clasificacion y evolucion

35
“La ciencia aplicada no existe, la aplicación de la ciencia sí..” Louis Pasteur

Upload: munizchesca

Post on 23-Jun-2015

24.987 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Clasificacion y Evolucion

“La ciencia aplicada no existe, la aplicación de la ciencia sí..”

Louis Pasteur

Page 2: Clasificacion y Evolucion

Franchesca Muniz-RamosHoras Ofc. M 2:00-4:00, W 10:00-11:00, J 3:00-4:30 Oficina B-367, Cub. 8B

BIOL 3052L - Laboratorio 2Evolución y clasificación

Page 3: Clasificacion y Evolucion

ObjetivosDiscutir aspectos inherentes a la teoría de la

evolución.Introducir al estudiante al mundo de la sistemática

y disciplinas relacionadas.Clasificar “organismos” y construir un árbol

filogenético usando “organismos” hipotéticos.

Page 4: Clasificacion y Evolucion

Introducción “El concepto de evolución es la “piedra angular” de la biología

porque enlaza todos los campos de las ciencias biológicas en un cuerpo unificado de conocimiento” (Solomon et al., 2006).

Además, la evolución tiene importantes aplicaciones prácticas -en agricultura, medicina, biotecnología, etc.- por lo que es imprescindible tener una noción actualizada sobre este tópico.

Para comprender mejor los procesos evolutivos es preciso emplear la sistemática y algunas disciplinas relacionadas.

Page 5: Clasificacion y Evolucion

Evolución

• Darwin en 1859, en su libro “Origen de las especies…”, expuso sus ideas sobre la evolución de las especies por selección natural.

Darwin basó su “teoría” en las observaciones que realizó a bordo del H. M. S. Beagle durante su travesía de cinco años en las costas de Sur América y otras regiones tropicales.

Page 6: Clasificacion y Evolucion

Darwin fue influenciado por la selección artificial, por las ideas de Thomas Malthus sobre el incremento poblacional y por las ideas de geólogos como Charles Lyell sobre la antigüedad de la tierra.

Las ideas de Darwin han sido reforzadas con el aporte de la genética moderna y al considerar el papel de las mutaciones (azar).

Page 7: Clasificacion y Evolucion

Evolución Definición actual: Acumulación de

cambios heredados, a lo largo del tiempo, dentro de una población.

La selección natural resulta en adaptaciones, modificaciones evolutivas que mejoran la posibilidad de sobrevivir y el éxito reproductivo en un ambiente particular. A través del tiempo, bastantes cambios se pueden acumular en poblaciones geográficamente separadas para producir nuevas especies.

Así, la evolución causa diferencias en las poblaciones y explica el origen de todos los organismos que existen o han existido.

La evidencia indica que todos los organismos descienden de un ancestro común.

Page 8: Clasificacion y Evolucion

Evolución Evidencias que indican que

ha ocurrido evolución (= los organismos actuales son producto de la evolución)

Registro fósil Anatomía comparada Distribución geográfica de los

organismos Biología del desarrollo Comparaciones moleculares

Page 9: Clasificacion y Evolucion

Evolucióno Registro fósil Moldes Huellas Fragmentos u

organismos enteros Embebidos en ambar Petrificación Preservación en

hielo

Page 10: Clasificacion y Evolucion

Evolucióno Anatomía comparada Factores homólogos: factores

derivados de la misma estructura presente en un antepasado común. Ej: los huesos de la extremidad anterior de algunos mamíferos.

Estructuras vestigiales: remanentes de estructuras más desarrolladas que estaban presentes y eran funcionales en un organismo ancestral. Ej: la pelvis y el fémur de los cetáceos (la ballena). La apendice, la cola y las muelas del juicio en los humanos

Page 11: Clasificacion y Evolucion

Evolucióno Anatomía comparada Factores homoplásicos: factores con

estructura similar que no son homólogos sino que simplemente cumplen la misma función. Ej: las alas de insectos, aves y murciélagos.

Evolución convergente: evolución independiente de estructuras o funciones parecidas en dos o más organismos poco relacionados, usualmente como resultado de adaptaciones a ambientes similares.

Evolución divergente: aquella que se presenta cuando a partir de un ancestro común los organismos involucrados empiezan a sufrir cambios morfológicos que dan como resultado la aparición de nuevas especies.

Page 12: Clasificacion y Evolucion

Evolución

o Distribución geográfica de los organismos

Biogeografía: Estudio de la distribución geográfica pasada y presente de los organismos.

Deriva continental: movimiento de los continentes

Tectónica de placas: movimiento de las placas que forman la corteza terrestre y oceánica y sobre las que están ubicados tanto los continentes como los océanos

Page 13: Clasificacion y Evolucion

evolucióno Biología del desarrollo Algunos cambios evolutivos son

el resultado de cambios en genes que afectan la secuencia ordenada de eventos que ocurren durante el desarrollo.

La evidencia científica demuestra que el desarrollo en muchos animales está controlado por las mismas clases de genes; estas similaridades genéticas en una amplia variedad de organismos reflejan una historia evolutiva compartida.

Page 14: Clasificacion y Evolucion

Evolucióno Comparaciones

moleculares El código genético es

virtualmente universal. Las proteínas y el ADN contienen

un registro del cambio evolutivo. El secuenciamiento del ADN se

usa para estimar el tiempo de divergencia entre dos especies o grupos taxonómicos relacionados.

Pares de especies de Porcentaje de divergencia en unaPrimates secuencia de ADN selecta

Humano - Chimpance 1.7 Humano - gorila 1.8 Humano - orangután 3.3 Humano - gibón 4.3 Humano - Mono rhesus (mono del viejo mundo) 7 Humano - Mono araña (mono del nuevo mundo) 10.8 Humano - tarsero pigmeo (lemur) 24.6(Modificado de Solomon et al . 2006).

Tabla. Diferencias en ADN en secuencias de nucleotidoscomo evidencia de relaciones filogeneticas

Page 15: Clasificacion y Evolucion

Sistemática Sistemática Definición: El estudio científico de la diversidad de organismos y sus

relaciones evolutivas. Disciplinas y temas relacionadas con la sistemática:o Taxonomíao Clasificacióno Categorías taxonómicaso Nomenclatura binomialo Filogenia, caracteres plesiomórficos y sinapomórficoso Agrupamientos taxonómicos: monofiléticos, parafiléticos y polifiléticoso Fenética o taxonomía numéricao Sistemática evolutivao Sistemática filogenética o cladísticao Especie: grupo de organismos , con estructura, función y

comportamiento similares, que son capaces de reproducirse entre sí.o Código de Phyla = (PhyloCode, International Code of o Phylogenetic nomenclature))

Page 16: Clasificacion y Evolucion

Sistemáticao Taxonomía: La ciencia de nombrar, describir y clasificar organismos.o Clasificación: Organización de los organismos en grupos basados en sus

similaridades (características compartidas), de modo que se reflejen las relaciones históricas entre linajes. Es artificial.

o Nomenclatura binomial: Sistema creado por Carlos Linnaeus en el siglo 18 para dar nombre a las especies, con base en un nombre compuesto por dos partes, un sustantivo (que designa al género) y un epiteto específico que califica a la primera parte; el nombre de la especie es la reunión de las partes.

Reino Animalia Plantae

Phylum Chordata Arthropoda Angiospermophyta

Class Mammalia Insecta Monocotyledoneae

Orden Primate Carnivora Hymenoptera Liliales

Familia Hominidae Canidae Apidae Liliaceae

Género Homo Canis Apis Alium

EspecieHomo sapiens Canis lupus Apis mellifera Alium sativum

(humano) (lobo) (abeja melífera) (ajo)

Page 17: Clasificacion y Evolucion

Sistema de clasificaciónSistema de clasificación Dominio

Reino

Phylum

Clase

Orden

Familia

Género

Especie

EukaryaAnimaliaCordataMamaliaPrimateHominidaeHomosapiens

Page 18: Clasificacion y Evolucion

Sistemáticao Caracter plesiomórfico (= c.

ancestral compartido): factor que estaba presente en una especie ancestral y que está en todos los grupos descendientes de ese ancestro. Ej.: columna vertebral.

o Caracter apomórfico: rasgo derivado o descendiente.

o Caracter sinapomórfico (c. compartido derivado): rasgo homólogo encontrado en dos o más taxas que está presente en sus ancestros comunes más recientes pero no en sus ancestros comunes más antiguos. Ej.: Los tres huesos presentes en el oído medio de los mamíferos.

Page 19: Clasificacion y Evolucion

Sistemática

o Filogenia: Historia evolutiva completa de un grupo de organismos. Se representa mediante un cladograma

o Agrupamientos taxonómicos: o Grupo monofilético: Grupo que

incluye a todos los descendientes del ancestro común más reciente.

o Grupo parafilético: Grupo que consiste de un ancestro común y algunos, pero no todos, de sus descendientes.

o Grupo polifilético: Grupo que incluye a los organismos que aparentan tener más de un ancestro (= que evolucionaron de diferentes ancestros).

Page 20: Clasificacion y Evolucion

Sistemática Enfoques de la sistemática Para determinar las relaciones entre organismos, los sistemáticos han

usado distintos métodos:o Fenética o taxonomía numérica: enfocada en la comparación entre

caractereso Sistemática evolutiva: Considera tanto las relaciones evolutivas como la

extensión de la divergencia que se ha presentado desde cuando un grupo se separó de un ancestro común. Presenta sus resultados en forma de árboles filogenéticos y reconoce grupos parafiléticos.

o Sistemática filogenética o cladística: Insiste en que el grupo en estudio debe ser monofilético (clado), que consiste de un antecesor común y todos sus descendientes; las relaciones dentro del grupo se definen con base en caracteres derivados compartidos, que se grafican en un diagrama llamado cladograma.

Page 21: Clasificacion y Evolucion

Sistemática

• El Cladograma es un 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 científica.

• Para construir el Cladograma se elige un grupo externo (Out Group) para facilitar la comparación

Nodo terminal

Nodo

Ancestro común

Clade (rama) o taxón

Page 22: Clasificacion y Evolucion

Sistemática

truchaoso macacolagarto

dinosaurio

Mamalia Reptilia Pisces

0

100

150

200

250

300

A

salmón

Grupo monofilético

Mil

lon

es

de

os

Antecestro común

Page 23: Clasificacion y Evolucion

Sistemática

truchaoso macacolagarto

dinosaurio

Mamalia Reptilia Pisces

0

100

150

200

250

300

A

salmón

Mil

lon

es

de

os

Antecestro común

Grupo polifilético

Page 24: Clasificacion y Evolucion

Sistemática ¿Cómo construir un cladograma?

Identificar homologías Identificar que caracteres son primitivos y cuáles

derivados Usar un grupo externo para comparar Hacer una tabla de caracteres: presencia-ausencia Al final, se elige el árbol más parsimonioso, que es el

que menos pasos tiene.

Page 25: Clasificacion y Evolucion

Cladograma

PeloPelo garragarrass

antenaantenass

AA -- ++ ++

BB -- -- ++

CC -- -- --

garras

antenas

B AC

Se escoge el árbol más

parsimonioso

Page 26: Clasificacion y Evolucion

Ejemplo de Cladograma

• Clade o Taxones (1-5)• Características (A-H)• Outgroup (5)• A: plesiomorfía• B: separa 1-4 del Out Group• C, D: más recientes que B• C: 1 y 2 (clade)• D: 3 y 4 (clade: taxones que

comparten una sinapomorfia)

Page 27: Clasificacion y Evolucion

Practica Grupal de Laboratorio

Page 28: Clasificacion y Evolucion

Parte práctica / Los “Caminálculos”

Los Caminálculos, nombrados en honor de su creador, Joseph Camin, son animales imaginarios inventados.

Los Caminálculos son ideales para introducir los estudiantes a tópicos relacionados con la evolución y la clasificación.

Page 29: Clasificacion y Evolucion

Ejercicio 1. Clasificación taxonómica de “Caminálculos” vivos

PHYLUM CAMINALCULA

CLASE 1 CLASE 2

Orden 1 Orden 2 Orden 3 Orden 4

Familia 1 Familia 2 Familia 3 Familia 4

Género 1 Género 2 Género 3 Género 4 Género 5 Género 6

A G H D B J L E K C F I

Objetivo: Crear una clasificación de los Caminálculos vivos

Procedimiento1. Examinar las 14 especies vivientes de Caminálculos, observar sus

similitudes y diferencias.2. Agrupar las especies de manera jerárquica (clasificación) usando el

modelo que se encuentra a continuación.

Page 30: Clasificacion y Evolucion

Ejercicio 1. Clasificación taxonómica de “Caminálculos” vivos3. Decidir primero cuales especies pertenecen al mismo género,

luego cuales géneros a cada familia y así sucesivamente. Es decir, comenzar el ejercicio definiendo los géneros, los cuales deben tener características únicas.

4. La especie será el número y el filo será Caminalcula.5. Presentar su clasificación en una hoja, que debe ser entregada

al instructor al finalizar la práctica.

Page 31: Clasificacion y Evolucion

Ejercicio 2. Enfoque comparativo del análisis filogenético de “Caminálculos” vivos Objetivo: Hacer un árbol

filogenético que incluya las 14 especies de Caminálculos vivas y que refleje la clasificación obtenida en el Ejercicio 1.

Procedimiento:1. Tener presente que las especies

de un mismo género deben descender de un ancestro en común.

2. Si hay más de dos especies en un género, hay que determinar cuales están más relacionadas para establecer los nodos. Lo mismo debe hacerse para organizar los géneros.

A G

x

E CK

yz

Por ejemplo, si la especie A y G están dentro del mismo género, hay un ancestro común envuelto (x).

Si hay tres especies o mas en un género decida cuales especies están mas relacionadas: E y K: ancestro común (y) y la especie C: ancestro común (z).

Page 32: Clasificacion y Evolucion

Objetivo: Construir un árbol filogenético con todos los caminálculos.

Procedimiento1. En el papel de traza hacer 20 líneas horizontales comenzando por la

base. Estas representan intervalos de 1 millón de años que van desde 19 millones de años hasta 0 (presente).

2. Recortar todas las especies de Caminálculos, incluyendo las fósiles y las vivas.

3. Hacer las líneas con lápiz para que las puedan borrar y no pegar las figuras hasta estar seguros de que es lo más correcto.

4. Tener presente que: a) la idea es organizarlas las especies en el árbol teniendo en cuenta la

antigüedad del fósil, por ello se debe comenzar por el fósil más antiguo y después se van arreglando los demás de acuerdo a sus relaciones evolutivasb) las ramificaciones deben ser dicotómicas

Ejercicio 3. Filogenia de “Caminálculos” vivos y fósiles

Page 33: Clasificacion y Evolucion

c) algunas especies vivas se repiten en el registro fósild) existen “lagunas” en algunos taxones y también

especies extintas que no produjeron descendencia e) los números de las especies están distribuidos al

azar y no proveen ninguna relación evolutiva f) solo hay un árbol correcto.

Page 34: Clasificacion y Evolucion

Ejercicio 3. Filogenia de “Caminálculos” vivos y fósiles / Ejemplo de árbol filogenético

Page 35: Clasificacion y Evolucion

Material de consulta

• Solomon, E. P., L. R. Berg & D. W. Martin. 2006. Biology. 7th edition. Thomson Learning Inc, 1108 p + 3 Ap. (Chapters 17 & 22).

• http://nsm1.nsm.iup.edu/rgendron/Caminalcules.shtml

• Robert P. GendronBiology DepartmentIndiana University of PennsylvaniaIndiana, PA [email protected]