El origen de las especies por medio de la selección natural






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fecha de publicación03.02.2016
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DEPTO ADMINISTRACIÓN EDUCACION MUNICIPAL

COLEGIO INTEGRADO EDUARDO FREI MONTALVA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS – BIOLOGÍA

MÓDULO DIFERENCIAL DE CUARTO AÑO MEDIO


VARIABILIDAD, EVOLUCIÓN Y ADAPTACIÓN
INTRODUCCIÓN.
Hoy en día, se entiende por Evolución orgánica o biológica la lenta acumulación de cambios hereditarios que se producen en las poblaciones, como resultado de transformaciones en su composición genética a lo largo de varias generaciones de individuos. El concepto de evolución es el pilar central de la biología pues permite integrar las diferentes ramas de la biología formando un árbol común de conocimientos. La evolución se convirtió en una teoría, coherente y capaz de unificar a toda la ciencia biológica, a partir del trabajo de Charles Darwin Y su obra “El origen de las especies por medio de la selección natural”, en 1859.
2. EVIDENCIAS DEL PROCESO EVOLUTIVO.



  1. Registro fósil. El registro fósil revela una sucesión de patrones morfológicos en las que las formas más simples generalmente preceden a las más complejas. Huesos, huevos, dientes, troncos, hojas, huellas, de especies extintas han llegado a nuestros días en formas de fósiles. Los estratos geológicos son ahora fechados por el análisis de isótopos radiactivos contenidos en los cristales de rocas ígneas (roca formada de material fundido) asociadas con estratos determinados. Estas mediciones demuestran de manera concluyente que la edad de la tierra está cercana a los 5.000 millones de años, por lo tanto la tierra es lo suficientemente vieja para que la evolución haya podido producir la diversidad de organismos observada. Por otra parte, suministra las herramientas para estimar las edades relativas de varias rocas y de los fósiles contenidos en ellas.




  1. Anatomía comparada. Las evidencias surgen de las homologías, analogías y estructuras vestigiales. Órganos Homólogos: Se refiere a que especies o grupos diferentes de organismos vivos presentan el mismo plan estructural de un órgano, a causa de un origen embriológico y herencia común, pero se emplean para funciones diferentes. Ej.: son órganos homólogos las extremidades anteriores de los vertebrados, es decir, el brazo del hombre, con la pata de un caballo, con el ala de un murciélago, con la aleta de una foca y ballena y con la pata o aleta de una tortuga. Todas las extremidades anteriores de vertebrados descritas se usan para diferentes funciones, pero tienen la misma secuencia y disposición de los huesos en su plan estructural (Figura 2).




  1. Desarrollo embrionario. A principios del siglo XVIII, el alemán Kart Baer observó que todos los embriones de los vertebrados se observaban bastante similares en las etapas tempranas de su desarrollo. Los peces, las tortugas, los pollos, los cerdos y los humanos desarrollaban calas y ranuras branquiales el inicio de su desarrollo. Sólo los peces siguen adelante y desarrollan las branquias, y los peces, tortugas y cerdos retienen las colas verdaderas. ¿Por qué vertebrados tan diversos tienen etapas del desarrollo tan similares? La explicación es que los vertebrados poseían genes que dirigían el desarrollo de branquias y colas. En humanos dichos genes están activos sólo durante las primeras etapas del desarrollo.




  1. Biología Molecular. Los avances de la biología molecular han puesto de manifiesto las abundantes homologías que presentan seres vivos tan evolutivamente alejados entre sí como una bacteria y un mamífero. También las nuevas tecnologías permiten analizar homologías en secuencias de ADN entre especies próximas. Hoy con las técnicas y conocimientos derivados del Proyecto Genoma Humano, se espera de la biología molecular un aporte sustantivo, al estudio evolutivo.

  • Todos comparten el mismo código genético.

  • Todos comparten los ácidos nucleicos y los procesos básicos de la expresión génica.

  • Los planes metabólicos generales de todos los seres vivos, es decir, las reacciones químicas básicas necesarias para la asimilación y aprovechamiento de los nutrientes son muy semejantes.


3. TEORÍA DE LAMARCK.
J.B. Lamarck (1744-1829), propuso la primera teoría científica de la evolución. Según él, las variaciones del ambiente producen en los organismos la necesidad de cambiar sus propias estructuras con el fin de satisfacer las nuevas demandas ambientales. La “necesidad crea al órgano” y es su “uso o desuso” lo que determina su posterior perfeccionamiento o atrofia (principio del uso y desuso). Las características entonces adquiridas se transmiten de generación en generación, de modo tal que si la variación prosigue, la descendencia irá acentuando el cambio hasta lograr una modificación orgánica definitiva (principio de la herencia de los caracteres adquiridos), que mediante un lento y gradual proceso de cambio permite la aparición de una nueva especie. Lamarck, para apoyar su teoría, cita el famoso ejemplo de las jirafas que necesitaban cuellos largos para alcanzar su alimento desde el follaje de las ramas superiores de los árboles, característica heredada a través de las generaciones, haciéndose los cuellos de las jirafas cada vez más largos.
4. TEORÍA DE DARWIN-WALLACE: FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y HECHOS.
Medio siglo después que Lamarck publicara su teoría, Charles Darwin entrega al mundo su obra principal, publicada en 1859, titulada:” Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural o la preservación de las variedades mejor adaptadas en la lucha por la vida”. Darwin, mientras acumulaba los datos que le permitieron apoyar su obra, recibió un resumen de los trabajos de A. R. Wallace, quien trabajando de modo absolutamente independiente, había llegado a las mismas conclusiones respecto del proceso evolutivo y de los mecanismos de cambio gradual en los seres vivos. La teoría de Darwin se puede sintetizar en dos tesis principales:


  1. Todas las especies vivientes y extintas, habrían descendido, sin interrupción, desde una o varias formas ancestrales de vida.




  1. El cambio evolutivo es generalmente gradual y es causado primordialmente por la Selección Natural (“Principio de sobrevivencia de los más aptos”), cuyo resultado es lograr la adaptación de los individuos a su ambiente.


El proceso de selección natural actúa gradual y progresivamente en los individuos que presentan variabilidad biológica, “seleccionando” aquellas características que resulten ser “más adecuadas” (adaptativas) a las condiciones ambientales imperantes, de modo tal que al ser heredadas a sus propios descendientes, ellos se vuelven cada vez “más adaptados” a su medio. Aquellas características de los individuos que disminuyen su viabilidad y potencial reproductivo, tienden a ser eliminadas, conjuntamente (y afortunadamente) con los individuos que la portan. La herencia de las pequeñas variaciones escogidas por la selección son la fuente de la evolución continua y gradual de los seres vivientes. El mecanismo de la selección natural Darwiniana fue propuesto como resultado de la observación de cuatro hechos del mundo natural:


  1. Las poblaciones naturales tienen la capacidad de producir más individuos de los que llegarán a la madurez biológica (Sobreproducción).




  1. Los individuos que forman parte de las poblaciones naturales muestran una evidente variabilidad biológica (Variación).




  1. Como resultado del aumento poblacional y la consiguiente escasez de recursos, se produce una competencia entre los individuos por tales recursos (“Lucha por la existencia”).





  1. Aquellos individuos con características más favorables tienen mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse transmitiendo a sus propios descendientes aquellas características que los hicieron ser individuos más exitosos. (Éxito reproductivo diferencial). De este modo, la selección natural logra que los individuos se adapten cada vez mejor a su medio ambiente y que al acumularse en el tiempo estas pequeñas modificaciones en poblaciones geográficamente separadas, se puedan originar nuevas especies. Si bien esta teoría es bastante satisfactoria, quedaron varias interrogantes sin ser respondidas por el propio Darwin; no supo explicar por qué varían los individuos de una misma población ni cómo son transferidas las características adaptativas de una a otra generación de individuos. Nótese que cuando Darwin publicó su obra, el trabajo de Mendel que establecía las bases de la genética moderna, era desconocido, puesto que si bien lo publicó en 1865, fue ignorado por todos hasta 1900.


5. TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCIÓN (TEORÍA NEODARWINISTA).
Para explicar las interrogantes dejadas por la teoría darwinista de la evolución, se propuso una nueva teoría, actualmente aceptada, llamada teoría Sintética o Neodarwinista de la evolución. La teoría neodarwinista combina las ideas principales de Darwin integrándolas con los conceptos actualizados de la genética de poblaciones, biología celular y la bioquímica. Según esta teoría, el proceso evolutivo reconoce a la variación heredable, la selección natural y el aislamiento reproductivo como sus principales causas, las que operan estrechamente unidas entre sí. Esta teoría propone que:


  1. La variación biológica heredable observada por Darwin en las poblaciones es el resultado de variados fenómenos que afectan su pool génico (conjunto total de genes de todos los individuos de dicha población), como por ejemplo:

  • Cambios espontáneos y azarosos en las secuencias nucleotídicas del material genético (por mutaciones de genes).

  • Flujos azarosos de genes desde ó hacia la población de individuos (por migraciones).

  • Reordenamientos azarosos de genes durante la gametogénesis (por meiosis).




  1. La variación biológica heredable puede ser transferida a la descendencia pues los genes en que se encuentra almacenada son transportados por los gametos que originan a los cigotos de los cuales surgen los individuos de la población (herencia genética).




  1. La selección natural actúa sobre los fenotipos de la población preservando aquellas características más ventajosas para las condiciones ambientales imperantes, haciendo que las poblaciones se adapten más y mejor a su medio. La selección natural la podemos definir como una fuerza evolutiva anti-azarosa, que al actuar sobre los fenotipos, produce una reproducción diferencial de los genes presentes en los individuos, modificando así, las frecuencias con que ellos se encuentran en el pool génico de la población.




  1. Si por aislamiento reproductivo se impide el flujo de genes entre la población de individuos seleccionados y la población original desde la cual ellos emergen, entonces se produce la aparición de una nueva especie (especiación biológica).


6. BASES GENÉTICAS DE LA EVOLUCIÓN
Uno de los avances más significativos que han ocurrido en la biología ha sido el establecimiento de la base genética de la evolución. Esta teoría y la genética mendeliana sólo se reconciliaron entre sí cuando los biólogos dejaron de pensar en términos de organismos y genotipos individuales y comenzaron a pensar en términos de poblaciones, genes y alelos. Aunque la selección natural actúa en los individuos determinando cuáles de ellos sobrevivirán para reproducirse, los individuos no evolucionan durante su vida. Son las poblaciones las que sufren el cambio evolutivo en el transcurso de muchas generaciones, cuando los individuos que la constituyen sobreviven y se reproducen a diferentes velocidades.
La genética de poblaciones es la rama de la genética que estudia la frecuencia, distribución y herencia de los alelos en las poblaciones. En la actualidad, esta disciplina es el campo que proporciona mayor sustento a la teoría de Darwin. Recordemos que las diferentes formas de un gen son llamadas alelos y pueden existir, alternadamente, ocupando un mismo locus. Sin embargo, un individuo en particular sólo puede poseer algunos de los alelos del total de ellos presente en la población a la que pertenece. La suma de todos los alelos encontrados en una población constituye el pool génico (también llamado acervo genético). Éste contiene la variabilidad genética que caracteriza a todas las poblaciones de seres vivos. Por otra parte, se define población mendeliana a toda población que se cruza entre sí localmente, dentro de una misma área geográfica.
Pero,... ¿cómo se mide la variabilidad genética de una población mendeliana? Para medir con precisión el pool génico de una población es necesario precisar tanto sus frecuencias alélicas como sus frecuencias genotípicas. Se define la frecuencia alélica (también llamada frecuencia génica) como la proporción relativa de un alelo en el pool génico de la población. Así, por ejemplo, si en una población de arvejas el rasgo color de la semilla es mendeliano, siendo el fenotipo amarillo dominante y el verde recesivo, habrán semillas amarillas que portan el alelo dominante A ya sea en condición homocigótica (AA) ó en condición heterocigótica (Aa). En cambio las semillas verdes portarán solamente el alelo recesivo a en condición homocigótica (aa). Las frecuencias de los alelos A y del alelo toman algún valor entre 0 y 1. Es 0 si el alelo no se encuentra en el pool génico de la población y es 1 si se encuentra presente en ambos locus de todas las plantas de arveja diploides de la población. En la población, la frecuencia del alelo A se representa como p y la del alelo recesivo a se representa como q. Entonces, se tiene que:
p + q = 1 p = 1 – q o q = 1 - p
Una población que no evoluciona, es decir, que tiene las mismas frecuencias alélicas de generación en generación, se dice que está en equilibrio de Hardy-Weinberg, entonces se cumple que la suma de la frecuencia p y q de los alelos que controlan un mismo rasgo es constante e igual a uno.
7. EL PRINCIPIO DE HARDY-WEINBERG.
Esta ecuación permite conocer las frecuencias alélicas para una población que se encuentra en equilibrio genético, pues si se conoce el valor de q se puede llegar al valor de p y viceversa: Se trata entonces de una población ideal, puesto que las poblaciones en la naturaleza rara vez alcanzan las condiciones limitantes necesarias para mantenerlas en dicho equilibrio. Las siguientes son las condiciones fundamentales que se presumen para que se cumpla este equilibrio genético en la población:


  1. El tamaño de la población debe ser grande (en teoría, infinita) lo cual impide la aparición de deriva génica.




  1. El apareamiento entre los individuos debe ser aleatorio.




  1. No debe existir migración entre poblaciones que alteren las frecuencias en que se encuentran los alelos. Es decir, no pueden sumarse o restarse genes a la población.




  1. No deben ocurrir mutaciones, es decir, cambios en los genes desde un estado alélico a otro.




  1. No puede existir selección natural, pues se presume que todos los individuos de la población tienen iguales probabilidades de sobrevivencia y de reproducción.


Cuando una o más de estas condiciones no se cumple(n), se rompe el equilibrio de Hardy-Weinberg, y la población experimenta cambios evolutivos
8. MICROEVOLUCIÓN: CAMBIOS EN LA ESTRUCTURA GENICA DE LAS POBLACIONES.
Se llama microevolución al proceso por el cual se forman nuevas especies a partir de cambios en el pool génico de una población. Los agentes microevolutivos que pueden cambiar las frecuencias alélicas y genotípicas en una población son: (note que éstas son las variables que impiden a las poblaciones permanecer en equilibrio genético de Hardy- Weinberg).


  1. Mutaciones: Son cambios bruscos y azarosos, no direccionales, en el material genético. Las tasas de mutaciones son muy bajas para la mayoría de los locus de los cromosomas que han sido estudiados. Ellas son la materia prima de los cambios evolutivos, introduciendo las variaciones sobre las que actúan las otras fuerzas evolutivas.




  1. Flujo génico: Ocurre cuando los individuos que migran se cruzan dentro de la nueva población que los acoge. Estos individuos pueden agregar o quitar alelos al pool génico de una población o, por otra parte, pueden cambiar las frecuencias de los alelos ya presentes en ella.




  1. Deriva genética aleatoria: La producen acontecimientos azarosos que alteran las frecuencias alélicas de una población. Tiene su mayor impacto en poblaciones pequeñas pues en ellas, por ejemplo, un alelo con baja frecuencia génica por simple azar puede perderse, al pasar de una a otra generación.




  1. Apareamiento no aleatorio: Es aquel que se produce en una población cuando no todos sus integrantes están llamados a la reproducción, alterando de este modo las frecuencias en que se encuentran los distintos alelos que constituyen el pool génico de dicha población.




  1. Selección natural: Consiste en la reproducción diferencial de los individuos que poseen distintos rasgos observables (y por lo tanto distintos genotipos). Esto significa que los individuos mejor adaptados y que tienen ciertos alelos dejan más descendientes que otros individuos con alelos diferentes menos adaptativos.


9. SELECCIÓN NATURAL.
La selección natural es la fuerza directriz no azarosa de la evolución, que actúa sobre las poblaciones naturales, favoreciendo la sobrevivencia y éxito reproductivo de los individuos mejor adaptados al cambio ambiental. Según los rasgos fenotípicos favorecidos en una población, a lo largo del tiempo, se reconocen tres formas básicas de selección:


  1. Selección estabilizadora: Es aquella que favorece a los individuos que poseen un valor “promedio” para una característica cualquiera. En la naturaleza la velocidad de la evolución suele ser muy baja, pues la selección natural normalmente es estabilizadora.




  1. Selección direccional: Es aquella que favorece a los individuos que presentan un fenotipo extremo con respecto a la media de la población. Si esta selección opera en el curso de muchas generaciones dará como resultado una tendencia evolutiva dentro de la población




  1. Selección disruptiva: Es aquella que favorece en forma simultánea a individuos situados en ambos extremos fenotípicos de la población. Esto significa que dos o más fenotipos están mejor adaptados que el intermedio entre ellos. Este tipo de selección, aparentemente, es escasa en la naturaleza. escanear0001.jpg



10. ADAPTACIÓN: RESULTADO DE LA SELECCIÓN NATURAL.
En términos evolutivos, las adaptaciones son el resultado del proceso de selección natural. Como la selección natural implica interacciones entre organismos individuales, su ambiente físico y su ambiente biológico, algunas adaptaciones pueden correlacionarse claramente con presiones selectivas dadas por factores ambientales o por las relaciones que se establecen con otros organismos. Hay casos en que las adaptaciones son el resultado de diversas presiones selectivas no tan fáciles de visualizar a primera vista. Existe una estrecha relación entre las características propias de los organismos y el ambiente particular en que estos viven. Esta relación incluye rasgos relacionados con la forma de alimentación, mecanismos de locomoción, y aquellos atributos que permiten a los organismos aprovechar o tolerar las diversas condiciones de los ambientes que habitan. Así, especies que habitan normalmente en ambientes desérticos presentan ciertas características que les permiten sobrevivir con mayor éxito en esos lugares que en otros, como mecanismos para retener agua, para evitar o tolerar la alta radiación solar; o formas de conseguir su alimento.
Una adaptación es cualquier rasgo (o grupo asociado de caracteres) heredable, cuya presencia en un individuo incrementa la posibilidad de sobrevivencia y reproducción, bajo un determinado conjunto de condiciones ambientales.
11. ESPECIE Y ESPECIACIÓN
Se llama especiación a los mecanismos microevolutivos por los cuales surgen nuevas especies de seres vivos, a partir de especies pre-existentes. La especiación ocurre cuando una población queda en aislamiento reproductivo respecto de otros miembros de su especie. Con el tiempo los acervos génicos de ambas poblaciones comienzan a divergir en su composición. Cuando una población es lo suficientemente diferente de su especie ancestral al grado de que no hay intercambio genético entre ellas, se dice que ha ocurrido la especiación. Es posible clasificar la especiación en alopátrida y en simpátrida:


  1. Especiación alopátrida (alos = diferente, patri = patria).




  1. Especiación simpátrida (sym = juntos, patri = patria).


12. MACROEVOLUCIÓN: CLASES DE EVOLUCIÓN.
El origen de las categorías superiores de clasificación sobre el nivel de especie (género, familia, orden, clase, phylum o división) se conoce como Macroevolución. La Macroevolución no es un proceso lineal, sino que implica normalmente una divergencia evolutiva. El desarrollo de líneas evolutivas divergentes originadas a partir de un ancestro común de adaptación general, involucra un proceso de adaptación especial a nuevas subzonas, logrando romper las barreras ecológicas que ellas le presentan. Los tipos son:


  1. Coevolución.




  1. Evolución convergente (paralelismo).




  1. Evolución divergente.







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