Diversidad Biológica

Transcripción

1 Diversidad Biológica Alvar Carranza Profesor Adjunto Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad" Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Maldonado Universidad de la República Oriental del Uruguay

2 Modulo 1 Clase 2 Introducción y conceptos generales Alvar Carranza Profesor Adjunto Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad" Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Maldonado Universidad de la República Oriental del Uruguay

3 1 Qué es la vida?

4 Caracteres generales de los seres vivos Exclusividad química: los sistemas vivos muestran una organización molecular exclusiva y compleja. Macromoléculas: ácidos nucleicos, proteínas, hidratos de carbono y lípidos. 1

5 Caracteres generales de los seres vivos Complejidad y organización jerárquica: la materia inerte se organiza en átomos y moléculas; en los seres vivos encontramos macromoléculas, células (ribosomas, cromosomas, membranas), organismos (tejidos, órganos, sistemas), poblaciones y especies. 1

6 Caracteres generales de los seres vivos Reproducción: la vida no surge espontáneamente, solo procede de vida anterior. En cada nivel jerárquico las formas de vida se reproducen para generar otras formas semejantes a ellas (herencia y variación). 1

7 Caracteres generales de los seres vivos Programa genético: garantiza la fidelidad de la herencia. Ácidos nucleicos. DNA. Metabolismo: los organismos vivos se auto mantienen obteniendo nutrientes de su entorno-anabolismo y catabolismo. Desarrollo: ciclo vital característico Interacción ambiental: todos los animales interaccionan con su entorno 1

8 Origen de la vida Escala temporal 1

9 Teoría del Big Bang (la gran explosión) a millones de años. 1

10 Formación del sol y los planetas m.a. 1

11 Consolidación de la corteza sólida de la Tierra y formación de la atmósfera y los océanos a m.a. 1

12 ?: Primeros organismos vivos: unidades autónomas (protocélulas), limitadas por membranas con autorreproducción(las primeras enzimas pudieron ser RNA) m.a.: primeros procariotas m.a.: fotosíntesis (Estromatolitos) 2000 m.a.: Celulas complejas (Eucariotas) 1000 m.a.: Vida multicelular 1

13 Teorías sobre el origen de la vida Creacionista: intervención de seres sobrenaturales 1

14 Teorías sobre el origen de la vida Generación espontánea: los organismos vivos complejos se generaban por la descomposición de sustancias orgánicas. Por ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el grano almacenado o que las larvas aparecían súbitamente en la carne 1

15 Refutación de la idea de la generación espontánea de los gusanos (Francisco Redi)

16 Louis Pasteur demuestra que ningún organismo vivo (incluido bacterias) puede originarse por generación espontánea.

17 Teorías sobre el origen de la vida Teoría quimiosintética : Aleksandr Ivanovich Oparin plantea que una «sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar 1

18 Teorías sobre el origen de la vida Ausencia total o casi completa de oxígeno libre, ya que hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Una fuente de energía: la tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases. Tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de millones de años. 1

19 Teorías sobre el origen de la vida En 1953 Stanley Miller y Harold Urey realizaron en Chicago el primer intento de replicar con éxito las condiciones que reinaron en la tierra primitiva, logrando la síntesis prebiótica de pequeñas moléculas orgánicas. 1

20 Teorías sobre el origen de la vida Panespermia : Origen extraterrestre de la vida 1

21 2 Qué es una especie?

22 Conceptos de especie Especie biológica (Dobzhansky, y Mayr, ). Según este concepto, especie es un grupo (o población) natural de individuos que pueden cruzarse entre sí, pero que están aislados reproductivamente de otros grupos afines. Muy útil en caso de que exista reproducción sexual. 2

23 Conceptos de especie Especie evolutiva (Wiley, 1978). Es un linaje (una secuencia ancestro-descendiente) de poblaciones u organismos que mantienen su identidad de otros linajes y que poseen sus propias tendencias históricas y evolutivas. Este concepto difiere del anterior en que el aislamiento genético actual más que el potencial, es el criterio para el reconocimiento de la misma. Pero todo aislamiento geográfico debería ser tratado como una especie distinta. 2

24 Conceptos de especie Especie morfológica. Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas) 2

25 Conceptos de especie Especie morfológica. Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas) 2

26 Conceptos de especie Especie morfológica. Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas) 2

27 Conceptos de especie Especie filogenética (Cracraft, 1989). Este concepto reconoce como especie a cualquier grupo de organismos en el cual todos los organismos comparten un único carácter derivado o apomórfico (no presente en sus ancestros o afines). Pero cada población puede tener variantes genéticomoleculares únicas. 3

28 Conceptos de especie Especie ecológica (Van Valen, 1976). Conjunto de individuos que explotan un conjunto particular de recursos y hábitats. Eg: endoparásitos, cuyas diferencias son función de diferencias en los hospederos 3

29 Conceptos de especie Entonces? Los atributos generales del concepto especie deberían ser: universalidad aplicabilidad práctica criterio decisivo EL PROBLEMA MAS VIEJO Y FRUSTRANTE DE LA BIOLOGIA (Mayr, 1992) 3

30 3 Teoría de la Evolución

31 Fijismo y evolucionismo Teorías preevolutivas Hasta el s. XIX los seres vivos son considerados inmutables; Han existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios 3

32 Fijismo y evolucionismo Catastrofismo (relacionado con la religión católica, e.g. diluvio universal). Este paradigma estuvo en vigor durante los siglos XVII y XVIII. 3

33 Fijismo y evolucionismo Algunos fijistas destacados: Carlos Linneo ( ) Georges Cuvier ( ) Louis Pasteur ( ) 3

34 Fijismo y evolucionismo Teorías evolutivas Lamarckismo, Darwinismo, Teoría sintética o neodarwinismo. 3

35 Fijismo y evolucionismo James Hutton (1788), Uniformismo o actualismo: Las leyes físicas, químicas y biológicas que actúan hoy, lo han hecho también en el pasado geológico 3

36 Teorías evolutivas Lamarckismo: Las especies actuales provienen de especies primitivas, hoy extinguidas, que han sufrido modificaciones sucesivas. Para Lamarck estas transformaciones se deben a que cuando cambian las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollan caracteres que les ayudaban a vivir mejor (Adaptaciones). Esos caracteres se transmiten a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llama la Herencia de los caracteres adquiridos 3

37 3

38 Teorías evolutivas Darwinismo: Variabilidad intraespecífica. Los individuos de una especie no son exactamente iguales entre sí, presentando pequeñas variaciones. Estas variaciones surgen en forma fortuita y son transmitidas a los descendientes. 3

39 Qué es la biodiversidad? Contexto ecológico: Norse (1986) y los 3 niveles de biodiversidad 1) Genética 3

40 Teorías evolutivas Darwinismo: Superproducción La fecundidad de la naturaleza lleva a que nazcan más individuos de los que el ambiente puede sostener. En consecuencia, se establece una lucha por la existencia, donde muchos mueren en forma precoz. 3

41 3

42 Teorías evolutivas Darwinismo: Selección natural Los individuos con variaciones favorables tienen más probabilidades de sobrevivir y de reproducirse con mayor frecuencia. Como resultado, en las siguientes generaciones habrá mayor proporción de individuos con variaciones favorables que aquellos con variaciones desfavorables, que tienden a desaparecer. 3

43 3 v

44 Biston betularia 3

45 Biston betularia 3

46 3

47 Teorías evolutivas Darwinismo: La acumulación de variaciones favorables a lo largo del tiempo conduce a la transformación de una especie en otra. (Microevolución & Macroevolución) 3

48 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: Cuál es el mecanismo de este proceso? 3

49 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: Cuál es el mecanismo de este proceso? Gregor Johann Mendel describió, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades del guisante o arveja (Pisum sativum), las hoy llamadas leyes de Mendel que rigen la herencia genética. 3

50 3

51 Francis Crick y James Watson, descubridores de la estructura molecular del ADN en

52 3 Cómo se sustenta la Teoría de la Evolución?

53 1.- Paleontológica Demuestra la existencia de un proceso de cambio, mediante la presencia de restos fósiles de flora y fauna extinta y su distribución en los estratos geológicos. 3

54 2.- Anatomía comparada Distintas especies presentan partes de su organismo constituidas bajo un mismo esquema estructural, apoyando una homología entre órganos o similitud de parentesco, y por tanto de un origen y desarrollo común 3

55 3.- Bioquímica comparada Las homologías de carácter bioquímico que constituyen una de las características más destacables de la escala evolutiva. Ejemplo: la hemoglobina de los eritrocitos sólo se diferencia en 12 aminoácidos entre un humano y un chimpancé; básicamente presenta la misma estructura en todos los vertebrados. 3

56 4.- Embriología En todas las especies se encuentran características ancestrales similares en el desarrollo embrionario, y que desaparecen durante dicho proceso. Por este hecho, Ernst Haeckel enunció en 1866 la teoría de la recapitulación que se resume en: la ontogenia es una recapitulación de la filogenia, es decir, la ontogénesis o desarrollo individual, es un compendio de la filogénesis o desarrollo histórico de la especie 3

57 5.- Biogeografía El hecho de que no exista una presencia uniforme de especies en todo el planeta, es una prueba de que las barreras geográficas o los mecanismos de locomoción o dispersión han impedido su distribución, a pesar de que existen hábitat apropiados para su desarrollo 3

58 6.- Domesticación Ejemplos varios de aplicación del principio de selección, no ya natural, de caracteres favorables 3

59 3

60 Clasificación de los seres vivos 4

61 Sistemática La Sistemática comprende el estudio de la diversificación de la vida en el planeta Tierra y las relaciones entre los seres vivos a través del tiempo. Las mismas son visualizadas como árboles u hipótesis evolutivas (filogenias). 4

62 Progreso y Perfección Sistemática La primeras filogenias representaban la idea de la superioridad humana 4

63 Sistemática Proponer un sistema(s) de clasificación (taxonomía). Reconstruir la historia evolutiva única de la historia de la vida (filogenia) Desarrollar un sistema consistente de nomenclatura biológica y una terminología exacta. Inventariar la biota del mundo. 4

64 Taxonomía La taxonomía (del griego ταξις, taxis, "ordenamiento", y νομος, nomos, "norma" o "regla") es, en su sentido más general, la ciencia de la clasificación. Habitualmente, se emplea el término para designar a la taxonomía biológica, la ciencia de ordenar a los organismos en un sistema de clasificación compuesto por una jerarquía de taxa anidados. 4

65 4

66 Clasificación linneana moderna del ser humano Reino: Animalia Phylum: Cordados Clase: Mammalia Orden: Primates Familia: Hominidae Género: Homo Especie: Homo sapiens 4

67 Sistemática Evolucionistas: tratan de ser consistentes con las relaciones de parentesco pero consideran la divergencia/similaridad. (Mayr, Usinger, Lewontin, Simpson). S. Tradicional. Feneticistas: utilizan exclusivamente relaciones de similaridad (que miden y representan). (Sneath, Michener). Década de los 50, surgimiento de computadoras. Cladistas: utilizan exclusivamente relaciones de parentesco (filogenia) (Hennig), auge a partir de los `70 (Farris, Platnick, Nelson, Wiley). 4

68 4 Mas que una cuestión de gustos!!

69 Sistemática Sistematica Cladística: Método más utilizado en la actualidad Método riguroso de reconstrucción filogenética con organismos actuales. El estudio de la filogenia es una ciencia empírica basada en evidencias (caracteres homólogos). 4

70 Descripción de la Diversidad Biológica antes de la Clasificación Caracteres = atributos (rasgos) Variable entre organismos (multiples estados del caracter). La variabilidad debe ser heredada y puede ser contínua o discreta 4

71 Descripción de la Diversidad Biológica antes de la Clasificación Cuando los organismos/taxa difieren con respecto a un rasgo, estas diferentes condiciones (ej. A o T) son denominados como estados de un carácter. 4

72 Algunos caracteres pueden ser compartidos con otras especies Pulgar oponible (primates) Pelo (mamíferos) Cuatro extremidades (tetrapodos) Ojos (vertebrados) Mitocondria (animales, plantas, hongos) DNA (todas las cosas vivas) Patrón jerárquico de caracteres compartidos Por qué? 4

73 Homología vs. Homoplasia Homologia es cualquier similitud entre caracteres debido a una ancestria compartida La Homoplasia se manifiesta cuando los carateres son similares, pero no se derivan de un ancestro comun La Homoplasia puede originarse por evolucion convergente Para reconstrucciones filogeneticas nos basamos en caracteres homologos 4

74 Caracteres homólogos: a) caballo b) hombre c) ballena d) ave 4

75 Caracteres análogos (Homoplasia): a) tiburón a) Ictiosaurio c) Delfín 4

76 a) Pulpo b) Raya c) Cocodrilo a) Hipopótamo 4

77 a) Pulpo b) Raya c) Cocodrilo a) Hipopótamo 4 B,C,D

78 4 Homología: Secuencias de ADN

79 4 Homología: Secuencias de ADN

80 Cladograma Árbol filogenético con dicotomías, el cual muestra un punto de divergencia a partir de un ancestro común. Cada rama, o clado, muestra una especie ancestral y su decendencia, o sea, un grupo monofilético. La especie actual en el árbol está representada por un nodo terminal. Cada cladograma expresa una hipótesis. Nodo terminal Clado o taxón Nodo Ancestro común 4

81 Construcción de un cladograma X A B C C B A 4

82 Clasificaciones de la vida Aristóteles 2 reinos: Animal y Vegetal 4

83 Clasificaciones de la vida Ernst Haeckel (1866) Reino Protista: todos los organismos unicelulares. 4

84 Clasificaciones de la vida Herbert Copeland (1956) Reino Monera: organismos procariotas. 4

85 Clasificaciones de la vida Robert Whittaker (1969) Sistema de 5 reinos: Monera, Protista (Protoctista), Fungi, Plantae, Animalia 4

86 Clasificaciones de la vida Woese, Kandler y Wheelis (1990) Datos moleculares: 3 dominios monofiléticos por encima del nivel de reino: Bacteria: bacterias verdaderas Archaea: otros procariotas, separados de bacterias por la estructura de la membrana y la secuencia de ARN ribosómico Eukarya: todos los eucariotas. Relaciones entre principales linajes no está clara. 4

87 Árbol de la vida 4