Teoría de Evolución mediante Selección Natural

Transcripción

1 Recordamos del primer día de clase. Teoría celular Schleiden, Schwann y Virchow, Teoría de la Herencia Gregor Mendel, 1865 Teoría de Evolución mediante Selección Natural Charles Darwin, 1859

2 LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA Tema 6. Evolución darwiniana Tema 7. La evolución después de Darwin Tema 8. Selección Natural y Adaptación Tema 9. Sexo y Selección sexual Tema 10. Concepto de especie

3 Evolución Darwiniana Blanca Cifrián

4 Evolución = Cambio Evolución biológica: cambio experimentado por los organismos a lo largo de la historia natural, es decir, de la historia de la vida. Durante la primera mitad del siglo XIX - Darwin era estudiante- la explicación admitida en Europa sobre el origen de las especies era la teoría de la creación especial

5 1) Las especies fueron creadas independientemente unas de otras 6 días de creación según el Génesis; los tipos ideales surgidos de este proceso son los progenitores del resto de seres vivos 2) Las especies no han cambiado a lo largo del tiempo 3) La creación del mundo es un suceso relativamente reciente en 1664, el arzobispo James Ussher de la iglesia protestante irlandesa, basándose en el Viejo Testamento escribió: cielo y tierra, centro y sustancia se hicieron en el mismo instante y que las nubes llenas de agua y el hombre fueron creados por la Trinidad el 26 de Octubre del año a.c. a las 9 en punto de la mañana

6 CREACIONISMO las especies son independientes, inmutables y recientes Acto especial o sobrenatural de Dios EVOLUCIÓN Descendencia con modificación Selección Natural

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8 Las especies son: Independientes Parentesco entre las formas de vida Inmutables Cambios con el tiempo Recientes Antigüedad de la Tierra

9 Las especies son independientes Parentesco de las formas de vida Homología: estudio de la semejanza HOMOLOGÍAS ESTRUCTURALES Ejemplo: extremidades anteriores de vertebrados se utilizan para diversas funciones, pero tienen la misma secuencia y disposición de huesos.

10 HOMOLOGÍAS de DESARROLLO Ejemplo: embriones de vertebrados son similares, especialmente en las primeras etapas del desarrollo. Bolsas faríngeas Cola postanal Embrion de pollo Embrion humano

11 Código genético HOMOLOGÍAS GENÉTICAS En casi todos los organismos estudiados, los mismos tripletes de nucleotidos, o codones, especifican al mismo aminoácido transportado por los ARN de transferencia.

12 Las especies son inmutables Cambian con el tiempo Estructura vestigial: Parte del cuerpo no funcional o rudimentaria, que es homóloga de una parte que tiene una función importante en especies íntimamente relacionadas El apéndice es un recuerdo de nuestros ancestros con dieta fundamentalmente herbívora Los humanos tenemos un hueso de la cola rudimentario, el coxis, en la base de la columna vertebral.

13 Muelas del juicio El tubérculo de Darwin es un engrosamiento del borde de la oreja presente en muchos seres humanos, que se interpreta como vestigio de la punta de la oreja común en mamíferos El fenómeno de la carne de gallina en los humanos bajo condiciones emocionales severas es un reflejo vestigial; su propósito en nuestros ancestros era elevar el vello corporal para aparentar un mayor tamaño y amedrentar a los enemigos.

14 Extremidad vestigial en una serpiente Los delfines poseen pelvis heredada de sus antecesores terrestres E incluso restos de aletas posteriores Alas que no sirven para volar en los avestruces

15 FÓSIL: traza de cualquier organismo que vivió en el pasado. REGISTRO FÓSIL: conjunto de todas las colecciones de fósiles del mundo. La gran mayoría de formas fósiles son diferentes de las especies actuales

16 Las especies son recientes Antigüedad de la Tierra ( m.a.) El cambio evolutivo requiere grandes periodos de tiempo para producir la diversidad de formas de vida actual

17 Charles Darwin ( ) Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural (1859) Alfred Russel Wallace ( )

18 1) VARIACIÓN. Los individuos que forman las especies son variables 2) HERENCIA. Algunas de estas variaciones pasan a la descendencia 3) COMPETENCIA. En cada generación se producen más descendientes de los que pueden sobrevivir 4) REPRODUCCIÓN DIFERENCIAL. La supervivencia y la reproducción de los individuos no son al azar: los individuos que sobreviven y llegan a reproducirse son los que presentan las variaciones más favorables. Son seleccionados de manera natural

19 Como consecuencia del proceso anterior, las características de las poblaciones cambian de una generación a la siguiente. La lógica es clara: Si hay variación que se transmite a los descendientes, y Hay éxito diferencial entre los individuos, Algunos caracteres pasarán a la siguiente generación con más frecuencia que otros Evolución darwiniana: cambio gradual de la población con el tiempo debido al éxito reproductor diferencial entre los individuos.

20 Darwin se refirió a los individuos que ganan en esta competición y a sus descendientes, -que comprenden un mayor porcentaje de la población en la generación siguiente-, como a los más aptos Al hacerlo, dio a las palabras inglesas fit (apto/eficaz) y fitness (aptitud/eficacia) un nuevo significado: EFICACIA DARWINIANA: habilidad de los individuos para sobrevivir y reproducirse en su ambiente respecto a la habilidad del resto de la población. (carácter relativo)

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22 Viaje del Beagle ( )

23 Archipiélago de las Islas Galápagos

24 Para comprobar los postulados de Darwin nos centramos en el islote Daphne major y el pinzón terrestre mediano Geospiza fortis Estudio comenzado en 1973 por Peter y Rosemary Grant aún en curso

25 14 especies de pinzones en las Islas Galápagos Aspecto similar: cm de longitud Coloración de marrón a negro Difieren en la forma y tamaño de sus picos El pico es la herramienta principal que utilizan las aves para alimentarse

26 El tamaño y localización de Daphne major la convierten en un laboratorio natural estupendo: Isla diminuta: 40 hectáreas Altura máxima de 120 m (cima de un volcán) Clima estacional aunque su localización es ecuatorial: Enero-Mayo: estación cálida y húmeda Junio-Diciembre: estación fría y seca Vegetación: bosque árido y monte bajo, con varias especies de cactus

27 El pinzón terrestre mediano (Geospiza fortis) de Daphne major es una población de estudio ideal: Escasa migración con las islas vecinas Población lo suficientemente pequeña como para poder estudiarla: unos 1200 individuos Hacia 1977 los investigadores habían capturado y marcado a la mitad; desde 1980 el 100% de los individuos están controlados Se alimenta de semillas: las atenaza con la base del pico y presiona. El tamaño del pico esta relacionado con las semillas cosechadas: Aves con picos grandes comen semillas grandes Aves con picos pequeños comen semillas pequeñas Las aves con picos de tamaños diferentes son capaces de manipular semillas de tamaños distintos de manera más eficaz

28 1. Son variables las poblaciones? Todos los caracteres estudiados resultaron ser variables

29 2. Es heredable la variación entre los individuos? Los pinzones pueden diferir en la altura del pico por causas ambientales, genéticas o por una mezcla de ambas Cómo podemos saber si la variabilidad en la altura del pico entre los pinzones tiene base genética? HEREDABILIDAD: fracción de la variación fenotípica total de una población que esta producida por las diferencias genéticas entre los individuos. 0 h 1

30 La heredabilidad se estima midiendo la semejanza entre individuos emparentados. Aproximación válida ya que la semejanza entre parientes se debe, al menos en parte, a los alelos que comparten Carácter en hijos h=0 Carácter en hijos h=0 Carácter en hijos h=1 Carácter en padres Carácter en padres Carácter en padres Toda la variación observada sería de origen ambiental Toda sería de origen genético

31 Qué ocurre entre los pinzones? Padres con picos altos tienden a tener hijos con picos altos y padres con picos bajos tienen pollos con picos bajos Una gran proporción de la variación observada es genética y puede transmitirse a la descendencia

32 3. Hay un exceso de descendientes, de manera que sólo algunos individuos sobreviven y se reproducen? 1977: gran sequía - De 130 mm de lluvía en la estación húmeda, a sólo 24 -En 20 meses, desaparecieron el 84% de los pinzones Muertos por inanición Gran correspondencia entre el tamaño poblacional y la disponibilidad de semillas

33 pulgón elefante Organismo mosca doméstica Staphylococcus aureus (bacteria) estrella de mar Potencial reproductivo millones al año 19 millones en 750 años 191x10 18 en 5 meses En 48 h la Tierra se cubriría con una capa de células de 2 m en 16 años (nº estimado de electrones en el universo visible) Nº de descendientes que puede producir un solo individuo (o una pareja con reproducción sexual) en condiciones óptimas, suponiendo que todos los descendientes sobreviven hasta tener descendencia.

34 4.- La supervivencia y la reproducción, ocurren de manera aleatoria? Sobrevivió a la sequía de 1977 un grupo seleccionado, no al azar, de pinzones? Midiendo en 1978 los mismos caracteres que se habían medido en 1976, se vio que había sobrevivido una población diferente, con los picos más altos. El superviviente promedio tenia el pico más alto que el no superviviente promedio.

35 El tamaño corporal y la altura del pico están relacionados positivamente, por lo que los dos caracteres responden conjuntamente a la selección. por qué es importante tener picos grandes? Podemos relacionar causas ecológicas con efectos evolutivos? El tipo de semillas disponibles cambió drásticamente tras la sequía: los frutos grandes y duros de Tribulus cistoides se convirtieron en el recurso alimenticio básico

36 La sequía de no fue un hecho aislado: 1980: sequía 1982: sequía 1983: por influencia de la corriente del Niño, estación húmeda con 1360 mm de lluvia Superabundancia de semillas pequeñas y blandas Fuerte selección a favor de tamaños corporales pequeños. Después de años húmedos, sobreviven y se reproducen más aves pequeñas con picos bajos, debido a que cosechan las semillas pequeñas mucho más eficazmente que las aves grandes con picos altos Las aves grandes se vieron favorecidas en condiciones de sequía, pero las aves pequeñas lo fueron en los años húmedos

37 Hubo evolución? Si: los descendientes de las aves que sobrevivieron a la sequía de 1977 fueron significativamente más grandes, en promedio, que la población que existía antes de la sequía. Antes de la selección Generación siguiente Carácter Media SE Media SE Peso (g) 16,06 0,06 17,13 0,13 +1,07 Longitud del ala (mm) 67,88 0,10 68,87 0,20 +0,99 Longitud del tarso (mm) 19,08 0,03 19,29 0,07 +0,21 Longitud del pico (mm) 10,63 0,03 10,95 0,06 +0,32 Altura del pico (mm) 9,21 0,03 9,70 0,06 +0,49 Anchura del pico (mm) 8,58 0,02 8,83 0,05 +0,25 Tamaño de muestra

38 La evolución mediante Selección Natural es un proceso estadístico: el cambio de la distribución de los caracteres en las poblaciones. Pensamiento poblacional La Selección Natural actúa sobre los individuos pero sus consecuencias son poblacionales Lo que cambia después del proceso selectivo son las características de las poblaciones, no los propios individuos afectados. Es decir: El esfuerzo por romper las semillas de Tribulus no hizo que los picos de los pinzones fuesen más altos y sus cuerpos más grandes; lo que ocurrió fue que Aumentó el tamaño promedio del pico y del cuerpo

39 La Selección Natural actúa sobre los fenotipos, pero la evolución consiste en cambios en las frecuencias alélicas Los pinzones de tamaño grande y picos altos hubiesen sido favorecidos durante el periodo de sequía incluso si toda la variación de la población hubiera sido de origen ambiental (es decir, h=0). Pero no hubiese habido evolución. La evolución es la respuesta a la selección, solo ocurre cuando los caracteres seleccionados tienen una base genética. nº individuos Pico medio sequía nº individuos Pico alto reproducción h = 0 Pico medio h > 0 Pico alto Generación 1 Generación 2

40 La SN se observa mirando hacia atrás, no hacia delante Cada generación es el producto de la selección por las condiciones ambientales que prevalecieron en la generación anterior ADAPTACIÓN ADAPTACIÓN Generación 1 Pico medio SN Generación 2 Pico más alto SN Generación 3 Pico más bajo SEQUÍA GRANDES LLUVIAS

41 La SN puede producir nuevos caracteres, aún cuando actúa sobre caracteres ya existentes El panda gigante tiene una estructura modificada a partir del hueso de la muñeca que actúa a modo de pulgar ; este pulgar es oponible a los demás dedos del panda, lo que le permite arrancar hojas de los brotes de bambú, pasando los tallos por el hueco entre los 5 dedos y el pulgar Por qué motivo no desarrolló un pulgar oponible más funcional, como el que tienen los grandes simios y los humanos?

42 La SN no es perfecta Los pinzones supervivientes de la sequía de 1977 tenían los picos más altos pero también más anchos: Cuerpo + grande pico + alto pico + ancho Los picos más estrechos concentran la fuerza de manera más efectiva La SN no es ni aleatoria ni progresiva