Sesión 14

Evolución de las Poblaciones

Contenido ¿Cómo

se relacionan las poblaciones, los genes y la evolución?

¿Qué causa la evolución? ¿Cómo funciona la selección natural?

Determinación de rasgos En los individuos diploides, cada gen consiste en dos alelos (su genotipo). •  Un individuo cuyos alelos sean ambos iguales, se llama homocigoto de ese gen. •  Un individuo con alelos diferentes de ese gen es heterocigoto.

Determinación de rasgos Por ejemplo, el color de el pelaje de un hámster es determinado por 2 alelos: El alelo dominante codifica una enzima que cataliza la formación del pigmento negro. El alelo recesivo codifica una enzima que cataliza el pigmento café. Si un hámster es homocigoto del alelo negro o es heterocigoto (un alelo negro y un alelo café), su pelaje contendrá el pigmento y será negro. Si el hámster es homocigoto del alelo café, sus folículos capilares no producirán pigmento negro y su pelaje será café.

Alelos, genotipo y fenotipo de los individuos

Determinación de rasgos El genotipo de un individuo también interactúa con el ambiente para determinar su apariencia física y sus rasgos de conducta (fenotipo). Los cambios que el individuo experimenta mientras crece y se desarrolla no son cambios evolutivos. Cambios evolutivos: Se presentan de generación en generación. Causan que los descendientes sean diferentes de sus ancestros. Ocurren a nivel población.

La poza génica Una poblacion es un grupo de organismos de la misma especie que viven en cierta área. La genética de poblaciones define la poza génica como la suma de todos los genes en una población. La poza génica consiste en todos los alelos de todos los genes de todos los individuos de una población. Frecuencia de alelos: cada alelo tiene una proporción relativa en una población.

Una poza génica Por ejemplo, el color del pelaje de los hámsteres: Una población de 25 hámsteres contiene 50 alelos del gen que controla el color del pelaje (los hámsteres son diploides). Si 20 de esos 50 alelos son del tipo que codifica el pelaje negro, la frecuencia de ese alelo en la población es de 0.40 (o 40%), porque 20/50 = 0.40.

Evolución La evolución es el cambio en las frecuencias de alelos que ocurren en una poza génica con el transcurso del tiempo. •  Si las frecuencias de alelos cambian de una generación a la siguiente, la población está evolucionando. •  Si las frecuencias de alelos no cambian de generación en generación, la población NO está evolucionando.

El principio de Hardy-Weinberg En 1908, un sencillo modelo matemático fue propuesto por: Godfrey H. Hardy (matemático inglés) Wilhelm Weinberg (físico alemán) El principio de Hardy-Weinberg demuestra que, en determinadas condiciones, las frecuencias de alelos y de genotipos de una población permanecerán constantes sin importar cuántas generaciones hayan pasado.

Población en equilibrio Una población en equilibrio es una población considerada como ideal y sin evolución, en la cual no cambian las frecuencias de alelos. El equilibrio se puede mantener siempre y cuando se cumplan las siguientes cinco condiciones: 1.  No debe haber mutación. 2.  No tiene que haber flujo de genes entre poblaciones. 3.  La población debe ser muy grande. 4.  Todos los apareamientos tienen que ser aleatorios. 5.  No debe haber selección natural. Si se viola una o más de estas condiciones, entonces las frecuencias de alelos pueden cambiar.

¿Qué causa la evolución? Las mutaciones son la fuente original de la variabilidad genética. El flujo de genes entre poblaciones cambia las frecuencias de alelos. Las frecuencias de alelos pueden cambiar en poblaciones pequeñas. El apareamiento dentro de una población casi nunca es fortuito. No todos los genotipos son igualmente benéficos.

Causas de la evolución Se pueden predecir cinco causas principales del cambio evolutivo: 1.  Mutación 2.  Flujo de genes 3.  Población pequeña 4.  Apareamiento no aleatorio 5.  Selección natural

Fuente original de la variabilidad genética Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN: Por lo general tienen poco o ningún efecto inmediato. Son la fuente de nuevos alelos. Pueden transmitirse a los descendientes sólo si se presentan en células que producen gametos. Pueden ser benéficas, dañinas, o neutras.

Una mutación no surge como resultado, ni como expectativa, de las necesidades ambientales…..

Las mutaciones ocurren de forma espontánea

Flujo de genes El flujo de genes es el movimiento de alelos entre poblaciones. La inmigración agrega alelos a una población. La emigración elimina alelos de una población. Los alelos se pueden mover entre poblaciones aun cuando los organismos no lo hagan. Las plantas liberan sus semillas y su polen.

El polen puede ser un agente de flujo de genes El principal efecto evolutivo del flujo de genes es incrementar la similitud genética de poblaciones diferentes de una especie.

Deriva genética de los alelos El proceso mediante el cual los eventos fortuitos cambian las frecuencias de alelos se llama deriva genética. •  Tiene poco impacto en poblaciones muy grandes. •  Ocurre más rápidamente y tiene un mayor efecto en poblaciones pequeñas.

(parte 1) Deriva genética

Deriva genética (parte 2)

Sí importa el tamaño de la población

Efecto del tamaño de la población en la deriva génética

Efecto del tamaño de la población en la deriva genética

Efecto del tamaño de la población en la deriva genética

Causas de la deriva genética Existen dos causas de deriva genética: •  Cuello de botella poblacional •  Efecto fundador En el cuello de botella poblacional, una población se reduce en forma drástica, por ejemplo, debido a una catástrofe natural o a una cacería excesiva. Los cuellos de botella poblacionales pueden cambiar las frecuencias de alelos y reducir la variabilidad genética.

Los cuellos de botella poblacionales reducen la variación

Cuello de botella poblacional Elefante marino: Se cazó al elefante marino casi hasta su extinción total en el siglo XIX. Para la última década de ese siglo apenas sobrevivían unos 20 ejemplares. La prohibición de su caza incrementó el número de elefantes marinos hasta llegar a cerca de 30,000 individuos. Un análisis bioquímico muestra que todos los elefantes marinos septentrionales son casi genéticamente idénticos.

Los cuellos de botella poblacionales reducen la variación

Efecto fundador El efecto fundador se presenta cuando un número pequeño de organismos funda colonias aisladas. Por casualidad, las frecuencias de alelos de los fundadores pueden diferir de las de la población original. Con el transcurso del tiempo, la nueva población puede mostrar frecuencias de alelos que difieren de las de la población original.

Un ejemplo humano del efecto fundador En la colonia norteamericana de los 'menonistas' de la orden Amish, existe una inusualmente elevada frecuencia de un gen recesivo que al estado homocigoto produce polidactilia y enanismo.

El apareamiento casi nunca es fortuito El apareamiento no aleatorio puede cambiar la distribución de genotipos en la población. Los organismos de una población rara vez se aparean en forma aleatoria. Casi todos los animales se aparean con miembros cercanos de su especie. Ciertos animales, como el ganso de las nieves, muestran un apareamiento selectivo, que es una fuerte tendencia a aparearse con quienes son similares.

Apareamiento no aleatorio entre los gansos blanco

No todos los genotipos son iguales La selección natural favorece a ciertos alelos a expensas de otros (por ejemplo la evolución de la bacteria resistente a la penicilina)… La penicilina comenzó a emplearse en forma generalizada durante la Segunda Guerra Mundial. La penicilina mataba a casi todas las bacterias que causaban infecciones. La penicilina no afectaba a las bacterias que tenían un extraño alelo que destruía a la penicilina que entraba en contacto con la célula bacteriana. Las bacterias que portan ese extraño alelo sobrevivieron y se reprodujeron.

No todos los genotipos son iguales La selección natural no origina cambios genéticos en los individuos. El alelo causante de la resistencia a la penicilina surgió, de forma espontánea (antes de ser expuesto a la penicilina). La presencia de la penicilina favoreció la supervivencia de las bacterias que contenían los alelos que destruyen la penicilina (se reproducen con más éxito), y no a las bacterias que carecían de ellos.

No todos los genotipos son iguales La selección natural actúa sobre los individuos, pero las poblaciones cambian por evolución. La penicilina (el agente de selección natural) actuó sobre bacterias individuales. La población evolucionó al cambiar sus frecuencias de alelos.

No todos los genotipos son iguales La evolución es un cambio en las frecuencias de alelos de una población, debido al éxito reproductivo diferencial entre organismos que portan alelos diferentes. Las bacterias resistentes a la penicilina tenían una mayor eficacia biológica (éxito reproductivo) que las bacterias normales.

No todos los genotipos son iguales La evolución no es progresiva; no hace que los organismos “sean mejores”. Las bacterias resistentes resultaron favorecidas sólo debido a la presencia de la penicilina. Los cuellos largos de las jirafas macho les son de utilidad cuando luchan por establecer su dominio. La evolución es un acuerdo entre presiones opuestas…

Una acuerdo entre presiones opuestas

¿Cómo funciona la selección natural? La selección natural es en realidad una reproducción diferencial. La selección natural actúa sobre los fenotipos. Algunos fenotipos se reproducen con mayor éxito que otros. La selección influye en las poblaciones de tres formas. La selección natural a menudo se asocia con la frase “supervivencia del más apto”. Los individuos más aptos son aquellos que no sólo sobreviven, sino que son capaces de producir muchos descendientes mientras viven.

Selección natural La selección de fenotipos influye en los genotipos presentes en una población. Si una población de plantas de guisantes encontrara condiciones ambientales favorables para las plantas más grandes, entonces las plantas más grandes tendrían más retoños. Estos retoños portarían los alelos que contribuyeron a la altura de sus progenitores. Los fenotipos exitosos son aquellos que tienen las mejores adaptaciones a su entorno particular. Las adaptaciones son características que ayudan a un individuo a sobrevivir y a reproducirse. Surgen gracias a las interacciones de los organismos tanto con los componentes vivos como con los componentes inanimados de sus ambientes.

El ambiente Los componentes inanimados (abióticos) incluyen: El clima La disponibilidad de agua Los minerales del suelo Los componentes vivos (bióticos) incluyen: Otros organismos Las interacciones con otros organismos incluyen: La competencia La coevolución La selección sexual

Agentes de selección La competencia es la interacción de los individuos que tratan de utilizar un recurso limitado. Puede ocurrir entre individuos de la misma especie o de especies diferentes. Es más intensa entre miembros de la misma especie. La coevolución es la evolución de adaptaciones en dos especies debido a su extensa interacción. Por ejemplo, las relaciones del depredador con su presa.

Agentes de selección La depredación incluye cualquier situación en que un organismo (el depredador) se alimente de otro (la presa). La coevolución entre los depredadores y la presa es algo así como una “carrera armamentista biológica”. El lobo depredador selecciona a un ciervo lento o descuidado. Los ciervos veloces y alertas seleccionan a los lobos lentos y descuidados.

Selección sexual La selección sexual es la clase especial de selección que actúa con base en los rasgos que ayudan al animal a conseguir pareja. Las características que ayudan a los machos a tener acceso a las hembras incluyen: Rasgos llamativos (colores más brillantes, plumas o aletas largas, cornamentas muy embrolladas). Exhibicionismo extravagante. Canciones de cortejo ruidosas y complejas. Las características derivadas de la selección sexual hacen que los machos sean más vulnerables ante los depredadores…..

La competencia entre machos favorece el desarrollo de estructuras para un ritual de combate

A las hembras pavo real les atrae la exuberante cola del macho Elección de pareja de las hembras. Las estructuras y colores de los machos que no fomenten su supervivencia podrían ser señales exteriores de su salud y vigor.

La selección influye en las poblaciones La selección natural y la selección sexual pueden influir en las poblaciones de tres formas: •  Selección direccional •  Selección estabilizadora •  Selección disruptiva

Selección direccional La selección direccional ocurre cuando las condiciones ambientales cambian de una forma consistente. Desplaza las características en una dirección específica. •  Favorece a los individuos que poseen valores extremos. •  Ejerce una selección desfavorable con los individuos promedio y con los individuos situados en el extremo opuesto. •  Por ejemplo, la resistencia a los pesticidas, la resistencia a los antibióticos.

Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

Selección estabilizadora La selección estabilizadora ocurre cuando las condiciones ambientales son relativamente constantes. La variación de fenotipos disminuye: Favorece a los individuos con el valor promedio. Ejerce una selección desfavorable entre individuos con valores extremos. Por ejemplo, el tamaño del cuerpo de los lagartos Aristelliger. Los más pequeños tienen dificultad para defender su territorio. Los más grandes tienen mayor probabilidad de ser comidos por los búhos.

Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

Selección disruptiva La selección disruptiva ocurre cuando una población tiene más de un tipo de recursos útiles. • 

Con el paso del tiempo, la población se divide en dos grupos de fenotipos. •  Favorece a los individuos en ambos extremos de una característica. •  Selecciona desfavorablemente entre individuos con valores intermedios.

Por ejemplo, el tamaño del pico de los pinzones cascanueces de vientre negro. Las aves con picos más grandes comen semillas duras. Las aves con picos más pequeños comen semillas suaves

Las tres formas en que la selección influye en una población con el paso del tiempo

Pinzones cascanueces de vientre negro

Polimorfismo equilibrado En el polimorfismo equilibrado se conservan dos o más fenotipos en una población. El polimorfismo equilibrado a menudo ocurre cuando las condiciones ambientales favorecen a los heterocigotos. Por ejemplo, un alelo de la hemoglobina defectuosa y un alelo de la hemoglobina normal en las regiones de África propensas a la malaria.