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Adaptación y evolución
Francisco Molina Freaner
freaner@unam.mx
Universidad de Sonora
Licenciatura en Biología
Curso: Ecología
región
biósfera
paisaje
ecosistema
comunidad
interacción
población
individuo
Las características de las poblaciones
cambian a través del tiempo. El proceso
de adaptación es un proceso de ajuste de
los organismos a las condiciones del
ambiente donde viven
¿Cómo
explicar las
maravillas
naturales?
La explicación
pre-Darwiniana
contra la
explicación
Darwiniana.
Lo sobrenatural
contra lo natural
Aportaciones de Darwin
Descendencia con modificación: todos los seres vivos
descienden de ancestros comunes
Mecanismo responsable de la evolución: selección
natural
Mecanismo responsable de la adaptación: selección
natural
Remoción del dominio de la iglesia la explicación del
origen de las adaptaciones y los seres vivos
Reemplazo de la concepción esencialista (tipológica) por
el pensamiento poblacional
Concepción tipológica y poblacional
Filosofía antigua que clasifica la diversidad de la naturaleza en categorías fijas. Las especies tienen un tipo o esencia. La variabilidad dentro las especies es ruido o ilusión. No hay gradación entre tipos, la evolución es transformacionista
Concepción poblacional: énfasis en la variabilidad entre los individuos de las poblaciones. Todos los organismos tienen rasgos únicos y pueden ser descritos colectivamente en términos estadísticos. Sin embargo, los promedios son abstracciones estadísticas: solo los individuos que componen las poblaciones tienen realidad
Un obstáculo para entender como es la evolución, es la concepción errónea de que los organismos evolucionan, en el sentido Darwiniano, durante sus vidas.
La selección natural actúa sobre los individuos afectando la probabilidad de sobrevivir y tener éxito reproductivo.
Sin embargo, el impacto evolutivo de la selección natural se vuelve aparente solo cuando se sigue como la población de organismos cambia en el tiempo
Son las poblaciones las que evolucionan, no los individuos.
Unidad de evolución
Evolución: definición
La evolución se define
como el cambio en las
frecuencias de los
variantes que existen en
la población. Cambio
en la composición
genética de la
población.
t1
t4
Condiciones necesarias y suficientes para
la evolución por selección natural.
Variación fenotípica
Esta variación debe de ser heredable
La variación debe de afectar la adecuación o
eficacia biológica de los portadores.
Consecuencia: evolución por selección natural.
Variación genética
Información genética: ADN
Secuencias de ADN
Secuencias codificantes (genes) y secuencias no codificantes (espacios intergénicos, intrones, etc.)
Variación neutral
Variación genética que se expresa fenotípicamente: aquella que modifica las secuencias de aminoácidos y afecta la morfología o la fisiología
Secuencias de nucleótidos y
secuencias de aminoácidos
Ind 1: GAC-GAC-CAT-AGA-CCA-GCA-TAG
Ind 2: GAC-TAC-CAT-AAG-ACC-TCA-TAA
Ind 3: GAC-TAC-CAT-AAG-CCC-TCC-TAG
Ind 4: GAC-TAG-CGT-AGG-CCA-TCG-AAG
Ind 5: GAT-GAG-CAT-AAG-CCA-GCA-TAA
Gli Ala Ile Leu Asp Arg
GGA-GCC-ATA-TTA-GAT-AGA
GGA-GCA-ATT-GTA-GAT-AGA
Gli Ala Ile Fen Asp Arg
Aminoácidos
Nucleótidos
Nucleótidos
Aminoácidos
Ind 1
Ind 2
Variación visible para la selección natural
Las mutaciones sinónimas (silenciosas) son
en gran medida invisibles a la selección
natural porque no afectan el fenotipo de los
portadores
En cambio las mutaciones no sinónimas
(aquellas que cambian aminoácidos) pueden
estar sujetas a la selección natural
dependiendo de como modifiquen el fenotipo
Variación fenotípica heredable
El caso de Chaetodipus intermedius
Hopi Hoekstra y Michael Nachman (Universidad de Arizona)
Análisis de las secuencias de nucleótidos de Mc1r (954pb).
-Secuencias de individuos de pelo oscuro y pelo claro. Mayor
variabilidad nucleotídica en las formas claras. En las formas
oscuras, monomórficas en las posiciones 52 (T), 325 (T), 478
(T), 633 (C) y 639 (C). Diferentes nucleótidos en esas posiciones
para las formas claras.
-Cuatro substituciones de aminoácidos entre las formas
oscuras y las formas claras. Cis, Trp, Trp e His en formas
oscuras y Arg, Arg, Arg, Gln en las formas claras
-Resultado: Pelo oscuro o pelo claro
Variación fenotípica heredable
Variación genética que se expresa en el
funcionamiento o apariencia del organismo.
Por ejemplo, variación en el color del pelo en Chaetodipus intermedius.
No toda la variación genética se expresa
fenotípicamente
No toda la variación fenotípica tiene base
genética
Tercera condición necesaria y suficiente
para la evolución por selección natural
La variación debe de afectar la adecuación o
eficacia biológica de los portadores.
Los variantes deben de diferir en la habilidad
para sobrevivir o reproducirse
Los diferentes variantes de la población dejan
mas o menos descendencia
Por tanto, las frecuencias de los variantes mas
aptos aumentan en frecuencia
Consecuencias del color del pelo en C. intermedius
Formas oscuras se asemejan al color de la roca volcánica
Formas claras se asemejan al color del granito
Formas claras mas visibles en roca volcánica
Formas oscuras mas visibles en granito
Estudios sobre depredación de roedores: mayor depredación de formas claras en roca volcánica y mayor depredación de formas oscuras en granito. Ratones oscuros sobreviven mas en roca volcánica y ratones claros sobreviven mas en granito
Consecuencia: evolución por selección natural
Otro ejemplo (agrícola)
Alelo normal; vulnerable a plaguicidas Alelo
alterno; resistente a plaguicidas
Sobrevivientes
Alelo ‘resistente’ se transmite a la siguiente generación
Adaptación
Ad + Aptus: llegar a ser apto para algo particular.
Concepción Darwiniana actual
El ambiente presenta ¨problemas¨ para los
organismos.
Los organismos desarrollan ¨soluciones¨ para
enfrentar estos ¨problemas¨.
Definición de adaptación
Caracteres o variantes de un carácter producidos
por selección natural para su función actual.
Diferencias entre adaptación y aclimatación
Problemas con el concepto de adaptación.
¿Cualquier carácter es adaptativo?
¿Selección natural es todo poderosa y la fuerza evolutiva
mas importante?
Paradigma Panglossiano
Ex-aptación: Caracteres que desempeñan una función
actual que no fueron producidos por selección natural.
Carácter producido por otras fuerzas evolutivas (o incluso
por selección para otra función ) pero co-optado para su
función actual: Gould, SJ y ES Vrba. 1982. Exaptation,
a missing term in the science of form. Paleobiology 8:
4-15.
¿Puede la selección natural
producir organismos perfectos?
¡NO!. Hay varias razones por las cuales la selección natural no puede producir perfección
1. Conflictos entre funciones. Aletas de focas: movimiento en tierra vs. agua
2. No toda la evolución es adaptativa. La estructura genética de las poblaciones está influenciada por eventos aleatorios. Por ejemplo, los fundadores de nuevas poblaciones no necesariamente son los individuos mas aptos en el nuevo sitio sino los que migraron al nuevo hábitat por azar.
3. La selección natural solo edita la variación existente. La selección favorece a los variantes mas aptos a partir de los fenotipos disponibles en la población. Los nuevos variantes no surgen por encargo.
Si la evolución se define como cambios en las frecuencias
alélicas (variantes de un gen) de las poblaciones, hay varios
procesos que pueden alterar esas frecuencias en una
población:
Mutación
Deriva génica
Migración (Flujo génico)
Selección natural
Solo la selección natural puede ser adaptativa. La
mutación, deriva génica y migración producen cambios
que no necesariamente son adaptativos.
Procesos que cambian la composición genética
de las poblaciones: fuerzas evolutivas
Evolución adaptativa vs. no adaptativa
La selección natural es la única fuerza evolutiva
que generalmente adapta a la población a su
ambiente
La selección siempre favorece la propagación de
características favorables y elimina las desfavorables.
Las otras tres fuerzas evolutivas (mutación, deriva
génica y migración) afectan a las poblaciones de
forma positiva, negativa o neutral.
Ciencia vs Religión
Creencias: derechos, no obligaciones
Educación laica (ajena a doctrinas religiosas) en
las instituciones públicas
Implicaciones de la teoría de la evolución
Ateos, agnósticos y creyentes
Principio del NOMA (S. J. Gould)
Resumen
Aportaciones de Darwin
Que es evolución, que es adaptación
Condiciones para que opere la selección
natural
Problemas con el concepto de adaptación
Preguntas para examen:¿Cómo definimos
evolución? ¿Qué entendemos por
adaptación?
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