¿cuál es el origen de la...

Unidad 5: Causas de la evolución y de la especiación174

Lección 1

¿Cuál es el origen de la variabilidad?

Trabaja con lo que sabes

1. Evolución en las poblaciones

Como aprendiste en la unidad anterior, la evolución es el proceso de transformación de los seres vivos a lo largo de las generaciones. Estos cambios se deben a modificaciones genéticas que, en conjunto con el efecto del ambiente, expresan variaciones fenotípicas en los organismos, heredables a su descendencia. Por ello, la evolución implica cambios en las proporciones genotípicas de las poblaciones, generación tras generación.

➟ Debes recordar: Fenotipo – Genotipo – Meiosis

La imagen representa la meiosis en las células de una planta y los genes que aparecen representados llevan información para las siguientes características: A: flor roja; a: flor blanca; B: hojas con borde liso, y b: hojas con borde aserrado.

1. ¿De qué color son las flores y cómo es el borde de las hojas del organismo parental?

2. ¿Qué efectos tuvo el entrecruzamiento o crossing over en el orden de los genes? Explica brevemente.

3. ¿Cuál sería el aspecto de la planta producida si ocurriera fecundación entre los siguientes gametos: 1 y 2, 2 y 4, 3 y 4?

4. ¿Estás de acuerdo en afirmar que el entrecruzamiento aumenta la variabilidad? Fundamenta.

5. Explica la manera en que la permutación cromosómica o segregación independiente de los cromosomas contribuye al aumento de la variabilidad.

Propósito de la lecciónEn la unidad anterior comprendiste que los procesos evolutivos funcionan sobre la base de la variabilidad

presente en las poblaciones. En esta lección aprenderás cuáles son las causas detrás de dicha

variabilidad y, por lo tanto, del fenómeno de la evolución de las especies.

Meiosis.

1

AA

AA

AA

A aA a

Bb

Bb

Bb

B Bb b

Bb

Bb

Bb

aa

aa

aa

2 3 4

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5Unidad

Lección 1: ¿Cuál es el origen de la variabilidad? 175

El proceso evolutivo no ocurre en un organismo individual, sino que en las poblaciones o en las especies a lo largo de las generaciones. Los cambios pueden ser mínimas modificaciones imperceptibles a la vista o también de gran magnitud con respecto a los antepasados.

Es importante considerar que las poblaciones varían en el transcurso del tiempo y que si comparas los organismos de una población actual con los de la de su origen, podrías encontrar diferencias, sin que ello signifique que correspondan a distintas especies. Esto quiere decir que puede haber evolución sin que surjan nuevas especies.

El siguiente esquema ilustra que en la población de la especie A han aparecido organismos con nuevas variantes fenotípicas (representadas por el color verde del segundo conjunto de individuos) y también constatamos que las proporciones genotípicas (suponiendo que cada variante fenotípica o color corresponde a un genotipo diferente) van cambiando con el tiempo.

De este modo, y a partir de la integración de los principios de Mendel y la teoría de la evolución de Darwin, emergió una nueva disciplina en la biología: la genética de poblaciones. Esta ciencia se preocupa de los procesos evolutivos que ocurren en las poblaciones desde el punto de vista de la herencia y la variación genética, y basa su estudio en la variabilidad genética.

Población de la especie A

Tiempo

En cada grano de choclo o maíz existe un embrión; la diferencia de color es un ejemplo de variabilidad.



Lección 1

2. Variabilidad genética

Si miras a tus compañeros verás que, aunque todos pertenecemos a la misma especie, tenemos rasgos fenotípicos, tanto físicos como conductuales o bioquímicos, que nos distinguen. El fenotipo de un individuo está influido por su genotipo. Por lo tanto, los distintos fenotipos presentes en una población se explican por la existencia de diferentes variedades de genes en ella; es decir, por su variabilidad genética. El origen de la variabilidad genética de una población está en las mutaciones y, en las especies con reproducción sexual, también en los procesos de recombinación génica que ocurren durante la meiosis.

2.1 Mutaciones

Cuando Darwin formuló su teoría evolutiva, por desconocimiento de la existencia de los trabajos de Mendel y de los genes, no entregó fundamentos acerca del origen de la variabilidad de rasgos sobre la cual opera la selección natural. Gracias a los aportes de la genética, hoy sabemos que la variabilidad se produce principalmente debido a mutaciones; o sea, alteraciones del material genético de los miembros de una especie. Las mutaciones promueven el surgimiento de nuevos genes alelos en una población, con lo cual las frecuencias génicas se modifican y se forman nuevos fenotipos.

De acuerdo con el tipo de cambio provocado, pueden surgir alelos con efectos negativos para el organismo portador, que incluso lleguen a provocar su muerte. También, pueden generarse alelos con efectos beneficiosos para el individuo, que favorezcan su sobrevivencia y aumenten, por acción de la selección natural, la frecuencia de este nuevo alelo en la población a medida que transcurren las genera-ciones. Por último, las mutaciones, asimismo, pueden generar efectos neutros, es decir, que no resulten ni beneficiosos ni perjudiciales para el individuo que las posea.

Las mutaciones pueden ser espontáneas, cuando ocurren como consecuencia de las dinámicas inherentes a la célula, como la replicación del ADN; o inducidas, cuando se producen por la acción de factores externos, llamados agentes mutágenos, como radiaciones o sustancias químicas.

Si la mutación se manifiesta solo en las células somáticas, no es heredable, a diferencia de las mutaciones ocurridas en los gametos, que pueden transmitirse a la siguiente generación. Estas últimas tendrán consecuencias evolutivas si modifican el fenotipo de los organismos y/o las proporciones genotípicas en las poblaciones.

La especie de arveja con la que trabajó Mendel presenta dos variedades para cada rasgo fenotípico estudiado, y a cada una de estas variedades le corresponde un gen alelo.

Apunte

Genes alelos: son las variantes o las formas alternativas de un gen, son segmentos de ADN que determinan la síntesis de un mismo producto, principalmente una proteína, y que difieren en la secuencia del ADN. Esta diferencia se expresa en el organismo como una variante fenotípica.


5Unidad

177Lección 1: ¿Cuál es el origen de la variabilidad?

Comprender y aplicar el…Actividad 1

Proceso de mutación

La característica “tamaño de la planta”, estudiada por Mendel, depende de un gen que posee dos variantes: uno de los alelos produce una enzima necesaria para la síntesis de giberelina, una de las hormonas vegetales responsable de la elongación del tallo; y el otro alelo presenta una diferencia en la secuencia de ADN, cuyo producto es una enzima no funcional; en este caso, la producción de giberelina es escasa, por lo que la planta disminuye su crecimiento.

1. Observa el esquema que representa la ubicación y secuencia de los alelos del gen en el par de cromosomas homólogos, para un genotipo heterocigoto. Luego, dibuja en tu cuaderno las combinaciones para los genotipos homocigoto dominante y homocigoto recesivo.

2. A partir del análisis de la información, ¿cuál será el fenotipo resultante en cada caso?

3. ¿Cómo podría aparecer una nueva variedad de alelo para este rasgo?, ¿cuál podría ser su fenotipo asociado?

• La comparación entre genomas de diversas especies ha permitido advertir importantes cambios en el cariotipo, ocasionados por mutaciones, en el número de cromosomas y en el tamaño de estos, Por ejemplo, el cromosoma número 2 humano es producto de la fusión de dos cromosomas ancestrales, que corresponden a los cromosomas 12 y 13 presentes en los chimpancés y otros primates actuales.

Para saber

Genotipo Cromosomas homólogos Secuencia de alelos

Heterocigoto

Secuencia del alelo A

AA

a A

A

A A A

A AC

C

G GT

T

T T

T

T

T

G

G G G G

Cambio de un nucleótido

Secuencia del alelo a


178

Lección 1

Unidad 5: Causas de la evolución y de la especiación

2.2 Recombinación génica

En los organismos con reproducción sexual, los genes procedentes de cada uno de los progenitores se recombinan antes de ser transmitidos a la siguiente generación por medio de dos procesos que tienen lugar durante la meiosis: el entrecruzamiento, o crossing-over, y la permutación cromosómica, o segregación independiente de los cromosomas homólogos.

• El entrecruzamiento: el intercambio de segmentos entre los cromosomas homólogos, durante la profase de la meiosis I, es una importante fuente de variabilidad genética: gracias a ella es inmensamente improbable que un mismo individuo produzca dos gametos iguales, lo que conlleva a que su descendencia sea genéticamente diversa.

• La permutación cromosómica: consiste en la distribución al azar de los cromosomas homólogos materno y paterno entre las células hijas durante la metafase de la meiosis I. Según la posición de los cromosomas homólogos en el ecuador de la célula, y su posterior migración hacia los polos, durante la anafase I, se pueden obtener distintas combinaciones entre cromosomas paternos y maternos. Así, el que uno de los gametos contenga un cromosoma paterno o el cromosoma homólogo que derivó de la madre, depende únicamente del azar.

Durante la profase I del proceso meiótico, los cromosomas homólogos se agrupan en pares para llevar a cabo el entrecruzamiento.

Debido al entrecruzamiento, las cuatro cromátidas contenidas en un par de cromosomas homólogos presentan información genética diferente.

B

A

• Analiza la animación del proceso de entrecruzamiento, ingresando a www.recursostic.cl/lbm178. ¿Cómo son genéticamente los gametos producidos con y sin entrecruzamiento? Representa en tu cuaderno la combinación genotípica de los cigotos si estos gametos se fecundaran entre sí.

Inter@ctividad

Considerando solo la permutación en la meiosis I, se pueden generar 2n combinaciones cromosómicas, siendo n el número haploide de la especie. En nuestra especie, cuyo n es 23, se pueden formar 8 388 608 células genéticamente diferentes.

Conexión con

Matemática

A

B


5Unidad

179Lección 1 - ¿Cuál es el origen de la diversidad biológica?

Antes de seguir, utiliza lo aprendido

1. ¿Cómo explicarías que hace millones de años la diversidad de especies existentes era mucho menor a la que se puede observar en la actualidad?

2. ¿Por qué son importantes las mutaciones y la recombinación genética para la evolución de las especies?

3. ¿Por qué el entrecruzamiento y la permutación generan variaciones genéticas?

4. Si en una población, como la representada por círculos, surge por mutación un nuevo alelo que entrega una característica ventajosa al organismo que lo posea, este alelo aumentará su frecuencia en la población y generará la evolución de la misma. ¿Qué ocurriría si el alelo mutante provoca la aparición de alguna enfermedad? ¿Se consideraría entonces que la población evoluciona?, ¿por qué?

Lección 1: ¿Cuál es el origen de la variabilidad? 179

Dos posibilidades de ordenamiento y distribución de los pares de cromosomas durante la permutación. El resultado son cuatro gametos genéticamente diferentes.

Portador del alelo mutante beneficioso

Generaciones

Meiosis I

Meiosis II



Lección 2

¿Cómo influye el azar en la evolución de una población?

Trabaja con lo que sabes

➟ Debes recordar: Genes alelos - Mutación - Migración

La figura representa cuatro poblaciones de la misma especie, cuyos individuos se representan con círculos. Responde las preguntas a continuación.

1. ¿Por qué existen diferencias en la frecuencia fenotípica en cada población?

2. ¿Qué poblaciones se parecen más entre sí?

3. ¿Cuáles serían las diferencias dentro de las poblaciones y también entre ellas?

4. ¿Qué sucedería si los individuos de las poblaciones pudieran migrar y aparearse?

Propósito de la lecciónEn la lección anterior comprendiste cómo el azar actúa a nivel molecular, generando variaciones e

influyendo en la evolución. Ahora podrás entender cómo el azar también interviene en la evolución a

nivel poblacional, alterando la variabilidad genética.

1. Flujo génico

El flujo génico o flujo de alelos es el intercambio de genes entre organismos pertenecientes a diferentes poblaciones de una misma especie. En ausencia de otros factores evolutivos, este proceso tiende a igualar las frecuencias génicas entre las poblaciones. El flujo entre ellas incrementa la variabilidad genética de cada una, por la incorporación de nuevas variantes (alelos), produciendo al mismo tiempo disminución de la divergencia entre las poblaciones.


181

5Unidad

Lección 2: ¿Cómo influye el azar en la evolución de una población?

La tasa de flujo génico entre poblaciones dependerá de la movilidad de

las especies y de la existencia de barreras geográficas y de corredores. El flujo será menor en especies de baja movilidad, constituyendo poblaciones más pequeñas y genéticamente diferenciadas, mientras que será mayor en especies de alta movilidad. La presencia de barreras geográficas restringe el flujo génico, separando a dos poblaciones, contribuyendo así a su diferenciación y posterior especiación; mientras que los corredores conectan a las poblaciones y facilitan el flujo génico, por lo tanto actúan en contra de la especiación.

En poblaciones de alta movilidad, como las aves migratorias, el flujo génico es mayor.

Un río puede significar para algunas poblaciones una barrera geográfica y para otras ser un corredor.

En nuestra especie pueden existir también barreras culturales para el flujo génico, como es el caso de comunidades endogámicas, que impiden la relación con grupos externos; u otras que restringen sus relaciones a ciertas poblaciones, ya sea por motivos de alianzas, religiones o guerras entre ellas. En poblaciones muy pequeñas, los cruzamientos comienzan a producirse entre individuos con parentesco reciente. En estos grupos, las frecuencias alélicas se modifican respecto de la población general y se produce un aumento en la frecuencia de genotipos homocigotos recesivos. Como la mayor parte de las patologías se determinan de manera recesiva, aumenta la frecuencia de estas.

Durante los siglos XVI y XVII se registró una importante emigración de españoles a América. Posteriormente, nuestro continente, y Chile en particular, recibió inmigrantes de otros países europeos y asiáticos. Así se formaron en nuestro país numerosas colonias que aportaron nuevos genes a la población local y también su riqueza cultural.

Conexión con

Historia

Comprender y reflexionar sobre…Actividad 2

Flujo génico

1. Describe los accidentes geográficos de tu localidad que pudieran actuar como barreras geográficas o como corredores para algunas poblaciones.

2. ¿Cuáles son las desventajas de la endogamia en poblaciones pequeñas?

3. Averigua en tu entorno datos de cómo los inmigrantes han influido en el desarrollo cultural, por ejemplo en el arte, las comidas, el deporte, la arquitectura y la ciencia. Explica el valor que le das a esto.



Lección 2

Simulación del efecto de la deriva génica. La frecuencia de un alelo puede aumentar o disminuir de manera azarosa. La deriva será más fuerte mientras más pequeña sea la población.

2. Deriva génica

La deriva génetica son los cambios en frecuencia génica de una población debido a fenómenos azarosos. En una población, la frecuencia de un alelo fluctúa al azar, aumentando y disminuyendo de una generación a otra de manera no predecible. Así, los alelos pueden llegar a desaparecer o bien a alcanzar frecuencias de 100 % (fijación).

Sin considerar otros factores evolutivos, este mecanismo tiende a disminuir la diversidad genética de la población, debido a la eliminación de unos alelos con fijación de otros. A su vez, la deriva aumenta la diferenciación entre poblaciones debido a la fijación de distintos alelos en cada una de ellas. Mientras más pequeñas sean dos poblaciones, más rápido se diferenciarán genéticamente debido a la deriva, es decir, al azar.

Interpretar gráficos sobre…Actividad 3

Deriva génica

Responde las preguntas a partir de los gráficos.

1. ¿Cuántos alelos se fijaron y desaparecieron en cada caso?

2. ¿En qué población existe una mayor probabilidad de que desaparezca un alelo?

3. Marca en cada gráfico la curva de los alelos que se han fijado en la población.

Frec

uen

cia

alél

ica

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

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0.2

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0.8

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

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0.6

0.4

0.2

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0.8

Generaciones

Gráfico 1: Fluctuación de frecuencia de alelos en varias poblaciones de 10 individuos.

Gráfico 2: Fluctuación de frecuencia de alelos en varias poblaciones de 100 individuos.

Generaciones

Frec

uen

cia

alél

ica


5Unidad

Antes de seguir, utiliza lo aprendido

1. Construye un organizador gráfico usando los siguientes términos: migración, flujo génico, frecuencias alélicas, variabilidad y diferenciación poblacional. Puedes incluir otros conceptos relacionados con el tema de esta lección.

2. ¿Qué relación puedes señalar entre la pérdida de diversidad genética y la disminución del tamaño poblacional? Explica.

3. ¿Por qué en las poblaciones pequeñas la eliminación y fijación de los alelos es más probable que en las poblaciones más numerosas?

4. Observa la ilustración del efecto fundador de esta página y grafica la proporción de cada alelo en el continente y en la isla.

183

La figura representa una población que muestra tres variantes (blanco, amarillo y verde). Luego de una disminución del tamaño poblacional, sobrevive un pequeño grupo que presenta dos de las variantes y en frecuencias distintas a las iniciales.

Un ejemplo de efecto fundador es la colonización de islas por pocos individuos.

Lección 2: ¿Cómo influye el azar en la evolución de una población?

2.1 Efecto cuello de botella

Este fenómeno de deriva génica sucede con la pérdida acelerada de variación genética frente a eventos de disminución numérica en la población. El cuello de botella simboliza algún factor que reduce el tamaño poblacional, como una epidemia, un desastre climático o geológico, entre otros.

Un caso especial de cuello de botella es el efecto fundador, que ocurre cuando un reducido grupo de la población funda otra nueva, llevando consigo solo una parte de la diversidad inicial. Por ejemplo, se ha descrito que en la población nativa americana se observa una alta frecuencia del grupo sanguíneo O (sistema sanguíneo ABO), situación que puede explicarse por el cuello de botella producido durante el poblamiento del continente, siendo la población fundadora exclusivamente de dicho grupo sanguíneo.

Población nueva luego de algunas generaciones

Fundadores

Población original


¿cuál es el origen de la...

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