Genética y Evolución

• Concepto y Significado de la evolución. • Factores de evolución y cambios evolutivos. • Especiación. • Mecanismos de aislamiento. • Adaptación y cambios no heredables en el fenotipo. • Variaciones heredables. • Naturaleza de los clines y de los ecotipos

• Bateson en 1902 definió Genética

como la ciencia que estudia la herencia y la variación.

• La Herencia es lo que se transmite de padres a hijos y determina la semejanza entre ellos y entre todos los individuos de una misma especie. • La Variación son las diferencias que hacen que dos individuos de la misma especie, ya sean emparentados o no, sean semejantes, pero no iguales.

• Hoy sabemos que el material responsable de la Herencia es el ADN y que el ADN se caracteriza por ser lo suficientemente estable como para reproducir, generación tras generación, las características de cada especie. Pero que también es capaz de sufrir modificaciones, generando la fuente de toda Variación o sea, las alternativas de los caracteres. • Entonces, en los individuos de una generación se producen cambios genéticos, los que por medio de la Reproducción, previa Meiosis, se transmiten a la descendencia produciendo Variabilidad Genética.

•

Reproducción

Cambios Genéticos

Variabilidad Meiosis

EVOLUCIÓN Selección Natural

Adaptación

Especiación

• Charles Darwin (1809-1882) fue un

naturalista británico que publicó en 1859 su libro: “El origen de la especies por medio

de la selección natural o la preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida” . Este libro proporcionó un aplastante respaldo a la teoría de la evolución, tan controvertida en ese momento. Su pensamiento estuvo inspirado en la teoría de Thomas Malthus Malthus,, economista inglés que publicó un ensayo sobre el principio de las poblaciones en 1798.

La teoría de Darwin tiene dos componentes: ▪El primero es que todos los seres vivos que hay sobre la tierra descienden, con modificaciones, de una o pocas formas simples originales. (El primer ancestro primordial data de entre unos 3500 a 4000 millones de años). ▪ El segundo componente de la teoría es que los organismos se adaptan a su ambiente por medio del proceso de selección natural. Lo que puede resumirse en : • 1- La variación es una característica inherente entre los individuos de las poblaciones. • 2- Todo grupo de organismos produce un exceso de descendientes. • 3- Sólo sobrevivirán los más eficaces.

Portada de “El Origen de las Especies” 1859

Charles Darwin 1809-1882

Caricatura de Darwin ridiculizando su Teoría de la Evolución 1870

Evolución Concepto: Son las transformaciones que

sufren las especies a través del tiempo. Las especies eran concebidas antes de Darwin como grupos de organismos morfológicamente similares. El moderno concepto biológico de especie significa grupos de organismos que pueden aparearse entre sí y producir descendencia fértil. Las Poblaciones Naturales son conjuntos de individuos de la misma especie que conviven en el mimo nicho ecológico.

cambios espacio

tiempo

Para

que

haya

“Evolución”

debe

haber

“Variabilidad” La variabilidad es la fuente de transformaciones que desencadenan el mecanismo evolutivo, y tiene su origen en los cambios numéricos, estructurales e intragénicos.

Fuentes de Variabilidad Genética: 1. Mutaciones: son cambios a nivel molecular, en la secuencia de las bases nitrogenadas del ADN. 2. Aberraciones cromosómicas: cambios en la estructura de los cromosomas. Pueden ser Deficiencias, Delecciones, Duplicaciones, Inversiones y Translocaciones 3. Variaciones Numéricas: cambios en el nº cromosómico del genoma. Pueden ser Aneuploides y Euploides.

Diagrama que muestra como interaccionan las mutaciones y la selección natural para originar cambios en las poblaciones de organismos

• La Selección Natural es un proceso que permite la reproducción diferencial de genotipos en respuesta a factores ambientales, privilegiando un genotipo sobre otros. Es una cuestión de éxito reproductivo o sea de capacidad de dejar mayor descendencia. Tiende a producir poblaciones de individuos mejor adaptados a su ambiente y su consecuencia es la Evolución. • La Selección Artificial es la que practican los mejoradores de animales y vegetales, actúa siguiendo las mismas reglas.

• La Selección Natural actúa frente a la variabilidad genética por medio de tres factores: • 1- Factores Climáticos (temperatura, humedad, luz,…) • 2- Factores Edáficos (condiciones de suelo) • 3- Factores Bióticos (acción de otros organismos) • Los tipos de Selección Natural pueden ser: a) Selección Direccional b) Selección Diversificadora c) Selección Estabilizante

• Selección Direccional: Actúa eliminando continuamente individuos de uno de los extremos de la distribución fenotípica, y favoreciendo al grupo del otro extremo. De manera que la descendencia tiende a desplazarse al extremo favorecido. No conserva la variabilidad. Lleva a la adaptación. Ejemplos: en las jirafas el largo del cuello es determinante para la alimentación, en los ciervos la rapidez para huir del enemigo determina la supervivencia, en los animales predatores la rapidez para cazar a la víctima permite la alimentación.

• Selección

Diversificadora: Favorece a los

individuos de ambos extremos de la distribución fenotípica a expensas de los intermedios. Si hay flujo génico entre los extremos seleccionados suelen mantenerse los niveles de variabilidad. Tiende a mantener el mismo valor medio de la distribución fenotípica. Ejemplos: en los pájaros pinzones de Camerún hay individuos con pico largo e individuos con pico corto, no aparecen los intermedios, esto se relaciona con su alimentación que puede ser de semillas pequeñas o grandes. Otro ejemplo: en los salmones los machos que consiguen fecundar los huevos de las hembras son los grandes y los pequeños, los intermedios no. Es por una razón de fuerza y por agilidad.

• Selección Estabilizante: Actúa eliminando continuamente los individuos de ambos extremos de la distribución, el resultado es el aumento de la frecuencia de los fenotipos intermedios, que son los mas comunes. Favorece a un solo fenotipo por lo que tiende a disminuir la variabilidad. En ambientes estables favorece a fenotipos bien adaptados. Mantiene la media de la población. Ejemplos peso de animales vivíparos al nacer, se ven favorecidos los de peso intermedio, pues los muy chicos son débiles y los grandes pueden tener problemas en el parto.

El proceso de Especiación • La evolución va acompañada de la formación de nuevas especies o especiación. Se entiende por especiación la multiplicación de

especies en el espacio. Puede ocurrir: • 1- Un ambiente ocupado por la especie E, por cambios genéticos aparecen nuevas poblaciones E1, E2, E3, E4. Actúa la selección natural y desaparecen las poblaciones nuevas, sólo queda la original. E E1 E2 E3 E4

• 2-Un ambiente con su población original “E” que produce E1, E2, E3. La selección natural no permite que prosperen E1 ni E3 y E2 es mas adaptada que la original. Entonces termina desapareciendo la original y quedando finalmente solo E2. E E1 E2 E3 E4 3- Una última situación es que sea un ambiente grande que se encuentra subdividido. Se producen poblaciones nuevas y donde prosperan algunas, otras se pierden, quedando poblaciones diferentes en las distintas zonas. E E1 E2 E3 E4 E E1 E2 E3 E4 E E1 E2 E3 E4

• La especiación es siempre consecuencia de la

evolución. Pero la evolución no trae siempre como consecuencia la especiación.

Supongamos una población E de la que a través de miles de años, surgen E1, E2, E3, E4. Se van perdiendo todas menos E3. Luego de E3 surgen E5, E6, E7. De ellas solo quedará E6. O sea que la especie E se ha modificado, pero sigue siendo una única especie. Hubo evolución pero no especiación. Esto se llama evolución anagenética.

• Podría ocurrir también, que de E surjan E1, E2, E3, E4. Con el tiempo quedan conviviendo E1 y E3. Estas posteriormente dan lugar a E5, E6 y a E7, E8 respectivamente. Se pierden algunas, otras siguen su evolución. Esto es especiación. La especiación en este caso es la divergencia de una especie para dar lugar a formas distintas que existen simultáneamente. Este proceso de ramificación se denomina evolución cladogenética.

Barreras de aislamiento • Para que exista especiación debe 1º haber cambios genéticos que produzcan diferencias y 2º que halla barreras o mecanismos de aislamiento. Las barreras pueden darse por: A) Las especies son incompatibles. 1- Porque no coinciden: a- aislamiento geográfico o ecológico. b- aislamiento temporal (época de reproducción).

2- Las especies coinciden, pero hay: a- aislamiento de origen sexual o etológico (no hay atracción, especies diferentes). b- aislamiento mecánico. Existe voluntad de apareamiento pero hay impedimentos físicos. c- aislamiento porque la gameta masculina no alcanza la femenina. d- aislamiento por falta de viabilidad del cigoto. B) Las especies son compatibles, se cruzan y dejan descendencia, pero ésta es infértil.

Comportamiento reproductivo de algunas especies

Selección sexual. Pavo real macho desplegando su cola

Selección altruista. En insectos sociales prevalece la preservación de la especie sobre la del individuo

Flujo genético. Los leones machos al alcanzar la madurez sexual abandonan el grupo en el que nacieron y se establecen en otra manada para aparearse

Adaptación • Es el ajuste de los genotipos de una población a las exigencias de la Selección Natural. Más adaptada será la que deja mayor número de descendientes viables. Nacer Crecer Desarrollar (madurez sexual) Reproducir (meiosis gametas) Dejar descendencia viable Morir

Ejemplo de Adaptación por mutaciones favorables

Biston betularia forma typica

Ambas formas de Biston betularia

posadas sobre árbol de tronco claro Biston betularia forma carbonaria

Darwin encontró en las islas Galápagos 14 subespecies de pájaros pinzones, que solo difieren en la forma del pico, cada una de ellas adaptada a un tipo de alimentación y que vivían en un habitat diferente en las diversas islas.

Adaptación y cambios no heredables en el fenotipo • Hacia fines del siglo XIX hubo investigadores que probaron experimentalmente la respuesta de las distintas especies ante hábitats diferentes y sacaron las siguientes conclusiones: • Cada especie posee características particulares que le permiten colonizar aéreas diferentes. • A diferentes ambientes los seres vivos manifiestan un desarrollo diferente. Por ejemplo, si se traslada una especie vegetal a un ambiente con mayor altitud los tallos se acortan, los entrenudos se encuentran mas próximos y la cantidad de flores se hace menor. Si se la traslada a su lugar de origen estas modificaciones desaparecen.

• Esto se debe a que se trata de genotipos Plásticos, con capacidad de modificar el fenotipo ante La extraordinaria cambios del ambiente. variabilidad que permite un desarrollo flexible solo puede darse si el genotipo es lo bastante flexible para que el individuo se adapte. Hay ejemplos de especies vegetales como Polygonum anphibium que presentan 3 formas diferentes según crezcan en un ambiente húmedo, acuático o xerófito. Si se cultivan las 3 formas en un mismo ambiente responden de igual manera, esto se debe al genotipo plástico que origina modificaciones no heredables. • La plasticidad de un genotipo es un carácter heredable. No son heredables los cambios fenotípicos originados por la plasticidad.

Variaciones heredables • En aquellas especies que se encuentran cubriendo amplias regiones la selección natural actúa distribuyéndolas en un gran número de razas genéticamente diferentes. Surgen como consecuencia de las modificaciones de la frecuencia de los alelos. • Las variaciones pueden ser continuas desde un extremo al otro de la distribución, respondiendo a una continua modificación de un factor de la selección natural y en este caso se habla de Clines . O pueden ser variaciones discontinuas lo que origina poblaciones aparentemente inconexas y se denominan Ecotipos .

Adaptación de las plantas cultivadas • Las plantas cultivadas tienen los mismos requerimientos que las plantas de poblaciones naturales con la diferencia que en la naturaleza la selección se halla dirigida en forma accidental mediante la única intervención de las fuerzas naturales; mientras que en plantas cultivadas la selección es orientada en una dirección determinada Además a la selección natural le lleva muchos años conseguir el genotipo que mejor se adapta y presentan genotipos más plásticos, en cambio el hombre selecciona en un corto plazo y con un genotipo mas restringido.

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