¿Cómo las Poblaciones Cambian con el tiempo? Colegio: San Fernando College Profesor: Gustavo Toledo Contreras Nivel: 3º medio, 2014 Tiempo: Resolver los Ejercicios les debe tomar aproximadamente 4 horas, una semana. Las primeras dos horas para realizar la simulación y, las últimas dos, para responder las preguntas, luego del análisis de los resultados Para reflexionar:

1. ¿Cómo se puede explicar la gran diversidad fenotípica que se presentan en todos los miembros individuales de las poblaciones de animales y plantas? 2. ¿Qué significa para una especie llegar a extinguirse? 3. ¿Cómo se origina una nueva especie, según la teoría evolutiva? 4. ¿Qué es la selección natural?

Materiales: Para un curso completo de 36 estudiantes:

• alimento diminuto, como alimento de gato o cereal O's, pasas, lentejas, etc. • calculadora. • mecanismos alimenticios (usted necesita cerca de 15 de cada uno) • una amplia área cubierta de pasto

Estos son los mecanismos alimenticios: Perros para la ropa, Palos de brocheta, lápices pasta, pinzas para cejas, palos de helados y cucharas para el té.

Figura 1: Forma de los picos en una población de aves imaginaria, Poliestomatum tertium (nombre científico, también imaginario dedicado a mis estimados alumnos de los terceros medios, San Fernando

College, cuyo significado es algo así como “aves con muchos tipos de boca de los terceros”)

Para cada estudiante que trabaja en un grupo:

• un mecanismo alimenticio • un pote de margarina con tapa o de yogurt

Introducción: Este laboratorio demuestra el proceso de selección natural. Veremos cómo los organismos se enfrentan con cambios ambientales y nos daremos cuenta cómo el ambiente dirige la sobrevivencia preferencial de ciertos rasgos sobre otros, en una población de aves que exhiben polimorfismo en el carácter “forma del pico”. Específicamente, realizaremos una simulación de una población de pájaros ficticios, de cómo ellos logran sobrevivir por varias generaciones después que ha ocurrido un cambio drástico en su ambiente.

Información importante: Finge que eres es un miembro de una población de pájaros comedor de semilla (que representa a un animal). Existe muchísima variación genética en esta población de aves. Nosotros nos enfocaremos en la variación presente en las formas del pico de estos pájaros. A causa del polimorfismo en la forma de los picos, algunos pájaros de esta población comen a organismos diferentes.

1. Preguntas: ¿Qué es una población? ¿Son todos estos pájaros miembros de la misma especie?

2. Antecedentes: Hay muchos tipos diferentes de picos (polimorfismo) observados en esta población de pájaros. La figura 1 presenta los fenotipos de picos que presentan los individuos de esta población de pájaros.

3. Pregunta: ¿Cómo los genéticos pueden explicar las diferencias fenotípicas o polimorfismo que se presentan en los diferentes individuos de una misma especie de aves?

4. Antecedentes: Estos pájaros obtienen todos sus nutrientes al comer ciertos alimentos. En este preciso momento, las condiciones son buenas y hay muchos tipos diferentes de alimento disponible en este ambiente. A continuación hay una lista de alimentos que estos pájaros comen normalmente:

• Pasas. • Arroz • Cereales • Lentejas • Porotos • Trigo

5. Pregunta: Aunque estos pájaros pueden comer cualquier tipo de alimento para sobrevivir, otras especies sólo pueden depredar sobre uno a lo más dos tipos de presas. Esto es porque los pájaros con formas particulares de pico presentan un alto grado de especialización en el tipo de alimento que ingieren, como por ejemplo, las aves granívoras. Piensa en algunos ejemplos de pájaros del mundo real. ¿Cuáles son algunos pájaros del mundo natural cuyos picos están adaptados para comer cosas particulares? Cita al menos dos ejemplos de aves chilenas y para qué tipo de alimentos están adaptados sus picos.

6. Pregunta: Ahora, piensa en los pájaros imaginarios de nuestra lección (observa la Figura 1) a. ¿Crees que algunos ejemplos de picos están adaptados para comer ciertas clases de alimentos? b. ¿Cuáles picos y para cuál tipo de alimentos están adaptados? Usa tu imaginación.

Ejemplo 1 Ejemplo 2

Ejercicio 1: Simulación de Selección natural

1. Antecedentes: ¡Un desastre ha golpeado a esta población de pájaros! Un cambio en el ambiente – UNA ERUPCIÓN VOLCÁNICA ENORME, CON LIBERACIÓN DE CENIZA HACIA EL HÁBITAT DONDE SE HALLAN ESTAS AVES, han alterado el ambiente, extinguiendo a la mayoría de las presas, con excepción de la presa arroz (que representa a un pequeño organismo), de modo que la población entera de pájaros sólo puede depredar a los granos de arroz para sobrevivir. Desgraciadamente, la biomasa de arroz es poca. Si los pájaros que tienen una cierta forma de pico fallan en la obtención del alimento, están condenados a la muerte y ellos obviamente no serán capaces de sobrevivir y no obtendrán la energía suficiente para generar descendencia. Los rasgos genéticos de los pájaros padres con menor aptitud no serán pasados a las generaciones más jóvenes.

Para Hacerlo: !

2. Establecer

I. Si la clase contiene 24 a 30 estudiantes, su profesor asignará a seis estudiantes como capitanes de equipo. Los capitanes del equipo manejarán las calculadoras y estarán a cargo de llevar la cuenta de los pedazos de alimento obtenidos por sus miembros del equipo.

II. Su maestro asignará tres o cuatro estudiantes adicionales para trabajar con cada capitán del equipo. Todos los equipos deben estar constituidos por igual número de estudiantes. Los estudiantes extras tendrán la oportunidad de participar durante cazas posteriores.

III. Cada grupo de estudiantes representa un grupo de pájaros que tienen el mismo fenotipo de pico (mecanismo de alimentación). Cada miembro del grupo debe obtener:

• uno de los mecanismos de alimentación (el mismo tipo de pico para el grupo entero) • una "boca" (pote de margarina con tapa)

Para Hacerlo: !

3. Experimento:

I. Tú y tu grupo tratarán de obtener alimento usando tu "pico" durante 5 rounds del juego. Estarás compitiendo con los otros grupos o morfos de pájaros en la captura de alimento.

II. El alimento será tirado por el profesor en un área cubierta de hierba. Debes mantenerte lejos del área de caza mientras se tira el alimento.

III. Cuando el profesor dé la señal, tratarás de capturar el alimento tan rápidamente como puedas hasta que el profesor diga PAREN. Usted tendrá cerca de 45 segundos para capturar el alimento durante cada round.

a. b.

Reglas para "la caza"

A. El alimento se debe levantar con el mecanismo alimenticio (pico) y colocarlo en la "boca" (pote de margarina) contenida en la mano contraria.

B. No puedes quitar la tapa del pote de margarina y tratar de meter el alimento arrastrándolo por el suelo C. Puede robar alimento de otro estudiante si él / ella está tratando todavía de introducirlo en la boca. El

alimento que ha sido "comido" (que está dentro del pote) ya no puede ser robado. Mi experiencia en 10 años de aplicar esta actividad me hace sugerir que la competencia ocurra sólo mientras el alimento esté en el pasto; si es capturado por algún “pájaro” es preferible no quitárselo.

IV. Después que se dio la señal de PARADA:

A. Cuenta cuántas presas han reunido. B. Di a tu capitán de equipo cuántos presas reunieron C. Lleva tu alimento al contenedor que se usa para la recolección del alimento que tiene el profesor. D. Espera mientras tu capitán calcula cuántos pedazos de alimento reunió todo su equipo y le informa esto al maestro.

V. Si usted es un capitán:

A. Cuenta cuántos pedazos de alimento capturó cada miembro de tu equipo. Registra el número e infórmalo a tu profesor. B. El profesor (o uno de los estudiantes extras) sumará el total informado por cada equipo para determinar el total de la

clase. El/ella te informará el resultado de esta suma. Calcula el número de jugadores que tu equipo ha ganado para la próxima generación usando esta fórmula:

C. Si tu equipo reunió poco alimento, ganó menos jugadores de los que comenzó, algunos jugadores deben entregar los picos y unirse al grupo de "extras." Si tu equipo reunió mucho alimento, ganó a más jugadores de los que comenzaste y podrán unirse a ustedes algunos jugadores adicionales del grupo de "extras".

D. Para comenzar el próximo round del juego (la próxima generación), dé mecanismos alimenticios (picos) a los nuevos miembros de tu equipo. Esto simboliza el nacimiento de bebés que tienen el mismo rasgo de sus padres.

4. Resultados: Inmediatamente más abajo hay una tabla que muestra la cantidad de alimento obtenido y cuántos jugadores ganó cada equipo durante cada una de las cinco generaciones (round del juego). Esta tabla fue subida a slideshare y a Facebook por el profesor con los datos obtenidos en terreno durante la simulación.

Para Hacerlo: !

5. Vuelve al aula. Cada estudiante debe registrar esta información en su cuaderno de laboratorio y llenar la Tabla 1 completamente. Primero, escribe en la columna "número de jugadores-generación 0), la cantidad de jugadores con la que empezó a jugar cada grupo. Luego, escribe en el número de piezas de alimento que cada grupo reunió en cada round y el número de miembros de cada generación.

6. A continuación llena la Tabla 2, de más abajo. Primero, copia el número de pájaros en cada grupo de la Tabla 1. Luego, calcula los porcentajes de individuos que posee cada forma de pico en relación con la población total en las cinco generaciones. Para encontrar el porcentaje de la población que tiene cierta forma de pico por cada generación, primero:

a. Suma el número total de jugadores para cada round (generaciones). En este caso es 30, que representa el 100 % b. Multiplica el número total de sobrevivientes de cada grupo por 100 y divídelo por 30.

7. Grafica los resultados para ilustrar cómo los porcentajes de "formas de pico" en la población total cambia a través del tiempo. Los datos para cada grupo serán representados por una línea de un color diferente. Todos los grupos serán mostrados en el mismo gráfico. Puedes usar la Figura de la derecha como modelo a seguir y ocupar papel milimetrado para hacer el gráfico. Asegúrate de rotular los ejes de las x y de las y, que son las variables independiente y dependiente, respectivamente. Usa las preguntas siguientes para como guía:

8. Pregunta: Los gráficos tienen típicamente las variables de tiempo a lo largo del eje horizontal. 8a.¿Qué puntos deben estar a lo largo del eje horizontal? 8b.¿Qué debería medir el eje y?

8a._______________________

8b._______________________

Interpreta tus Resultados Ø 1.¿Prosperó (sobrevivió) tu grupo o desapareció? 2.¿Por qué? 3.¿Qué significado tiene la esto para la población

entera de pájaros? Ø 4.¿El (los) grupo(s) sobreviviente(s) fue (ron) seleccionados al azar?

Preguntas: Información: Recuerda que cada grupo es un subgrupo de la población entera de pájaros imaginarios. Estos subgrupos representan las variaciones en el fenotipo del pico en una sola especie. Es importante notar que aunque su grupo desaparezca durante la simulación, la población como un todo ha sobrevivido cazando trigo u otro alimento elegido para esta ocasión. Sin embargo, la variación genética promedio en la población se redujo. Preguntas: a. ¿Cómo la diversidad genética permite que una especie sobreviva mejor en un medio ambiente cambiante? b. Compara la población original y la sobreviviente.

1._______________________________

2._________________________________________________________________________

3. _______________________________________________________________________

4. _______________________________________________________________________

1. Considerando que los organismos más aptos de una población son los que más comen, sobreviven por más tiempo y por lo tanto dejan más descendencia, ¿Cuáles organismos son los más aptos en esta población de aves?

2. ¿Qué determina cuántos pájaros bebés nacerán teniendo una cierta forma de pico?

3. Imagínate que hay un cambio en el ambiente el cual determinó que sólo haya sobrevivido cáscaras de naranja.

Predice cómo esto pueda cambiar los porcentajes de fenotipo de pico de pájaro en la población después de cinco generaciones. ¿Serían diferentes estos resultados de los obtenidos en la demostración? ¿Por qué sí o por qué no?

4. Escriba una conclusión en cuanto a cuáles formas de pico sobrevivieron en el hábitat seleccionado para hacer la

simulación y cuáles no lo hicieron. Da una explicación de los resultados obtenidos.

c. ¿Qué tipo de selección ocurrió en esta población de aves ficticias? La imagen de más abajo y la siguiente animación http://vimeo.com/28810841 , le permitirá tomar una decisión entre una de las tres tipos existentes en la naturaleza: Selección direccional, estabilizadora y disruptiva. Elija una y explique cómo llegó a esa elección.

La línea roja indica como era la población en un inicio, La línea Azul indica como es la población actualmente, Disruptive Selection (Selección Disruptiva), Stabilized Selection (Selección Estable) y Directional Selection (Selección Direccional). d. En esta simulación quedó claramente determinado el proceso de selección natural como mecanismo de evolución. Señala en qué parte de esta simulación están presentes cada uno de los factores que intervienen en el proceso de selección natural: 1. Sobreproducción: Se producen más descendientes que los que podrán sobrevivir y reproducirse.

2. Variación: Los caracteres heredables varían de individuo a individuo. 3. Cambios en el ambiente: Hay cambios en el clima, hay desastres naturales, cambios en la topografía, cambios en el abastecimiento de alimentos, en los predadores, etc. 4. "Lucha por la existencia": principalmente hay competencia entre las especies, por el alimento, por el hábitat, por la supervivencia al no ser comidos 5. "Supervivencia de los más aptos": Aquellos con caracteres más adaptativos –los con mayor aptitud- tienden a sobrevivir por más tiempo y a producir más descendientes; estos son los “naturalmente seleccionados”. 6. Herencia de los caracteres “seleccionados”: Los caracteres son heredados, pero pueden haber nuevas combinaciones. 7. Nuevas especies, mejor adaptadas al nuevo ambiente: Cuando los caracteres colectivos de la población difiere significativamente de la población primitiva y ya no pueden reproducirse más con la población primitiva. (En este laboratorio, obviamente no se logrará simular la formación de nuevas especies).

En esta simulación, después del cambio en el ambiente………………

El tipo de selección natural que operó en esta simulación fue____________________ porque_______________________________________________________________________________________________________________________________________