las secuencias divergen como consecuencia de las mutaciones que se producen a
lo largo de muchos años, la longitud de las ramas horizontales en este árbol está íntima-
mente correlacionada con el tiempo. (Por el contrario, las longitudes de las líneas vertica-
les del árbol son arbitrarias. Se han dibujado así para hacer al árbol más legible.)
Para leer el árbol y entender qué implica acerca de la historia del VIH, comencemos
por la flecha en la parte inferior izquierda. El punto de ramificación, o nodo, que señala
esta flecha representa el antecesor común a todos los virus del árbol.Advierta que cada uno
de los distintos grupos, o linajes, que se ramifican a partir de la población ancestral con-
ducen a virus que infectan a monos y chimpancés. Esto sugiere que el VIH desciende de
virus que infectaban a monos y chimpancés. Las ramas dibujadas en azul van hacia virus
que infectan a una serie de primates no humanos,mientras que las ramas rojas y verdes con-
ducen a virus que parasitan tanto a humanos como a primates no humanos.
¿De dónde vino el virus de la inmunodeficiencia humana? Encuentre en el árbol el vi-
rus designado por VIH-2 y advierta que se encuentra próximo a un virus que infecta a una
especie de mono (Cercocebus torquatus). El VIH-2 es frecuente en África Occidental, y mu-
cho menos virulento que el VIH que causa la epidemia del SIDA. Debido a que dicho
mono se caza como alimento y se tiene como animal de compañía en África Occidental,
y puesto que sus secuencias génicas están tan íntimamente relacionadas con el VIH-2, los
investigadores concluyen que el virus probablemente se transmitió desde dicho mono a hu-
manos en un pasado reciente.Una vez en humanos, la evolución por selección natural dio
lugar a las cepas conocidas como VIH-2.
Por el contrario, las líneas rojas en la parte superior del árbol se dirigen a cepas que in-
fectan a humanos y a chimpancés. Estas poblaciones incluyen al VIH-1, el virus causante
de la epidemia del SIDA. Debido a que en África los chimpancés se cazan para alimento,
y puesto que sus secuencias génicas son tan parecidas al VIH-1, Gao y sus colegas propo-
Un árbol filogenético muestra
las relaciones históricas entre
un grupo de virus u
organismos.
Los dos tipos principales de
VIH, el VIH-2 y el VIH-1 se
transmitieron a los humanos a
partir de diversos orígenes. El
VIH-2 se originó en Cercocebus
torquatus, mientras que el
VIH-1 se originó y se transmitió
a humanos desde los
chimpancés.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 15
16 PARTE I Introducción
nen que el VIS que infecta a chimpancés (VISchm) se transmitió de los chimpancés a los
humanos, en donde evolucionó hacia el VIH-1.
Para analizar más profundamente este suceso de transmisión,Gao y colaboradores com-
pararon las secuencias de genes del VIH-1 y del VISchm que codifican para proteínas que
se encuentran en la superficie de los viriones. El árbol basado en estos datos, que se repro-
duce en la Figura 1.6b, da una visión más detallada de las relaciones entre estos virus.
Adviértase que las cepas del VIH se agrupan en tres grupos diferentes, que los investiga-
dores llaman subgrupos M, N y O. Cada subgrupo del VIH está íntimamente relacionado
con una cepa diferente del VISchm.Para Gao y asociados esto es una prueba de que el virus
VIH-1/U455: Humano
VIH-1/LAI: Humano
VIH-1/ELI: Humano
VIH-1/YBF30: Humano
VISchmUS: Chimpancé
VISchmCAM3: Chimpancé
VISchmGAB1: Chimpancé
VIH-1/MPV5180: Humano
VIH-1/ANT70: Humano
VISchmANT: Chimpancé
VISlhoest: Mono de L’Hoest
VISsun: Mono de cola dorada
VISmnd: Mandril
VISagmVerTYO: Mono verde africano
VISagmVer3: Mono verde africano
VISagmVer155: Mono verde africano
VISagmGri677: Mono verde africano
VISagmTan1: Mono verde africano
VIH-2/ROD: Humano
VIH-2/D205: Humano
VISsmH4: Cercocebus torquatus
VIH-2/FO784: Humano
VISstm: Macaca arctoides
VISsyk: Mono 
de Sykes
VIH-1, Cepas diversas
del grupo M
VISchmUS
YBF30
VISchmCAM5
VISchmCAM4
VISchmCAM3
VISchmGAB1
VIH-1 grupo N
VIH-1 grupo O
Chimpancé
Chimpancé
ChimpancéVISchmANT
MVP5180
VAU
ANT70
276Ha
Tiempo
a) b)a)
*
*
VIH-1 y parientes
Linajes principales del VIS
VIH-2 y parientes
FIGURA 1.6 El "árbol familiar" de los virus VIH y relacionados (a) Este árbol muestra las relaciones evolutivas entre las formas principales del VIH,
llamadas VIH-1 y VIH-2 y los virus de la inmunodeficiencia que afectan a primates no humanos. Advierta que los virus que se ramifican cerca de la flecha en
la base del árbol parasitan monos. Basándose en este hecho, los investigadores concluyeron que las cepas de virus saltaron de los monos a los humanos. (b)
Este árbol muestra un análisis más detallado realizado por Gao et al. (1999). (El asterisco señala el mismo punto de ramificación en ambos árboles.) Las fle-
chas indican los lugares del árbol en donde los virus de la inmunodeficiencia se transmitieron desde los chimpancés a los humanos. De acuerdo con este 
árbol, cada una de las cepas principales del VIH-1 se originaron en sucesos de transmisión diferentes desde el chimpancé hospedante. Modificación de las
Figuras 1a y 3b de Gao et al. (1999). Copyright © 1999, Macmillan Magazines Ltd. Reimpreso con el permiso de Nature.
01-Cap 18/1/11 14:04 Página 16
Capítulo 1 Un caso para pensar evolutivamente: comprendiendo al VIH 17
“saltó”de los chimpancés a los humanos en tres ocasiones distintas. Proponen que el VIH-
1 se transmitió a los humanos desde los chimpancés, no una vez sino en varias ocasiones.
Utilidad de los árboles evolutivos para ver el bosque
Los investigadores en biomedicina, los funcionarios de la salud pública y los médicos
pueden sacar varias conclusiones generales al analizar la filogenia del VIH:
• Debido a que el VISchm está tan íntimamente relacionado con el VIH-1, los chimpancés
son animales importantes para su estudio. ¿En qué medida es común en la naturaleza el
VISchm y cómo se transmite? ¿Por qué el virus no provoca enfermedad en el chimpancé?
• Existen muchos subgrupos diferentes del VIH-1 como consecuencia de sucesos de trans-
misión independientes desde los chimpancés a los humanos. La diversidad de cepas del
VIH resultante plantea problemas para el desarrollo de una vacuna.Además, debido a que
la transmisión