Diapositiva 1 - Eva - Universidad de la República

Diversidad Biológica
Alvar Carranza
Profesor Adjunto
Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad"
Centro Universitario Regional Este - CURE
Sede Maldonado
Universidad de la República Oriental del Uruguay
Modulo 1
Clase 2
Introducción y conceptos
generales
Alvar Carranza
Profesor Adjunto
Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad"
Centro Universitario Regional Este - CURE
Sede Maldonado
Universidad de la República Oriental del Uruguay
¿Qué es la vida?
1
Caracteres generales de los seres vivos
•
•
1
Exclusividad química: los sistemas vivos muestran una
organización molecular exclusiva y compleja.
Macromoléculas: ácidos nucleicos, proteínas, hidratos de carbono
y lípidos.
Caracteres generales de los seres vivos
•
1
Complejidad y organización jerárquica: la materia inerte se
organiza en átomos y moléculas; en los seres vivos encontramos
macromoléculas, células (ribosomas, cromosomas, membranas),
organismos (tejidos, órganos, sistemas), poblaciones y especies.
Caracteres generales de los seres vivos
•
1
Reproducción: la vida no surge espontáneamente, solo procede de
vida anterior. En cada nivel jerárquico las formas de vida se
reproducen para generar otras formas semejantes a ellas (herencia y
variación).
Caracteres generales de los seres vivos
•
•
•
•
1
Programa genético: garantiza la fidelidad de la herencia. Ácidos
nucleicos. DNA.
Metabolismo: los organismos vivos se auto mantienen obteniendo
nutrientes de su entorno-Anabolismo y catabolismo.
Desarrollo: ciclo vital característico
Interacción ambiental: todos los animales interaccionan con su
entorno
Origen de la vida
•
1
Escala temporal
•
1
Teoría del Big Bang (la gran explosión). 10.000 a 20.000
millones de años.
•
1
Formación del sol y los planetas. 4.600 m.a.
•
1
Consolidación de la corteza sólida de la Tierra y formación
de la atmósfera y los océanos . 4.500 a 4.600 m.a.
• ?: Primeros organismos vivos: unidades autónomas (protocélulas),
limitadas por membranas con autorreproducción(las primeras
enzimas pudieron ser RNA).
• 3.800 m.a.: primeros procariotas
• 3.400 m.a.: fotosíntesis (Estromatolitos)
• 2000 m.a.: Celulas complejas (Eucariotas)
• 1000 m.a.: Vida multicelular
1
Teorías sobre el origen de la vida
•
1
Creacionista: intervención de seres sobrenaturales
Teorías sobre el origen de la vida
•
1
Generación espontánea: los organismos vivos complejos se
generaban por la descomposición de sustancias orgánicas. Por
ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el
grano almacenado o que las larvas aparecían súbitamente en
la carne
•
1
1668. Refutación de la idea de la generación espontánea de los
gusanos (Francisco Redi)
•
1
1862. Louis Pasteur demuestra que ningún organismo vivo
(incluido bacterias) puede originarse por generación espontánea.
Teorías sobre el origen de la vida
•
1
Teoría quimiosintética : Aleksandr Ivanovich Oparin plantea
que una «sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber
generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz
solar
Teorías sobre el origen de la vida
• Ausencia total o casi completa de oxígeno libre, ya que
hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la
vida.
• Una fuente de energía: la tierra primitiva era un lugar
caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado,
tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación,
especialmente ultravioleta
• Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de
construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
• Tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y
los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años.
1
Teorías sobre el origen de la vida
• En 1953 Stanley Miller y
Harold Urey realizaron en
Chicago el primer intento de
replicar con éxito las
condiciones que reinaron en la
tierra primitiva, logrando la
síntesis prebiótica de
pequeñas moléculas orgánicas.
1
Teorías sobre el origen de la vida
• Panespermia : Origen extraterrestre de la vida
1
¿Qué es una especie?
2
Conceptos de especie
• Especie biológica (Dobzhansky, 19354 y Mayr, 19425 ).
• Según este concepto, especie es un grupo (o población) natural de
individuos que pueden cruzarse entre sí, pero que están aislados
reproductivamente de otros grupos afines. Muy útil en caso de que
exista reproducción sexual.
2
Conceptos de especie
• Especie evolutiva (Wiley, 1978).
• Es un linaje (una secuencia ancestro-descendiente) de poblaciones u
organismos que mantienen su identidad de otros linajes y que
poseen sus propias tendencias históricas y evolutivas. Este concepto
difiere del anterior en que el aislamiento genético actual más que el
potencial, es el criterio para el reconocimiento de la misma. Pero
todo aislamiento geográfico debería ser tratado como una especie
distinta.
2
Conceptos de especie
• Especie morfológica.
• Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por
su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido
numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas)
2
Conceptos de especie
• Especie morfológica.
• Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por
su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido
numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas)
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Conceptos de especie
• Especie morfológica.
• Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por
su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido
numerosas críticas. (Cambios ontogenéticos, variabilidad intraespecifica, especies cripticas)
2
Conceptos de especie
• Especie filogenética (Cracraft, 1989).
• Este concepto reconoce como especie a cualquier grupo de
organismos en el cual todos los organismos comparten un único
carácter derivado o apomórfico (no presente en sus ancestros o
afines). Pero cada población puede tener variantes genéticomoleculares únicas….
3
Conceptos de especie
• Especie ecológica (Van Valen, 1976).
• Conjunto de individuos que explotan un conjunto particular de
recursos y hábitats. Eg: endoparásitos, cuyas diferencias son
función de diferencias en los hospederos
3
Conceptos de especie
• ¿Entonces? Los atributos generales del concepto especie deberían
ser:
• universalidad
• aplicabilidad práctica
• criterio decisivo
•
“EL PROBLEMA MAS VIEJO Y FRUSTRANTE DE LA BIOLOGIA”
(Mayr, 1992)
3
Teoría de la Evolución
3
Fijismo y evolucionismo
Teorías preevolutivas
Hasta el s. XIX los seres vivos son considerados inmutables;
Han existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios
3
Fijismo y evolucionismo
Catastrofismo (relacionado con la religión católica, e.g. diluvio
universal). Este paradigma estuvo en vigor durante los siglos XVII y
XVIII.
3
Fijismo y evolucionismo
Algunos fijistas destacados:
• Carlos Linneo (1701-1778)
• Georges Cuvier (1769-1832)
• Louis Pasteur (1822-1895)
3
Fijismo y evolucionismo
Teorías evolutivas
Lamarckismo, Darwinismo, Teoría sintética o neodarwinismo.
3
Fijismo y evolucionismo
James Hutton (1788), Uniformismo o actualismo:
“Las leyes físicas, químicas y biológicas que actúan hoy, lo han hecho
también en el pasado geológico”
3
Teorías evolutivas
Lamarckismo:
•Las especies actuales provienen de especies primitivas, hoy extinguidas,
que han sufrido modificaciones sucesivas.
• Para Lamarck estas transformaciones se deben a que cuando cambian
las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollan caracteres que
les ayudaban a vivir mejor (Adaptaciones).
•Esos caracteres se transmiten a sus descendientes, apareciendo especies
nuevas; es lo que llama la Herencia de los caracteres adquiridos
3
3
Teorías evolutivas
Darwinismo:
Variabilidad intraespecífica.
Los individuos de una especie no son exactamente iguales entre sí,
presentando pequeñas variaciones. Estas variaciones surgen en forma
fortuita y son transmitidas a los descendientes.
3
¿Qué es la biodiversidad?
•
Contexto ecológico: Norse (1986) y los 3 niveles de biodiversidad
1) Genética
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Teorías evolutivas
Darwinismo:
Superproducción
La fecundidad de la naturaleza lleva a que nazcan más individuos de los
que el ambiente puede sostener. En consecuencia, se establece una lucha
por la existencia, donde muchos mueren en forma precoz.
3
3
Teorías evolutivas
Darwinismo:
Selección natural
Los individuos con variaciones favorables tienen más
probabilidades de sobrevivir y de reproducirse con mayor frecuencia.
Como resultado, en las siguientes generaciones habrá mayor proporción
de individuos con variaciones favorables que aquellos con variaciones
desfavorables, que tienden a desaparecer.
3
v
3
Biston betularia
3
Biston betularia
3
3
Teorías evolutivas
Darwinismo:
La acumulación de variaciones favorables a lo largo del tiempo conduce
a la transformación de una especie en otra. (Microevolución &
Macroevolución)
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Teorías evolutivas
Neo - Darwinismo:
¿Cuál es el mecanismo de este proceso?
3
Teorías evolutivas
Neo - Darwinismo:
¿Cuál es el mecanismo de este proceso?
Gregor Johann Mendel describió, por
medio de los trabajos que llevó a cabo con
diferentes variedades del guisante o
arveja (Pisum sativum), las hoy
llamadas leyes de Mendel que rigen la
herencia genética.
3
3
Francis Crick y James Watson , descubridores de la estructura molecular
del ADN en 1953
3
¿Cómo se sustenta la Teoría de la Evolución?
3
1.- Paleontológica
Demuestra la existencia de un proceso de cambio, mediante la presencia
de restos fósiles de flora y fauna extinta y su distribución en los estratos
geológicos.
3
2.- Anatomía comparada
Distintas especies presentan partes de su organismo constituidas bajo un
mismo esquema estructural, apoyando una homología entre órganos o
similitud de parentesco, y por tanto de un origen y desarrollo común
3
3.- Bioquímica comparada
Las homologías de carácter bioquímico que constituyen una de las
características más destacables de la escala evolutiva. Ejemplo: la
hemoglobina de los eritrocitos sólo se diferencia en 12 aminoácidos entre
un humano y un chimpancé; básicamente presenta la misma estructura
en todos los vertebrados.
3
4.- Embriología
En todas las especies se encuentran características ancestrales similares en el
desarrollo embrionario, y que desaparecen durante dicho proceso. Por este
hecho, Ernst Haeckel enunció en 1866 la teoría de la recapitulación que se
resume en: la ontogenia es una recapitulación de la filogenia, es decir, la
ontogénesis o desarrollo individual, es un compendio de la filogénesis o
desarrollo histórico de la especie
3
5.- Biogeografía
El hecho de que no exista una presencia uniforme de especies en todo el planeta, es
una prueba de que las barreras geográficas o los mecanismos de locomoción o
dispersión han impedido su distribución, a pesar de que existen hábitat apropiados
para su desarrollo
3
6.- Domesticación
Ejemplos varios de aplicación del principio de selección, no ya natural, de
caracteres “favorables”
3
3
Clasificación de los seres vivos
4
Sistemática
• La Sistemática comprende el estudio
de la diversificación de la vida en el
planeta Tierra y las relaciones entre
los seres vivos a través del tiempo.
• Las mismas son visualizadas como
árboles u hipótesis evolutivas
(filogenias).
4
Sistemática
Progreso y Perfección
• La primeras filogenias
representaban la idea de
la superioridad humana
4
Sistemática
• Proponer un sistema(s) de
clasificación (taxonomía).
• Reconstruir la historia
evolutiva única de la historia
de la vida (filogenia)
• Desarrollar un sistema
consistente de nomenclatura
biológica y una terminología
exacta.
• Inventariar la biota del
mundo.
4
Taxonomía
• La taxonomía (del griego ταξις, taxis,
"ordenamiento", y νομος, nomos,
"norma" o "regla") es, en su sentido más
general, la ciencia de la clasificación.
• Habitualmente, se emplea el término
para designar a la taxonomía biológica,
la ciencia de ordenar a
los organismos en un sistema de
clasificación compuesto por una
jerarquía de taxa anidados.
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4
Clasificación linneana moderna del
ser humano
•
•
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•
•
•
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Reino: Animalia
Phylum: Cordados
Clase: Mammalia
Orden: Primates
Familia: Hominidae
Género: Homo
Especie: Homo sapiens
Sistemática
• Evolucionistas: tratan de ser consistentes con las
relaciones de parentesco pero consideran la
divergencia/similaridad. (Mayr, Usinger, Lewontin,
Simpson). S. Tradicional.
• Feneticistas: utilizan exclusivamente relaciones de
similaridad (que miden y representan). (Sneath,
Michener). Década de los 50, surgimiento de
computadoras.
• Cladistas: utilizan exclusivamente relaciones de
parentesco (filogenia). 1950 (Hennig), auge a partir de
los `70 (Farris, Platnick, Nelson, Wiley).
4
Mas que una cuestión de gustos!!
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Sistemática
• Sistematica Cladística: Método más utilizado en la
actualidad
• Método riguroso de reconstrucción filogenética con
organismos actuales.
• El estudio de la filogenia es una ciencia empírica basada
en evidencias (caracteres homólogos).
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Descripción de la Diversidad
Biológica antes de la Clasificación
•
•
•
•
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Caracteres = atributos (rasgos)
Variable entre organismos (multiples
estados del caracter).
La variabilidad debe ser heredada
…y puede ser contínua o discreta
Descripción de la Diversidad
Biológica antes de la Clasificación
•
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Cuando los organismos/taxa difieren con
respecto a un rasgo, estas diferentes
condiciones (ej. A o T) son denominados
como estados de un carácter.
Algunos caracteres pueden ser
compartidos con otras especies
•
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•
•
•
•
Pulgar oponible (primates)
Pelo (mamíferos)
Cuatro extremidades (tetrapodos)
Ojos (vertebrados)
Mitocondria (animales, plantas, hongos)
DNA (todas las cosas vivas)
Patrón jerárquico de caracteres compartidos
¿Por qué?
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Homología vs. Homoplasia
• Homologia es
cualquier similitud
entre caracteres
debido a una ancestria
compartida
• La Homoplasia se
manifiesta cuando los
carateres son
similares, pero no se
derivan de un
ancestro comun
La Homoplasia puede originarse por evolucion
convergente
Para reconstrucciones filogeneticas nos basamos en
caracteres homologos
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Caracteres homólogos:
c) ballena
b) hombre
a) caballo
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d) ave
Caracteres análogos (Homoplasia):
a) tiburón
a) Ictiosaurio
c) Delfín
4
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a) Pulpo
b) Raya
c) Cocodrilo
a) Hipopótamo
4
a) Pulpo
b) Raya
c) Cocodrilo
a) Hipopótamo
B,C,D
Homología: Secuencias de ADN
4
Homología: Secuencias de ADN
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Cladograma
•
Árbol filogenético con dicotomías, el cual muestra un punto de
divergencia a partir de un ancestro común.
•
Cada rama, o clado, muestra una especie ancestral y su decendencia, o
sea, un grupo monofilético.
•
La especie actual en el árbol está representada por un nodo terminal.
Cada cladograma expresa una hipótesis.
Nodo terminal
Clado o taxón
Nodo
Ancestro común
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Construcción de un cladograma
1
2
3
4
5
6
7
4
X
0
0
0
0
0
0
0
A
1
0
1
1
1
1
0
B
1
1
1
1
0
0
1
C
1
1
0
0
1
0
0
C
B
A
Clasificaciones de la vida
• Aristóteles
• 2 reinos: Animal y Vegetal
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Clasificaciones de la vida
• Ernst Haeckel (1866)
• Reino Protista: todos los organismos unicelulares.
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Clasificaciones de la vida
• Herbert Copeland (1956)
• Reino Monera: organismos procariotas.
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Clasificaciones de la vida
•
Robert Whittaker (1969)
• Sistema de 5 reinos: Monera, Protista (Protoctista), Fungi, Plantae,
Animalia
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Clasificaciones de la vida
• Woese, Kandler y Wheelis (1990)
• Datos moleculares: 3 dominios monofiléticos por encima del nivel
de reino:
• Bacteria: bacterias verdaderas
• Archaea: otros procariotas, separados de bacterias por la
estructura de la
• membrana y la secuencia de ARN ribosómico
• Eukarya: todos los eucariotas. Relaciones entre principales linajes
no está clara.
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Árbol de la vida
http://tolweb.org/tree/
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