7. procesos biológicos en biogeografía
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7. Procesos biológicos en Biogeografía
Natalia Pérez Harguindeguy 2011
Programa de la materiaPARTE I – PERSPECTIVAS DE LA BIOGEOGRAFÍA
PARTE II – PATRONES EN BIOGEOGRAFÍA
PARTE III – PROCESOS EN BIOGEOGRAFÍA
PARTE IV – BIOGEOGRAFÍA HISTÓRICA
PARTE V – EL HOMBRE Y LOS PATRONES DE DISTRIBUCIÓN
PARTE V – BIOGEOGRAFÍA APLICADA
¿QUIÉN, DÓNDE Y POR QUÉ?¿QUIÉN, DÓNDE Y POR QUÉ?
PARTE III – PROCESOS EN BIOGEOGRAFÍA
6. Dispersión. Tipos de dispersión. Efectos de la deriva continental en la dispersión. Disyunciones. Causas de disyunción. Migraciones estacionales. Dispersión a saltos, difusión y migración secular. Barreras, corredores, filtros y rutas de riesgo total. Invasiones por especies exóticas.
7. Procesos biológicos en biogeografía: adaptación, especiación, extinción e interacciones ecológicas. Evolución y especiación. Aislamiento y especiación. Dirección en la evolución. Aumento en la diversidad de especies. Geografía y evolución. Efecto fundador, “cuellos de botella”, eventos vicariantes, radiación adaptativa y convergencia evolutiva. Extinción. Relación entre evolución y extinción.
8. Biogeografía y deriva continental. Tectónica de placas y paleogeografía. Sus efectos en la distribución de plantas y animales.
9. Biogeografía del Cuaternario. Efectos de las glaciaciones y de los cambios en el nivel del mar. Refugios y relictos.
Sistemática, Taxonomía, Filogenética (tras la pista de los linajes)
SISTEMÁTICA. Patrones y procesos asociados a la diversidad y diversificación biológica.
TAXONOMÍA. Clasifica y nomina a la diversidad usando un código binomial.
FILOGENÉTICA. Reconstruye la historia de las relaciones evolutivas entre los organismos.
¿Por qué son importantes la especiación y la extinción?
“La especiación y la extinción están fuertemente influenciadas por la migración, y todas tienen un contexto geográfico”
Lomolino et al. 2006
Probabilidad de extinciones locales marinas como resultado de cambio climático
¿Por qué son importantes la especiación y la extinción?
ESPECIEESPECIECohesión temporal y espacial
Entidad en evolución
Entidad fundamental en Biología Evolutiva y en Biogeografía
(Queiroz 2005 PNAS y 2007 Syst. Biol., Mallet 2007 Encyclopedia Biodiversity)
Homologías y HomoplastíasHOMOLOGÍALa misma característica, atributo u órgano, que se origió en el antepasado común, aunque ahora pueda tener distintas funciones.
SON LA BASE DE LA RECONSTRUCCIÓN
FILOGENÉTICA(plesiomórficos y apomórficos)
Homologías y Homoplastías
HOMOPLASTIA / ANALOGÍAUna característica, en apariencia similar,
que se originó independientemente en más de un grupo (convergencia).
• Diversificación
• Expansión
• Retracción
• Extinción
¿Necesitamos un concepto de especie?
EVOLUTIVO (Mayden, 1997)
BIOLÓGICO (Mayr & Ashlock, 1991)
FILOGENÉTICO (Cracraft, 1983 y McKitrick & Zink, 1988)
CONCORDANCIA GENEALÓGICA (Avise & Ball, 1990)
COHESIÓN ESPECÍFICA (Templeton, 1989)
FILOGRUPOS (Avise, 2000)
... distintos conceptos pueden ser aplicables a dsitintas etapas del proceso de especiación.
(Brooks & McLennan 2002)
¿especies crípticas?
Mills et al. 2007 BMC EVOLUTIONARY BIOLOGY 7:225
Concepto morfológico o clásicoBrachionus plicatilis
¿Plasticidad fenotípica?Emlen D J et al. PNAS 2007;104:8661-8668
a) Hembras (izquierda) y machos (derecha) de Ontophagus lanista.
b) Relaciones alométricas en O. acuminatus:
acceso a alimento nutritivo
sin acceso a alimento nutritivo
¿Por qué es tan compleja la identificación de especies?
Variación discontínua,
Muchos individuos son similares entre sí(clumpy),
Algunos son diferentes, o hay estados del caracteres que no se encuentran (gappy)
Agrupamientos y espacios
(clumpy-gappy)
Mecanismos de Diferenciación Genética
MutaciónDeriva GénicaSelección NaturalFlujo GénicoAdaptación y Flujo GénicoVariación Geográfica
MICROEVOLUCIÓN
Mecanismos de Diferenciación Genética
¿Es necesario aislamiento geográfico para que se produzca especiación?
Cualquiera sea el mecanismo requiere cambios genéticos que lleven al aislamiento reproductivo...
Deriva Génica
SelecciónNatural
Mutaciones
Deriva Génica
Selección NaturalVS.Flujo Génico
Deriva Génica
Selección NaturalVS.Flujo Génico
Peromyscus maniculatus
Flujo Génico Deriva GénicaSelección Natural
VS.Ensatinas
Valle Central de California
Alopátrica (vicarianza y efecto fundador).Simpátrica y Parapátrica.
VICARIANZA
ESPECIACIÓN ALOPÁTRICA
220.000.000220.000.000India y MadagascarIndia y Madagascar
90.000.00090.000.000AustraliaAustralia
50.000.00050.000.000
20.000.00020.000.000SudamSudamééricarica
Nothofagus sp.
http://www.gns.cri.nz/Home/Our-Science/Natural-Hazards/Research-Programmes/Plate-Tectonics-in-and-around-New-Zealand/Gondwana-animation
ESPECIACIÓN ALOPÁTRICA
DISPERSIÓN A SALTOS (efecto fundador)
El fecto fundador, o la deriva génica (en este caso no solo por azar) juegan un
rol importante.
ESPECIACIÓN PARAPÁTRICA Y SIMPÁTRICA
Selección disruptiva (en herbívoros o parásitos específicos, a lo largo de gradientes ambientales).Cambios en el número cromosómicos (cambios individuales o duplicaciones enteras).
70 %70 %
Sculpin sp.
ESPECIACIÓN ¿Proceso ramificado (cladogénesis),
reticulado, o lineal (anagénesis)?
Macroevolución
¿¿QuQuéé saben sobre Macroevolucisaben sobre Macroevolucióón?n?
Hasta el ’70 ... incorporación sucesiva y gradual de
pequeños cambios genéticos ante la presión ambiental.
¿Por qué las tasas de evolución varían tanto entre (y dentro!) de los linajes?
BRADITÉLICOS TAQUITÉLICOS
Cambios en el registro fósil que no pueden ser explicados por acumulación de cambios microevolutivos...
Equilibrio puntuadoSelección de especies
MACROEVOLUCIÓN
¿Equilibrio puntuado?Innovaciones morfológicas, expansión de rango, explotación de nuevas áreas o hábitats.
Edi
acar
a635
540
Organismos multicelulares más antiguos
Funisia
Kimberella
Extinción masiva de la Biota de EdiacaraCámbrico temprano: fauna conchífera y trazas
? ?
Trichophycus
Explosión del Cámbrico
Explosión del CámbricoExoesqueleto,Incremento de predadores,Proliferación de especies dentro de cada clado,Aparición conjunta de casi todos los phyla de animales conocidos... o no?
MarellaMarella
3) Gogia, 5) Cambraster3) Gogia, 5) CambrasterPikaiaPikaia
(simetr(simetríía bilateral?)a bilateral?)
AysheaiaAysheaia
La discontinuidad del registro fósilVelocidad del enterramiento vs. erosión,Tipos de sustratos en los que se fosilizan los materiales,
Cambios en el registro fósil que no pueden ser explicados por acumulación de cambios microevolutivos...
Equilibrio puntuadoSelección de especies
MACROEVOLUCIÓN
En lugar de favorecer la supervivencia de un individuo por su características particulares, toda una especie, o quizás un grupo más grande, debido a sus características, es favorecido por una presión ambiental.
¿¿Podemos desacoplar esto de la selecciPodemos desacoplar esto de la seleccióón natural?n natural?
¿¿Se diferencia de la discusiSe diferencia de la discusióón de los equilibrios n de los equilibrios puntuados?puntuados?
La extinción de los dinosaurios en el límite cretácico-terciario fue
seguida por una impresionante diversificación
de los mamíferos.
Perspectivas complementarias
Equilibrio puntuadoSelección de especies
MACROEVOLUCIÓN
MutaciónDeriva GénicaSelección NaturalFlujo GénicoAdaptación y Flujo GénicoVariación Geográfica
MICROEVOLUCIÓN
Diversificación, diferenciación, diversidad y otras yerbas...
¿Qué me pueden decir sobre la exclusión competitiva?
¿Cómo se relaciona con el concepto de nicho?
Hasta que se realizó su análisis de ADN, por 150 años, estos pájaros fueron considerados
la misma especie.
Hasta que se realizó su análisis de ADN, Allolobophora chlorotica era una especie con dos mofos de color diferente. La verde es una
especie y la rosada son tres.
Desplazamiento de caracteresVolviendo a la RADIACIÓN ADAPTATIVA...
MADAGASCAR
Cámbrico (540)
Fin del Cámbrico (488)Ordovícico-Silúrico (443)
Pérmico-Triásico (251)
EXTINCIONEScómo, cuándo y por qué
Ediacara (542).Fin del Cámbrico (488).Ordovício-Silúrico (443).Devónico-Carbonífero (359).Pérmico-Triásico (251).Tríasico-Jurásico (199).Cretácico-Terciario (65).Pleistoceno-Holoceno (0,02).
EXTINCIONEScómo, cuándo y por qué
Hipótesis de la Reina Roja(van Valen 1973).
A nivel poblacional:* Poblaciones pequeñas* Bajo rango nacimientos:muertes* Más vulnerables a la extinción(poca capacidad de recuperación)
¿Cómo extrapolar la información de las
extinciones ecológicas para interpretar las
extinciones en tiempo geológico?
Extinciones históricas
Interacciones entre especies
Mecanismos ecológicos que determinan la distribución de los taxa
Factores limitantes.Disturbio.Competencia.Predación.Mutualismo.Interacciones múltiples.
¿Cúan fuertes son las restricciones ambientales en relación a las interacciones?
Competencia?Predación?Mutualismo?
Las interacciones biológicas realmente pueden limitar el rango de distribución.
Exclusión competitiva
Desmognathus auriculatus Desmognathus fuscus
Rattus rattus
Rattus norvegicus
Predador-presa...
Suelo Planta MariposaPlantago hookerianaSuelos serpentinos
baja concentración de N y P
alta concentración metales pesados
alta relación Ca:Mg
Euphydryas editha
Mutualismo
En la mayoría de los casos estas relaciones no son obligadas.
Trifolim pratense & Bombus sp.
Nuevamente... el detective biogeográfico
La Historia de la BiotaEl CuaternarioBiogeografía Histórica
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