Adaptación, ingenio y crecimiento poblacional
Not all human adaptations to the environment stem from its radical modification by our species or from genetic mutations. We are a resourceful species, and our adaptability increases because of our technological and cultural capacity. La Rinconada, a city dedicated to gold mining in the Peruvian Andes at 5,100 meters (16,732 feet) of elevation, is the world's highest-elevation municipality. There, 25,000 people live with close to half the oxygen (11%) that exists at sea level—20.9%— (1). Our ability to adapt could be much faster than previously thought. These miners present changes that affect gene expression (epigenetic changes, such as DNA methylation) that may have appeared in a very short time (2).
La Rinconada, Peru
Adaptability is a phenomenon shared with other species of mammals and birds that also affects our behavior. Some behavioral adaptations of existing aboriginal people applied to reproduction, social relations, and the search for food are similar to adjustments observed in other animal species present in the same environment (3).
Have we reached the end of human biological evolution thanks to our technological adaptability to the environment? Certainly not. Happily, we have eliminated, reduced, or controlled most of the causes of infant mortality although, shame on us!, kids keep dying in the poorer countries because of these causes. Our species has also controlled almost all the consequences of diseases that limited human reproduction. In most countries, healthcare allows to reach reproductive age practically without limitations. Random mutations will continue to exist and they will be inherited genetically. However, the main physical characteristics of our species—our body, the nature of our species, and our patterns of behavior—will hardly change (4).
As a consequence of our adaptation and ability to modify the planet to serve us, the human population has had a spectacular growth. We are 8 billion people in the world since 2022 while, in comparison, the global current populations of our closest evolutionary relatives are insignificant. Globally, chimpanzees, bonobos, gorillas, and orangutans generally do not reach 100,000 individuals, with a high risk of extinction in some cases (4).
Crowd / Multitud
Agriculture progressed with humanity, but the great leap occurred during the twentieth century. In 1909, a few years before the First World War, Germany ran out of nitrogen supply necessary for the manufacture of explosives and fertilizers in agriculture. Fritz Haber and Carl Bosch, two German chemical engineers, were the first multicellular organisms to industrially capture nitrogen from the air and incorporate it in ammonia (NH3). Single-celled organisms had already solved the task of using nitrogen from the air billions of years earlier (5). In spite of the high energy cost, dependent mostly on fossil fuels, ammonia contributes significantly to the nutritional needs of terrestrial organisms by serving as a precursor to 45 % of the world's food and fertilizers. The exploitation of the Haber-Bosch synthetic ammonia process, that earned Haber the Nobel prize in 1918, really started after Second World War. The Haber-Bosch reaction increased the productivity of agriculture and the availability of food. This fact, along with the huge decline in infant mortality (largely due to vaccines and antibiotics), triggered the world's population to grow exponentially. The synthetic fertilizers also had an enormous impact in the decline of the amount of people suffering from hunger. The Haber-Bosch process could possibly be defined as the most significant practical discovery for the growth of the human population.
Fritz Haber & Carl Bosch
In future posts we will come back to the subject of population growth and its challenges.
Versión en español:
No todas las adaptaciónes humanas al medio ambiente provienen de su modificación radical por nuestra especie o de mutaciones genéticas. Somos una especie ingeniosa, y nuestra adaptabilidad aumenta debido a nuestra capacidad tecnológica y cultural. La Rinconada, una ciudad dedicada a la minería de oro en los Andes peruanos a 5.100 metros (16.732 pies) de elevación, es el municipio de mayor elevación del mundo. Allí, 25.000 personas viven con cerca de la mitad del oxígeno (11%) que existe al nivel del mar, 20,9% (1). Nuestra capacidad de adaptación podría ser mucho más rápida de lo que se pensaba. Estos mineros presentan cambios que afectan la expresión génica (cambios epigenéticos, como la metilación del ADN) que pueden haber aparecido en muy poco tiempo (2).
La adaptabilidad es un fenómeno compartido con otras especies de mamíferos y aves que también afecta nuestro comportamiento. Algunas adaptaciones de la conducta de aborígenes actuales relacionadas con la reproducción, las relaciones sociales y la búsqueda de alimento son similares a adaptaciones observadas en otras especies animales presentes en el mismo entorno (3).
¿Hemos llegado al final de la evolución biológica humana gracias a nuestra adaptabilidad tecnológica al medio ambiente? Por supuesto que no. Afortunadamente, hemos eliminado, reducido o controlado la mayoría de las causas de mortalidad infantil, aunque, para nuestra vergüenza, menores siguen muriendo en los países más pobres debido a estas causas. Nuestra especie también ha controlado casi todas las consecuencias de enfermedades que limitaban la reproducción humana. En la mayoría de los países, la asistencia sanitaria permite alcanzar la edad reproductiva prácticamente sin limitaciones. Las mutaciones aleatorias seguirán existiendo y serán transmitidas en la herencia genética. Sin embargo, las principales características físicas de nuestra especie (nuestro cuerpo, la naturaleza de nuestra especie y nuestros patrones de comportamiento) apenas cambiarán. (4).
Como consecuencia de nuestra adaptación y capacidad de modificar el planeta para que nos sirva, la población humana ha tenido un crecimiento espectacular. Somos 8 mil millones de personas en el mundo desde 2022, mientras que, en comparación, las poblaciones globales actuales de nuestros parientes evolutivos más cercanos son insignificantes. A nivel mundial, los chimpancés, bonobos, gorilas y orangutanes generalmente no alcanzan los 100.000 individuos, con un alto riesgo de extinción en algunos casos (4).
La agricultura progresó con la humanidad, pero el gran salto ocurrió durante el siglo XX. En 1909, pocos años antes de la Primera Guerra Mundial, Alemania se quedó sin suministro de nitrógeno necesario para la fabricación de explosivos y fertilizantes en la agricultura. Fritz Haber y Carl Bosch, dos ingenieros químicos alemanes, fueron los primeros organismos multicelulares en capturar industrialmente nitrógeno del aire e incorporarlo al amoníaco (NH3). Organismos unicelulares ya habían resuelto la tarea de usar nitrógeno del aire miles de millones de años antes (5). A pesar del elevado coste energético, que depende principalmente de los combustibles fósiles, el amoníaco contribuye significativamente a las necesidades nutricionales de los organismos terrestres al servir como precursor del 45 % de los alimentos y fertilizantes del mundo. La explotación del proceso de amoníaco sintético Haber-Bosch, que le valió a Haber el premio Nobel en 1918, realmente comenzó después de la Segunda Guerra Mundial. La reacción de Haber-Bosch aumentó la productividad de la agricultura y la disponibilidad de alimentos. Este hecho, junto con la enorme disminución de la mortalidad infantil (en gran parte debido a las vacunas y los antibióticos), provocó que la población mundial creciera exponencialmente. Los fertilizantes sintéticos también tuvieron un enorme impacto en la disminución del número de personas que sufren hambre. El proceso Haber-Bosch podría definirse como el descubrimiento práctico más significativo para el crecimiento de la población humana.
En futuras publicaciones volveremos sobre el tema del crecimiento de la población y sus retos.
Images / Imágenes:
La Rinconada Peru. Author / Autor: Hildegard Willer. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:La_Rinconada_Peru.jpg. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons.
Crowd / Multitud. Author / Autor: LaserGuided. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blurry_crowd.jpg. CC BY 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/2.0>, via Wikimedia Commons.
Fritz Haber & Carl Bosch. Author / Autor: ZdBdLaLaLa. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HaberBosch.jpg. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons.
References / Referencias:
1. Martin Enserink, 2019. Hypoxia City. https://vis.sciencemag.org/hypoxia-city. Accessed on 10 de octubre de 2021.
2. Ainash Childebayeva et al. Genome-Wide Epigenetic Signatures of Adaptive Developmental Plasticity in the Andes. Genome Biology and Evolution, Volume 13, Issue 2, February 2021, evaa239, https://doi.org/10.1093/gbe/evaa239.
3. Toman Barsbai et al. Local convergence of behavior across species. Science 15 Jan 2021: Vol. 371, Issue 6526, pp. 292-295. DOI: 10.1126/science.abb7481. https://science.sciencemag.org/content/371/6526/292.
4. Frans de Waal. Our Inner Ape. The Best and Worst of Human Nature. Granta Publications, London, 2005.
Yuval N. Harari. Sapiens. A Brief History of Humankind. Random House UK. London, 2015.