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ADN. Lineas evolutivas
Homologias/Analogias
Mecanismos de Evolución
Viviane Jerez
Departamento de Zoologia
Email: [email protected]
Cambio Macroevolutivo
ESPECIACION
Cambio Microevolutivo
Cambio Evolutivo
Biodiversidad
Deriva Génica
Variabilidad
ESPECIES
Valoración
Variación y Evolución
Registro fósil
Mutaciones
Extinción
Hechos y Teorias
Macro Histórica
Diversidad genética y
ecológica
Mecanismos /
Selección Natural
Fuentes de
Variabilidad
Intra e Interespecifica
Contemporánea
Rol del Hombre como
agente evolutivo
Lamarck
Darwin – Wallace
Neodarwinismo
Adaptación
La Biodiversidad actual y pasada estructurada en
cinco Reinos, se subdivide en tres categorías de
acuerdo a su grado de complejidad:
 Arqueobacterias
Procariontes
 Eubacterias
Organismos uni y pluricelulares
Eucariontes
Análisis de ADN demuestran que corresponden a
tres lineas evolutivas de separación muy antigua.
REINOS:
MONERA
PROTISTA
ANIMALIA PLANTAE
FUNGI
EVIDENCIAS PALEONTOLOGICAS
Las evidencias más antiguas de
actividad biológica
son los
estromatolitos,
formaciones
rocosas
que
tienen
aproximadamente 3500 m.a.
Los
organismos
que
actualmente
construyen
estromatolitos corresponden
a bacterias
cianofíceas:
fotosintéticas
La fotosíntesis es una novedad
evolutiva. Se supone que los
primeros organismos tendrían
que haber sido arqueobacterias
quimiosinteticas.
Fotosintesis:
Fotón de luz
CO2 + H2O
Quimiosíntesis:
CO2 + H2O
C6H12O6 + O2
Sulfuro de hidrógeno
C6H12O6 + O2
Ambos
procesos
son
muy
similares en sus productos
finales y solo difieren en la fuente
de energía
Evidencias actuales: humeros o surgencias hidrotermales que
existen en zonas de actividad volcánica en el piso oceánico.
H2S
Quimiosíntesis:
CO2 + H2O
C6H12O6+ SO4
Riftia pachyptila
APORTES DE LA ANATOMIA
COMPARADA A LA TEORIA
EVOLUTIVA
HOMOLOGIAS / ANALOGIAS
La Evolución trabaja modificando estructuras
preexistentes: Carácter primitivo
Carácter derivado
El aguijón de avispas y abejas es un ovipositor modificado y no
es una nueva estructura.
Patas en insectos: pata caminadora – patas especializadas
Otras evidencias de Evolución son la presencia de:
Organos Vestigiales,
Organos Atávicos
Organismos Pancrónicos
ANALOGIAS
Las semejanzas estructurales
se denominan analogías o
caracteres análogos, y se trata
de adaptaciones adquiridas de
forma independiente.
“ Las similitudes entre
características
morfológicas conducen a inferencias erróneas
acerca de la historia evolutiva de un linaje o
grupo de organismos”.
“ Parecidos pero no emparentados ”.............. Evidencias de ADN
Las homologías morfológicas no siempre revelan las
reales relaciones de parentesco entre los organismos.
Cathartidae
Accipitridae
Cóndores
Aguilas
Buitres
Gavilanes
Sudamérica
Holartica - Paleartica
ORDEN FALCONIFORMES
Estudios de
ADN
determinaron que los
cóndores y buitres son
formas convergentes
con
las
águilas,
gavilanes.
Ambas
familias
provienen de linajes
muy divergentes
Según al ADN, los
Cathartidae
estarían
emparentados con las
cigueñas y pelícanos
Genes homólogos, procesos homólogos
Los apéndices de insectos y vertebrados no comparten posición,
estructura ni morfogénesis. Sin embargo, los genes que regulan
el proceso de su desarrollo en ambos grupos, son similares.
Genes Hox: Todos los animales
comparten un grupo de genes
vinculados a la morfogénesis del
adulto
a
lo
largo
del
eje
anteroposterior.
En vertebrados, 39 genes hox están
organizados
en
cuatro
grupos
cromosómicos.
El código genético es homólogo entre todos los
seres vivos.
Los genes Hox
animales
son homólogos entre todos los
¿ HOMOLOGÍAS O ANALOGIAS?
Nuevas evidencias
El desarrollo de caracteres similares en organismos no emparentados
está regulado por genes idénticos o similares.
Manchas
oculares
Ojos
Ommatidios
En todos estos
organismos,
los
genes que ordenan
el comienzo de la
construcción del
ojo parecen ser
genes homólogos.
En resumen:
Homologías:
Las homologías nos permiten determinar que las
características de los organismos han sido modificadas a
partir de sus ancestros.
Esta conclusión nos lleva a cuestionar la hipótesis de
un “designio superior de creación”.
EL MECANISMO DE LA EVOLUCION
Selección Natural en acción:
¿Qué dice la teoria?
“ ¿Cuales son los factores necesarios para que la
selección natural pueda resultar en evolución?
¿ Cuáles son las unidades de selección?
PROCESOS BIOLOGICOS
CAUSAS PROXIMAS
CAUSA ULTIMA
FUNCIONALES
EVOLUTIVA
¿COMO?
¿PORQUÉ?
PROPUESTAS EVOLUTIVAS
1) TRANSFORMISMO. Jean Baptiste Lamarck
2) EVOLUCIONISMO. Charles Darwin
Lyell: geólogo inglés, planteaba que los agentes geológicos
remodelaban continuamente la superficie de la tierra provocando
incluso la extinción de especies.
Owen: Observó a través de los fósiles que habían formas mas
antiguas (primitivas) y que existía una especialización creciente
para modos de vida diferentes.
¿ Causas que pueden explicar la
formación de nuevas especies?
Lamarck y el Transformismo:
 La producción de un nuevo órgano es el resultado
de una necesidad provocada por cambios del ambiente.
Resultado: adaptación a nuevas condiciones de vida.
 El desarrollo alcanzado por los
directamente proporcional a su uso.
Resultado: modificación del organismo
Las especies cambian pero sin
dividirse, generando nuevas especies
órganos
es
Los mecanismos propuestos por Lamarck son
inexactos, pero la idea que las especies se
transforman con el tiempo y que todos los seres
vivos están unidos por su historia, ha constituido
el punto de origen de una teoría de la evolución
CHARLES DARWIN Y ALFRED WALLACE
Proponen un mecanismo para la transformación
gradual de las especies:
La Selección Natural, selecciona ciertas variaciones
individuales al interior de una población,
favoreciendo la sobrevivencia del más apto.
• Las especies se originan de otras
preexistentes (descendencia con
modificación) a partir de un
ancestro común.
El concepto darwiniano de “evolución” postula que
la actual diversidad de especies se ha producido por
“descendencia con modificación” a partir de un
origen común.
El principal mecanismo de cambio evolutivo, es la
selección natural y la que explica las adaptaciones
exhibidas por los organismos vivos.
RESUMEN SELECCIÓN NATURAL
 Los organismos varían y sus variaciones se
transmiten (en parte) a la descendencia.
Los organismos producen mas descendencia que los
que pueden sobrevivir. (Crecimiento exponencial)
Los descendientes que varían en la dirección
favorecida por el medio sobrevivirán y se reproducirán.
La variación favorable se repartirá entonces en las
poblaciones por selección natural.
RESULTADO: Los individuos con mejor fitness producirán
mayor número de descendientes y su frecuencia aumentará en
la siguiente generación.
A
¿Cuál de estos individuos tiene mayor
“fitness” = adecuación biológica?
C
B
Todos los aspectos del ciclo de vida de un organismo están sujetos a
“Selección Natural” incluyendo:
- Viabilidad: Huevos y Embriones
- Longevidad: Intervalo entre el nacimiento y la muerte del individuo
- Fertilidad: Capacidad de producir hijos durante el período de vida
Algunos individuos están mejor adaptados a
soportar los cambios, por lo tanto la Selección
Natural resultará en un distinto grado de
sobrevivencia y reproducción entre los individuos
presentes en la población.
¿Sobre quienes actúa la selección natural?
¿ Genes ........Individuos ............ Poblaciones................. Especies?
¿ Cuales son las unidades de selección?
Selección de: se refiere al gen, al individuo o al grupo que es
objeto de selección
Selección para: se refiere a un carácter o propiedad especial
favorecida por la selección.
El término unidad se considera inadecuado y se sugiere utilizar la
palabra “blanco”.
Genetistas: el blanco de la selección es el gen y consideran a la
evolución como un cambio en frecuencias génicas
Naturalistas: el blanco de la selección es el individuo; la
evolución debe ser considerar el cambio adaptativo y el origen de la
diversidad
ADAPTACION
SOBREVIVENCIA
REPRODUCCION
CAMUFLAGE
EVOLUCION
¿ADAPTACION?
Se entiende por Adaptación, a un rasgo heredable que
le confiere algún tipo de ventaja a sus portadores y
que es mantenido por la selección natural
¿ COMO ACTUA LA SELECCIÓN NATURAL?
 SELECCIÓN ESTABILIZANTE
 SELECCIÓN DIRECCIONAL
SELECCIÓN DISRUPTIVA
SELECCIÓN
ESTABILIZANTE:
Los
factores
ambientales
favorecen algunos rasgos
característicos
en
una
población y que le permiten a
los individuos adaptarse a ese
medio ambiente en particular.
La
Selección
Natural
favorece a la media o
promedio; los individuos
que exhiben variaciones
extremas
en
una
característica pueden ser
eliminados.
El resultado es un proceso de adaptación
SELECCION DIRECCIONAL:
Ocurre cuando los factores ambientales favorecen nuevos
rasgos o modifican algunos rasgos antiguos y en este caso la
selección favorece a un extremo de la curva.
La Selección artificial es selección direccional.
Criadores de granjas lecheras escogen a los
descendientes de las vacas que dan más leche
SELECCION NATURAL EN ACCION:
En Galápagos existen 13 especies de
pinzones. La forma del pico depende
de su régimen alimenticio.
Las islas son afectadas por la
corriente del Niño en sus
regímenes
de
pluviosidad:
períodos normales y períodos
de sequía
¿ Cómo afectan los
cambios climáticos a las
poblaciones de pinzones ?
Peter Grant (1973) estudió la población de de Geospiza fortis
(granívora) en un islote de 40 hectáreas (Gran Daphne) :
Captura y marcaje
Entre 1977 y 1990
censaron todos los
individuos de la
población
Hipótesis: Las variaciones climáticas en la
isla, modifican el alimento disponible y
tienen diversas consecuencias sobre la
población local de G. fortis
Objetivo:
Observar
los
efectos
de
la
Selección Natural
1977: Período de sequía
Poca productividad
de vegetales.
Resultado: Alta mortalidad en la población = 15% de sobrevivencia
Sobrevivientes: La selección favoreció pinzones de
gran tamaño = Pico más grande
1982: Nuevo período de sequía
< fecundidad y >
mortalidad de tallas
pequeñas.
Consecuencia de la sequía es la escasez de granos
Interpretación: En las estaciones normales, los pinzones comen
granos pequeños y cuando estos, se acaban
comen granos grandes
.
La oferta de granos pequeños siempre es
mayor y existe una alta preferencia por su
consumo.
El resultado es una selección
direccional (diferencial)
En tiempos de sequía la selección
favorece a las aves que tienen un
pico mas grande y mas sólido, que
les permite aprovechar el único
recurso disponible: granos grandes.
Este carácter también va asociado al
tamaño del ave.
La
selección
se
desplazó entonces a
aves más grandes
con un pico fuerte.
S: Selección
direccional
Se modifica la
varianza y el
promedio de la
distribución del
carácter
Se reduce la varianza
y en la siguiente
generación
los
descendientes
presentaran
el
promedio del nuevo
carácter siempre que
este sea heredado =
pico grande.
La selección direccional actúa en la cola derecha de la distribución de la longitud
del pico. Las curvas grandes y pequeñas representan las medias poblacionales
antes y después de la selección.
RATONES FOSORIALES: ¿Porqué han desarrollado dientes
incisivos tan grandes?
En los roedores cavadores de túneles
( fosoriales), los incisivos muestran un
alto grado de desarrollo, expresado en
dientes más grandes y gruesos, carácter
relacionado a su vez con una
especialización para cavar suelos duros =
……………………………> Adaptación
Spalacopus cyanus. Especie endémica de Chile distribuido entre
Caldera y Curicó. Fosorial, se alimenta de bulbos de plantas
anuales y en sus túneles guarda alimento y cuida las crías.
Es posible que la selección del carácter “incisivos grandes y
gruesos” por su versatilidad funcional haya permitido la
expansión y diversificación ecológica de los roedores.
Les ha permitido el acceso a items alimentarios duros como
es el caso de cortar árboles y ramas para la construcción de
diques ( castores o coipos); permite alimentarse de variados
tipos de semillas y en este caso la excavación de galerías
subterráneas.
SELECCIÓN
DISRUPTIVA:
Se produce cuando se favorecen los
extremos de una población y se elimina
a los individuos con una condición
promedio.
La Selección Disruptiva resulta en cambios evolutivos
La pesca constituye un
factor selectivo y tiene la
posibilidad de modificar
poblaciones.
La
selección
puede
modificar los caracteres
del ciclo biológico de una
población
en
pocas
generaciones.
La
pesca
del
salmón
Oncorrhyncus nerka con redes
de enmalle, permite capturar
peces de talla media lo que ha
favorecido la supervivencia de
los pequeños peces oceánicos
de tres años y los grandes de
cuatro años.
“Principio del polinizador más eficiente"
Modelo para estudiar la evolución adaptativa en la naturaleza
El papel de los polinizadores como agentes
selectivos de muchos caracteres reproductivos
de las plantas está en la actualidad
universalmente aceptado por la comunidad
científica.
Se postula que la selección natural favorecerá aquellos rasgos
morfológicos, fisiológicos o ecológicos de las plantas, que sirvan
para atraer a aquellos visitantes florales que polinizan más
eficientemente.
¿Darwinismo y Revolución
científica?
> Aceptación
de
evolución
de
la
descendencia a partir de un ancestro
común.
> Sustituye el concepto de creación
especial (sobrenatural) por el de evolución
gradual.
> Sustituye el modelo de evolución en linea
recta (ortogenesis) por el de una
descendencia ramificada.