Sesion 13. Principios de evolución

Sesión 13
Principios de la Evolución
Contenido
¿Cómo se desarrollaron las ideas
sobre la evolución?
•  ¿Cómo sabemos que ha habido
evolución?
•  ¿Cómo funciona la selección
natural?
•  ¿Qué pruebas se tienen de que las
poblaciones evolucionan por
selección natural?
• 
¿Cómo se desarrollaron las ideas sobre
la evolución?
Los primeros estudios de biología no
incluían el concepto de evolución.
La exploración de nuevos territorios
reveló una sorprendente diversidad de
la vida.
Algunos científicos especularon que la
vida había evolucionado.
Los descubrimientos de fósiles
demostraron que la vida había
cambiado a lo largo del tiempo.
¿Cómo se desarrollaron las ideas sobre
la evolución?
Algunos científicos idearon explicaciones
no evolutivas a partir de los fósiles.
La geología ofreció la evidencia de que la
Tierra es sumamente antigua.
Algunos biólogos anteriores a Darwin
propusieron mecanismos de evolución.
Darwin y Wallace describieron un
mecanismo de evolución.
Ideas sobre la evolución
El concepto que unifica toda la biología
es la evolución.
El fundamento intelectual en el que se
basan estas ideas se desarrolló
gradualmente.
Cuando Charles Darwin publicó
finalmente El origen de las especies
en 1859, las pruebas habían llegado a
ser verdaderamente contundentes.
Primeros estudios de biología
Fuertemente influenciados por la teología
Todos los organismos fueron creados
simultáneamente.
Toda forma de vida permanecía fija e
inmutable desde el momento de su
creación.
Expresada por los antiguos filósofos griegos.
Platón (427-347 a. C.).
Aristóteles (384-322 a. C.) clasificó todos los
organismos en una jerarquía lineal a la que
llamó la “escala de la Naturaleza”.
Escala de la naturaleza de
Aristóteles
Exploración de nuevos territorios
El número de especies, o diferentes tipos de
organismos, era mucho mayor de lo que se
pensaba.
Algunas de las especies en un determinado
lugar se parecían notablemente entre sí.
Algunos científicos de la época concluyeron
que las especies similares podrían haberse
desarrollado de un ancestro común.
Especulaciones de que la vida había
evolucionado
El conde de Buffon (1707-1788) sugirió que
algunas especies modernas habían
evolucionado mediante procesos
naturales.
Su idea no fue aceptada.
No proporcionaba un mecanismo que
explicara la evolución.
La Tierra no era lo suficientemente
antigua para permitir el proceso de
evolución.
Fósiles
Los fósiles mostraron que la vida había
cambiado a lo largo del tiempo.
Los fósiles son restos o impresiones
de organismos que vivieron en el
pasado.
La mayoría se encontraba en rocas
sedimentarias.
Tipos de fósiles. Cualquier parte o rastro de un organismo que
se conserva en una roca o en sedimentos es un fósil.
Fósiles de organismos extintos
Fósiles
Ciertos fósiles siempre se encontraban en
las mismas capas de roca.
La organización de los fósiles y de las capas
de roca era la misma en todos los casos.
Cuanto más profunda (antigua) era la capa,
los fósiles tenían características más
diferentes de los organismos modernos
Muchos fósiles pertenecían a organismos
extintos.
Explicaciones no evolutivas
Georges Cuvier (1769-1832) propuso la teoría del
catastrofismo que planteaba la siguiente
hipótesis:
Inicialmente se había creado una cantidad
inmensa de especies.
Una serie de catástrofes sucesivas produjeron las
capas de roca y destruyeron numerosas
especies, fosilizando así algunos de sus restos.
Los organismos del mundo moderno, según su
teoría, son las especies que sobrevivieron a las
catástrofes.
La Tierra es sumamente antigua
James Hutton (1726-1797) y Charles Lyell
(1797-1875) estudiaron los procesos geológicos
(las fuerzas del viento, el agua y los volcanes).
Desarrollaron la teoría del uniformitarismo (el
cambio geológico se produjo por acciones lentas y
continuas, similares a las que se presentan en la
actualidad).
Las formaciones rocosas reflejan ciclos repetitivos de
cambios geológicos que ocurren en amplios
períodos de tiempo.
Conclusiones:
La Tierra era más antigua de los 6,000 años que
proponían los teólogos.
Había suficiente tiempo para que ocurriera la
evolución.
Propuestas anteriores a Darwin
Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) propuso la
hipótesis de que los organismos evolucionan
mediante la herencia de características
adquiridas.
Los organismos vivos sufren modificaciones en
función del uso o desuso de algunas de sus
partes.
Estas modificaciones son heredadas a sus
descendientes.
El mecanismo de herencia de las características
adquiridas fue rechazado cuando se determinó
que las características adquiridas no se heredan.
Darwin y Wallace
Para mediados de la década de 1880, el concepto de
la evolución empezaba a ser aceptado.
En 1858 Charles Darwin y Alfred Russel Wallace, cada
uno por su cuenta.
Aportaron pruebas convincentes de que la fuerza
motriz del cambio evolutivo era un proceso
simple, pero poderoso.
Darwin y Wallace
Darwin y Wallace compartieron las experiencias
que moldearon su razonamiento.
Ambos estaban familiarizados con el registro fósil, que
mostraba tendencia hacia una mayor complejidad con el
paso del tiempo.
Ambos conocían los estudios de Hutton y Lyell, quienes
proponían que la Tierra es sumamente antigua.
Ambos habían viajado extensamente y habían estudiado una
asombrosa variedad de plantas y animales.
Encontraron que algunas especies diferían sólo en unos
cuantos aspectos.
Los pinzones de Darwin, residentes de las islas
Galápagos
Cada especie se
alimenta de un tipo
distinto de comida y
tiene un pico con un
tamaño y forma
característicos porque
la selección natural ha
favorecido a los
individuos más aptos
para explotar
eficientemente cada
fuente de alimento.
Más allá de las
diferencias en sus
picos, los pinzones
son muy parecidos.
Darwin y Wallace
•  Darwin y Wallace, cada uno por su parte,
propusieron que los organismos habían
evolucionado por selección natural.
•  Ambos presentaron artículos notablemente
similares ante la Linnaean Society de
Londres (1858).
•  En 1859, Darwin publicó su obra El origen
de las especies por medio de la
selección natural.
¿Cómo sabemos que ha habido
evolución?
•  Los fósiles ofrecen evidencias del cambio
evolutivo al paso del tiempo.
•  La anatomía comparada ofrece evidencia de que
la descendencia ha sufrido modificaciones.
•  Las etapas embrionarias de los animales
sugieren la existencia de antepasados comunes.
•  Los análisis bioquímicos y genéticos modernos
ponen de manifiesto el parentesco entre
diversos organismos.
•  En la actualidad, prácticamente todos los
biólogos consideran la evolución como un
hecho.
Evidencias de fósiles
Los fósiles de especies antiguas suelen
tener una forma más simple que las
especies modernas.
Series de fósiles muestran una evolución
de sus estructuras corporales con el
transcurso del tiempo.
Una de las series revela que las ballenas
modernas evolucionaron de
antepasados terrestres.
La evolución de la ballena
En los últimos 50 millones de años, las ballenas han evolucionado: de ser animales
terrestres de cuatro patas se convirtieron en remadores semiacuáticos, luego en
nadadores acuáticos con patas traseras encogidas, hasta llegar a convertirse en
habitantes del océano con el cuerpo liso que las caracteriza en la actualidad.
Anatomía comparada
•  Estructuras homólogas ofrecen pruebas
de un origen común.
•  Las estructuras homólogas son
estructuras que tienen el mismo origen
evolutivo, a pesar de las posibles
diferencias en cuanto a su función o
aspecto actuales.
•  Las extremidades anteriores de aves y
mamíferos son estructuras homólogas.
Estructuras homólogas
Pese a grandes diferencias en cuanto a función, las extremidades anteriores de todos estos
seres vivos contienen el mismo conjunto de huesos, heredados por evolución de un antepasado
común. Los huesos se muestran en diferentes colores para resaltar las correspondencias entre
las diversas especies.
Anatomía comparada
Las estructuras vestigiales son restos de
estructuras heredadas de los ancestros.
Desempeñaban importantes funciones en los
ancestros.
No tienen un propósito obvio en los
organismos modernos.
Las estructuras vestigiales incluyen:
Los molares de los vampiros.
Los huesos pélvicos de las ballenas y de
ciertas serpientes.
Estructuras vestigiales
Muchos organismos poseen estructuras vestigiales que no tienen función aparente. a) La
salamandra, b) la ballena y c) la serpiente heredaron los huesos de las extremidades
posteriores de un antepasado común; los huesos desempeñan una función en la salamandra,
pero son vestigiales en la ballena y la serpiente.
Anatomía comparada
Las estructuras análogas son
estructuras de apariencia
superficialmente semejante, pero
difieren en sus orígenes
evolutivos.
Las estructuras análogas incluyen las alas de aves e insectos.
La evolución convergente produce estructuras similares en
apariencia, pero que difieren anatómicamente.
Las estructuras análogas incluyen: Las
figuras aerodinámicas de focas y pingüinos.
Anatomía comparada
Las estructuras análogas son el resultado
de la evolución convergente, no de la
descendencia de un antepasado común.
La evolución convergente ocurre
cuando las presiones de ambientes
similares y la selección natural producen
estructuras semejantes (análogas) en
organismos remotamente relacionados.
Embriología
Todos los embriones de vertebrados muestran un
gran parecido entre sí en las primeras etapas de
su desarrollo.
Todos los embriones de vertebrados poseen genes que
impulsan el desarrollo de colas y hendiduras branquiales.
Estos genes fueron heredados de un ancestro común.
Al proseguir su desarrollo y llegar a adultos, sólo los peces
conservan las branquias.
Los seres humanos nacen sin branquias ni cola porque los
genes sólo están activos durante el desarrollo temprano del
embrión.
Embriología
Las etapas embrionarias ponen al descubierto
relaciones evolutivas
Etapas embrionarias tempranas de a) un lémur, b) un
cerdo y c) un ser humano presentan características
anatómicas sorprendentemente similares.
Bioquímica y genética
Todos los organismos comparten procesos
bioquímicos relacionados:
Todas las células emplean el ADN como
portador de la información genética.
Todas las células utilizan el ARN y
aproximadamente el mismo código genético
para traducir la información genética a
proteínas.
Bioquímica y genética
Todas las células emplean aproximadamente el
mismo conjunto de 20 aminoácidos para formar
proteínas.
Todas las células utilizan el ATP como portador de
la energía celular.
Las sorprendentes similitudes genéticas entre los
organismos sugiere una relación evolutiva.
Por ejemplo, la secuencia de nucleótidos de DNA del
gen del citocromo c en los humanos y en los
ratones es muy similar, lo que sugiere una
ascendencia compartida.
La semejanza molecular pone de manifiesto las relaciones evolutivas
Las secuencias de DNA de los genes que codifican el citocromo c en un humano y en un ratón.
De los 315 nucleótidos en el gen, 30 (resaltados en azul) difieren entre las dos especies.
¿Cómo funciona la selección natural?
•  La teoría de Darwin y Wallace
se basa en cuatro postulados.
•  La selección natural modifica
las poblaciones al paso del
tiempo.
Evolución por selección natural
Darwin y Wallace propusieron que la enorme
variedad de excelentes diseños de seres
vivos obedece a un proceso de tener
descendencia con modificaciones.
•  Los miembros de cada generación
difieren ligeramente de los miembros de
la generación anterior.
•  A lo largo de periodos prolongados, estos
pequeños cambios se acumulan y dan
origen a grandes transformaciones.
Evolución por selección natural
El proceso evolutivo propuesto se basa en cuatro
postulados acerca de las poblaciones:
Postulado 1: Los miembros individuales de una
población difieren entre sí en muchos aspectos.
Las variaciones surgen enteramente por el
azar, como resultado de las mutaciones
fortuitas en el ADN.
Las diferencias en muchas características
físicas son obvias y se extienden al nivel
molecular.
Evolución por selección natural
Diversidad en una
población de
caracoles:
Aunque todos
estos caracoles
son miembros de
la misma
población, no hay
dos iguales.
Evolución por selección natural
Postulado 2: Los caracteres se heredan de
padres a descendientes. Al menos algunas de
las diferencias entre los miembros de una
población se deben a características que
pueden transmitirse de los progenitores a la
descendencia.
Evolución por selección natural
Postulado 3. Algunos individuos no logran
sobrevivir y reproducirse.
En cada generación, algunos individuos de
una población sobreviven y se
reproducen con éxito, pero otros no.
Evolución por selección natural
Postulado 4: Los individuos con
características que les confieren
ventajas sobreviven más tiempo y
dejan el mayor número de
descendientes, un proceso que se
conoce como selección natural.
Evolución por selección natural
Las teorías de la herencia de Gregor Mendel (1865)
confirmaron el supuesto de Darwin de que ciertos
rasgos se heredan.
Las nuevas variaciones surgen enteramente por el
azar, como resultado de las mutaciones fortuitas
en el ADN.
Las nuevas variaciones pueden ser buenas, malas, o
neutras.
Las poblaciones evolucionan. La selección natural
actúa sobre los individuos de una población; sin
embargo, un individuo no evoluciona, pero una
población sí lo hace.
¿Qué pruebas se tienen de que las
poblaciones evolucionan por selección
natural?
La reproducción controlada modifica
los organismos.
La evolución por selección natural
ocurre en la actualidad.
Reproducción controlada
La selección artificial es la reproducción de
plantas y animales domésticos con el
propósito de obtener características
específicas deseables.
Los perros modernos descienden de los
lobos.
En unos cuantos miles de años, los humanos
produjeron artificialmente todas las razas
de los perros modernos.
La diversidad de los perros ilustra la selección artificial
Comparación de a) el perro ancestral (lobo gris, Canis lupus)
con b) diversas razas de perros en la actualidad. La selección
artificial practicada por los seres humanos ha dado origen a
grandes divergencias en el tamaño y forma de los perros en
sólo unos cuantos miles de años.
Reproducción controlada
Por medio de la selección artificial, los
humanos han creado una tremenda
variación en diversas especies en períodos
de tiempo relativamente cortos.
¿No es creíble entonces que cambios mucho
más notorios se podrían producir en
cientos de millones de años por medio de
la selección natural?
La selección natural en la actualidad
Algunos ejemplos incluyen:
•  El color de los gupis de la isla de
Trinidad.
•  La resistencia a los pesticidas.
•  Los experimentos de introducción
de las lagartijas Anolis sagrei.
Coloración
Las gupis hembras desean aparearse con los
machos de colores más brillantes; sin
embargo, estos tienen mayor probabilidad de
ser comidos por los depredadores.
En las zonas donde no hay depredadores, los
gupis machos tienen colores brillantes.
En aquellos lugares donde hay depredadores,
los gupis machos tienen colores menos
brillantes (los depredadores eliminaron a los
machos de coloración brillante antes de que
pudieran reproducirse).
Los gupis evolucionan para volverse más coloridos en ambientes libres de
depredadores
Los gupis machos (arriba) tienen colores más brillantes que las hembras
(abajo). Algunos gupis machos son más coloridos que otros. En algunos
ambientes los machos más brillantes son seleccionados naturalmente; en
otros, los machos menos vistosos son seleccionados.
Coloración
Conclusión : Cuando existen menos
depredadores, la coloración brillante puede
evolucionar.
La conclusión fue confirmada
Se introdujeron depredadores en áreas
donde antes no había (los machos
tenían colores brillantes).
En pocas generaciones, los gupis machos
de esas áreas evolucionaron para
volverse menos coloridos.
Resistencia a los pesticidas
Numerosas plagas de insectos se vuelven
resistentes a los plaguicidas.
Las cucarachas desarrollaron resistencia al
Combat®, un cebo envenenado que actuó
como agente de selección natural.
Las cucarachas resistentes habían heredado
una rara mutación que hacía que les
disgustara la glucosa, un tipo de azúcar
que está presente en el jarabe de maíz que
se utilizaba como cebo en el Combat®.
Experimentos
Pequeños grupos de la lagartija Anolis sagrei fueron
introducidos en 14 pequeñas islas de las
Bahamas que tenían pocos árboles y arbustos de
escasa altura.
Los lagartos originales provenían de Cayo
Staniel, una isla con vegetación alta que incluía
abundantes árboles.
Sus largas patas estaban adaptadas para trepar
esos árboles.
Los lagartos introducidos prosperaron y se
reprodujeron.
Experimentos
Despues de 14 años, se compararon los
lagartos de las islas Bahamas con los de
Cayo Staniel.
En las 14 islas experimentales, los lagartos
tenían patas más cortas y delgadas.
Experimentos
Conclusión: Los individuos con patas más cortas y
delgadas evolucionaron porque así podían escapar
mejor de los depredadores en su nuevo ambiente que
sus ancestros de patas largas.
Selección natural de fenotipos
1. 
2. 
Las variaciones en las que se apoya la selección
natural son producto de mutaciones fortuitas.
La selección natural elige los organismos mejor
adaptados a un medio determinado.
Si el ambiente cambia, un rasgo antes favorable, podría
tornarse desfavorable.