EVOLUCION Conceptos Generales Dr. Armando Valdés UBC / FCH

¿Que es evolución? ¿Cómo es la naturaleza?

Por encima de la especie

Entre especies

Dentro de una misma especie

Preguntas que surgen I ¿Qué es la especie? ¿Por qué existe esta variabilidad de paisajes, especies, razas (formas)? ¿Cambian las especies en el tiempo? ¿Aparecen nuevas especies? ¿Se extinguen especies?

Preguntas que surgen II Hyracotherium (50MY) Equus

EVOLUCION es CAMBIO ¿Que es evolución? ¿Cómo se llega a pensar en la evolución, en el cambio a través del tiempo?

El pensamiento evolutivo (una corta historia) Aristoteles y Plato Arquetipos (i.e. no hay cambio / evolución, variación no tiene sentido) Buffon, Cuvier, Smith Importancia de fósiles. La Tierra puede ser antigua. Hutton, Lyell Procesos geológicos actuales pueden explicar la tierra, pero sólo en una escala de tiempo bastante larga Lamarck and Erasmus Darwin Transmutacionismo Heredibilidad de características adquiridas o ‘uso y desuso’ Ancestro común universal

Los organismos producen demasiada progenie Darwin Los organismos producen demasiada progenie Existen diferencias heredables en las características que influyen la adaptación de un organismo a su entorno Los organismos mejor adaptados tienen una mejor oportunidad de sobrevivir Importante: A. R. Wallace – obligó a Darwin a publicar su “Origen de las Especies’’

Evidencias de Evolución El registro fósil El origen de la diversidad Continuidad en las formas Cambios simultáneos en el clima y la fauna fósil Observación directa Melanismo industrial Resistencia a las drogas Experimental Complejos de Especies Zonas de Hibridización Especies Aro Homología Similaridad por descendencia común: Desde la anatomía a la biología molecular

La escala geológica de tiempo

Registro fósil Colecciones de fauna y flora capturados en roca sedimentaria Lake Powell, Arizona

El registro fósil Dromaeosaur, found in Chinese fossil-beds.

Registro fósil Los fósiles son una muestra local de los organismos que existían en el tiempo de la deposición Incompleta Fechas de deposición son relativas

Registro Fósil Fecha de deposición Carbono-14  Nitrógeno-14 (organismos vivos) Uranio-238  Plomo-206 (roca volcanica)

Fósiles – continuidad de formas Homo erectus 1.8 MY Homo sapiens (forma antigua) 0.18 MY Homo sapiens (moderno) 0.01 MY

Evidencias de Evolución El registro fósil El origen de la diversidad Continuidad en las formas Cambios simultáneos en el clima y la fauna fósil Observación directa Resistencia a las drogas Melanismo industrial Experimental Complejos de Especies Zonas de Hibridización Especies Aro Homología Similaridad por descendencia común: Desde la anatomía a la biología molecular

Evolución en acción I –melanismo industrial Frecuencia de forma melánica en Inglaterra (1959-1995) Biston betularia tipos melánico y de normal coloración

Evidencias de Evolución El registro fósil El origen de la diversidad Continuidad en las formas Cambios simultáneos en el clima y la fauna fósil Observación directa Resistencia a las drogas Melanismo industrial Experimental Complejos de Especies Zonas de Hibridización Especies Aro Homología Similaridad por descendencia común: Desde la anatomía a la biología molecular

Especies Aro Continuidad en las formas producto de la reproducción entre dos o mas especies separadas Ensatina salamanders en California, EEUU

Evidencias de Evolución El registro fósil El origen de la diversidad Continuidad en las formas Cambios simultáneos en el clima y la fauna fósil Observación directa Resistencia a las drogas Melanismo industrial Experimental Complejos de Especies Zonas de Hibridización Especies Aro Homología Similaridad por descendencia común: Desde la anatomía a la biología molecular

Homología – similaridad por ascendencia común Estructuras Homólogas: Estructuras que se encuentran en distintas especies, que pueden tener funciones similares (conservadas) o diferentes (derivadas), pero que han sido desarrolladas a partir de un ancestro común

Homología – similaridad por ascendencia común Analogía Función común Homoplasia Apariencia común ? Mientras mas complejas sean dos estructuras similares, menos probable es que hayan evolucionado independientemente

Homología – similaridad por ascendencia común Las alas de las aves y los murciélagos son homologas a los brazos de los humanos y a las aletas de los delfines. Las subunidades alfa- y beta-globina en la molécula de hemoglobina son similares por descendencia común

Homología – similaridad por ascendencia común 3D alignment of protein structures http://www.elcomsoft.com/3dpaln.html

Homología – similaridad por ascendencia común Historia Embrionaria; Ley de Haeckel: La ontogenia recapitula la filogenia; Grupos de animales diferentes comparten los estadíos embriónicos tempranos

Homología – similaridad por ascendencia común La pelvis y el fémur de la ballena son órganos vestigiales Estructuras vestigiales y diseños “imperfectos” Estructuras reducidas a vestigios indican relación evolutiva

Homología – similaridad por ascendencia común Evidencia indisputable: secuencias de fósiles transicionales proveen de evidencia irrefutable de cambio evolutivo Evolution of whales from even-toed ungulates; De Muizon, 2001, Nature, 413:259-260

Homología – similaridad por ascendencia común De los huesos mandibulares de los reptiles a los huesos óticos de los mamíferos

Analogía – similaridad de función por desarrollo independiente Biogeografía y Ecología; Geografía y Entorno: Continentes diferentes han sido colonizados por diferentes grupos de mamíferos, sugiriendo aislamiento y evolución independiente paralela

¿Las especies cambian inevitablemente? Coelocanth Latimeria sp. Dicksonia tree fern Tuatara

Deriva Génica (Gene Drift) Fuerzas de Evolución Mutación Migración (Gene Flow) Selección Natural Deriva Génica (Gene Drift)

Mutación Pueden generar nuevos alelos. Se producen por errores en la replicación y algunos otros procesos del ADN. Ocurren alrededor de 1 vez por locus por gen cada 105 ó 106 gametos. Mutaciones puntuales rara vez afectan la función de la proteína codificada. Pueden ser beneficiosas o nocivas. Organismos con reproducción asexual suelen tener ciclos de vida cortos... Evolución por mutaciones.

Selección Natural La fuerza creativa que lleva al proceso de adaptación de los organismos a compaginar cambios en su entorno fisico y biológico

La “meta” del organismo es dejar la mayor cantidad de progenie posible lucha por la existencia: sobrevivir, encontrar pareja, reproducirse, la progenie debe dispersarse, algunos sobrevivir para sobrevivir debe ser exitoso en su entorno físico, competir con individuos de la misma y otras especies (puede incluir selección sexual) evitar ser comido sobrevivir ataques por parasitos y patógenos.

Descendencia con modificación Como funciona la selección natural? Descendencia con modificación El genotipo provee la parte heredable, Pero la selección actúa sobre el fenotipo (forma visible), esto incluye desarrollo, morfología, comportamiento.

Existen caracteres beneficiosos en el fenotipo que confieran alguna ventaja (en alguna manera, aunque ínfima) en la sobrevivencia y/o la reproducción. Estos caracteres beneficiosos son heredables. los menos beneficiosos disminuiran en frecuencia en la siguiente generación. Ni Darwin, ni Wallace entendian el mecanismo de heredabilidad (genetica Mendeliana, etc.). La importancia radicaba en la heredabilidad de caracteres no en el mecanismo de heredabilidad

El entorno es crucial para la selección natural Los límites del entorno son los que determinan que caracteres son los beneficiosos Los cambios en el entorno tanto en espacio como tiempo traen consigo cambios en los caracteres de los organismos En el espacio, dentro de una especie: gradientes En el tiempo, dentro de un linaje: evolución, cambio morfológico. El entorno incluye otros organismos: Un nuevo competidor, depredador, patógeno, constituyen nuevos factores del entorno para ser tomados en cuenta

La selección natural no puede predecir el futuro La selección natural no puede predecir el futuro. Solo puede mejorar la estructura en el contexto de su utilidad actual

Procesos de Evolución Microevolución Especiación Macroevolución

¿Cómo ocurre la evolución? Individuo Deriva Génica Selección Natural Mutación Recursos finitos Potencial reproductivo Variabilidad heredable Migración Población Especie Aislamiento reproductivo Linajes Cambio acumulado y tiempo

Microevolución Cambios en el pool genetico de una población (frecuencias o prevalencias de alelos) Consecuencia de la seleccion natural y la deriva génica Producto de generaciones de interacción con el ambiente.

Macroevolution Cambio acumulativo a través de milliones de episodios de especiación Novedad evolutiva Cambios de desarrollo

Mecanismo de evolucion Evolucion Lamarckiana: Heredabilidad de caracteristicas adquiridas No hay apoyo por parte de la genética y la biología experimental

Mecanismo de evolución Selección natural de Darwin: La mano invisible; La Evolución transcurre lenta y gradualmente, a través de la sobrevivencia no azarosa (selección) de caracteristicas de las poblaciones parentales;

Evolución de Caballos Grande Una pezuña Pastos Pequeño Cuatro dedos Arbustos Grande Una pezuña Pastos

La evolución de los caballos: Interpretación tradicional Se originaron en Norte America durante el Eoceno; Una tendencia de aumento en el tamaño del cuerpo; Aumento de la altura de la corona dental; Disminución en el número de dedos del pie; Tradicionalmente interpretado como un solo linaje o linea,evolucion gradual, filética

La evolución de los caballos: Interpretación nueva Nuevos descubrimientos de fosiles indican la existencia de muchos linajes que evolucionaban rapidamente; Eventos de ramificación (especiación) siguen el modelo de equilibrio puntual; Tendencias evolutivas se encuentran en multiples linajes; Tendencias evolutivas propulsadas por cambios climaticos y ecologicos (forrajeo arbustivo en zonas boscosas --> forrajeo de pastos en zonas tipo savana);