Descendencia con modificaciones

Iván Ferrer Rodríguez, Ph.D.
Catedrático
Descendencia con modificaciones:
Visión de la Vida según Darwin
Capítulo 22
Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackson, 2009
Campbell Biology 9th Edition
Infinitas formas, más bellas …
Headstand beetle
Onymacris unguicularis
 Vive en el desierto de Namib,
suroeste de África.
 Hay mucha neblina, pero no hay
lluvia.
 ¿Cómo obtiene agua y sobrevive el
desierto?
 Se para de cabeza
 Cuando el viento sopla, colecta
gotas de humedad en el cuerpo
2
 El agua baja a la boca
Infinitas formas, más bellas …
Headstand beetle
Tres observaciones de vida
 Forma parte de un grupo de más de
¿Qué causa sus diferencias y
semejanzas?
350,000 especies de escarabajos.
 ~1/5 de todas las especies son
escarabajos.
 Las maneras en que los organismos
están adaptados para el ambiente.
 Las muchas características que
 Son similares en que tiene 6 pares
de patas, superficie externa dura y
dos pares de alas.
3
¿Por qué son tantos?
comparte la vida.
 La diversidad de la vida.
Evolución
Descendencia
 Descendencia con modificaciones,
frase propuesta por Darwin.
 Las especies descienden de especies
ancestrales que eran diferentes de
las especies actuales.
4
Charles Robert Darwin
Blatta orientalis
 Se usan insecticidas para
eliminar a la cucaracha.
5
Blatta orientalis
Descendencia con
modificaciones (Darwin)
 En los primeros encuentros
entre la cucaracha y el
insecticida, las cucarachas se
mueren.
 En la medida que pasa el
tiempo, las cucarachas
sobreviven.
6
 Tienen la capacidad de
reproducirse en grandes
cantidades.
 Mantienen la población.
 Se generan descendientes con
modificaciones, resistentes a los
insecticidas.
7
Mecanismos para eliminar a la cucaracha
8
Evolución
 Definido de manera estrecha, la evolución es el cambio en
composición genética de una población, de generación en
generación.
 Cambio en frecuencias alélicas en una población a través del tiempo.
 Frecuencias alélicas se refiere a la frecuencias de los genes que codifican
para una característica dada.
 Población es un grupo de organismos que se aparean entre sí y
producen progenie (“hijos”) fértiles.
9
Evolución
 Cambios en la frecuencias de características en un grupo de organismos a
través del tiempo.
10
Mecanismos de evolución
 Selección Natural
 Derivación Genética
 Selección Sexual
11
Mecanismos de evolución
 Selección Natural
 Derivación Genética
 Selección Sexual
12
Selección Natural
 Supervivencia del más apto.
 Los individuos mejor adaptados (“equipados”) para su ambiente
van a tener mayor probabilidad de sobrevivir y, por ende, mayor
probabilidad de reproducción.
 Hay variación en las poblaciones de organismos y esa variabilidad es
heredable.
 En cada generación nacen más individuos de los que sobreviven.
 Los individuos mejor adaptados (equipados) para sobrevivir en su
13
ambiente, dejarán más progenie (hijos).
Variabilidad
14
Herencia
15
No todos los que nacen sobreviven
16
Posible depredador
17
Supervivencia del más apto
18
Mecanismos de evolución
 Selección Natural
 Derivación Genética
 Selección Sexual
19
Deriva Genética
 Hay cambios en frecuencias poblacionales por factores al azar.
 Desastre natural: tormentas, huracanes, inundaciones y hasta
aguaceros se les consideran desastres naturales.
 Desastre antropogénico: causados por los seres humanos;
urbanismo, deforestación.
20
Desastre Natural
21
Desastre Antropogénico
22
Mecanismos de evolución
 Selección Natural
 Derivación Genética
 Selección Sexual
23
Selección Sexual
 Modo de selección donde los individuos que hacen la mayor
inversión energética, durante la reproducción, escogen a su pareja.
 Por lo general, las que escogen son las hembras las parejas.
 Los machos son los que se exhiben y la hembras escogen.
 Una excepción es el caballito de mar.
24
Selección Sexual
25
Selección Sexual
26
Sobrevive el más apto
27
La hembra escoge
Especiación
 Formación de nuevas
especies.
 Mediante separación por
barreras:
 Naturales:
 Agua
 Cuerpo Terrestre
 Artificiales:
 Estructura
Arquitectónica
28
 Mediante separación sin barreras.
Separación por barrera física
2012
29
Separación por barrera física
30
Separación por barrera física
31
Ideas revolucionarias de Darwin
 Las ideas de Darwin retaron las creencias tradicionales de que la
Tierra estaba habitada por especies sin cambios (fijas).
 Para entender porque las ideas de Darwin eran tan
revolucionarias, debemos examinarlas en relación a otras ideas
sobre la Tierra y la vida en ésta.
32
Historia de la Teoría de la Evolución
 El filósofo griego
Aristóteles veía las especies
como fijas y las organizó en la
“scala naturae”, según la
complejidad del organismo.
 Esto concordaba con el Viejo Testamento que indica que las
especies fueron individualmente diseñadas por Dios y por
consiguiente perfectas.
 En 1700, muchos científicos interpretaban el pareo notable
33
entre los organismos y el medio ambiente como evidencia de que
el Creador las designó perfectas para un propósito particular.
Creacionismo y Diseño Inteligente
Creacionismo
34
¿Evolución?
Historia de la Teoría de la Evolución
 Carolus Linnaeus (1707-1778) –
físico y botánico sueco que
desarrollo Sistema Binomial de
Clasificación.
 Homo sapiens
 Sistema en uso actualmente.
 Fue el fundador de la
taxonomía, rama de la biología
relacionada a la clasificación de
organismos (géneros y especies).
35
Historia de la Teoría de la Evolución
 Interpretó las adaptaciones de
los organismos como evidencia
de que el Creador había
diseñado cada especie para un
propósito específico.
 Organizó los organismos a base
de su relación (similaridad).
36
Historia de la Teoría de la Evolución
Canis lupus, the gray wolf
37
Canis lupus familiaris
Canis familiaris
Historia de la Teoría de la Evolución
Cambios en el tiempo
 Darwin dibujó de los trabajos
de los científicos que
estudiaban los fósiles.
 El estudio de los fósiles ayudó
a establecer las bases para las
ideas de Darwin.
 Los fósiles son remanentes o
38
trazas de organismos del
pasado.
Figura 22.3
Historia de la Teoría de la Evolución
Cambios en el tiempo
 Las capas más nuevas cubren
las capas más viejas y las
comprime en estratos.
 Los fósiles en la estrata dan
una idea de los organismos
que poblaron la tierra en la
época en que se forma la
estrata.
39
Figura 22.3
Historia de la Teoría de la Evolución
Paleontología
 La paleontología es el estudio
de los fósiles.
 Georges Cuvier (1769-
1832), científico francés, es
considerado el padre
Paleontología.
40
Georges Cuvier, padre Paleontología
 Examinó estratos en Paris y
notó:
 Estratos más viejos, contenían
organismos más disimilares
a los organismos actuales.
 Algunas especies aparecían y
otras desaparecían.
 Infirió que la extinción era
común en la historia de la
vida.
41
Historia de la Teoría de la Evolución
 Como quiera, Cuvier se oponía a la idea de la evolución, la idea de
cambios evolutivos graduales y propuso el catastrofismo:
 Principio que describe que eventos en el pasado ocurrieron
repentinamente y fueron causados por mecanismos que no operan
hoy.
 Cada estrato representa una catástrofe (e.i. inundación), que destruía
las especies de la época.
42
Historia de la Teoría de la Evolución
 Otros científicos sugirieron que los grandes cambios podían
ocurrir como un efecto acumulativo de un proceso lento y
continuo.
 Percibieron los cambios en la superficie de la Tierra como el
resultado de acciones lentas y continuas que aún operan hoy.
 “Geológicamente, el Mundo cambia, siempre ha cambiado y
siempre cambiará”.
 Dos geólogos (Hutton y Lyell) ejercieron una fuerte influencia
en el pensamiento de Darwin.
43
Historia de la Teoría de la Evolución
James Hutton
(1726-1797)
 Geólogo escocés que propuso que los cambios
en la Tierra se podían explicar por mecanismos
graduales que todavía operan hoy.
 Sugirió lo siguiente:
 Los valles se forman por el desgaste que
provocan los ríos fluyendo a través de las rocas;
 Las rocas conteniendo fósiles marinos se
44
formaron cuando los sedimentos que erosionaron
de la tierra fueron llevados por los ríos hasta el
mar, donde enterraron organismos marinos
muertos.
Historia de la Teoría de la Evolución
Charles Lyell
(1797-1875)
 Geólogo británico que incorporó el
pensamiento de James Hutton en sus principios
de uniformitarianismo.
 Estableció que los mecanismos de cambio son
constantes en el tiempo.
 Los procesos geológicos que operan hoy son los
mismos del pasado y operan a la misma
velocidad.
45
 Es el geólogo principal de la época de Darwin.
Historia de la Teoría de la Evolución
Jean-Baptiste de Lamarck
 Varios naturalistas en el siglo
18 propusieron que la vida
evolucionaba en la medida
que cambiaba el ambiente.
 Sólo Lamarck, naturalista
Francés, sugirió una hipótesis
en el 1809 para explicar la
evolución.
46
Lamarck (1744-1829)
Historia de la Teoría de la Evolución
¿Produce semillas bonsai?
 El Transformismo fue el
primer intento en explicar el
proceso de evolución.
 Los mecanismos que
proponía para explicar la
evolución NO eran
sustentados con evidencia.
 Explicó sus hallazgos con dos
47
principios aceptados en la
época.
Teoría Evolutiva de Lamarck
Uso y desuso y herencia
Dos principios aceptados
en la época:
1) Uso y desuso de las partes
del cuerpo:
 Las partes más usadas se
tornan más grandes y fuertes.
 Las partes no usadas se
deterioran.
48
2) Herencia de las
características adquiridas.
Contexto histórico de la evolución
49
Historia de la Teoría de la Evolución
 En 1858, Charles Lyell
presenta a nombre de Charles
Darwin y Alfred Russell
Wallace ante la Sociedad
Linneana de Londres:
 La Teoría de Selección
Natural.
50
Historia de la Teoría de la Evolución
 En 1859, Darwin publica su
libro El Origen de las
Especies por Selección
Natural, La Supervivencia
de las Razas más
Favorecidas en la Lucha
por laVida.
51
Charles Darwin
 Va en contra de las ideas prevalecientes en ese momento:
 Griegos y el Viejo Testamento creían en un mundo que no cambiaba y
era fijo.
 Introduce la Teoría Evolutiva:
 Enfoca la atención de los biólogos en la diversidad de los organismos.
 Puntos más importantes en su libro son:
 Presenta evidencia de que muchas especies que habitan la Tierra han
descendido de otras especies ancestrales.
 Propone un mecanismo para el proceso evolutivo: la selección
natural.
52
Investigaciones de Darwin
 Desde su niñez hasta la adultez, Charles Darwin
tuvo mucho interés en la naturaleza.
 Darwin primero estudió medicina (sin éxito) y
luego teología en la Universidad de Cambridge
en Inglaterra.
 Luego de graduarse, aceptó un una posición, sin
paga, como naturalista y acompañante del
Capitán Robert Fitz Roy en un viaje alrededor
del mundo por 5 años en el “Beagle”.
53
Investigaciones de Darwin
 Robert Fitz Roy fue un Marino y explorador
inglés que estuvo al mando del Beagle en su
primer y segundo viaje.
 Gobernador de Nueva Zelanda y pionero en el
estudio de la Meteorología.
5 Julio 1805 – 30 abril 1865
 El HMS Beagle fue un navío de la Marina Real
54
Británica famoso por su segundo viaje en el que
Darwin adquirió los datos necesarios para
elaborar su Teoría de la evolución basada en la
selección natural.
El viaje en el Beagle
55
Galápagos Islands, Ecuador
56
Galápagos Islands, Ecuador
57
Durante el viaje
 Durante su viaje en el Beagle, Darwin coleccionó especímenes de
plantas y animales de América del Sur.
 Observó adaptaciones de las plantas y los animales que habitaban
en ambientes diversos.
 Su interés por la distribución geográfica de las especies fue saciada
con una parada en la Islas Galápagos cerca del ecuador oeste de
América del Sur.
 Darwin se enfocó en las adaptaciones de los animales que
observaba.
58
Durante el viaje
 Darwin percibió que las adaptaciones al ambiente y el origen de
nuevas especies eran procesos altamente relacionados.
 Las nuevas especies vienen de especies ancestrales?
 Se formaron por la acumulación de adaptaciones graduales?
 Estudios realizados varios años después de las observaciones de
Darwin, han concluido que en efecto esto fue lo que pasó con los
pinzones (pájaros) de las Islas Galápagos.
 Cada pinzón (finch) se adaptó a un microambiente diferente.
59
The long, sharp beak of the
cactus ground finch helps
it tear and eat cactus
flowers and pulp
The large ground finch has
a large beak adapted for
cracking seeds that fall from
plants to the ground
The green warbler finch uses its
narrow, pointed beak to grasp insects
60
Darwin
 En 1844, Darwin escribió un ensayo sobre el origen de la especies
y la selección natural.
 Renuente y anticipando lo controversial, no lo publicó.
 Selección natural es un proceso en el que los individuos con ciertas
características tienden a sobrevivir y reproducirse con mayor velocidad que
otros individuos, gracias a esa característica.
 En Junio 1858, Darwin recibió un manuscrito de Alfred Russell
Wallace (1823-1913).
 Había desarrollado una teoría de la selección natural similar a la de
61
Darwin.
Darwin
 En 1858, Charles Lyell presenta a nombre de Charles Darwin y
Alfred Russell Wallace ante la Sociedad Linneana de Londres:
 Paper de Wallace
 La Teoría de Selección Natural de Darwin (no publicada)
 Darwin rápidamente terminó y publicó al próximo año (1859):
 El Origen de las Especies – nombre común
 El Origen de las Especies por Selección Natural – nombre
correcto
 Darwin proveyó una explicación científica convincente con lógica
y evidencia sobre la evolución.
62
Origen de las Especies
 Darwin desarrolla dos ideas
principales:
 Descendencia con
modificaciones explica la
unidad y la diversidad de los
organismos.
 La selección natural es la causa
de que la evolución sea
adaptativa.
63
Descendencia con Modificaciones
 Darwin nunca utilizó la palabra Evolución en la primera edición
del Origen de las Especies.
 La frase Descendiente con modificaciones:
 Resume la percepción de Darwin de la unidad de la vida.
 Se refiere a que todos los organismos están relacionados a través
de su descendencia de un antepasado que vivió en un pasado
remoto.
64
En la vision de Darwin…
Árbol de la vida
 La historia de la vida es como
un árbol.
 Múltiples ramas que salen de
un tronco.
 Las puntas representan la
diversidad de organismos
vivientes.
 Cada bifurcación representa
el ancestro más reciente.
65
En la vision de Darwin…
Tres especies de elefantes
 Elephas maximus – elefante
asiático
 Dos especies africanas:
 Loxodonta africana – vive en la
sabana
 Loxodonta cyclotis – la selva
 Los científicos creen que
66
99% de todas las especies
están extintas.
Figura 22.8
Extinción
67
Selección natural, artificial, adaptación
Selección artificial
 Los humanos modifican las
especies a través de muchas
generaciones mediante
selección y apareamiento de
las características deseadas.
 Este proceso se conoce como
selección artificial:
 Plantas
 Animales (ej. razas de perros)
68
Figura 22.9
Selección natural, artificial, adaptación
Selección artificial
Dos observaciones:
 Darwin argumentó que un
1.
Los miembros de una
población varían en sus
características.
2.
Todas las especies producen
más progenie de las que el
ambiente puede apoyar,
mucha de esta progenie no
sobrevivirá.
proceso similar a la selección
artificial ocurre en la
naturaleza (selección
natural).
 Basó su argumento en dos
observaciones, de las
cuales derivó dos inferencias.
69
Selección natural, artificial, adaptación
 Los miembros de una población varían en sus características.
Inferencia 1:
1) Los individuos cuyas características les otorgue una mayor
probabilidad de sobrevivir y reproducirse, dejaran más progenie.
 Todas las especies producen más progenie de las que el ambiente
70
puede apoyar, mucha de esta progenie no sobrevira.
Inferencia 2:
2) La habilidad desigual de los individuos de sobrevivir y
reproducirse lleva a la acumulación de características favorables al
pasar las generaciones.
La lógica de Darwin ha sido disectada en 5
observaciones según el biólogo Ernst Mayr
 Observación #1: Para
cualquier especie, el tamaño
de la población va a aumentar
exponencialmente, si todos
los individuos que nacen se
reproducen exitosamente.
71
La lógica de Darwin ha sido disectada en 5
observaciones según el biólogo Ernst Mayr
 Observación #2: A pesar
de esto, el tamaño de una
población tiende a ser estable.
 Excepto por fluctuaciones de
época.
 2005
 Observación #3: Los
recursos son limitados.
 Inferencia #1: La
producción de más individuos
de los que el ambiente puede
aguantar, lleva a una batalla
por la existencia entre los
individuos de una población.
 Sólo una fracción de la
progenie sobrevive.
72
La lógica de Darwin ha sido disectada en 5
observaciones según el biólogo Ernst Mayr
 Observación #4: Los
miembros de una población
varían extensamente en sus
características.
 No hay dos individuos
exactamente iguales.
73
La lógica de Darwin ha sido disectada en 5
observaciones según el biólogo Ernst Mayr
 Observación #5: La mayoría de esta variación es heredable.
 Inferencia #2: La supervivencia depende en parte de las
características heredadas.
 Individuos cuyas características heredadas les den una alta
probabilidad de sobrevivir y reproducirse son los que dejarán más
progenie que los otros organismos.
 Inferencia #3: Esta diferencia en la habilidad de sobrevivir y
reproducirse puede gradualmente causar cambios en una población,
donde se acumulan en el tiempo los cambios favorables al paso de las
generaciones.
74
Selección Natural
Sobrevive el más apto.
 La selección natural crea
Figure 22.12
(a) A flower mantid
in Malaysia
organismos mejor adaptados
al ambiente.
 Los individuos mejores
75
adaptados (“equipados”) para
su ambiente van a tener
mayor probabilidad de
sobrevivir y, por ende, mayor
probabilidad de
reproducción.
(b) A stick mantid
in Africa
Figure 22.11
Selección natural vista por los científicos
 John Endler estudió el efecto de los depredadores en la población
de guppies.
 Machos con colores brillantes son más atractivos a la hembras.
 Sin embargo, son más vulnerables a depredación.
 Poblaciones de guppies en áreas con pocos depredadores tienen
más machos con colores brillantes.
76
Experimento de Endler
77
Selección natural vista por los científicos
 Endler transfirió guppies con colores brillantes a un área con
muchos depredadores.
 Como predijo, con el tiempo la población se volvió menos
colorida.
 También transfirió guppies poco coloridos a un área con pocos
depredadores.
 Con el tiempo la población se volvió más colorida.
78
Ejemplos de selección natural
 En humanos, el uso de drogas
como antibióticos.
 Selecciona patógenos y
produce resistencia.
 Selección natural causa
evolución adaptativa.
 Drogas en contra de HIV
llevan a generar virus
resistentes.
79
Evidencia adicional
 Nuevos descubrimientos continúan abonando información a la
teoría de Darwin presentada en El Origen de las Especies:
 Homología
 Embriología
 Órganos vestigiales
 Homología a nivel molecular
 Distribución de especies
 Record Fósil
80
Homología
 Similaridad que resulta debido a que se comparte un ancestro en
común.
 Estructuras homólogas - son semejanzas anatómicas que
representan variantes estructurales presentes en ancestro en
común.
81
Embriología
 Embriología comparada revela homologías anatómicas no visibles
en los organismos adultos.
82
Órganos vestigiales
 Son estructuras remanentes
que fueron importantes en
nuestros antepasados.
 El tubérculo de Darwin es
un engrosamiento del borde
de la oreja presente en
muchos seres humanos y se
interpreta como vestigio de
la punta de la oreja común
en mamíferos.
83
Homología a nivel molecular
 Genes compartidos entre
órganos que vienen de un
ancestro común.
 El concepto de evolución de
Darwin de ver la vida como
un árbol explica estos
hallazgos.
84
Record Fósil
 Provee evidencia de especies extintas, del origen de nuevos grupos
y de cambios dentro de grupos a través del tiempo.
 La manera de ver la vida de Darwin:
 Predice que la transición evolutiva debe dejar señales en el
récord fósil.
 Los Paleontólogos han descubierto fósiles de esta transición.
Figure 22.18
85
Record Fósil
86
Resumen
87