Evolución biológica: unidad y diversidad de los seres vivos

“Nada tiene sentido en biología sino es a la luz de la evolución”

Dobzhansky

¿CÓMO SURGE LA BIODIVERSIDAD?

Cada especie puede dar una pista a los científicos sobre la evolución de la vida. Además, ayuda a la ciencia a entender cómo funciona el proceso vital y el papel que cada especie tiene en el ecosistema.

Biodiversidad o diversidad biológica: amplia variedad de seres vivos sobre la Tierra. Comprende igualmente la variedad de ecosistemas y las diferencias genéticas dentro de cada especie que permiten la combinación de múltiples formas de vida.

¿QUÉ ES LA BIODIVERSIDAD?

¿POR QUÉ SE ESTUDIA?

Creencia no aceptada en el ámbito científicoLas especies actualmente existentes han permanecido básicamente invariables desde la Creación. Las especies serían, por tanto, inmutables, tal y como fueron creadas. El fijismo describe la naturaleza en su totalidad como una realidad definitiva, inmutable y acabada.

FIJISMO

EVOLUCIONISMO

La evolución biológica como fenómeno natural real, observable y comprobable empíricamente. Las especies están emparentados entre sí y han ido transformándose a lo largo del tiempo. Teoría científica de evolución biológica: modelo científico que describe la transformación y diversificación evolutivas y explica sus causas.

DOS POSTURAS

rechazada

aceptada

¿PERO...QUÉ SON LAS ESPECIES?

Concepto Biológico (Dobzhansky, 1935 y Mayr, 1942)Las especies son grupos de poblaciones naturales que se reproducen y dejan descendencia viable y fértil entre sí, y que están aisladas reproductivamente de otros grupos. Es la unidad básica de la clasificación biológica de los organismosAgregado de poblaciones morfológicamente variables y con capacidad de evolucionar

Especie (del latín Species:“tipo” o “apariencia”)

Aristóteles (350 AC) “Formas similares de vida “

Linneo (1707-1778): «Contamos tantas especies cuantas formas distintas fueron criadasen el principio»Cuvier (1769-1832): «Especie es el conjunto de los individuos descendientes uno de otro o de padres comunes y de los que se les parecen tanto como aquellos entre sí»de Candolle (1806-1893): «Especie es la colección de todos los individuos que se parecen más entre sí que a otros; que por fecundación recíproca pueden dar individuos

fértiles, y que se reproducen por generación, de tal manera que, por analogía, se les

puede suponer a todos procedentes originariamente de un solo individuo».Le Dantec (1869-1917): «Especie es el conjunto de todos los individuos cualitativamente idénticos que no presentan entre sí, en sus elementos vivos, más que diferencias

cuantitativas».

Ideas fijistas. Desarrolló la Scala Naturae, por la cual hay un orden progresivo de las cosas vivientes desde lo inanimado a las plantas, luego a los animales y finalmente al hombre.

Aristóteles (384 aC – 322 aC)

James Hutton (1726-1797)

James Ussher (1581-1656) Edad de la tierra en aproximadamente 4000 años. Correlación con Biblia cristiana. Se impuso en toda la edad media.

Charles Lyell (1797-1875)Geólogo, retoma ideas de Hutton.En este siglo se descubren los isótopos radioactivos y se calcula la edad de la tierra en aproximadamente 4,5 mil millones de años.

Un poco de historia evolutiva...

Padre de la moderna Geología. Teoría del uniformismo. La tierra no podía tener sólo 5.000 años.

William "Strata" Smith(1769-1839)

Principio de la Sucesión Biológica: cada período de la historia de la Tierra tiene su particular registro fósil. Permitió el comienzo a la ciencia de la estratigrafía,

Georges Cuvier (1769-1832)

Padre de la paleontología. Propuso el catastrofismo para explicar la extinción de las especies y creía en varios eventos creacionistas. Creía que la tierra tenía 6000 años.

Hagamos un poco de historia...

Erasmus Darwin (1731-1802)

médico y naturalista británico, propuso que la vida había cambiado pero no postulómecanismos

Georges-Louis Leclerc,Comte de Buffon (1707-1788)

propuso que las especies (pero solo las que no habían sido el producto de la creacióndivina...) pueden cambiar.

Linneus (1707-1778)Botánico. Desarrolló un método de clasificación de las especies y de nomenclatura biológica. No creía en el evolucionismo

Charles Darwin y Alfred Wallace

Teoría de la evolución por selección natural

Jean Baptiste de Lamarck(1744-1829)

Acuño el término “biología” Los organismos mas complejos evolucionaron de organismos mas simples preexistentes. Herencia de los caracteres adquiridos

Hagamos un poco de historia...

Economista y demógrafo británico. Ensayo sobre el principio de la población (1798). Propone la “lucha por la supervivencia en la sociedad humana”

Malthus (1766-1834)

Jean Baptiste de Lamarck(1744-1829)

Desarrolla una de las primeras teorías de la evolución

Propone que todas las especies descienden de otras preexistentes

Los organismos de mayor complejidad evolucionan de formas preexistentes menos complejas: transformación progresiva

Premisas básicas de su teoría

• Cambios ambientales

• Impulso interior

• Uso y desuso de órganos

• Herencia de los caracteres adquiridos

Propone un mecanismo evolutivo:

Evolución del cuello de la jirafa según Lamark

EVOLUCIÓN POR SELECCIÓN NATURAL

Descendencia con modificación

Darwin ( 1797 – 1875)

Wallace ( 1823 – 1913)

•Las especies cambian continuamente, con el

tiempo unas se extinguen y aparecen otras

nuevas.

•Los cambios se producen mediante un

proceso continuo y gradual.

•Todas las especies descienden de un

antepasado común, por tanto todos los

organismos están emparentados

•La evolución o cambio evolutivo es el resultado de un proceso de selección natural.

Algunas ideas

1. Los organismos engendran organismos similares; en otras palabras, hay estabilidad en el proceso de la reproducción.

2. En la mayoría de las ESPECIES el número de individuos que sobreviven y se reproducen en cada generación es pequeño en comparación con el número total producido inicialmente.

3. En cualquier POBLACIÓN dada ocurren variaciones aleatorias entre los organismos individuales, algunas de las cuales son hereditarias, es decir, que no son producidas por el ambiente.

El concepto original de Darwin y de Wallace acerca de cómo ocurre la evolución se funda en cinco premisas:

4. La interacción entre estas variaciones hereditarias, surgidas al azar, y las características del ambiente, determinan cuáles son los individuos que sobrevivirán y se reproducirán y cuáles no. Algunas variaciones permiten que los individuos produzcan más descendencia que otros. Darwin llamó a estas características variaciones "favorables" y propuso que las variaciones favorables heredadas tienden a hacerse cada vez más comunes de una generación a otra. Este es el proceso al que Darwin llamó

SELECCIÓN NATURAL

5. Dado un tiempo suficiente, la selección natural lleva a la acumulación de cambios que provocan diferencias entre grupos de organismos.

• «Dios ha muerto», concluyó Friedrich Nietzsche al comprender las implicaciones de la teoría de Darwin (y Wallace) de que la selección natural es el mecanismo que anima la evolución de las especies. «Es un golpe mortal para la teleología», dijo Karl Marx.

SELECCIÓN NATURAL: LA IDEA INCENDIARIA

y dijo Dobzhansky “Soy un creacionista y un evolucionista. La evolución es el método de creación de Dios o de la naturaleza. La Creación no es un evento que sucedió en 4004 a. C.; es un proceso que inició hace unos 10,000 millones de años y que aun sigue sucediendo…”.

•Hace 150 años Darwin abrió la caja de Pandora

Evolución del cuello de la jirafa según Darwin

Lamarck selección dirigida

produce progreso

Darwin selección no dirigida

produce diversidad

SelecciSeleccióón naturaln natural es un agente de cambio en los patrones de diversidad

Selección natural no es lo mismo que evolución:

EvoluciEvolucióónn es un proceso de dos pasos

variación genética

un cambio en el patrón de diversidad

Selección natural es diferente que evolución por selección natural

Así como evolución puede ocurrir sin selección natural, selección natural puede ocurrir sin evolución.

¿Cómo actúa la Evolución?

zapatero remendón

delicado ingeniero

“La evolución no hace lo que quiere sino lo que puede”

Selección artificial

El hombre ejerce la presión de selección

Interrogantes que Darwin no pudo responder:

•Cómo se transmiten los caracteres heredados de generación en generación

•Por qué esas características no se mezclan sino que aparecen y desaparecen

•De qué manera se origina la variabilidad sobre la que actúa la selección natural.

Después de Darwin...

Leyes de la Herencia (Mendel)

Se origina la teoría sintética o neodarwinismogenerada ente 1920-1945 Dobzhanski, Ernst Mayr y G.G. Simpson,)

La evolución se realiza de forma graduada, por medio de la selección natural sobre las pequeñas mutaciones genéticas producidas al azar

• Motoo Kimura, 1969. Botánico japonés.

• La mayoría de los cambios moleculares son selectivamenteneutrales y regidos por el azar.

• Es decir, las mutaciones producidas no favorecen ni desfavorecen al organismo, no se ejerce presión de selección sobre ellas.

Luego Kimura (Teoría neutral)

mecanismo de la selección natural opera en dos fases:.1) producción de mutaciones cromosómicas o variabilidad genética.2) selección de los portadores de dotación genética más favorable para hacer frente a las presiones ecológicas (mayor probabilidad estadística de

supervivencia y de procreación el resto de la población.

Stephen Jay Gould 1972. Equilibrios puntuados. diferencias entre "teoría sintética" y "teoría del equilibrio puntuado"

los puntuacionistas: la evolución se desarrolla ramificada una especie ancestral da lugar a múltiples especies descendientes que, a su vez, o se extinguen o continúan ramificándose

• las bases de la moderna teoría de la evolución se hallan en la incorporación de una visión jerárquica de la individualidad biológica y de una conceptualización integrada de los procesos de la evolución que combina azar y selección.

• No existe un nivel privilegiado o fundamental (por ej.molecular) en contraposición a otros que son meros epifenómenos.

• Del mismo modo, no existe un único proceso (la selección) privilegiado de evolución.

El evolucionismo de nuestro siglo:

Variaciones + herencia + selección natural = Evolución

Unidades de variación Gen

Unidades de selección Individuo

Unidades de evolución Población-especie

Ojo!!!!! con el finalismo y con el reduccionismo

No todos los caracteres son adaptativos desde el punto de vista evolutivo

Las patas delanteras del Tyrannossaurus ??Ejemplo:

Diferenciar entre la utilidad actual de un rasgo y la causa de su origen

Los huesos de los vertebradosEjemplo:EXAPTACIÓN

ADAPTACIÓN BIOLÓGICA

Resultado de la selección natural

Estructura anatómica, proceso fisiológico o rasgo del comportamiento que mejora la capacidad de un organismo para sobrevivir y se transmite a la descendencia

Estado de encontrarse ajustado al ambiente (fitness)

ESPECIACIÓN

Cladogénesis o Bifurcación

Aislamiento reproductivo

Procesos que conducen a la formación de una nueva especie a partir de una preexistente

Cruzamiento de especies por causa

natural o antrópica

Aislamiento reproductivo imperfecto

Hibridación

Barreras pre y post-cigóticas

Gradual (Divergencia adaptativa)

Instantánea

Modelos de Modelos de cladogcladogéénesisnesis

Barreras reproductivas : pre y postcigóticas

Precigóticas

Aisla

mie

nto

de

com

porta

mie

nto

Ais

lam

ient

o

gam

étic

o

Aisla

mie

nto

por h

ábita

t

Aislamiento

temporal

Aislamientoestructural

No hay cruzamientos

Postcigóticas

Ester

ilidad

del h

íbrid

o

Invia

bilidad

híb

rida

Debilidad del híbrido

Hay cruzamientos pero no

descendencia fértil o viable

a) Cuando la divergencia ocurre en territorios separados, se trata de

especiación alopátrica.

b) La especiación parapátrica ocurre en poblaciones que divergen en territorios adyacentes.La selección natural tiene más peso que la

hibridación

c) La especiación simpátrica ocurre por diferenciación de subambientes dentro de una misma población que ocupa un único territorio.

Modelos de Especiación por Divergencia adaptativa (Gradual)

ESPECIACIÓN

ALOPÁTRICA

ESPECIACIÓN

SIMPÁTRICA

TIEMPO

Especiación alopátrica (por aislamiento geográfico entre isla y continente) y luego especiaciónsimpátrica dentro de las islas

Pinzones de Galápagos

Modelo de EspeciaciónInstantáneo o Cuántico

(1) DERIVA GÉNICA

b) Efecto fundador. Fundación de un aislado poblacional por migración

a) Cuello de botella que provoca la reducción drástica del tamaño poblacional.

c) Retracción del área de distribución de la población central y establecimiento de pequeños aislados poblacionales periféricos.(2) CAMBIOS DE POLIPLOIDIA

(3) MUTACIONES CROMOSÓMICAS

FACTORES QUE CONDICIONAN LA TASA DE ESPECIACIFACTORES QUE CONDICIONAN LA TASA DE ESPECIACIÓÓNN

ÁÁrea de distribucirea de distribucióón n de la especie de la especie

A> área >probabilidad que

aparezcan barreras

Riqueza de Riqueza de especies del linajeespecies del linaje

A> nº spp. en la misma

área>probabilidad que

aparezcan barreras

Comportamiento Comportamiento

Sedentarismo o elevada movilidad

> Complejidad de comportamiento

>probabilidad que aparezcan

barreras

Cambios ambientales Cambios ambientales

Exacerban la presión de selección

Tiempos generacionalesTiempos generacionales

A< tiempo generacional >probabilidad expresar

cambios

Evolución biológica: dos procesos

I Microevolución:

procesos de cambio a nivel

específico o subespecífico.

Notorio en un tiempo corto proceso dentro de las poblaciones

cambios por encima del nivel

de especie en tiempos largos

( geológicos).

II Macroevolución :

MUTACIONES MUTACIONES FLUJO DE GENES : MIGRACIONES

FLUJO DE GENES : MIGRACIONES

DERIVA GÉNICA DERIVA GÉNICA SELECCIÓN NATURALSELECCIÓN NATURAL

AGENTES DE CAMBIO

Microevolución:

Cambios en la estructura genética de las poblaciones:

Agentes de cambio como fuerzas que cambian las frecuencias alélicas y genotípicas de las poblaciones

AdaptaciónAdaptación

Macroevolución

Cambios por encima del nivel de especie

Registro FósilRegistro Fósil BiodiversidadBiodiversidad

BiogeografíaBiogeografía HomologíasHomologías

EVIDENCIAS

Evidencias proceso evolutivo:

Registro fósil

Estudios de homologías

Cámbrico (543 -500) Pérmico (290 – 245)

Cretácico ( 144 -65) Terciario -Cuaternario (65 – 0)

Devónico ( 409 – 354)

Evidencias proceso evolutivo:

Patrones de Macroevolución

1) Evolución convergente

Diferente origen filogenético pero Igual función

2) Evolución divergente

Igual origen filogenético pero diferente función

Estructuras análogasEstructuras homólogas

4) Extinción

5) Pedomorfosis o Neotenia

6) Coevolución

3) Radiación adaptativa

7) Evolución paralela

¿CÓMO SURGE LA BIODIVERSIDAD?

TIEMPO

Diversidad orgánica

Variabilidad genéticaSelección naturalAislamiento reproductivo

Macro y microevolución

Evolución: explica la unidad y diversidad de los seres vivos

Origen común de los seres vivos

PARENTESCO ENTRE ORGANISMOS

CLASIFICACIÓN DE LOS ORGANISMOS

lo vemos en la próxima teórica...