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Nada tiene sentido en Evolución si no es a la luz de la Genética de Poblaciones Michael Lynch Nada tiene sentido en Biología si no es a la luz de la Evolución.

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2 Nada tiene sentido en Evolución si no es a la luz de la Genética de Poblaciones Michael Lynch Nada tiene sentido en Biología si no es a la luz de la Evolución Theodosius Dobzhansky

3 Pensamos que los hospitales son lugares para buscar protección contra las enfermedades, pero también son sitios que favorecen la evolución de gérmenes resistentes a los medicamentos.

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5 ¿Cómo se relacionan las poblaciones, los genes y la evolución? –Los genes y el ambiente interactúan para determinar las características. –La poza génica es la suma de los genes de una población. –La evolución es el cambio de la frecuencia de alelos dentro de una población. –La población en equilibrio es una población hipotética donde no ocurre la evolución.

6 Determinación de rasgos Todas las células contienen DNA. Un gen es un segmento de DNA que se encuentra en un lugar específico de un cromosoma.

7 En los individuos diploides, cada gen consiste en dos alelos (su genotipo). –Un individuo cuyos alelos sean ambos iguales, se llama homocigoto de ese gen. –Un individuo con alelos diferentes de ese gen es heterocigoto. Determinación de rasgos

8 Por ejemplo, el color de el pelaje de un hámster es determinado por 2 alelos: –El alelo dominante codifica una enzima que cataliza la formación del pigmento negro. –El alelo recesivo codifica una enzima que cataliza el pigmento café. Determinación de rasgos

9 Si un hámster es homocigoto del alelo negro o es heterocigoto (un alelo negro y un alelo café), su pelaje contendrá el pigmento y será negro. Si el hámster es homocigoto del alelo café, sus folículos capilares no producirán pigmento negro y su pelaje será café. Determinación de rasgos

10 Alelos, genotipo y fenotipo de los individuos

11 El genotipo de un individuo también interactúa con el ambiente para determinar su apariencia física y sus rasgos de conducta (fenotipo). Determinación de rasgos

12 Los cambios que el individuo experimenta mientras crece y se desarrolla no son cambios evolutivos. Cambios evolutivos: –Se presentan de generación en generación. –Causan que los descendientes sean diferentes de sus ancestros. –Ocurren a nivel población. Determinación de rasgos

13 La poza génica es la suma de todos los alelos en una población.

14 La poza génica Una poblacion es un grupo de organismos de la misma especie que viven en cierta área. La genética de poblaciones define la poza génica como la suma de todos los genes en una población. La poza génica consiste en todos los alelos de todos los genes de todos los individuos de una población.

15 Frecuencia de alelos: cada alelo tiene una proporción relativa en una población. La poza génica

16 Frecuencia de alelos: Cada alelo tiene una proporción relativa en una población. La poza génica

17 Por ejemplo, el color del pelaje de los hámsteres: –Una población de 25 hámsteres contiene 50 alelos del gen que controla el color del pelaje (los hámsteres son diploides). –Si 20 de esos 50 alelos son del tipo que codifica el pelaje negro, la frecuencia de ese alelo en la población es de 0.40 (o 40%), porque 20/50 = La poza génica

18 Una poza génica

19 Evolución La evolución es el cambio en las frecuencias de alelos que ocurren en una poza génica con el transcurso del tiempo. –Si las frecuencias de alelos cambian de una generación a la siguiente, la población está evolucionando. –Si las frecuencias de alelos no cambian de generación en generación, la población NO está evolucionando.

20 El principio de Hardy-Weinberg En 1908, un sencillo modelo matemático fue propuesto por: –Godfrey H. Hardy (matemático inglés) –Wilhelm Weinberg (físico alemán)

21 El principio de Hardy-Weinberg En 1908, un sencillo modelo matemático fue propuesto por: –Wilhelm Weinberg (físico alemán) –Godfrey H. Hardy (matemático inglés)

22 ley de Hardy-Weinberg 1908 Hardy Weinberg AA Aa aa p 2 2pq q 2 condiciones de equilibrio: población infinita, panmixia, no selección (no ventaja selectiva), no mutación y no migración

23 Ley de Hardy - Weinberg Establece que la frecuencia de un alelo y las frecuencias genotípica de una población tienden a permanecer igual por generaciones. Si ocurre algún cambio en la frecuencia indica que ha ocurrido evolución. [p(A)+q(a)] 2 = (p 2 (AA) + 2pq(Aa) + q 2 (aa)) = 1 Donde: p(A) es la frecuencia del alelo A q(a) es la frecuencia del a

24 (p + q) 2 = p 2 + 2pq + q 2 A a AA Aa aa para un gen con 3 alelos: (p + q + r) 2 = p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr A 1 A 2 A 3

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27 Explicación Existe una población de cerdos. Recuerde que el alelo para la piel negra es recesivo. Podemos usar la ecuación de Hardy Weinberg para determinar el porcentaje de la población de cerdos que es heterocigótico para la piel blanca. 1.Calcular q2 Contar los individuos que son homocigóticos recesivos en la ilustración de arriba. Calcular el porcentaje que representan, del total de la población. Este es q2. 1.Encontrar q. Tomar la raiz cuadrada de q2 para obtener q, la frecuencia del alelo recesivo. fr 1.Encontrar p. La suma de las frecuencias de ambos alelos= 100%, p + q = l. Usted sabe que es q, ¿qué es

28 Problema 2 En una población de 1,000 moscas de la fruta, 640 tienen ojos rojos, mientras que las restantes tienen ojos sepia. El ojo sepia es recesivo respecto a los ojos rojos. ¿Cuántos individuos espera usted que sean homocigóticos para los ojos rojos? Pista: El primer paso es también calcular q2. Empiece por determinar el número de moscas de la fruta que son homocigotos recesivos.

29 La ecuación de Hardy-Weinberg es útil para predecir el porcentaje de una población humana que pueden ser portadores heterocigóticos para ciertas enfermedades genéticas. La fenilacetonuria es un desorden metabólico humano que da como resultado retraso mental, y si no es tratado en la infancia. En los Estados Unidos uno de cada 10,000 niños nace con este desorden. ¿Aproximadamente que porcentaje de la población son portadores heterocigotos del alelo recesivo de la fenilacetonuria?

30 ¿Cómo se mantiene una población en equilibrio? Población en equilibrio

31 El principio de Hardy-Weinberg demuestra que, en determinadas condiciones, las frecuencias de alelos y de genotipos de una población permanecerán constantes sin importar cuántas generaciones hayan pasado.

32 Una población en equilibrio es una población considerada como ideal y sin evolución, en la cual no cambian las frecuencias de alelos. Población en equilibrio

33 El equilibrio se puede mantener siempre y cuando se cumplan las siguientes cinco condiciones: 1.No debe haber mutación. 2.No tiene que haber flujo de genes entre poblaciones. 3.La población debe ser muy grande. 4.Todos los apareamientos tienen que ser aleatorios. 5.No debe haber selección natural. Población en equilibrio

34 Si se viola una o más de estas condiciones, entonces las frecuencias de alelos pueden cambiar. Población en equilibrio

35 ¿Qué causa la evolución? –Las mutaciones son la fuente original de la variabilidad genética. –El flujo de genes entre poblaciones cambia las frecuencias de alelos. –Las frecuencias de alelos pueden cambiar en poblaciones pequeñas. –El apareamiento dentro de una población casi nunca es fortuito. –No todos los genotipos son igualmente benéficos.

36 Causas de la evolución Se pueden predecir cinco causas principales del cambio evolutivo: 1.Mutación 2.Flujo de genes 3.Población pequeña 4.Apareamiento no aleatorio 5.Selección natural Los procesos básicos que cambian las frecuencias génicas son la mutación, la migración, la deriva genética y la selección natural.

37 Fuente original de la variabilidad genética Las mutaciones son cambios en la secuencia del DNA: –Por lo general tienen poco o ningún efecto inmediato. –Son la fuente de nuevos alelos. –Pueden transmitirse a los descendientes sólo si se presentan en células que producen gametos. –Pueden ser benéficas, dañinas, o neutras. –Ocurren de forma espontánea, no como resultado, ni como expectativa, de las necesidades ambientales.

38 Las mutaciones no están dirigidas hacia una meta Una mutación no surge como resultado, ni como expectativa, de las necesidades ambientales.

39 FIGURA 15-3 Las mutaciones ocurren de forma espontánea

40 Flujo de genes El flujo de genes es el movimiento de alelos entre poblaciones. –La inmigración agrega alelos a una población. –La emigración elimina alelos de una población.

41 Los alelos se pueden mover entre poblaciones aun cuando los organismos no lo hagan. –Las plantas liberan sus semillas y su polen. Flujo de genes El polen puede ser un agente de flujo de genes

42 El principal efecto evolutivo del flujo de genes es incrementar la similitud genética de poblaciones diferentes de una especie. Flujo de genes

43 Deriva genética de los alelos El proceso mediante el cual los eventos fortuitos cambian las frecuencias de alelos se llama deriva genética. –Tiene poco impacto en poblaciones muy grandes. –Ocurre más rápidamente y tiene un mayor efecto en poblaciones pequeñas.

44 FIGURA 15-5 Deriva genética

45 FIGURA 15-5 (parte 1) Deriva genética

46 FIGURA 15-5 (parte 2) Deriva genética

47 Sí importa el tamaño de la población El tamaño de la población afecta la deriva genética.

48 FIGURA 15-6a Efecto del tamaño de la población en la deriva genética

49 FIGURA 15-6b Efecto del tamaño de la población en la deriva genética

50 Causas de la deriva genética Existen dos causas de deriva genética: –Cuello de botella poblacional –Efecto fundador

51 Cuello de botella poblacional En el cuello de botella poblacional, una población se reduce en forma drástica, por ejemplo, debido a una catástrofe natural o a una cacería excesiva. Los cuellos de botella poblacionales pueden cambiar las frecuencias de alelos y reducir la variabilidad genética.

52 FIGURA 15-7a Los cuellos de botella poblacionales reducen la variación

53 Elefante marino: –Se cazó al elefante marino casi hasta su extinción total en el siglo XIX. –Para la última década de ese siglo apenas sobrevivían unos 20 ejemplares. –La prohibición de su caza incrementó el número de elefantes marinos hasta llegar a cerca de 30,000 individuos. –Un análisis bioquímico muestra que todos los elefantes marinos septentrionales son casi genéticamente idénticos. Cuello de botella poblacional

54 FIGURA 15-7b Los cuellos de botella poblacionales reducen la variación

55 Efecto fundador El efecto fundador se presenta cuando un número pequeño de organismos funda colonias aisladas. Hubo lo que se conoce en Biología como efecto fundador, esto es que (al menos en lo referente a los varones) hubo un grupo con haplotipo mayoritario Q que fueron los que cruzaron el estrecho de Bering, y de ahí se diseminaron por una estrecha zona por el límite de Alaska con Canadá a manera de un corredor que se había formado tras la glaciación. Luego de allí fueron rumbo al Sur y encontraron condiciones más favorables que permitieron extenderse aun más a esa población originaria.

56 Poblaciones fundadoras aisladas Por casualidad, las frecuencias de alelos de los fundadores pueden diferir de las de la población original. Con el transcurso del tiempo, la nueva población puede mostrar frecuencias de alelos que difieren de las de la población original.

57 Un ejemplo humano del efecto fundador

58 El apareamiento casi nunca es fortuito El apareamiento no aleatorio puede cambiar la distribución de genotipos en la población. Los organismos de una población rara vez se aparean en forma aleatoria.

59 Casi todos los animales se aparean con miembros cercanos de su especie. Ciertos animales, como el ganso de las nieves, muestran un apareamiento selectivo, que es una fuerte tendencia a aparearse con quienes son similares. El apareamiento casi nunca es fortuito

60 Apareamiento no aleatorio entre los gansos blancos

61 No todos los genotipos son iguales La selección natural favorece a ciertos alelos a expensas de otros (por ejemplo la evolución de la bacteria resistente a la penicilina)…

62 La penicilina comenzó a emplearse en forma generalizada durante la Segunda Guerra Mundial. La penicilina mataba a casi todas las bacterias que causaban infecciones. La penicilina no afectaba a las bacterias que tenían un extraño alelo que destruía a la penicilina que entraba en contacto con la célula bacteriana. Las bacterias que portan ese extraño alelo sobrevivieron y se reprodujeron. No todos los genotipos son iguales

63 La selección natural no origina cambios genéticos en los individuos. –El alelo causante de la resistencia a la penicilina surgió, de forma espontánea (antes de ser expuesto a la penicilina). –La presencia de la penicilina favoreció la supervivencia de las bacterias que contenían los alelos que destruyen la penicilina (se reproducen con más éxito), y no a las bacterias que carecían de ellos. No todos los genotipos son iguales

64 La selección natural actúa sobre los individuos, pero las poblaciones cambian por evolución. –La penicilina (el agente de selección natural) actuó sobre bacterias individuales. –La población evolucionó al cambiar sus frecuencias de alelos. No todos los genotipos son iguales

65 La evolución es un cambio en las frecuencias de alelos de una población, debido al éxito reproductivo diferencial entre organismos que portan alelos diferentes. –Las bacterias resistentes a la penicilina tenían una mayor eficacia biológica (éxito reproductivo) que las bacterias normales. No todos los genotipos son iguales

66 La evolución no es progresiva; no hace que los organismos sean mejores. –Las bacterias resistentes resultaron favorecidas sólo debido a la presencia de la penicilina. –Los cuellos largos de las jirafas macho les son de utilidad cuando luchan por establecer su dominio. No todos los genotipos son iguales

67 La evolución es un acuerdo entre presiones opuestas… No todos los genotipos son iguales

68 FIGURA 15-10a Un acuerdo entre presiones opuestas

69 FIGURA 15-10b Un acuerdo entre presiones opuestas

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71 ¿Cómo funciona la selección natural? –La selección natural es en realidad una reproducción diferencial. –La selección natural actúa sobre los fenotipos. –Algunos fenotipos se reproducen con mayor éxito que otros. –La selección influye en las poblaciones de tres formas.

72 Selección natural La selección natural a menudo se asocia con la frase supervivencia del más apto. Los individuos más aptos son aquellos que no sólo sobreviven, sino que son capaces de producir muchos descendientes mientras viven.

73 La selección de fenotipos influye en los genotipos presentes en una población. –Si una población de plantas de guisantes encontrara condiciones ambientales favorables para las plantas más grandes, entonces las plantas más grandes tendrían más retoños. –Estos retoños portarían los alelos que contribuyeron a la altura de sus progenitores. Selección natural

74 Éxito de los fenotipos Los fenotipos exitosos son aquellos que tienen las mejores adaptaciones a su entorno particular. –Las adaptaciones son características que ayudan a un individuo a sobrevivir y a reproducirse.

75 Las adaptaciones surgen gracias a las interacciones de los organismos tanto con los componentes vivos como con los componentes inanimados de sus ambientes. Éxito de los fenotipos

76 El ambiente Los componentes inanimados (abióticos) incluyen: –El clima –La disponibilidad de agua –Los minerales del suelo Los componentes vivos (bióticos) incluyen: –Otros organismos

77 Las interacciones con otros organismos incluyen: –La competencia –La coevolución –La selección sexual El ambiente

78 Agentes de selección La competencia es la interacción de los individuos que tratan de utilizar un recurso limitado. –Puede ocurrir entre individuos de la misma especie o de especies diferentes. –Es más intensa entre miembros de la misma especie.

79 La coevolución es la evolución de adaptaciones en dos especies debido a su extensa interacción. –Por ejemplo, las relaciones del predador con su presa. Agentes de selección

80 La depredación incluye cualquier situación en que un organismo (el depredador) se alimente de otro (la presa). Agentes de selección La coevolución entre los depredadores y la presa es algo así como una carrera armamentista biológica. El lobo depredador selecciona a un ciervo lento o descuidado. Los ciervos veloces y alertas seleccionan a los lobos lentos y descuidados

81 Selección sexual La selección sexual es la clase especial de selección que actúa con base en los rasgos que ayudan al animal a conseguir pareja.

82 Las características que ayudan a los machos a tener acceso a las hembras incluyen: –Rasgos llamativos (colores más brillantes, plumas o aletas largas, cornamentas muy embrolladas). –Exhibicionismo extravagante. –Canciones de cortejo ruidosas y complejas. Selección sexual

83 Las características derivadas de la selección sexual hacen que los machos sean más vulnerables ante los depredadores. Selección sexual La competencia entre los machos para tener acceso a las hembras. Favorece el desarrollo de estructuras para un ritual de combate.

84 La competencia entre machos favorece el desarrollo de estructuras para un ritual de combate

85 Elección de pareja de las hembras. –Las estructuras y colores de los machos que no fomenten su supervivencia podrían ser señales exteriores de su salud y vigor. Selección sexual A las hembras pavo real les atrae la exuberante cola del macho

86 La selección influye en las poblaciones La selección natural y la selección sexual pueden influir en las poblaciones de tres formas: –Selección direccional –Selección estabilizadora –Selección disruptiva

87 Selección direccional La selección direccional ocurre cuando las condiciones ambientales cambian de una forma consistente. La resistencia a los insecticidas es un ejemplo. El DDT fue un insecticida ampliamente usado. Luego de unos años de uso intensivo, el DDT perdió su efectividad sobre los insectos. La resistencia al DDT es un carácter genético (raro en un comienzo) que se convierte en un carácter favorable por la presencia de DDT en el medio ambiente. Solo aquellos insectos resistentes al DDT sobreviven dando origen a mayores poblaciones resistentes al DDT.DDT

88 Desplaza las características en una dirección específica. –Favorece a los individuos que poseen valores extremos. –Ejerce una selección desfavorable con los individuos promedio y con los individuos situados en el extremo opuesto. –Por ejemplo, la resistencia a los pesticidas, la resistencia a los antibióticos. Selección direccional

89 Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

90 Selección estabilizadora La selección estabilizadora ocurre cuando las condiciones ambientales son relativamente constantes. La variación de fenotipos disminuye: –Favorece a los individuos con el valor promedio. –Ejerce una selección desfavorable entre individuos con valores extremos.

91 Por ejemplo, el tamaño del cuerpo de los lagartos Aristelliger. –Los más pequeños tienen dificultad para defender su territorio. –Los más grandes tienen mayor probabilidad de ser comidos por los búhos. Selección estabilizadora

92 FIGURA Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

93 Selección disruptiva La selección disruptiva ocurre cuando una población tiene más de un tipo de recursos útiles. Con el paso del tiempo, la población se divide en dos grupos de fenotipos. –Favorece a los individuos en ambos extremos de una característica. –Selecciona desfavorablemente entre individuos con valores intermedios.

94 Por ejemplo, el tamaño del pico de los pinzones cascanueces de vientre negro. –Las aves con picos más grandes comen semillas duras. –Las aves con picos más pequeños comen semillas suaves. Selección disruptiva

95 FIGURA Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

96 FIGURA Pinzones cascanueces de vientre negro

97 En el polimorfismo equilibrado se conservan dos o más fenotipos en una población. Polimorfismo equilibrado

98 El polimorfismo equilibrado a menudo ocurre cuando las condiciones ambientales favorecen a los heterocigotos. –Por ejemplo, un alelo de la hemoglobina defectuosa y un alelo de la hemoglobina normal en las regiones de África propensas a la malaria.


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