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Descendencia con Modificación: la
vision Darwiniana de la vida
Capítulo 22
1859 Charles Darwin propuso una teoría revolutionaria
“On the Origin of Species by Means of
Natural Selection”
Darwin estableció dos puntos importantes en su libro:
– Las especies se originaron de otras especies
pre-existentes y no fueron creadas
individualmente (Descendencia con
modificación)
– La Seleccion Natural es el mecanismo para
este proceso evolutivo
Evolución
Cambios para mejorar a través del tiempo,
en la composición genética de una población.
Selección Natural
Adaptaciones evolutivas
– Acumulación de características heredadas
que aumentan la probabilidad de
supervivencia y reproducción de un
organismo en ambientes específicos.
El Origen de las espcies atrajo la atención de
muchos biólogos a cerca de la gran diversidad
de organismos
Por que existen tanta cantidad de especies diferentes?
Quien las creo?
Creacionismo:
Un ser sobrenatural (Dios)
- creo de manera individual cada tipo de
organismos
- que los organismos actuales descienden
de aquellos ancestros sin haber sufrido
cambio (las especies son inmutables)
Resistencia a la idea de la
Evolución
• El Origen de las Especies
– Sacudio las raices mas profundas de la cultura
occidental
– Estaba retando la vision del mundo que había
prevalecido por siglos
Para entender lo revolucionario de las ideas de Darwin
debemos examinar la relación con otras ideas del
mundo occidental acerca de la vida y de la tierra
Linnaeus (classification)
Hutton (gradual geologic change)
Lamarck (species can change)
Malthus (population limits)
Cuvier (fossils, extinction)
Lyell (modern geology)
Darwin (evolution, natural selection)
Wallace (evolution, natural selection)
American Revolution
1750
French Revolution
1800
U.S. Civil War
1850
1900
1795 Hutton proposes his theory of gradualism.
1798 Malthus publishes “Essay on the Principle of Population.”
1809 Lamarck publishes his hypothesis of evolution.
1830 Lyell publishes Principles of Geology.
1831–1836 Darwin travels around the world on HMS Beagle.
1837 Darwin begins his notebooks.
1844 Darwin writes essay on descent with modification.
1858 Wallace sends his hypothesis to Darwin.
1859 The Origin of Species is published.
La Escala Natural y la clasificacion de las especies
• Platon (Filosofo griego 427-347 a.c.) Creia que
existían “formas ideales” que vivian en un lugar mas alla de la
tierra. Cada ser viviente en la tierra son copias de esas formas
ideales
• Aristoteles (Filosofo griego 384-322 a.c.):
Pensaba que las especies no cambiaban. Ordenaba a los
organismos en una escala natural: de las mas simples a las
mas complejas. Eran perfectas y permanentes a cada nivel de
la escala
• El Viejo Testamento (por siglos): Las especies
habian sido diseñadas por Dios y eran perfectas y por lo tanto
no cambiaban. Coincidian con Aristoteles
– Sostenian que la tierra tenia de 4000 a 6000 años de
antiguedad
– Adaptaciones eran evidencia de que el Creador habia
disenado cada sp. para un proposito particular
• Edad Media: se pensaba en la inmutavilidad de las
especies
Los organismos aparecian por “generacion espontanea”
• Francisco Redi (1668 Siglo XVII): mostró que las
larvas de mosca no se desarrollaban espontaneamente de
la carne sino que las moscas depositaban sus huevecillos
•Carolus Linnaeus (siglo XVIII): clasificó la
diversidad de los organismos “para mayor gloria de Dios”
(fundador de la Taxonomia; agrupaba especies similares en
categorias cada vez mas generales)
-Interpreto las adaptaciones como una evidencia de que el
Creador habia diseñado cada especie para un
proposito.
-También pensaba que las especies eran inmutables
- Para el las relaciones entre sp. no implicaban evolucion
solo patrones de creación
Los Fosiles, Cuvier, y el Catastrofismo
• El estudio de los fosiles dio soporte a las ideas de Darwin
Los fosiles sor
restos o trazas
de organismos
del pasado
usulamente
encontrados en
sedimentos o
rocas que
aparecen en
capas (rocas
sedimentarias)
Georges Cuvier era el paleontólogo mas prominente en esa
epoca
Teorías del Catastrofismo
Georges Cuvier (Paleontólogo frances 1769-1832)
- Noto que los fosiles de estratos mas antiguos eran mas
diferentes a los organismos actuales
Especuló que los limites entre cada estrato representaban una
catastrofe. Los organimos se extinguian y nuevos
organimos surgian en el siguiente estrato
-Opuesto a la idea de un cambio gradual
Teorías del Gradualismo (uniformalismo)
James Hutton (1726-1797) y Charles Lyell (17971875) Geólogos. Pensaron que los cambios en la tierra
ocurrian de una manera lenta y continua y que ello seguia
ocurriendo hasta nuestros dias. La tierra tenía millones de años
de antiguedad
Esta visión influenció a Darwin poderosamente. Quizas
también puedan actuar en los organismos cambios lentos y
continuos por largos periodos de tiempo
Fósiles mas antiguos y con apariencia mas primitiva se
encontraban en estratos mas antiguos
Layers of
deposited
sediment
Younger stratum
with more recent
fossils
Older stratum
with older fossils
Fosiles mas parecidos a los organismos actuales estaban
presentes en estratos mas recientes
Entre las antiguos los estratos mayor número de especies
extintas
La Teoría de la Evolución de Lamarck
Jean Baptiste Lamarck (1744-1829)
Creyó que las especies evolucionaro a través del
uso y desuso de sus partes y que esos caracteres
adquiridos los heredaban a sus descendientes
Ese mecanismo nunca pudo
ser apoyado por evidencia
Reconoció que los cambios evolutivos explicaban el registro fosil y
las adaptaciones de los organismos a su medio ambiente
En “El Origen de las Especies”, Darwin
propuso que las especies cambiaban
por medio de la Selección Natural
Siglo XIX
Se aceptaba que las especies habian
permanecido sin cambio desde su creacción
Pero comenzaron a surgir dudas de eso, el
problema era: como habian ocurrido esos
cambios?
Investigación de Darwin
• Desde pequeño Darwin mostro
interés por la naturaleza
• Estudio medicina pero sin exito
• Se graduo de Teología de la
Universidad de Cambrige
•Después de graduado tomo una
posición de naturalista (sin
paga) para hacer un viaje
de 5 años alrededor del
mundo en el Beagle
Darwin in 1840
• Darwin fue muy influenciado por el libro “Principles of
Geology” publicado por Lyell que mostraba que
la edad de la tierra era mayor de 6000 años
El Viaje en el Beagle
• Darwin colectó plantas y animales de Sur América
• Observó las adaptaciones de plantas y animales que
habitaban diversos medios ambientes
• Se interesó en la distribución geográfica de las especies
que habitaban las islas Galápagos frente a Ecuador
England
PACIFIC
OCEAN
NORTH
AMERICA
ATLANTIC
OCEAN
AFRICA
Galápagos
Islands
Darwin in 1840,
after his return
EUROPE
HMS Beagle in port
Equator
SOUTH
AMERICA
AUSTRALIA
Cape of
Good Hope
Cape Horn
Tierra del Fuego
Tasmania
New
Zealand
Darwin se interesó en la distribución geográfica
de las especies que habitaban las islas Galápagos
frente a Ecuador
The
-Organismos de las islas parecidos a los de Galápagos Pinta
Islands
Sur America y no a los de Europa.
Genovesa
Marchena
Santiago
Daphne
Islands
Pinzón
Fernandina
IsabelaSantaSanta
-Penso que las Galapagos habian sido
Cruz Fe San
colonizadas por organismos de Sur America
Cristobal
y entonces se habian diversificado en varias
FlorenzaEspañola
-Organismos solo en unas islas y otros se
distribuian en 2 o mas islas
islas
Darwin encontró fósiles
•Animales distintos a las especies
modernas en las islas pero parecidos
a los presentes en la costa este de
Sur América
Darwin se enfoco en las adaptaciones
Se dio cuenta que
había una relación
entre las
adaptaciones de
los organismos a
su medio
ambiente y le
Cactus eater. The
sharp beak of
origen de nuevas long,
the cactus ground
finch (Geospiza
especies
scandens) helps it
tear and eat cactus
flowers and pulp.
Pinzones (finches)
aunque muy
similares parecian
especies diferentes
Seed eater. The large
ground finch (Geospiza
magnirostris) has a large
beak adapted for
cracking seeds that fall
from plants to the
ground.
Insect eater. The green warbler finch
(Certhidea olivacea) used its narrow, pointed
beak to grasp insects.
Tortugas de las islas Galápagos
•Las de cuello corto viven en islas en dónde llueve
mucho y se alimentan de hierbas y las de cuello
largo viven en islas en dónde no llueve y se
alimentan de cactus altos.
Darwin
1844
Escribió el ensayo “on the Origin of Species and
Natural Selection” pero no lo publicó anticipando
que su teoría traería gran alboroto
1858
Recibió el manuscrito de Alfred Russell Wallace,
quien había desarrollado una teoría de Selección
natural similar a suya
Entonces Darwin rápidamente terminó su libro y lo
publicó al año siguiente
Alfred Russel Wallace (1855) “Sobre la ley que
reguló la Introducción de Nuevas especies”
Llego a las mismas conclusiones de Darwin de
manera independiente
-Tabajo también en un archipielago (de
Malacia)
- propuso el mecanismo de “Especiación
geográfica” que es equivalente a la
Selección Natural de Darwin
- comparó también poblaciones y
especies que eran remplazadas en
términos geográficos
El Origen de las Especies
• Darwin desarrollo 2 ideas principales:
1.- La descendencia con Modificación
explica la unidad y diversidad de la vida
Se refiere a que todos los organismos estan
realcionados a través de un ancestro que vivió en
el pasado remoto
2.- La Selección Natural es la causa de la
selección adaptativa
Descendencia con Modificación
Sirenia
Hyracoidea (Manatees
(Hyraxes)and relatives)
0
10,000
2
ElephasLoxodontaLoxodonta
maximus africana cyclotis
(Asia) (Africa) (Africa)
5.5
24
34
Para Darwin la historia de la vida es como un árbol con
ramas representando la diversidad de la vida
La teoría de Darwin concordaba con las jerarquias que
habia establecido Linneaus en su clasificación de
organismos
Apuntes de Darwin (1837)
Selección Artificial, Selección Natural y la
Adaptación
Darwin comenzo con los
organismos conocidos
(domesticos)
Cabbage
Noto que los organismos varian
(no son inmutables)
Los humanos hemos
selccionado esas mejores
variaciones para nuestro
Cauliflower
beneficio
Seleccion Artificial:
Modificación de especies por
seleccionar cruzas con
Broccoli
caracteristicas deseadas
Terminal
bud
Lateral
buds
Brussels sprouts
Flower
clusters
Leaves
Kale
Stem
Wild mustard
Flowers
and stems
Kohlrabi
(caballos mas veloces, vacas con mas y mejor carne, mejor
ganado lechero, frutas mas grandes y jugosas etc.)
•Selección artificial
de animales
Darwin describio 4 observaciones sobre la
naturaleza y establecio dos inferencias
Observación 1. Los miembros de una población
varian ampliamente en sus caracteres
Observacion 2. Los
caracteres son
heredados de padres a
hijos
Spore
cloud
Observacion 3. Todas
las especies son
capaces de producir mas
descendientes de los
que el medio ambiente
puede soportar
Hongo
Observacion 4. Debido a la escacez de comida y
otros recursos, la mayoría de los descendientes no
sobreviven
Inferencia 1. Los individuos con caracteres
heredados que les dan mayor probabilidad para
sobrevivir y reproducirse en el medio ambiente
tienden a dejar mas descendientes que otros
organismos
Inferencia 2. Esta desigual habilidad de los
organismos para sobrevivir y reproducirse
conducira a la acumulación de caracteres
favorables en la población a través de las
generaciones
Darwin fué influenciado por Thomas Malthus
(1798) economista: Ensayo sobre la población
humana aumenta mas rápido que la comida y otros
recursos
- La poblacion humana reproducinedose sin control se
duplicara en 25 años
- Si se aplica a otras especies que se reproducen mas
rapidos (bacterias y hongos) las poblaciones
crecerian ilimitadamente
- Pero el tamano de las poblaciones se mantiene constantes
porque la controlan diversos factores, Ej.
- disponibilidad del alimento
- depredadores
“Supervivencia
- enfermedades
del mas apto”
- clima
Si algunos caracteres heredados son ventajosos.
Se acumularan en la poblacion e
incrementaran la frecuencia de
individuos con adaptaciones
Este proceso explica la relación de los individuos
con su medio ambiente
Población
Variaciones
hereditarias
incluyendo
adaptaciones a
su ambiente
Más organismos de
los que pueden
sobrevivir
Sobreviven y se
reproducen
Proporción mayor de
individuos con
características
adaptativas
Generaciones sucesivas
Población
adaptada a su
ambiente local
Adaptaciones varian con el medio ambiente
(a) A flower mantid
in Malaysia
(b) A stick mantid
in Africa
La Selección Natural solo puede aumentar o disminuir los
caracteres heredables de una poblacion
Resumen de Selección Natural
• Selección Natural: es el exito diferencial para
reproducirse de la interacción de los individuos que varian
en sus caracteres heredados y su medio ambiente
• Selección Natural: produce un aumento en el tiempo en
las adaptaciones de los organismos con su medio
ambiente
•Si el medio ambiente
cambia en un momento
dado, la selección
natural puede resultar
en adaptaciones para
esa nueva condición
Caballitos de mar
El producto de
la Selección
Natural es la
adaptación de
poblaciones de
organismos a su
ambiente.
La Teoría de Darwin explica muchas oservaciones:
La Selección Natural en Acción
1.- Evolución de virus HIV resistentes a drogas es
una observaciónes directa del cambio evolutivo
- Virus HIV tiene transcriptasa inversa que sintetiza
DNA a partir de su genoma hecho de RNA
- La droga 3TC fué diseñada para interferir y causar
errores en la síntesis de DNA del virus
- Algunos individuos tenian una variación que les
permitia producir DNA sin errores
- Asi la poblacion de HIV se volvio resistente a 3TC
Percent of HIV resistant to 3TC
El uso de drogas para combatir el HIV ha
seleccionado virus resistentes a esa drogas
100
Patient
No. 1
Patient No. 2
75
50
Patient No. 3
25
0
0
2
4
6
Weeks
8
10
12
Desarrollo de Resistencia del virus HIV a la droga
3TC por 3 pacientes
Predación y coloración en Guppis es un ejemplo
de Selección Natural
- Guppis machos son mas coloridos y mas atractivos que las
hembras, pero los machos son mas vulnerables a
predación
- Las poblaciones de guppis con colores brillantes viven en
estanques con pocos predadores
EXPERIMENT
Predator: Killifish; preys
mainly on juvenile
guppies (which do not
express the color genes)
Guppies: Adult males have
brighter colors than those
in “pike-cichlid pools”
Experimental
transplant of
guppies
Pools with
killifish,
but no
guppies prior
to transplant
Predator: Pike-cichlid; preys mainly on adult guppies
Guppies: Adult males are more drab in color
than those in “killifish pools”
•John Endler transfirio guppis de colores brillantes de un
estanque con pocos predadores a uno con muchos
predadores
Resultado: la población de guppis se hizo menos colorida
•Cuando transfirio guppis de sin colores de un estanque de
muchos predadores a uno con pocos predadores
Resultado: la poblacion se hizo mas colorida
12
10
10
Number of
colored spots
12
8
6
4
8
6
4
2
2
0
0
Source
population
Transplanted
population
Source
population
Transplanted
population
Selección Natural:
No crea nuevos caracteres sino que edita o
selecciona los caracteres ya presentes en la
población
El medio ambiente local determina cual
caracter será seleccionado o se seleccionará en
cualquier población específica
Albatros coutship
Boobies coutship
La teoria de Darwin de la Evolución
por Selección Natural integra
diversas areas de la Biología y
estimula a nuevas investigaciones
0
2
4
El registro fosil
provee evidencia
de:
4
6
4
Bristolia insolens
8
3
Bristolia bristolensis
2
Bristolia harringtoni
10
- extinction de
especies
12
3
14
16
18 1
- el origen de
nuevos grupos
Bristolia mohavensis
3
2
- cambios dentro
de los grupos en
el tiempo
1
Latham Shale dig site, San
Bernardino County, California
• La vision de Darwin
predice que las
transiciones
evolutivas deben
(a) Pakicetus (terrestrial)
dejar signos en el
registro fosil
(b) Rhodocetus (predominantly aquatic)
Paleontólogos
han encontrado
fosiles con
muchas formas
transicionales
Pelvis and
hind limb
(c) Dorudon (fully aquatic)
Pelvis and
hind limb
(d) Balaena
(recent whale ancestor)
• La sucecion de formas observadas en el registro
fosil permite hacer inferencias sobre el árbol de la
vida
Ej. Ballenas
evolucionaron
de ancestros
terrestres, fósil
de Basilosaurus
Ej. Fósil de Archaeopteryx, transicional entre reptiles y aves
• La Teoria Evolutiva provee explicaciones
coherentes para muchas observaciones
Homología: similaridades que resultan del mismo ancestro
común
Humerus
Radius
Ulna
Carpals
Metacarpals
Phalanges
Human
Cat
Whale
Bat
Las variaciones de estructura nos hablan de un ancestro común
• La Embriología Comparativa revela
Homologías anatómicas que no son visibles
en los organismos adultos
Pharyngeal
pouches
Post-anal
tail
Chick embryo (LM)
Human embryo
Estructuras vestigiales: son remanentes de caracteres que
tenian importantes funciones en los organismos ancestrales
Homologías
Moleculares
Los genes compartidos entre los organismos
se heredan de un ancestro común
Species
La similitudes
anatómicas
entre especies
se refleja
generalmente
en las
moleculas,
genes y
productos
geneticos
Percent of Amino Acids That Are
Identical to the Amino Acids in a
Human Hemoglobin Polypeptide
Human
100%
Rhesus monkey
95%
87%
Mouse
69%
Chicken
54%
Frog
Lamprey
14%
El concepto de Darwin del arbol evolutivo de la
vida puede explicar las homologias
Branch point
(common ancestor)
Lungfishes
Amphibians
1
Mammals
2
Tetrapod limbs
Lizards
and snakes
3
Amnion
4
Homologous
characteristic
Crocodiles
5
6
Feathers
Ostriches
Hawks and
other birds
Birds
Los arboles
evolutivos se
establecen en
base a las
relaciones entre
los diferentes
grupos
Se pueden usar
diferentes tipos
de datos
anatómicos,
secuencias de
DNA etc.
Biogeografia: distribución geográfica de especies
Las observaciones de Darwin sobre la biogeografía fué
central en su teoría
•Las islas que tienen muchas especies endémicas estan a
menudo mas relacionadas a las especies de otras islas
cercanas o de tirrra firme cercana
•Los continentes de la teirra se formaron de un solo
continente llamado Panagea, pero se separaron en la
deriva continental
•Entendiendo el movimiento de los continentes y la
distribución de especies permite predecir cuando y
donde los grupos han evolucionaron
Evolución Convergente o Análoga
Caracteres Análogos: se originan de grupos que se
adaptan independientemente a medios ambientes
similares
Sugar
glider
Algunos
mamíferos se
han adaptado
a medios
ambientes
similares aun
cuando ellos
no estan
cercanamente
relacionados
NORTH
AMERICA
AUSTRALIA
Flying
squirrel
Resumen
Observations
Individuals in a population
vary in their heritable
characteristics.
Organisms produce more
offspring than the
environment can support.
Inferences
Individuals that are well suited
to their environment tend to leave
more offspring than other individuals
and
Over time, favorable traits
accumulate in the population.