Germán Tenorio

Biología NS-Diploma BI

Tema 4. Evolución y biodiversidad4.1 Pruebas de la evolución

Idea Fundamental: Hay pruebasabrumadoras de la evolución de lavida en la Tierra.

IMAGEN: http://liberalvaluesblog.com

Para empezar Veamos el siguiente video y discusión en parejas.

Programación del subtema

Comprensión Aplicaciones Habilidades

Evolución Melanismo en insectos de áreas contaminadas

Registro fósil, selección artificial, estructuras homólogas

Extremidad pentadáctila

Aparición de nuevas especies

Variación continua enlas poblaciones

Evolución La evolución se produce cuando las características hereditarias de

una especie varían a lo largo del tiempo, siendo el mecanismo quedirige el proceso evolutivo la selección natural.

IMAGEN: evolution.berkeley.edu/

A pesar del peso de las pruebasexistentes de la evolución de losseres vivos por selección natural,existe cierta disconformidad entrealgunos grupos religiosos.

Las mayores objeciones estánrelacionadas con el hecho de quelas especies puedan evolucionar,más que con el mecanismo queinevitablemente causa que lasespecies evolucionen.IMAGEN: http://www.lordsbcc.org

Evolución

IMAGEN: evolution.berkeley.edu/

Existen multiples y diferentes pruebas que evidencian la evolución de losseres vivos, entre las que destacan el registro fósil, la cría selectiva ylas estructuras homólogas.

Video2

Evidencia del registro fósil El resgistro fósil proporciona pruebas de la evolución.

IMAGEN: recursos.cnice.mec.es

La Paleontología es la ciencia queestudia e interpreta el pasado de la vidaen la Tierra a través de los fósiles.

Los fósiles únicamente se encuentran enrocas sedimentarias (ni ígneas nimetamórficas), las cuales se forman poracumulación de estratos.

Evidencia del registro fósil

IMAGEN: recursos.cnice.mec.es

La mayoría de organismos se descomponen al morir, ya que se requieren unaserie de condiciones para su preservación, como poca humedad, ambienteanaerobio, etc.

Solo las partes duras, como huesos o dientes, son susceptibles de sufrirfosilización. Este proceso es menos probable en áreas húmedas, donde losácidos orgánicos de la vegetación pueden disolver las sales cálcicas.

Web1Video 3

Evidencia del registro fósil

El registro fósil ha demostradoque la secuencia en la queaparecen los fósiles concuerdacon la secuencia en la que seespera que hayan evolucionado.

Así, los registros de fósiles debacterias y algas simples son losprimeros en aparecer (hace unos3 500 Ma), seguidos de hongos,plantas y animales. Losmamíferos placentariosaparecieron hace 110 Ma.

La secuencia también concuerdacon la ecología de los grupos,apareciendo los fósiles de plantasadecuadas para la polinizaciónpor insectos antes que los de losinsectos polinizadores.

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Evidencia del registro fósil Se conocen muchas

secuencias de fósiles, lascuales permiten establecerconexiones entre losorganismos existentes y susposibles ancestros.

Un ejemplo es el de losmiembros del género Equus,como los caballos y cebras,los cuales estánestrechamente emparentadoscon los rinocerontes. Así, unaextensa secuencia fósil quellegue hasta hace unos 60millones de años, permite verque todos están relacionadoscon Hyracotherium, un animalsimilar al rinoceronte.

IMAGEN: upload.wikimedia.orgVideo4

Selección artificial

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El hombre ha criado de formadeliberada determinadas especiesanimales a lo largo de miles de años.

Si se compara el aspecto del ganadodomesticado con el de las especiessalvajes, las diferencias son notables ynumerosas.

Las especies domesticadas no hanexistido siempre como lo sonactualmente, sino que son el resultadode una selección y cría selectiva deaquellos individuos más adecuados paralos usos y fines humanos. Este procesose denomina selección artificial.

IMAGEN: fotonatura.org

Selección artificial

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La efectividad de la selección artificial se pone de manifiesto al observarlos considerables cambios que los animales domésticos han acumulado alo largo de periodos de tiempo relativamente cortos, comparado con eltiempo geológico.

Por tanto, puedeafirmarse que lacría selectivade animalesdomesticadosdemuestra quela selecciónartificial puedecausarevolución.

Darwin apuntaba en su libro “El Origen de las Especies” que algunas de lassimilitudes que se observan en las estructuras de diferentes organismos,son superficiales, como son las alas de un insecto y de un ave.

Estas estructuras análogas se definen como aquellas que no derivande un ancestro común, por lo que no poseen necesariamente la mismaestructura, pero que tienen una función similar, constituyendo un ejemploevolución convergente.

Aves, insectos y murciélagosutilizan alas para volar, yaunque todos pertencen al ReinoAnimal, no se encuentran en elmismo clado, simplemente porsu habilidad para volar.

Otro ejemplo de característicasanálogas son la aletas deorganismos acuáticos, comodelfines (mamífero) y tiburones(escuálido).

Estructuras análogas y evolución covergente

La evolución convergente se manifiesta por la presencia deestructuras similares o iguales en especies que pertenecen a líneasevolutivas distintas (no comparten un ancestro común).

Estos caracteres similares que hanevolucionado de formaindependiente para llevar a cabo lamisma función como adaptación almedio en el que viven, sedenominan estructuras análogas.

Ejemplos de estructuras análogas,es decir, misma función perodiferente origen ancestral, son lasalas de un insecto y las de unmurciélago para el vuelo, la formafusiforme de un tiburón y un delfínpara la natación, o lasextremedidades delanteras delarmadillo y oso hormigero paraexcavar.

Estructuras análogas y evolución covergente

En otros casos, las especies que una vez estuvieron estrechamenterelacionadas presentan estructuras homólogas con funcionesdiferentes. Por ejemplo, al comparar la aleta de un delfín con el ala de unmurciélago, es difícil imaginar que tienen un ancestro común que losemparenta, lo que constituye un ejemplo de evolución divergente.

En ambos tipos de evolución, es el proceso de selección natural el quepermite a los organismos adaptarse a su ambiente de forma en la que lohan hecho.

Estructuras homólogas y evolución divergente

La evolución divergente semanifiesta por la presencia deestructuras diferentes enespecies que pertenecen a la mismalínea evolutiva (comparten el mismoancestro).

Estos caracteres diferentes que hanevolucionado independientementepara llevar a cabo distinta funcióncomo adaptación al medio en el queviven, se denominan estructurashomólogas.

Ejemplos de estructurashomólogas, es decir, distinta funciónpero mismo origen ancestral, son laaleta de un delfín para nadar y el alade un murciélago para volar, y engeneral, la extremidad pentadáctilaen los verterados.

Estructuras homólogas y evolución divergente

Órganos análogos versus homólogosÓrganos análogos Órganos homólogos

Misma función Distinta función

Difieren en su estructura Similares en estructura

No comparten un ancestro común (evolución convergente)

Comparten un ancestro común (evolución divergente)

Ejemplos: Aletas de delfín, pingüino y tiburón.

Ejemplos: Extremidad pentadáctila en vertebrados

Evolución convergente versus divergente

Evolución convergente Evolución divergente

Explican las relaciones existentesentre organismos con estructurascon igual función

Explican las relaciones existentes entre organismos con estructuras con igual

forma

No comparten un ancestro común Comparten un ancestro común

Poseen estructuras análogas Poseen estructuras homólogas

No poseen una estructura básicaancestral, pero se han adaptado deformas similares

Poseen la estructura básica ancestral,que ha sido modificada de diferentesformas

Organismos que se han adaptado amedios o nichos ecológicossimilares

Organismos que se han adaptado amedios o nichos ecológicos diferentes

Poseen estructuras con diferenteforma y misma función

Poseen estructuras con similar formapero diferente función

Ejemplos: Ala de un ave y la de uninsecto

Ejemplos: Extremidad pentadáctila envertebrados

El quiridio o extremedidad pentadáctila de las extremedidas dediversos animales, tales como mamíferos, aves, anfibios y reptiles, todosellos con distintos métodos de locomoción, constituye un ejemplo deestructura anatómica homóloga.

La extremidad pentadáctila consiste de las siguientes estructuras:

Extremidad anterior Extremidad posterior

húmero

cúbito + radio

carpianos

metacarpianos

+ falanges

fémur

tibia + peroné

tarsianos

metatarsianos

+ falanges

pie

tobillo

muslo

parte inferior pierna

Mano/pie

muñeca

parte superior brazo

antebrazo

dígitos

APLICACIÓN: Comparación extremidad pentadáctila

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La longitud relativa y el grosor así como el número de huesos y la funciónpuede variar, pero el patrón general de huesos o una modificación delmismo está presente en todos los anfibios, reptiles, aves y mamíferos,pudiendose concluir que estos organismos que comparten estasextremidades poseen un ancestro común.

Los reptiles, como el cocodrilo,caminan o reptan sobre tierra, yusan sus palmeadas extremidadesposterior para nadar.

Las aves, usan sus extremidadesposteriores para caminar y lasanteriores para volar o nadar(pingüino).

Los anfibios, como la rana, usan suscuatro extremidades para caminar, perosolo las posteriores para saltar.

Algunos mamíferos usan sus cuatro extremidades para caminar (caballo),pero otros usan las anteriores para nadar (ballena) o volar (murciélago).

APLICACIÓN: Comparación extremidad pentadáctila

IMAGEN: upload.wikimedia.org

NATURALEZA CIENCIAS: Búsqueda de patrones,

tendencias y discrepancias Las extremidades de los

vertebrados son usadas demuchas y variadas formas, talescomo para caminar, correr, saltar,volar, nadar, agarrar o cavar.

Tras analizar la extremidadpentadáctila, queda claro quea pesar de lo variado de suuso, hay característicascomunes en la estructuraósea de las extremidadesde los vertebrados, lo queindica que comparten unancestro común.

NATURALEZA CIENCIAS: Búsqueda de patrones,

tendencias y discrepancias

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Estas funciones diferentes requieren de articulaciones que funcionen deforma diferente, a diferentes velocidades de movimiento y aplicandodiferente fuerza, por lo que sería razonable esperar que dichasextremidades tuvieran una estructura ósea diferente.

Sin embargo, todos poseen una misma estructura común que seencuentra en las extremidades de todos los vertebrados.

Patrones como ésterequieren de unaexplicación, como sería eneste caso, el haberevolucionado a partir de unancestro común. Comoconsecuencia, la estructuraósea común de lasextremidad pentadáctila delos vertebrados se haconvertido en una evidenciade la evolución.

Si dos poblaciones de una misma especie llegan a separarse de maneraque no se reproducen entre ellas y la selección natural actúa de formadiferente, evolucionarán de forma diferente.

Las características de ambas poblaciones divergirán gradualmente demanera que con el tiempo ambas poblaciones llegarán a serreconociblemente diferentes.

Si ambas poblacionesvolvieran a ponerse encontacto en el furturo ytuvieran la oportunidad dereproducirse (aparearse),no podrían, evidenciandoque han evolucionado aespecies diferentes. Eseproceso se denominaespeciación.

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Especiación por divergencia

El proceso de especiación suele ocurrir después de que una población deuna especie emigre a una isla (radiación adaptativa), lo que explica elelevado número de especies endémicas existentes en las islas.

Una especie endémica es una especie que solo se localiza en undeterminado área geográfica, como el lince ibérico en la peninsula ibérica.

Un claro ejemplo en el que las poblaciones de una especie pueden irdivergiendo gradualmente en especies separadas por evolución, loconstituye el lagarto de lava, una especie de lagarto endémica de lasIslas Galápagos, que junto con otras seis especies emparentadas sepueden encontrar en todas las principales islas de las Galápagos.

IMAGEN: https://upload.wikimedia.org

Especiación por divergencia

Se cree queestas especiesdiferentesdescienden deun antepasadocomún deSudamérica.

Otro ejemplo de especiación pordivergencia es el de los pinzonesque habitan en las Islas Galápagos,los cuales descienden de un solo tipode pinzón ancestral del continente.

Las poblaciones en las diferentes islasestaban sometidos al proceso deselección natural, adaptándose alhábitat natural de su isla.

Con el tiempo, las diferentespoblaciones se volvieron tan diferentesgenotípicamente que ahora, cuandopor casualidad llegan a residir en lamisma isla, no se cruzan entre ellas ypor tanto, son especies separadas.

Existen evidencias de que los pinzonesreconocen la forma de los picos de sumisma especie en el ritual de cortejo,rechazando pretendientes con el picoincorrecto (barrera de conducta).

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Especiación por divergencia

Evolución de estructuras homólogas por radiación adaptativa Como se ha comentado, la especiación por divergencia suele ocurrir por

radiación adaptativa, mediante la cual, muchas especies similares perodistintas, evolucionan relativamente rápido a partir de una única especieancestral o de un pequeño número de especies ancestrales.

Estas nuevas especies similares comparten estructuras denominadashomólogas, al ser estructuralmente similares que poseen un mismoorigen, aunque lleven a cabo diferentes funciones.

La evolución de las estructuras homólogas por radiación adaptativaexplica las similitudes estructurales cuando hay diferencias funcionales.

La radiación adaptativa sucedecuando una especie se introduce enun ecosistema donde existenmuchos nichos ecológicos diferentessin ocupar. Una vez que la especieoriginal se ubica y sobrevive endistintos medios, da como resultadola especiación con distintosfenotipos, que son las adaptacionesa esos distintos nichos ocupados.

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Si las poblaciones de una misma especie gradualmente divergen a lo largodel tiempo hasta llegar a separarse en especies diferentes, sería esperablepoder encontrar ejemplos de todos los tipos de divergencia.

De hecho, esto es lo que encontramos en la naturaleza, tal como puso demanifiesto Darwin en su libro “El Origen de las Especies”.

Un claro ejemplo loconstituye unas especiesde urogallo denominadaslagópodo rojo, propio delnorte de UK, y ellagópodo del sauce,propio de Noruega.

Algunas veces se clasificancomo especies separadasmientras que otras se lesclasifica como variedades osubespecies del lagópodocomún (Lagopus lagopus).

Divergencia gradual y patrones de distribución geográfica

IMAGEN: armchairanglophile.com

IMAGEN: en.wikipedia.org

Un ejemplo lo constituye lassalamandras de California, formadaspor un conjunto de 7 subespeciessurgidas a partir de una poblaciónancestral del norte de California.

Divergencia gradual y patrones de distribución geográfica Debido a que las especies pueden diferenciarse (separarse) a lo largo de

grandes periodos de tiempo, el momento en el que decidir cuandoconsiderarlos como especies diferentes, puede ser arbitrario.

Por tanto, la variación continua a través de una zona de distribucióngeográfica de poblaciones relacionadas coincide con el concepto dedivergencia gradual.

IMAGEN: evolution.berkeley.edu

APLICACIÓN: melanismo industrial La presencia de formas oscuras en muchas especies de lepidópteros en

regiones urbanas afectadas por la contaminación se denominamelanismo industrial.

El melanismo industrial de la polilla del abedul (Biston betularia) durantela Revolución Industrial en Inglaterra (1850) ha sido citado como unosde los mejores ejemplos de evolución por selección natural.

Estas especies de polilla pueden tener un fenotipo de color gris (typica)o bien una forma melánica de color negro (carbonaria).

Antes de la RevoluciónIndustrial, las polillas decolor gris pasabaninadvertidas para lospájaros depredadores, alquedar ocultas cuandoestaban sobre el troncocubierto de líquenes delabedul.

Como consecuencia, laspolillas oscuras eran presafácil y minoritarias en lapoblación.

Por tanto, la frecuenciaalélica para el color claroera mayor dentro delacervo genético.

APLICACIÓN: melanismo industrial

En plena Revolución Industrial en Inglaterra, la contaminaciónatmosférica formada por grandes nubes ricas en partículas de carbón,comenzó a depositarse sobre los troncos de abedul cerca de las ciudades.

Este oscurecimiento de los troncos junto con la muerte de los líquenespor dióxido de azufre, provocaron que las polillas grises dejaran de pasarinadvertidas y fueran presa fácil de los pájaros.

Tan sólo los fenotipos oscuras pasaban inadvertidas en el nuevoambiente y se reproducían, siendo oscura el 99% de la población al cabode 50 años.

APLICACIÓN: melanismo industrial

Un siglo más tarde, la calidad ambiental mejoró, tras la promulgación deuna legislación específica, y la contaminación desapareció de la zona.

Los líquenes volvieron a aparecer sobre los abedules y la situación volvióa cambiar (polimorfismo transitorio). De nuevo las polillas clarasvolvieron a ser las más abundantes, reduciéndose las oscuras dentro de lapoblación a menos del 20%.

1990 1960

Video6

APLICACIÓN: melanismo industrial

APLICACIÓN: melanismo industrial

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La historia evolutiva es un área de la ciencia que constituye un desafío,ya que no pueden realizarse experimentos para establecer eventospasados o sus causas.

Sin embargo, existen métodos científicos para establecer, con un altogrado de certeza, que sucedió en algunos casos.

Historia evolutiva y TdC

IMAGEN: www.vi.cl

Ejemplos de ello son el experimentode Miller y Urey con el quedemostraron la síntesis abiótica demoléculas orgánicas, o la simulaciónpor ordenador basada en el libro “ElRelojero Ciego” de Richard Dawkins,con el que demostrar que la complejidadpuede evolucionar a partir de formasmás simples por selección natural.

La pregunta es ¿de qué modo soncomparables estos métodos con losusados por los historiadores parareconstruir el pasado? Web4