Selección Natural (continuación)

Presentación del tema: "Selección Natural (continuación)"— Transcripción de la presentación:

1 Selección Natural (continuación)
Paolo Ramoni Perazzi B-2016

2 La teoría evolutiva de Darwin mediante Selección Natural
Las especies han cambiado a lo largo del tiempo y están relacionadas por descender de un ancestro común El mecanismo primario del cambio evolutivo es mediante selección natural

3 Darwin proveyó de un mecanismo para el cambio evolutivo  Selección Natural
Los individuos dentro de una población o especie muestran variación en algunos rasgos 2. Hay similitudes hereditarias entre progenitores y sus descendientes

4 Darwin proveyó de un mecanismo para el cambio evolutivo  Selección Natural
En cada generación se producen más crías que las que pueden sobrevivir Cada variante tiene una capacidad de supervivencia y/o un éxito reproductivo característicos 1 estrella de mar --> 1079 descendientes en 16 años La habilidad individual de sobrevivir y reproducirse es lo que se llama “adecuación”

5 Si los cuatro postulados anteriores son cumplidos y si el ambiente permanece constante, la composición de la población/especie tenderá hacia un incremento de la variante con el mayor éxito reproductivo

6 ¿Puede la selección natural producir cambio evolutivo?
Hipótesis: La Selección Natural es el mecanismo primario mediante el cual los organismos evolucionan luego de largos periodos de tiempo Predicción: la selección puede llevar a cambios evolutivos pequeños en cortos periodos de tiempo - Selección artificial - Observaciones directas: Pinzones de Darwin, mariposas del género Biston, resistencia a antibióticos en bacterias, resistencia a herbicidas en malas yerbas, moscas de la manzana

7 Selección Artificial

8 Biston: Un ejemplo clásico
H.B.D. Kettlewell (Inglaterra) Dos fenotipos determinados genéticamente Antes de 1600 (Revolución industrial) Morfo negro ca. 1% Morfo blanco ca. 99% Luego de 1600 (contaminación, humo y hollín dispersas) Morfo negro ca. 90% Morfo blanco ca. 10% En la actualidad (contaminación local de las chimeneas) Cerca de contaminación Lejos Morfo negro 50% 10% Morfo blanco 50% 90%

9 Un ejemplo de Selección Natural en acción: Pinzones de las galápagos

10 Las Islas Galápagos Localizadas a unos 1000 km de la costa de Ecuador
Básicamente aguas profundas entre ambos lugares

11

12 Implicaciones Las especies terrestres de estas islas están relacionadas con especies espacialmente lejanas Las islas vecinas tienen las especies más cercanas No llegan especies nuevas desde Sudamérica con frecuencia Muchas de las especies insulares han tenido mucho tiempo para divergir Es decir, hay mínimo flujo génico entre las islas y la tierra firme

13 Endémicos de las Galápagos
Hoy en día las Galápagos son un lugar extraordinario Los animales que allá viven no se encuentran en ningún otro lugar del mundo Esto los convierte en endémicos Quizás los endemismos más famosos son las 13 especies diferentes de pinzones Las islas son un laboratorio natural, en donde la evolución puede ser observada

14 Endémicas Además: 1 pingüino 1 tortuga gigante 1 iguana marina
7 lagartijas de la lava 14 pepinos de mar 1 león marino 1 halcón Varias entre paraulatas, palomas, búhos, atrapamoscas y reinitas amarillas

15 Los pinzones

16 Peter y Rosemary Grant Estudiaron la mayoría de estas especies desde 1976 Invirtieron meses en cada isla en cada ocasión Veamos algunos de sus datos

17 Gráfico mostrando la distribución de la profundidad de los picos para los pinzones terrestres medianos el primer año Geospiza fortis

18 ¿Hay variación? ¿Cuál es su promedio?
Geospiza fortis

19 Un cambio puntual en el clima
Año 2 Como en muchos años: llovió la primera semana de enero Sólo una pequeña lluvia en el resto de enero Precipitación total anual ese año: 24 mm En un año normal caen cerca 130 mm Por ejempo, 137 mm de precipitación el año 1

20 Un cambio puntual en el clima
Los pinzones terrestres comen semillas En junio del año 1: 1 m2 ≈ 10 g de semillas En junio del año 2: 1 m2 ≈ 6 g de semillas En diciembre del año 2: 1 m2 ≈ 3 g de semillas En la sequía, las plantas conservaron sus recursos y no produjeron nuevas semillas De modo semejante, los pinzones no se aparearon y no produjeron huevos en el año 2

21 Las Semillas Una variedad de semillas son producidas en las islas
Los pinzones prefieren las más suaves, más fáciles de abrir Las semillas de (blandas) más abundantes antes de la sequía Portulaca En la ilustración las semillas de Tribulus Entre las mas duras Un pinzón terrestre mediano con pico de, al menos, 11mm longitud puede abrir una Si tiene pico de 10,5 mm o menos NO PUEDE

22 ¿Predicción? ¿Qué creen ustedes que ocurrió con el tamaño poblacional de los pinzones terrestres medianos entre los años 1 y 3?

23 Otro año de cambios… En un solo día de enero del tercer año más de 50 mm de precipitación Las plantas finalmente florecieron y produjeron nuevas semillas Los Grants y sus colegas regresaron a las Galápagos Población de pinzones diezmada No nacieron crías el año dos Sólo uno de los nacidos el año 1 vivía el año 3

24 Datos del año tres…

25 En resumen…

26 La selección natural contínuamente actúa sobre las poblaciones años tras año

27 Evolución es: Un cambio en la frecuencia de un alelo. Por ejemplo, un cambio en los alelos para la profundidad del pico es la definición básica de evolución

28 ¿Evolucionaron los pinzones entre 1976 y 1978?
A: Sí B: No C: A lo mejor D: No sabe no contesta

29 ¿Sorpresas? Dos cosas sorprendieron a los Grants:
La evolución ocurrió lo suficientemente rápido como para observarla en su trabajo de campo Darwin creía que no vivimos lo suficiente para ver la evolución actuar Un único evento climático puede causar evolución, si es que hay rasgos que afectan la supervivencia y si hay variación en esos rasgos

30 Evolución…

31 ¿Sorpresas? Dos cosas sorprendieron a los Grants:
La evolución puede ocurrir a escalas muy pequeñas Las medidas de los Grant fueron cuidadosas Las aves no estaban acostumbradas a los humanos y eran muy fáciles de agarrar y medir Pudieron ver que una diferencia de 0,5 mm podía hacer una gran diferencia

32 Heredabilidad Es importante destacar que tamaño de pico y forma son heredables en estas aves Aves de picos grandes tendrán hijos de picos grandes La selección natural puede ocurrir sin herencia, pero ¡la evolución por selección natural no puede!

33 Las moscas de la manzana: La evolución de una nueva especie
Rhagoletis pomonella Rhagoletis pone sus huevos en frutas en desarrollo --> Hospedero original = espinos Recientemente, la especie R. pomonella cambió de su hospedero nativo a la manzana cultivada introducida (Malus pumila) Ahora existen dos grupos genéticamente diferentes los cuales no se entrecruzan

34 Evolución por selección natural
Pasos: Los individuos varían en algún rasgo Algunas de estas diferencias en rasgos es transmitida a los descendientes Requiere una base genética del rasgo Los rasgos deben ser heredables

35 Evolución por selección natural
Diferentes individuos producen números diferentes de descendientes sobrevivientes Produce números diferentes, o Números diferentes sobreviven El valor particular del rasgo está conectado al número de descendientes producidos Los rasgos que favorecen el número de crías son naturalmente seleccionados

36 Hay tres “modos” principales de selección:
La selección natural afecta la frecuencia de los fenotipos y de los genotipos subyacentes Hay tres “modos” principales de selección: Estabilizante Direccional Diversificante

37 Dirección estabilizante
Disminuye los fenotipos extremos y favorece los promedios (transmiten más alelos) Reduce la variación ¿Vale para la evolución?

38 Ejemplo de selección estabilizadora
Los infants humanos con pesos muy altos o muy bajos tienden a morir

39 Selección direccional
Los individuos en un extremo de la distribución son “favorecidos” Selección direccional sostenida lleva a tendendencia evolutiva Puede cambiar si el ambiente cambia

40 Selección disruptiva El ambiente favorece los extremos fenotípicos, en contra de los promedios Puede producer polimorfismo Ocurrencia raramente documentada en la naturaleza

41 Ejemplo de selección disruptiva
Estrilda piquigorda ventrinegra de África del Oeste (Pyrenestes ostrinus) Dos tipos de alimento: semillas grandes y duras y pequeñas y suaves Polimorfismo en cuanto a pico

42 Variación geográfica…
Conlleva a variación entre poblaciones Clinos: cambios geográficos graduales en las frecuencias de los genotipos y fenotipos Variación del peso corporal con la temperatura Variación de la coloración con la humedad

43 Variación clinal en Melospiza melodia
31 sspp en Norteamérica A lo largo de la costa oeste Pequeño y pálido M.m. saltonis del desierto del suroesta, hasta el grande y oscuro M.m. maxima of de las aleutianas song sparrow found throughout na. 31 subspecies. on west coast, subspp form well known cline in body size, plumage coloration and song characteristics, from small pale saltonis of desert southwest, to large dark maxima of aleution islands.

44 También el Halcón peregrino (Falco peregrinus) Fp de las aleutianas
Fp de los EEUU continental Fp de la tundra ártica Peregrine Falcons Coloration patterns may vary widely within a species as in these three geographic subspecies of the Peregrine Falcon. The dark Peale’s (immy above, adult below) ranges through the pacific northewest coast and the aleutian islands. The continental subspecies formely nested throguout the contintent, but currently nests only in western North America, western Canada and interior Alaska. The palest subspecies si the tundra peregrine that breeds in the arctic tundra of NA. These subspecies illustrate glogers rule that organisms living in more humid environments will tend to be darker than those in more arid regions. At one extreme, the dark peale’s inhabits the wet coastal environmnets of the pacific northwest, where the vegetation is dark and luxuriant in all seasons. The pale tundra peregrine inhabits the cold, dry arctic, where the tundra heaths and lichens form a pale palette of background colors.

45 IMPLICACIONES La Selección Natural actúa sobre rasgos existentes
La selección natural no tiene un objetivo, no es “progresiva” La selección natural actúa sobre individuos no grupos La selección natural actúa sobre fenotivos, pero selecciona genotipos -

46 La idea de la evolución se basa en muchas observaciones de vida
Ha sido probada y corroborada muchas veces de muchas maneras diferentes Hay muchas líneas de evidencia independientes consistentes que señalan que la evolución es un proceso real No hay evidencia física contraria Por lo tanto, el estatus de la evolución es elevado y cercano a la certeza

47 ¿Por qué es tan controversial la Evolución?

48 Teoría Sintética Moderna
Combina la selección darwiniana y la herencia genética mendeliana La genética de poblaciones estudia la variación genética dentro de una población Pone énfasis en caracteres cuantitativos (tamaño, peso, etc.)

49 Teoría Sintética Moderna
1940s – Teoría comprensiva de la evolución (Teoría Sintética Moderna) Fisher, Haldane & Wright Hasta entonces muchos no aceptaban que la selección natural sensu Darwin podía ´resultar en evolución S. Wright A. Fisher

50 Teoría Sintética Moderna
Es LA TEORÍA actual sobre evolución Reconoce que los GENES son los responsables de la herencia de las características Reconoce que las POBLACIONES, no los individuos, evolucionan debido a la selección natural o deriva génica Reconoce que la ESPECIACIÓN usualmente es el producto de la acumulación gradual de pequeños cambios

51 Microevolución Cambios ocurridos en los acervos genéticos debido a mutación, selección natural, deriva génica, etc. Cambios en el acervo génico causa más variación entre individuos de las poblaciones Ejemplo…

52 Henry Bateson Fritz Müller

53 Mimetismo Batesiano

54 Mimetismo Mülleriano

55 Selección dependiente de las frecuencias: El caso del mimetismo batesiano

56 Principio de Hardy-Weinberg

57 El principio de Hardy-Weinberg
Usado para describer una población que NO evoluciona La recombinación alélica en la meiosis y la fertilización aleatoria no tienen efecto en el acervo genético general Es de esperar que las poblaciones naturales NO estén en equilibrio HW

58 El principio de Hardy-Weinberg
Desviaciones del equilibrio HW usualmente conllevan evolución Entender lo que ocurre en una población que no evoluciona, nos ayuda a entender cómo ocurre la evolución Nos sirve de hipótesis nula                         .

59 5 asunciones del equilibrio HW
Gran tamaño poblacional - las frecuencias alélicas son mas fluctuantes en pequeñas poblaciones No hay migración - Los inmigrantes pueden cambiar la frecuencia de un alelo, por ejemplo trayendo nuevos alelos a la población No ocurren mutaciones - Si los alelos cambian de uno a otro, esto cambiará las frecuencias de los alelos

60 5 asunciones del equilibrio HW
Panmixia - Si hay rasgos más deseables, entonces los individuos con esos rasgos serán seleccionados y esto no permitirá la combinación aleatoria de los alelos No hay selección natural - Si algunos individuos sobreviven y se reproducen más que otros, entonces sus descendientes portarán esos genes y la frecuencia cambiará en las generaciones siguientes

61 El principio de Hardy-Weinberg
El acervo génico de una población que no evoluciona permanence constant a lo largo de multiples generaciones (la frecuencia alélica no cambia) La ecuación de Hardy-Weinberg:                p2 + 2pq + q2 = 1,0  Donde: p2 = frecuencia del genotipo AA 2pq = frecuencia del genotipo Aa q2 = frecuencia del genotipo aa

62 El principio de Hardy-Weinberg
Determinar la frecuencia alélica usando HW:                p + q = 1,0  Donde: p = frecuencia del alelo A q = frecuencia del alelo a

63 Las frecuencias alélicas definen los acervos génicos

64

65

66 Aplicando el principio de HW
Podemos asumir que el locus que causa fenilcetonuria (PKU) está en equilibrio HW dado que: La tasa de mutación del gen del PKU es muy baja La selección de la pareja es aleatoria desde el punto de vista de si porta o no el alelo para el PKU La selección natural actúa únicamente en raros casos de homozigotos quienes no siguen las indicaciones de dieta La población humana es grande Supondremos poco efecto de la migración La fenilcetonuria, también conocida como PKU, es una alteración congénita del metabolismo causada por la carencia de la enzima fenilalanina hidroxilasa, lo que se traduce en la incapacidad de metabolizar el aminoácidotirosina a partir de fenilalanina en el hígado. Es una enfermedad congénita con un patrón de herencia autosómico recesivo. Es un tipo de hiperfenilalaninemia. La fenilcetonuria (del inglés phenylketonuria = PKU) es un trastorno del metabolismo; el cuerpo no metaboliza adecuadamente un aminoácido, la fenilalanina, por la deficiencia o ausencia de una enzima llamada fenilalanina hidroxilasa. Como consecuencia, la fenilalanina se acumula y resulta tóxica para el sistema nervioso central, ocasionando daño cerebral.

67 La incidencia de PKU es de 1 en 10.000
q2  q  0.01 La frecuencia del alelo normal es p  1 – q  1 – 0,01  0,99 La frecuencia del portador es 2pq  2  0.99  0.01  O aproximadamente 2 % de la población mundial

68 Una población de tigres de Bengala tienen un carácter recesivo para adorar el tocar guitarra. Un muestreo señala que se trata de un 4 % de esta población. ¿Qué porcentaje no le gusta la guitarra? ¿Cuál es la frecuencia del alelo dominante y cuál del recesivo? ¿Qué porcentaje es heterocigoto para este rasgo?

69 Pero… acabamos de ver…

70 Adecuación (fitness, ): una medida de la capacidad de un genotipo (individuo) para sobrevivir y reproducirse. Concepto relativo, pues el éxito evolutivo de un genotipo (individuo) no está determinado por su adecuación absoluta, sino por el relativo en comparación con la de los demás individuos.

71 Componentes de la adecuación
viabilidad Supervivencia cigótica Tasa de desarrollo Fecundidad Producción de huevos o semillas Producción de esperma o polen Selección sexual Virilidad Elección de hembra Selección gamética Conducción meiótica Autoincompatibilidad Unión no al azar

72 Selección Natural: Modelo básico
GENOTIPO A 1 2 Adecuación w 11 12 22 Frecuencia p 2pq q Frecuencias después de la Selección

73 Selección Natural: Modelo básico
Ejemplo numérico GENOTIPO AA Aa aa N en t0 1 18 81 Frecuencia 0,01 0,18 0,81 Adecuación 0,9 73 relativa 1/92=0,01 18/92=0,20 73/92=0,79 N en t1 p0 (A) = 1/ /(2 * 100) = ⟶ q0 = 0.90 p1 (A) = 1/ /(2 *92) = 0.11 ⟶ q1 = 0.89