Unidad 7. Procesos del cambio evolutivo La Genética de

Unidad 7. Procesos del cambio evolutivo
Describir como ha ocurrido la evolución mediante los procesos
de mutación y recombinación del material genético.
7.1 Teorías evolutivas de las poblaciones, deriva génica y
selección natural.
7.2 Evolución del material genético y organismos
genéticamente modificados.
Teorías evolutivas.
La Genética de poblaciones responde a dos
preguntas fundamentales:
¿cuáles son los patrones de variación genética
(¿cuál es la "estructura" genética de las
poblaciones).
¿cuáles son las principales fuerzas evolutivas
responsables del origen y el mantenimiento de la
amplia variación vista en las poblaciones
naturales?
4. El origen de las especies – Bonnet, Historia de fósiles y teoría
Darwineana (Scala naturae).
1. El origen de la vida – La vida se originó a través de mecanismos
de síntesis. Física/Química.
5. Lamarck - La evolución es producto de los efectos del uso y
desuso. Herencia de los caracteres adquiridos. S.XIX.
2. Historia biológica - Reunión y organización de los compuestos
orgánicos (ácidos nucleicos, proteínas, etc.) para formar las primeras
células. 3,000 – 750 ma.
Postulaba que los individuos podían adquirir o mejorar caracteres
físicos durante su vida y que estos eran transmitidos a su
descendencia. De esta forma, las especies evolucionarían acumulando
los caracteres útiles que habían adquirido en vida sus antepasados.
Evolucionismo. Obsoleta.
3. Hacia la teoría evolutiva - Enorme diversidad de especies. Oparin,
Miller, Pasteur.
6. Darwin - 1830. El transformismo y diversificación a partir de un
origen común. Selección natural. variación aleatoria, no determinista,
que es en parte heredable. Variabilidad aleatoria no determista
heredable que puede dar lugar a diferencias de supervivencia y de
éxito reproductor, haciendo que algunas características de nueva
aparición se puedan extender en la población.
7. Wallace – Prueba las teorías de Darwin mediante; registro fósil,
semejanzas anatómicas, domesticación.
8. Deriva genética – (o deriva génica). Es una fuerza evolutiva que actúa
junto con la selección natural cambiando las características de las especies en
el tiempo.
Presiones ambientales y tamaño de las poblaciones estable.
Competencia inter- e intra- especifica por los recursos.
Unicidad del individuo.
•Es un efecto estocástico que como la selección, actúa sobre las poblaciones,
alterando la frecuencia de los alelos (frecuencia alélica) y la predominancia de
los caracteres sobre los miembros de una población, y cambiando la diversidad
del grupo.
Aquellos individuos cuyas variaciones son más favorables con relación
a las condiciones del medio en el que viven tendrán más probabilidad
de sobrevivir (y en consecuencia de dejar descendientes).
•Se trata de un cambio aleatorio en la frecuencia de alelos de una generación a
otra. Normalmente se da una pérdida de los alelos menos frecuentes,
resultando una disminución en la diversidad genotípica de la población.
El ambiente va eliminando las variaciones desfavorables y conservando
las favorables. Los cambios van a producirse bajo la acción selectiva
del ambiente.
•El flujo genético (también conocido como migración) es la transferencia de
genes de una población a otra.
- Responsable de importantes cambios en las frecuencias del acervo
genético (No. de individuos con un rasgo particular).
- La inmigración puede resultar en la introducción de nuevo material
genético al acervo genético establecido de una especie o población
particular y, a la inversa, la emigración provoca una pérdida de
material genético.
- Una mayor movilidad tiende a darle más potencial migratorio a un
individuo.
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9. Evidencias de la evolución
-Evidencia morfológica. Registro fósil.
-Evidencia genética. La comparación de secuencias génicas revela
que los organismos filogenéticamente cercanos poseen un mayor grado
de similaridad de secuencia que los filogenéticamente distantes.
*Los pseudogenes son regiones de ADN homólogas con respecto a
un gen de un organismo relacionado, pero que han dejado de ser
activas y parecen estar sujetas a un proceso continuado de
degeneración. Se hace teóricamente posible determinar en qué
momento aparecieron ciertos procesos metabólicos.
-Evidencias embriológicas. ley biogenética fundamental: <<La
ontogenia es una corta recapitulación de la filogenia>>, o de otra
manera: <<La serie de formas que el organismo individual recorre
desde la célula-huevo hasta adquirir el estado definitivo, es una corta
repetición de la larga serie de formas que los antepasados de ese
organismo o las formas originarias de su estirpe han recorrido desde los
más remotos tiempos de la llamada creación orgánica, hasta el
presente.>>
-Evidencias paleontológicas.
La paleontología (ciencia que estudia
los seres que vivieron en épocas
anteriores)
ha
demostrado
los
siguientes hechos que apoyan la
filogenia:
•En el curso de la historia de la Tierra
han ido apareciendo animales y
vegetales cada vez más complicados.
•Existen series de formas, aparecidas
sucesivamente en el tiempo, que es
necesario considerar como series
evolutivas.
•Grupos de animales (y de vegetales)
hoy
día
perfectamente
distintos,
estuvieron representados en otra época
por seres de caracteres mixtos o
intermedios.
(Archaepteryx lithographica)
-Evidencias de fisiología comparada y bioquímica.
Estudios de proteínas. En los animales inferiores las especies difieren
unas de otras en menos caracteres de esta forma los tejidos
transplantados tienen una mayor frecuencia de éxitos que en
individuos superiores.
10. Evolución de la anatomía comparada - Necesario distinguir
dos clases de órganos:
Análogos, o fisiológicamente equivalentes, convergentes, expresándose
de ese modo que su parecido es efecto de una adaptación convergente
a la misma función.
Homólogos, o equivalentes desde el punto de vista morfológico, es
decir, constitucional.
11. Pruebas de la evolución Formas intermedias.
-Cambio de función de los órganos.
Ala → patas
Vejiga → pulmón
Hendidura branquial → órgano auditivo
-Órganos rudimentarios. Cuando un órgano se ha atrofiado hasta el
punto de perder su utilidad.
-Biología Molecular.
El citocromo c de humanos y chimpancés está formado por 104
aminoácidos, exactamente los mismos y en el mismo orden. El del
mono Rhesus sólo difiere del de los humanos en un aminoácido de los
104; el del caballo en 11 aminoácidos; y el del atún en 21. El grado de
similitud refleja la proximidad del ancestro común, lo cual permite
reconstruir la filogenia de estos organismos.
El chimpancé es nuestro pariente actual más cercano: su ADN difiere
del nuestro en sólo un 2,5%.
-Biogeografía.
12. Eras Geológicas
Pruebas
moleculares en
contradicción
con el reciente
modelo de
dispersión.
Reconciliado
con evidencia
geológica y
paleontológica
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•Las mutaciones son la fuente de variación, pero el proceso de mutación
por si solo no conduce al cambio genético de las poblaciones.
•La variación es debida a la recombinación. Proceso mas rápido que la
mutación por intercambio de alelos.
-organismos sexuales con mayor variación que los asexuales.
Distribucion de equilibrio
Hardy-Weinberg
A/A A/a a/a
2pq q2 =(p+q)2 =1
p2
•La migración (introducción de genes de una población en otra) es otra
fuente adicional de variación.
p = frecuencia del alelo A
q = frecuencia del alelo a
Apareamientos aleatorios (Segregación meiotica=reproducción sexual) no
cambian las frecuencias alelicas (no reduce la variación genética de una
poblacion) de modo que la proporción de homocigotos y heterocigotos en
será la misma (en ausencia de otras fuerzas evolutivas). Da lugar a un
equilibrio de las frecuencias genotípicas de una población.
•Selección natural vs selección artificial.
•La selección actúa modificando las frecuencias alelicas de la población.
Evolución del material genético.
Para que distintas poblaciones diverjan unas de otras no deben intercambiar
genes, por lo tanto se requiere que estén reproductivamente aisladas.
No toda la evolución esta impulsada por las fuerzas selectivas de la naturaleza !
La deriva génica aleatoria puede causar sustitución de alelos en
poblaciones pequeñas.
Mecanismos de aislamiento precigoticos:
Impiden la unión de los gametos de dos especies.
Incompatibilidades de conducta entre machos y hembras.
Diferencias en el periodo o lugar de la actividad sexual.
Diferencias mecánicas que impiden el apareamiento.
Incompatibilidades fisiológicas de los propios gametos.
Sustituciones de secuencias proteicas por otras diferentes pero de
función equivalente.
Prueba: El no. De aa diferentes en la misma molécula de dos especies
diferentes es directamente proporcional al numero de generaciones
que han transcurrido desde que ambas especies se separaron de un
ancestro común.
Mecanismos de aislamiento postcigoticos:
Incapacidad del hibrido para desarrollarse hasta la edad adulta y
depresión de las generaciones posteriores de genotipos recombinantes.
A menudo surgen nuevas funciones a partir gracias a la evolución de
genes duplicados. Divergencias seguidas de selección y diferenciación.
Es un proceso sujeto a circunstancias históricas y al azar, pero restringido
por la necesidad de los organismos de sobrevivir y reproducirse en un
mundo en constante cambio.
Organismos genéticamente modificados.
Antecedentes
Que es un transgénico?
1982. El primer ratón transgénico producía la hormona de
crecimiento de la rata.
Un transgénico (Organismo Modificado
Genéticamente, OMG) es un organismo
vivo cuyos genes han sido manipulados
artificialmente.
1992. El primer alimento transgénico apareció en China, era una
planta de tabaco resistente a ciertos virus.
1994. Se comercializa en Estados Unidos el primer producto
transgénico, el tomate ‘FlavSavr.
Las técnicas de ingeniería genética
consisten en aislar segmentos del ADN
(el material genético) de un ser vivo
(virus, bacteria, vegetal, animal e incluso
humano) para introducirlos en el material
hereditario de otro.
2000. Primer mono transgénico “ANDi” (EUA).
FAO 2003.
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Que es un animal transgénico.
Un animal transgénico es un animal
genéticamente modificado (OGM), que
tiene un gen o grupo de genes que no
le pertenecen con el fin de producir algo
de interés.
El genoma de los animales se puede
modificar:
Insertando genes de la misma especie
o de una especie diferente (por ejemplo
para que una vaca produzca en su
leche la hormona de crecimiento
humana).
(Pottier, et al., 1991)
(Pamela R. 2002).
(Hastings, and Nealson, 2006)
Como se obtiene un animal transgénico?
2.- RETROVIRUS
Existen tres métodos principales para la obtención de animales
trasgénicos mediante la inducción de DNA extraño en sus cadenas
genéticas:
Mediante esta técnica se consigue que el transgen este presente en toda la
célula del individuo transgénico, sin embargo el gen también se inserta al azar.
existe la posibilidad de que el retrovirus usado como trasporte se reproduzca en
el organismo trasgénico dando lugar a enfermedades.
1.- Microinyección.
Provoca la sobre
ovulación de las
hembras.
Los óvulos son
fecundados in
vitro.
Se inyecta el
nuevo gen en el
núcleo del ovulo.
Celula
Los óvulos se
introducen en la
hembra.
Se elije un virus
benigno y se
atenúa hasta
eliminar su
carga viral.
Se inserta el
transgen que se
quiere inducir.
El virus
actúa de
transporte.
Cuando el virus empieza
a replicarse en el interior
de la célula libera el
transgen.
3.- Células madres embrionarias.
Los animales transgénicos se están utilizando para:
Es el método menos aleatorio y se utiliza cuando es importante dirigir las
secuencias genéticas a lugares específicos del genoma.
• Profundizar en el estudio del desarrollo y fisiología animal.
Célula madre
Célula madre
Transgénica
• Estudiar enfermedades y contribuir al desarrollo de tratamientos
más efectivos.
Blastocisto
• Producir productos biológicos útiles.
• Ensayar la seguridad de vacunas y productos químicos.
Cuando las células están en
cultivo es posible llevar a
cabo modificaciones
genéticas especificas como
la eliminación o sustitución
de un gen.
• Incrementar la calidad y cantidad en animales de cultivo y de sus
productos.
Las células
modificadas son
inyectadas en
embriones en fase
de blastocisto.
Los individuos
resultantes
portan el gen
solo en un
porcentaje de
sus células.
• Conseguir órganos que puedan utilizarse en transplantes.
(Pamela R. 2002).
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Para se competitiva, la acuacultura moderna debe hacer frente a los
desafíos similares a aquellos de otras plantas y animales de cultivo.
Animales transgénicos comerciales
Para eso, debe incorporar técnicas de Biotecnología, concretamente
de genética moderna.
La Acuacultura es la actividad productiva mas joven dentro del mundo
animal y a pesar de esto aplica ya las nuevas tendencias lo cual le
permitirá estar a la altura de otras actividades agrícolas tradicionales.
Algunas estrategias biotecnológicas utilizables en acuacultura son:
•
•
•
•
Ployploidia.
Transgenesis.
Células madre, embrionarias y germinales.
Clonación y genomica.
Estas técnicas pueden y deben integrarse a las nuevas tecnologías de
reproducción.
Estrategias de mejora genética.
Estrategias de corto término
Estrategias de largo término
Tasa de
crecimiento.
50% mas después de 10 generaciones en salmón coho ;
dorada 20% aumento/generación; Ostras 10 - 13% de
ganancia en una generación.
Tolerancia
fisiologica
(stress).
Trucha arcoiris resistente presente aumento en los niveles de
cortisol en plasma.
Resistencia a
enfermedades.
Mayor resistencia a edemas en carpa común.
Resistencia a
contaminantes.
La progenie de líneas seleccionadas a metales pesados (Hg,
Cd y Zn) sobrevive 3 - 5 veces mas que la progenie de líneas
no expuestas.
Madurez y
tiempo de
puesta.
Trucha aorciris adelanta la puesta 60 días.
Transferencia
de genes.
Salmón coho con hormona del crecimiento y promotor de
salmón sockeye crece 11 veces mas que los no transgénicos.
El salmón del atlántico crece 400% mas rápido durante el
primer año de vida.
Intraespecífica
cruza.
Apareamiento entre individuos de la misma especie pero de
diferentes variedades.
Crecimiento Heterotico (Heterosis o vigor hibrido) visto en el
55 y el 22% de cruzas de bagre de canal y la trucha arco iris.
Heterosis para S. aurata silvestre x cultivo; bagre de canal y
carpa común incrementan del 30 - 60% el crecimiento sobre
los padres.
Reversión
sexual y cría.
Toda la tilapia macho tiene incrementos del 60% dependiendo
del sistema de cultivo.
Todas la truchas hembras crecen mas rápido y tienen mejor
calidad de carne.
Manipulación
cromosomica.
Triploides de Pagrus sp. tienen tasa de crecimiento similar que
diploides a los 10 meses de edad, pero son mas pequeños y
estériles a las 18 meses.
Triploides de Dicentrarchus labrax muestran crecimiento
inconstante en relaciona diploides y tienen menor índice
gonadal. Mejoras de crecimiento y eficiencia de conversión en
triploides de trucha, bagre, lenguado, ostras.
Tilapia del Nilo crece 66-90% mas que diploides y presenta
menor dimorfismo sexual para tamaño del cuerpo.
(FAO)
Tipos de Salmón
ARGUMENTOS A FAVOR
¾La tecnología genética ha hecho posible que los alimentos sean más
nutritivos.
¾Organismos más resistentes a enfermedades.
¾Pueden crearse “variedades” capaces de vivir en ambientes extremos.
¾Estas técnicas ayudarán a conservar especies en peligro de extinción.
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ARGUMENTOS EN CONTRA
•
Resistencia a los antibióticos.
•
Mayor nivel de residuos tóxicos en los
alimentos.
•
Posibilidad de generación de nuevas
alergias.
•
Contaminación de variedades
tradicionales.
•
Impacto ecológico de los cultivos.
•
Dependencia de la técnica empleada.
•
Obligatoriedad del consumo.
•
Monopolización del mercado, control
del productor.
Política y legislación.
•
Cada alimento GM y su inocuidad deben ser evaluados individualmente. No es
posible hacer afirmaciones generales sobre la inocuidad de todos los
alimentos GM.
•
Los alimentos GM actualmente disponibles en el mercado internacional han
pasado las evaluaciones de riesgo y no presentan riesgos para la salud
humana.
•
No se han demostrado efectos sobre la salud humana como resultado del
consumo de dichos alimentos por la población general en los países donde
fueron aprobados.
•
El uso continuo de evaluaciones de riesgo en base a los principios del Codex
y, donde corresponda, incluyendo el monitoreo post comercialización, debe
formar la base para evaluar la inocuidad de los alimentos
•
Una ley mexicana sobre bioseguridad de 2005 estipula la obligatoriedad del
etiquetado, siempre que se trate de transgénicos cuyo contenido nutricional
sea significativamente distinto al de otros alimentos.
(Organización mundial de la salud –OMS, 2006)
(Greenpeace)
Híbridos de lobina
Anadromo
(habita lagos)
Anadromo-Eurihalino
(habita esteros-rios)
(De arriba a abajo; white bass,
striped bass, hybrid striped bass)
HSB:
Tolera agua mas calida y niveles mas bajos de oxigeno que el striped bass.
Crece mas grande que el white bass.
Crece mas rápido que sus padres.
Generalmente estéril !
“..un híbrido humano lo cambiaría todo..”
(Richard Dawkins)
(Animanos, torumanus)
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