Unidad 5:Evolución:¿Cómo ocurrela evolución?

Profesor: Nicolás Soto L.

“El ADN opera de maneras misteriosas”

Objetivo: Comprender losmecanismos por los que ocurre

evolución

Recordando conceptos

Genética depoblacionesEstudia la frecuencia, distribución y herencia de alelos enlas poblaciones.

Pool génico es la suma de todos los genes de unapoblación (todos los alelos de todos los genes de todos losindividuos de la población).

También cada gen particular tiene su propio pool génico,que consiste en todos los alelos de ese gen específico enuna población.

Genética de poblaciones

Frecuencia alélicacorresponde a laproporción relativa decada alelo.En el ejemplo, los 25hámsteres contienen 50alelos (porque sondiploides y cadahámster tiene doscopias de cada gen).Veinte de 50 alelos sonde pelaje negro (B), porlo tanto su frecuenciaes de 0,40 (40%), yaque 20/50 = 0,40.

Evolución son los cambiosen las frecuencias alélicasque ocurren en un poolgénico en el transcurso deltiempo.

Cambio en la composicióngenética de laspoblaciones a través de lasgeneraciones.

La población en equilibrio es una población hipotéticadonde no ocurre la evoluciónEn 1908, matemático inglés Godfrey H. Hardy y médico alemán WilhelmWeinberg, desarrollaron modelo matemático conocido como principio deHardy-Weinberg.

Este modelo demuestra que, en determinadas condiciones, la frecuenciade alelos y de genotipos en una población permanecerán constantes, sinimportar el tiempo y cuántas generaciones hayan pasado. Por lo tanto, lapoblación no evolucionará. Esto se denomina, población en equilibrio.

Tiene como condiciones:

- No debe haber mutación.- No debe haber flujo de genes entre poblaciones (no debe haber

movimiento de alelos hacia dentro o afuera de la población)ausencia de migración.

- Población debe ser muy grande.- Apareamientos aleatorios (sin tendencia de algunos genotipos para

aparearse con alguno específico).- Ausencia de selección natural. Todos los genotipos deben reproducirse

con la misma tasa de éxito.

Aplicación

Ejercicios1. ¿Cuál es la frecuencia de los heterocigotos Aa en una

población con apareamiento aleatorio, en la que lafrecuencia del fenotipo dominante es 0,19?

2. En una población particular de seres humanos que sesupone ha alcanzado el equilibrioHardy-Weinberg, lafrecuencia de alcaptonuria, causada por lahomozigosis de un gen recesivo (aa), es de uno pormillón. ¿Cuál es la probabilidad de que sea producidauna descendencia afectada por:

a) el apareamiento de dos individuos normales noemparentados

b) el apareamiento de una persona que padecealcaptonuria y un individuo normal no emparentado

Evolución porselecciónnatural: Darwin-Wallace.

Profesor: Nicolás Soto L.

Objetivo: Comprender lospostulados de la evolución por

selección natural.

Darwin-Wallace: Evolución porSelección Natural

Observaciones: Rasgos a menudo son heredables. Se produce más descendencia de la que

puede sobrevivir Competencia por losrecursos limitados

Descendencia varía en sus rasgosheredables (Variabilidad)

Darwin-Wallace: Evolución porSelección Natural

Conclusiones: En una población, los rasgos heredables

favorables se volverán más frecuentes através de las generaciones

En el transcurso de varias generaciones,la población se adaptará a su entorno.

Darwin-Wallace: Evolución porSelección Natural

Consideraciones: Selección natural depende del ambiente. Selección natural actúa sobre la

variación heredable existente Variación heredable proviene de

mutaciones al azar (No Darwin-Wallace)

Darwin-Wallace: Evolución porSelección Natural

Especiación es producto de laacumulación de cambios entrepoblaciones, derivado del proceso deselección natural.

¿Qué causa la evolución? Mutaciones son la fuente original de la

variabilidad genética.- Las mutaciones hereditarias son raras, pero

importantes, ya que su efecto acumulativo esesencial para la evolución.

- Las mutaciones no están dirigidas hacia unameta.

- Selección natural puede diseminar o eliminarla mutación de la población.

¿Qué causa laevolución? El flujo de genes entre poblaciones cambia

las frecuencias de alelos.- Movimiento de individuos de una población

a otra es una causa común, pero no laúnica (caso del polen)

- Principal efecto evolutivo del flujo de geneses incrementar la similitud genética depoblaciones diferentes de una especie.(vasos de agua).

- Si se bloquea el flujo de genes entrepoblaciones de una especie, se puedengenerar diferencias que lleven aespeciación

- Efecto de las barreras geográficas y loscorredores biológicos.

- Relacionado con la capacidad demovilidad de los organismos de lapoblación.

El polen puedeser un agente deflujo de genes.El polen,esparcido por elviento, llevaalelos de unapoblación aotra.

¿Qué causa laevolución? Frecuencias de alelos pueden cambiar en poblaciones

pequeñas- El azar en poblaciones pequeñas, tiene un fuerte

efecto sobre la frecuencia de alelos.

- Deriva genética es el proceso mediante el cual loseventos fortuitos (aleatorios) cambian las frecuenciasde alelos.

- Cambios en la frecuencia por deriva génica, puedenllevar a la desaparición de un alelo en una población yla fijación de otro (frecuencia de 100%)

- El efecto de la deriva génica sobre poblacionespequeñas es más rápido y más fuerte.

Tamaño de la poblacióny deriva génica

¿Organismos en riesgo serio de extinción?¿Capacidad de desarrollar adaptaciones?

Casos particulares dederiva génicaCuello de botella poblacional es cuando se reduce de forma drásticael número de integrantes de una población

Si una población crecemucho otra vez después deun cuello de botella, con elpaso del tiempo aumentarála diversidad genética. ¿Porqué?

Casos particular cuellode botellaEfecto fundador es cuando un número pequeño de organismos deuna población funda colonias aisladas (sin flujo génico posterior)

¿Qué causa laevolución? El apareamiento dentro de una población casi nunca es

fortuito.- Apareamiento no aleatorio por sí mismo no altera la frecuencia

alélica dentro de la población. Pero si puede tener efectosconsiderables sobre la distribución de genotipos diferentes y,por lo tanto, en la distribución de fenotipos de la población.

- Especies con movilidad limitada presentan alta tasa deendogamia (consanguinidad reproductiva).

- Endogamia aumenta la posibilidad de presentar estadoshomocigotos y por lo tanto efectos de alelos recesivos (muchosdañinos) que persisten en la población.

- En animales es muy común el apareamiento selectivo.

¿Qué causa laevolución?

No todos los genotipos son igualmente benéficos.- Siempre que un alelo confiere “alguna leve

superioridad”, la selección natural favorecerá a losindividuos que lo poseen (individuos con elevadopotencial reproductivo).

- Resistencia a los antibióticos evoluciona porselección natural.

Puntos clave:

La selección natural no origina cambiosgenéticos en los individuos (los cambios yaestaban).

La selección natural actúa sobre los individuos,pero las poblaciones cambian por evolución.

La evolución es un cambio en las frecuenciasalélicas de una población, debido al éxitoreproductivo diferencial entre organismos queportan alelos diferentes. (Fitness o eficaciabiológica).

Evolución no es progresiva; no hace que losorganismos “sean mejores”

Teorías evolutivasSintética o neodarwiniana

1.Es una mezcla de las teorías evolutivas por selección natural (mecanismo) con la genética(mutaciones genéticas).2.La variación en las poblaciones es al azar debido a mutaciones y a la recombinacióngenética (meiosis).3.La evolución se basa en los cambios en la frecuencia de los alelos entre las generaciones.4.La especiación ocurre en forma gradual cuando hay aislamiento reproductivo.

Factores del proceso evolutivo

Evolución

Selecciónnatural Mutaciones

Flujo génico Derivagénica

Cambio en el materialgenético

Presión sobre losorganismos, debido alambiente

Efecto pormigraciones en laspoblaciones

Cambios aleatorios en lafrecuencia de los genesalelos, especialmente enpequeñas poblaciones

Concepto de selecciónPresión sobre los organismos con ciertas características. La selección puede ser:

• Selección natural: actúa sobre el fenotipo más adecuado, que son los que sereproducen.

• Selección sexual: características de un individuo que lo ayudan a aparearse (intra eintersexual).• Selección artificial : características elegidas por el hombre, que se fijan por

cruces dirigidos.

Selección estabilizadoraVariables en juego Número de individuos

v/ s color en el tiempo

Presión del ambiente, aqué tipos de organismos

A los que se encuentran enlos extremos

Resultado, en las curvas,por las presiones delambiente

Angostamiento de la curvaen la zona central de ésta.

Características de lacurva, posterior a lapresión de selección.

Aumenta el número deindividuos con lacaracterística promedio.

Características genéticasde los organismos quesobrevivieron a la presióndel ambiente

Tonos calipsos (tonalidadesintermedias)

Ejemplos, con otraspoblaciones deorganismos.

Peso de recién nacidos y tasade sobrevivencia

Selección natural

Selección direccionalVariables en juego Número de individuos

v/ s color en el tiempo

Presión del ambiente, aqué tipos de organismos

A uno de los extremos (eneste caso los colores claros)

Resultado en las curvas,por las presiones delambiente

Desplazamiento hacia elextremo derecho (coloresoscuros)

Características de lacurva, posterior a lapresión de selección

Aumenta el número deindividuos del extremoderecho de la curva

Características genéticasde los organismos quesobrevivieron a la presióndel ambiente

Organismos con coloresoscuros (tonos azules yvioletas).

Ejemplos, con otraspoblaciones deorganismos

Población con individuos degran tamaño: equino, porejemplo

Selección natural

Selección natural

Selección disruptivaVariables en juego Número de individuos

v/ s color en el tiempo

Presión del ambiente, aqué tipo de organismos

Al promedio

Resultado en las curvas,por las presiones delambiente

Desplazamiento de la curvahacia los extremos

Características de lacurva, posterior a lapresión de selección

Aumenta el número deindividuos de los extremos

Características genéticasde los organismos quesobrevivieron a la presióndel ambiente

Colores claros (extremoizquierdo) y colores oscuros(extremo derecho)

Ejemplos, con otraspoblaciones deorganismos

En sequía, sobrevivenpinzones que comen maderae insectos

Factores del proceso evolutivo

Evolución

Selecciónnatural Mutaciones

Flujo génico Derivagénica

Cambio en el materialgenético

Presión sobre losorganismos, debido alambiente

Efecto pormigraciones en laspoblaciones

Cambios aleatorios en lafrecuencia de los genesalelos, especialmente enpequeñas poblaciones

Mecanismos de especiación

Objetivo: Comprender losmecanismos de especiación

“ La especie es un grupo natural de individuos de fenotipo variable, que sereproducen o tienen el potencial para reproducirse ente sí, y que están aisladosreproductivamente de otros grupos similares.” (Ernst Mayr, 1942).

Raza o subespecie: son un subgrupo dentro de la especie que tienencaracterísticas específicas (la raza suele estar dentro de la subespecie).

Especiación: es el proceso por el cual se originan nuevas especies.

Aislamiento reproductivo: concepto que agrupa diferentes mecanismos queimpiden el apareamiento entre individuos de distintas poblaciones; seinterrumpe el flujo de genes, lo que puede llevar a originar nuevas especies.

Existen dos mecanismos de aislamiento reproductivo:

1. Mecanismos precigóticos:

• Aislamiento geográfico: cuando laspoblaciones se aíslan por barrerasgeográficas como islas, ríos, glaciaciones,etc.

• Aislamiento ecológico: en plantas einsectos se da la preferencia por micro-hábitats.

•Aislamiento temporal o estacional:las parejas potenciales tienen actividadreproductiva en estaciones del añodiferentes o en horas del día diferentes(en flores, por ejemplo).

1.Mecanismos precigóticos:

• Aislamiento etológico o conductual: lasparejas potenciales no se reproducendebido a rituales de cortejo diferentes (ej.pájaros carpinteros que hacen nidos conestructuras distintas).

• Aislamiento mecánico: se da cuando haydiferencias en las estructurasreproductivas impidiéndose la cópula.

• Incompatibilidad gamética: no hayreconocimiento entre los gametos, esimportante en animales acuáticos defertilización externa.

Las orquídeas requieren de polinizadoresespecializados para poder reproducirse (imitan alas hembras del insecto polinizador)

2.Mecanismos postcigóticos

• Inviabilidad del embrión y/o feto: bajasupervivencia del embrión híbrido porincompatibilidad de cromosomas o genes.

• Inviabilidad del híbrido: el híbrido alnacer es muy débil.

• Infertilidad del híbrido: no son capacesde reproducirse, por ejemplo la mula(híbrido de equino con burro).

• Hibrid breakdown: hijos de híbridos confertilidad disminuida.

Modelos de especiación

Especiación alopátrica: la formaciónde especies sucede por mecanismosde aislamiento geográfico, que con eltiempo separan definitivamente unapoblación original en dos especies.

Especiación simpátrica: la formaciónde especies sucede por mecanismosde explotación de otros nichos,dentro del mismo hábitat, lo quelleva a una presión de seleccióndivergente. Esta especiación es pocofrecuente.

Moscas delas

manzanas Manzanas Majuelas

Coespeciación: es una especiación en paralelo de dosespecies que viven estrechamente unidas (parásitos ysus huéspedes), por ejemplo ardillas y sus piojos:cada ardilla tiene sus piojos, normalmente estos nose aparean con los piojos de otras ardillas, se formanlinajes de piojos A y B, que se aíslan“geográficamente” y los lleva a un aislamientoreproductivo y por ende a especies diferentes. Con eltiempo la filogenia del parásito reflejará la filogeniadel hospedador.

Modelos de especiación

AdaptaciónUna adaptación es cualquier rasgo (o grupo asociado de caracteres)heredable, cuya presencia en un individuo incrementa la posibilidad desobrevivir y de tener una reproducción exitosa, bajo un determinadoconjunto de condiciones ambientales.

Adaptación fisiológica: son cambiosevolutivos metabólicos o bioquímicosque hacen que las especies tenganmejor respuesta frente al ambiente.Ejemplo: las cactáceas, con espinas(son las hojas), para evitar laspérdidas de agua y a losdepredadores; las plantas o árbolesdeciduos, que desprenden las hojasen invierno para evitar pérdidas deenergía.

Tipos de adaptación

Camello y dromedario. Presentan joroba, que esun depósito de grasa de reserva para obtenerenergía en el desierto, fosas nasales anchas ydedos sin pezuñas para caminar sobre la arena.

Osos polares. Presentan una gruesa capa degrasa subcutánea de reserva de energía paralos períodos de escasez de alimento.

Tipos de adaptación

Adaptación de comportamiento: soncambios evolutivos en la forma deactuar o en los hábitos de muchosanimales, por ejemplo, en el cuidadode las crías, en la alimentación deanimales nocturnos para evitar ladepredación, etc.

Tipos de adaptación

Adaptación morfológica conparecidos ventajosos

• Camuflaje: un organismo se pareceal medio ambiente en el que vive paraengañar a los depredadores.• Mimetismo: un organismo se parecea otro organismo para engañar a losdepredadores. El mimetismo puedeser visual, olfativo, auditivo o táctil.

Camuflaje

Mimetismo

Tipos de adaptación

Automimetismo: se produce en especies presas, como método deadaptación, en que se logra asustar o desorientar al depredador. Enel ejemplo mariposas cuyas alas parecen los ojos de otro animalmayor.

Mimetismo batesiano: Se refiere a dos o más especies que sonsimilares en apariencia, pero solo una de ellas está armada con espinas,aguijones o químicos tóxicos, mientras que su doble aparente, carecede estos rasgos. La segunda especie no tiene otra defensa más que elparecido a la especie con más ventajas.

Mosca de las flores(Syrphidae), miméticade abeja.

Apis melífera (abeja)

Mimetismo mülleriano: se produce entre especies noemparentadas, que tienen señales de advertencia peligrosas paralos depredadores, ambas pueden ser “copiadoras” de la otra, deeste modo consiguen aumentar el efecto del peligro hasta que eldepredador aprenda a no consumirlas.

Actividad 1. Elabore una tabla resumen de los mecanismos

de aislamiento reproductivo. 2. ¿Qué es una adaptación? 3. Mencione dos ejemplos para adaptaciones: A) Fisiológica B) ComportamientoC) Morfológica 3. ¿Qué diferencia existe entre el mimetismo

batesiano y mulleriano? 4. ¿Qué ventaja implica el mimetismo batesiano?

Adaptación e historia evolutiva

La evolución ha tomado millones de años, en los cuales el tiempo y lasadaptaciones dieron paso a las especies que hoy existen.

La Tierra en tiempos geológicos

El periodo en que comenzóla vida se conoce como laera precámbrica, cuyonombre fue dado porgeólogos y paleontólogos,quienes desarrollaron unsistema para asignarnombres por jerarquía eneones, eras, períodos yépocas, para delinear lainmensa magnitud deltiempo geológico.