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Evolución biológica Cátedra de Biología Facultad de Ciencias Médicas-UNR
La diversidad del mundo viviente es extraordinaria Se han identificado 2,000,000 de
especies Existirían entre 10 y 30 millones de especies Es asombrosa la variedad de formas y tamaños
Especies identificadas Bacterias 4,760 especies Algas 26,900 especies Protozoarios 30,800 especies Musgos y Helechos 17,000 especies Plantas superiores 250,750 especies Hongos 46,983 especies Nematodes 24,000 especies Crustáceos 38,000 especies Insectos 751,000 especies Peces 25,000 especies Reptiles 6,300 especies Aves 9,198 especies Mamíferos 4,170 especies
El proceso evolutivo Todos los seres vivos, de las bacterias al hombre, pertenecen a una gran familia que se ha desarrollado a través de un proceso de cambio y diversificación en el transcurso de la historia de la vida en la Tierra
Teoría de la Evolución Generalización comprensiva y explicativa de los mecanismos implicados en el origen, modificación y extinción de las especies biológicas
Creacionismo Teoría o Creencia??? Una creencia es una idea que es considerada verdadera por quien la profesa. Paradigma habitualmente basado en la fe, creado por la mente, idealizándose generalmente en la interpretación de un contenido cognoscitivo o de un hecho de los cuales se desconoce demostración absoluta o no se exige una justificación o fundamento racional.
Una teoría es un sistema lógico-deductivo constituido por un conjunto de hipótesis o asunciones, un campo de aplicación (de lo que trata la teoría, el conjunto de cosas que explica) y algunas reglas que permitan extraer consecuencias de las hipótesis y asunciones de la teoría. En general las teorías sirven para confeccionar modelos científicos que interpreten un conjunto amplio de observaciones, en función de los axiomas, asunciones y postulados, de la teoría.
La evidencia de los fósiles: el mundo viviente es antiguo (¿- 3800 m.a.?)
Archaeopteryx -150 m.a. (millones de años)
Charles Darwin (Inglaterra, 18091882) Evolución biológica
por selección natural
El viaje del Beagle El pinzón de
tierra firme
Islas Galápagos: diferentes ambientes, diferentes adaptaciones
En las poblaciones con reproducción sexual
no parece haber dos individuos iguales!
Extrañas semejanzas
Las ideas de Malthus (Inglaterra, 1798) Las
poblaciones pueden crecer, potencialmente, en forma geométrica mientras los recursos lo hacen en forma aritmética
Los resultados obtenidos por los criadores de animales domésticos
Las modificaciones inducidas por el hombre en los animales domésticos eran claros ejemplos del potencial de modificación de una especie (razas de perro: obtenidas por selección artificial)
Teoría de la Evolución de Darwin: Evolución biológica por la selección natural1
La selección natural opera sobre variaciones individuales puramente casuales para permitir que se perpetúen los individuos mejor adaptados 1“El Origen de las Especies”. Londres, 1859
Variantes individuales Diferente adaptación
Reproducción diferencial
Ambiente
tiempo
Acumulación de variaciones heredables
tiempo
Evolución
Los postulados del darwinismo Las especies cambian, surgen nuevas y otras se extinguen El proceso de cambio es lento y gradual Todas las especies están emparentadas y podemos remontarnos a un origen común de la vida El cambio evolutivo resulta principalmente por selección natural
El aporte revolucionario de Darwin proponer un mecanismo natural
para explicar la génesis, diversidad y adaptación de los organismos
La crisis del darwinismo ¿Cuáles eran las causas de las
variaciones individuales? ¿Cómo se transmitían las características hereditarias? ¿Las especies existían realmente ? ¿Había evidencia fósil de sustitución de especies por lenta acumulación de cambios?
Neodarwinismo o Teoría Sintética de la Evolución (1950)
Aportes de la Genética Las Leyes de Mendel
Conceptos de genotipo y fenotipo Las mutaciones son la materia prima del cambio evolutivo Los genes que confieren mayor adaptación al ambiente incrementan la eficacia biológica de los individuos
Eficacia biológica Relacionada a la probabilidad de los individuos de sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generación (genes involucrados en longevidad, fertilidad y viabilidad1 de la descendencia) 1 viabilidad:
posibilidad de vivir
Equilibrio de Hardy-Weinberg La composición genética de una población permanece en equilibrio en ausencia de mutaciones, migraciones y selección natural La herencia mendeliana, por sí misma, no produce cambio evolutivo
La evolución se produce por cambios en la composición genética de la población bajo presión selectiva Progresivamente, los genes más beneficiosos se harán más frecuentes en la población
Los genes que confieren a los individuos mayor adaptación al ambiente, incrementan la eficacia biológica y bajo presión de la selección su frecuencia en la población será progresivamente mayor
Concepto de especie (Ernst Mayr) Conjunto de poblaciones naturales que se cruzan entre sí real o potencialmente y que están reproductivamente aisladas del resto
Especiación Si
la sustitución de genes es importante, el proceso es irreversible y se originará una nueva especie
Un mecanismo de especiación: especiación alopátrica
especie A
tiempo
especie A especie A
especie B
Aportes de la Paleontología El registro fósil del
caballo mostró que la evolución por la acumulación lenta y gradual de cambios propuesta por Darwin era posible
Algunos conceptos importantes Microevolución: pequeños
cambios a nivel poblacional que duran períodos limitados Macroevolución: grandes cambios
por encima del nivel de especie
La microevolución La Biston betularia
La macroevolución El gran árbol de la vida
El Neodarwinismo sostiene Las especies se mantienen adaptadas
al ambiente por cambios graduales de su material genético Cuando los cambios llevan al aislamiento reproductivo surge una nueva especie. Si la adaptación fracasa la especie se extingue El cambio evolutivo resulta exclusivamente por selección natural
La Teoría del Equilibrio Puntuado (1980) Las
especies pasan largos períodos de estabilidad (estasis evolutivo) hasta que en un punto se inicia una etapa de rápidos y drásticos cambios conducen a la extinción o a la especiación El motivo de la crisis son grandes modificación del ambiente
La Teoría Neutralista de la evolución (1983)
La mayoría de los genes mutantes (nuevos alelos) son selectivamente neutros Sólo interviene un número relativamente pequeño de gametos de entre el amplio número de gametos masculinos y femeninos posibles El azar (y no la función) es responsable de la difusión y fijación de numerosos alelos en la población La selección natural no explica la mayoría de los cambios genéticos
“Hay una especie de diálogo entre los datos y las teorías ” 1 La progresiva falta de adecuación de una teoría con la realidad causa anomalías que llevarán, finalmente, a sustituir la teoría antigua por una nueva con mayores poderes explicativo y predictivo 1 Juan Luis Arsuaga. España, 2002
La evolución humana
Pisadas humanas (-3.6 m.a) de Laetoli, Tanzania, África. Descubiertas por Mary Leaky, 1979
Los primeros mamíferos
Origen: -200 a -250 m.a. Evolucionaron a partir de reptiles primitivos Radiación brusca a partir de la extinción de los dinosaurios (-65 m.a.) Amamantan a sus crías Homeotermos Cuerpo cubierto de pelo
Género primate: sus adaptaciones evolutivas
Visión binocular Manos con cinco dedos, pulpejo y uñas planas Inteligentes (desarrollo progresivo del cerebro) Pulgar oponible Buena coordinación ojomano Muy sociales “Poco especializados”
Primates Prosimios
(loris, lémures) Monos del Nuevo Mundo Monos del Viejo Mundo Primates antropomorfos: gibón, orangután, gorila, chimpancé Homínidos1: Homo sapiens y sus ancestros fósiles : clasificación tradicional
1
Clasificación cladogenética1 Homínidos: Homininos y Primates
antropormorfos Homininos: Homo sapiens y sus fósiles
ancestrales (primates bípedos) 1 Clado:
conjunto de especies emparentadas con un antepasado común
Arbol filogenético Primates antropomorfos orangután gorila chimpancé hombre homínidos - 6 a 4 m.a. - 8 a 6 m.a.
-12 m.a.
Homo sapiens y los primates antropomorfos actuales
Ancestros comunes Casi todos omnívoros Igual fórmula dental Fonación compleja Gran desarrollo cerebral Complejas relaciones sociales Usan herramientas
Hombres y chimpancés Homo sapiens Pan paniscus Pan troglodita
Otra manera de pensar
Los grandes simios son “compañeros genéticos de la humanidad”
Homo sapiens Homo paniscus Homo troglodita
Conceptos
Homínidos: Conjunto de especies de la familia humana (todas extinguidas excepto Homo sapiens)
Hominización: proceso evolutivo que a partir de ancestros comunes con el chimpancé lleva a la aparición de Homo sapiens
Homínidos (clasificación tradicional) Australopithecus Homo:
habilis erectus sapiens
¿ancestros de H. sapiens o sólo líneas colaterales?
Australopithecus: bipedestación Homo: aumento progresivo de la capacidad cerebral
África es la cuna de la Humanidad
Australopithecus (-4 Ma)
Varias especies identificadas (anamensis, afarensis, africanus, sediba) Vivieron en África 400 a 500 cm3 de capacidad craneana Bipedestación
“Lucy”: fósil de A. afarensis descubierto por Donald Johanson. Etiopía, 1974
Australopithecus afarensis: la niña de Dikita (2006)
La bipedia fue primero...(-4 m.a.?)
Cranial Capacity (cc)
...y el desarrollo cerebral después 1800 1500 1200 900 600 300 3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
Date (Ma)
1.0
0.5
0.0
Homo habilis (-2 Ma)
Vivió en Africa 700 cm3 de capacidad craneana Usó herramientas
Homo erectus (-1.5 Ma)
Salió de África Numerosas variantes geográficas 1000 cm3 de capacidad craneana Empleó el fuego Vivió en cavernas Se extinguió tardíamente
Homo sapiens (-100000 años)
Nuestra especie Origen en Africa Sobrevivientes de un cuello de botella (-50000 a.) Más de 1400 cm3 de capacidad craneana
La especie única
Homo sapiens: la salida de Africa (-70000 a -50000 años)
¿Descendemos de una pequeña población de supervivientes (menos de diez mil individuos)?
La Eva mitocondrial: estudios sobre el ADNm Una mujer africana ancestral a toda la humanidad actual. Habría vivido hace unos 150000 a. Poseía el ADNm del que desciende todo el ADNm de las actuales mitocondrias humanas (estudios del linaje matrilineal)
Homo neanderthalensis
Existió hace -250000 a -20000 a. Vivió en Europa y Asia Adaptado al ambiente glacial 1500 cm3 de desarrollo cerebral Diferente organización del cerebro
Homínidos más antiguos: Ardipithecus ramidus, Orrorin tugenensis, Saelanthropus chadensis…
Toumai: -7 m.a. (Chad, Africa, 2002)
Homo sapiens: una sola rama verde Millions of years ago 0
1
Homo 2
3
4
Australopithecus Australopithecus boisei robustus ?
?
Australopithecus Australopithecus Australopithecus aethiopicus garhi africanus ? Australopithecus Kenyanthropus afarensis platyops Australopithecus ? anamensis ?
5
Ardipithecus ramidus
? 6
Orrorin tugenensis ?
?
?
Otro posible camino evolutivo Australopithecus podría ser colateral a la línea evolutiva humana
Algunas conclusiones: Somos
animales La humanidad actual pertenece a una única especie: Homo sapiens África es la cuna de la humanidad Compartimos ancestros comunes con especies actuales Resultamos de un largo y probablemente errático proceso evolutivo Estamos en estasis evolutivo
“La adaptación al medio por selección natural ha sido uno de los mecanismos más importantes en la evolución, pero nosotros los Homo sapiens, que hemos llegado a independizarnos de la naturaleza y que en cierto modo nos hemos desnaturalizado, ¿seguiremos evolucionado? ¿se puede decir que la evolución se ha detenido en el hombre actual? Sin duda, falta mucho por conocer en la descripción de la historia de la vida” Juan Arzuaga
Luigi Cavalli-Sforza (Génova, Italia, 1922- ) “Todo lo que se escribe de ciencia puede ser modificado. ¿La ciencia debería proporcionar certezas? En realidad, sólo pueden darlas la religión (a quien las acepte). El hecho de que cada religión ofrezca certezas distintas puede ser preocupante, pero al parecer esto no perturba a los creyentes. Lo mismo se puede decir de ciertas convicciones políticas”…