Tema 5: La Biodiversidad y la Evolución Historia de las Teorias Evolucionistas La evolución es un hecho aceptado debido a la diversidad de seres vivos que existen. Evolución, es un cambio gradual y continuo de un estado a otro. La evolución biológica es el proceso continuo de transformación de las especies y aparición de otras nuevas, a través de la acumulación gradual y continua de los cambios producidos en sucesivas generaciones.

Los cambios se dan en las poblaciones, no en los individuos aislados y son de origen genetico por lo tanto se trasmiten a las siguientes generaciones.

La evolución biológica es un fenómeno natural real, observable y comprobable A lo largo de la historia la diversidad se ha explicado mediante 2 teorias principales: Fijistas y Evolucionistas

El Fijismo o teoría fijista es una creencia que sostiene que las especies actualmente existentes han permanecido básicamente invariables desde la Creación. Las especies serían, por tanto, inmutables, tal y como fueron creadas. Curiosamente, muchos de sus seguidores creen en la generación espontánea (creación de seres vivos a partir de materia inanimada). Entre los fijistas más destacados estan Linneo y Cuvier La necesidad de dar nombre a todas la especies conocidas y a las muchas que se van descubriendo lleva a Carlos Linneo (1707-1778) a agruparlas por semejanzas, con lo cual nace también un árbol genealógico, que se completará posteriormente por abajo con las especies fósiles. Inevitablemente aparece el concepto de evolución de las especies, aun cuando Linneo fuera fijista.

La importancia es que propuso el sistema de Clasificación Natural, a las especies , sin pretenderlo, las agrupó por sus similitudes, mostró las relaciones de parentesco que permiten detectar relaciones evolutivas Reino- Animal

Reino- Animal

Reino- Animal

Phyllum-Cordados

Phyllum-Cordados

Phyllum-Cordados

Clase- Mamifera

Clase- Mamifera

Clase- Mamifera

Orden- Carnivoros

Orden- Carnivoros

Orden- Carnivoros

Familia- Canidos

Familia- Canidos

Familia- felidos

Genero- Canis

Genero- Canis

Genero- felis

Especie-Canis familiaris

Especie-Canis lupus

Especie-felis silvestris

Nombre vulgar-perro

Nombre vulgar – lobo

Subespecie-f. s. catus Nombre vulgar- gato

CUVIER. Propuso la teoría del catastrofismo para explicar la desaparición de unos animales y la aparición de otros y la explicación de la aparición de fósiles diferentes a los organismos actuales, lo plantea a traves de grandes catastrofes que siguieron a distintas creaciones.

Los precursores del evolucionismo Aristoteles lo intentó 3 siglos antes de nuestra, y era ordenar a los seres vivos desde simples a complejos ya que observó afinidades entre ellos. Entre los S. XVIII y XIX , Buffon, Erasmus Darwin y Lyell sentaron las bases evolucionistas , pensaron que los seres vivos pudieron aparecer sin intervención divina. Lyell con su teoria del actualismo refutó el catastrofismo de Cuvier y habla de que, los acontecimientos del pasado se produjeron por las misma fuerzas que actuan hoy día. Lo explica diciendo que se producen por cambios Lentos, Graduales y Continuos.

De aquí extrajo Darwin el concepto de cambios que sufren las especies

El Transformismo La primera teoría evolucionista extensa y detallada fue elaborada por JEAN-BAPTISTE DE LAMARCK y enunció que los organismos experimentan cambios en el tiempo, como consecuencia de fenómenos naturales. Su teoría se resume en los siguientes 5 apartados: a- En los organismos, existe una fuerza vital, que les hace adquirir una mayor complejidad y perfección. b- La generación espontánea crea a los organismos sencillos y que despues originan organismos más complejos. c-La evolución es un cambio gradual que conduce a la adaptación de los organismos por cambios en su conducta. d- Los cambios de conducta, provocan el uso o desuso de un órgano, que se desarrolla o atrofia respectivamente (la función crea al órgano). e-Los nuevos caracteres adquiridos se transmiten a la descendencia (herencia de los caracteres adquiridos).

HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS

Evolución de las jirafas según Lamarck

Las jirafas actuales proceden de antepasadas de cuello corto, que se alimentaban de las hojas bajas de los árboles. Al escasear las hojas, éstas empiezan a estirar el cuello y las patas delanteras, para llegar a las hojas de más altura (cambio de conducta que induce el uso de un órgano) El estiramiento díó lugar a un nuevo órgano (cuello largo) de la actual especie. Esta característica adquirida según Lamarck, se transmite a la descendencia (herencia de los caracteres adquiridos).

Aunque en la actualidad esta teoría no se acepta, hay que valorar positivamente algunos de sus postulados: 1. Afirma la existencia de un proceso evolutivo. 2. Propone un mecanismo para explicar ese proceso. 3. Justifica que las estructuras anatómicas están relacionadas con su función. 4. Sostiene que los organismos se adaptan al medio en el que viven, lo cual provoca cambios en ellos.

De cualquier forma Lamarck cometió varios errores importantes:

1. Defiende que los caracteres adquiridos individualmente en su adaptación al medio, son heredados por sus descendientes. 2. Afirma que los animales tienen una necesidad intrínseca de perfeccionarse y hacerse más complejos Según Lamarck las serpientes habrían evolucionado a partir de lagartos que preferían reptar a caminar, y las jirafas habrían evolucionado teniendo el cuello cada vez más largo para comer mejor las hojas más altas de los árboles.

Cuestiones: ¿Qué idea tienen acerca de las especies los seguidores del fijismo? Para explicar la existencia de fósiles, Cuvier propuso una teoría. ¿Cuál era esa teoría? Explícala con tus propias palabras. ¿Qué significa la expresión «la función crea el órgano»? ¿En qué principios se resume la teoría de Lamarck?

La Teoria de la Selección Natural Charles Darwin tras años de observación y analisis, anunció en 1854 su Teoria de la Selección Natural, junto con Wallace, llegaron a las mismas conclusiones de manera independiente. Muchos cientificos de la epoca la rechazaron debido a que el origen de las variaciones ni su transmisión podían explicarse y fue la Iglesia su maximo opositor. Su teoría se sustenta sobre cuatro postulados: a- El mundo no es estático sino que evoluciona, basado en el registro fosil. Las especies cambian continuamente, unas aparecen y otras se extinguen. b- El proceso de cambio es gradual y continuo, sin cambios súbitos o saltos discontinuos. c- Los organismos semejantes están emparentados y descienden de un antepasado común. d- El cambio evolutivo es el resultado de la Selección Natural

Teoría de la Selección Natural La selección natural según Darwin actúa de la siguiente manera: 1.

Varibilidad.

En cualquier población los individuos presentan variaciones al azar, unas serán favorables y aumentan la posibilidad de supervivencia, mientras que otras las disminuiran. Deben ser heredables para tener incidencia en el proceso evolutivo. 2.

Lucha por la existencia.

Observó que las poblaciones se mantienen constante en el tiempo y tb observó que nacian más individuos de los que pueden sobrevivir, esto lo explica por la lucha por la existencia , debido a que los recursos son limitados. La lucha se entiende por la competencia para adquirir el recurso 3. Reproducción diferencial.

Los que tienen variaciones favorables sobrevivira y tendrán mayor exito evolutivo y la siguiente generación presentará sus rasgos.

Resultados: - Adaptación de los organismos al ambiente. - La acumulación de modificaciones origina la aparición de nuevas especies. Problemas: - Darwin no pudo explicar cómo se transmitían los caracteres de generación en generación. Desconocimiento de los genes.

En una población de jirafas convivian de las de cuello largo y corto y estas caracteristicas se transmitian de padres a hijos. Mientras había alimento esto no suponia ventaja para ninguna de ellos, al escasear , las de cuello largo pueden llegar a las ramas altas y esa longitud del cuello empieza a ser una ventaja, permite la supervivencia de estas y sus descendientes. Con el tiempo, el cuello largo empieza a prevalecer y la población se hace mayoritaria, hasta que todas tienen cuello largo, es decir, se produce un cambio en la población.

Cuestiones: ¿Cuáles son los postulados de Darwin? ¿Qué se entiende por adaptación al ambiente? ¿De dónde extrajo Darwin su idea de la lucha por la existencia?

La Teoría Sintética o Neodarwinismo La teoría surgió en los decenios 1930-1950 de la mano de diversos autores, destaca THEODOSIUS DOBZHANSKY. Es una revisión de la teoría de la Selección Natural de Darwin con la ayuda de aportaciones de otras disciplinas científicas ( paleontología, sistemática, biogeografía, etc.) y sobre todo de la genética

La genetica ayuda a entender como se trasmite la herencia genetica y las causas de la variabilidad: Las mutaciones y las recombinaciones

Su teoría se puede resumir en estos puntos: El redescubrimiento de las leyes de Mendel y la Teoría cromosomica de la Herencia permitió dar una explicación a como se transmitia la herencia de los caracteres y la causa de la variabilidad que se atribuye a la mutaciones y recombinaciones.

a- Aportaciones de la Genetica: 1.Genetica mendeliana. Se redescubre a Mendel y su Teoria Cromosomica de la Herencia y las causas de la variabilidad atribuidas a las mutaciones y la recombinación

Mutaciones: Son los cambios producidos en el material genetico y afecta a un solo gen o a un cromosoma o a varios e incluso a todo el genoma, estas mutaciones pueden ser bebeficiosas o perjudiciales.

Recombinaciónes: Son las nuevas combinaciones de alelos en los cromosomas de las celulas sexuales. Son procesos aleatorios y no estan causados por la necesidad de adaptación al ambiente. Así se puede ofrecer soluciones a casi todos los problemas ambientales

2. Genetica de Poblaciones. Surge cuando Dobzhansky explica la evolución considerando a la población en centro de la evolución en lugar de los organismos individuales. a. La selección natural actua variando las frecuencias genicas

en las poblaciones., así los genotipos que aumentan la probabilidad de supervivencia y se reproduzca incrementará sus frecuencias en las siguientes generaciones.

b. Las combinaciones de alelos que presentan variaciones

desfavorables son eliminados de las poblaciones, pues dejan menor numero de descendientes.

c. El ambiente es cambiante, los genotipos que estaban

adaptados dejan de estarlo y favorece a otros.

d. La seleccion natural marca la evolución, actua sobre la variabilidad seleccionando un mecanismo de reproducción diferencial en aquellos genes que son utiles como adaptaciones de los organismos al ambiente.

La selección natural interviene de manera inagotable, permite la adaptación de los organismos al ambiente pero no los mejora, esto es debido a que el ambiente sufre constantes cambios. b-Aportaciones de la Sistemática y Biogeografía Mayr en 1942 propuso un nuevo modelo de especiación. Especiación: Es el mecanismo de aparición de nuevas especies y provoca que una especie se divida en otras.

Se produce por mecanismos de aislamiento interrumpiendose el intercambio genetico entre ellas.

reproductor

Las poblaciones aisladas acumulan variaciones debido a las mutaciones y recombinaciones, así que ambas poblaciones divergen como consecuencia de sus adaptaciones ambientales locales. Con el tiempo, las diferencias acumuladas hacen que aparezcan 2 especies diferentes que, aunque convivan en el mismo ambiente, ya son incapaces de reproducirse entre si. Y evolucionaran de manera distinta. Tipos de Especiación a- E. Simpatrida: Cuando una especie pese a estar en el mismo territorio se subdivide en 2 subpoblaciones, la causa son mecanismos que impiden el cruzamiento como tener habitats diferentes, comportamiento distinto en el cortejo que impidan la cópula o la fecundación

b- E. Alopátrida: Surge cuando hay barreras geograficas y se interrumpe el intercambio de genes. Es el caso más común ejemplo cambios de cursos de agua, aparición de montañas

Cuestiones: ¿En qué consiste el proceso de la especiación? ¿Cuáles son los mecanismos de aislamiento reproductor? Diferencia entre macroevolución y microevolución. c- Aportaciones de la Paleontología

Los cambios en el registro fosil son graduales confirmando así a Darwin. Así, se comprobó que la Selección natural es un proceso aleatorio, sin finalidad ni tendencia a la perfección. Resumen de la Teoría Sintetica 1.- La unidad evolutiva es la población y no el individuo aislado. La variabilidad se debe a las mutaciones y recombinaciones 2.- El ambiente favorece a los genotipos mejor adaptados y dejan mayor descendencia 3.- La transformación de una especie en otra es gradual 4.- El modelo de especiación alopatrida complementa la simpatrida

Revisión de modelo sintetico La microevolución: pequeños cambios que permite a los indivuos adaptarse al ambiente. Estos cambios explican las variaciones geneticas y con el tiempo la especiación La macroevolución: son grandes cambios cuyas consecuenciases la aparición de nuevas categorias. Según darwin muchos cambios graduales (microevolución) conlleva a la macroevolución La teoria de los equilibrios interrumpidos o saltacionismo de Gould 1972 defiende que la macroevolición no se produce por pequeños cambios o microevolución Dice que el registro fosil no es que esté incompleto si no que refleja la realidad evolutiva, así dice que, hay periodos sin cambios (estasis) y periodos de grandes revoluciones. La evolución según estos se habrá dado a oleadas , a grandes saltos y no de manera gradual.

Las Pruebas de la Evolución En 1859, con la teoría sobre el origen de las especies de Charles Darwin, quedaron sentadas las bases de la evolución biológica. Darwin afirmaba que los seres vivos que habitaban nuestro planeta, son producto de un proceso de descendencia en el que se introducen sucesivas modificaciones a través del tiempo para adecuarse a las condiciones del medio, con origen en un antepasado común. Por tanto, todos partieron de un antecesor común y a partir de él evolucionaron gradualmente. El mecanismo por el cual se llevan a cabo estos cambios evolutivos es la selección natural. Muchos sucesos de la naturaleza sólo tienen explicación mediante la teoría de la evolución; Darwin aportó numerosos hechos que encajan en su teoría, y que posteriormente se vieron reforzados con nuevas evidencias, construyendo todos ellos lo que se llamó pruebas de la evolución. Entre otras destacan las de tipo: paleontológico, anatomía comparada, bioquímica comparada, embriología, adaptación/mimetismo, distribución geográfica y domesticación. Así pues la evolución comenzó hace 3.800 m.a., en el mismo momento en que los seres vivos aparecieron sobre la Tierra. Por tanto, los primitivos organismos microscópicos que poblaron entonces nuestro planeta constituyen el antepasado común a todos los seres vivos.

Pruebas Paleontológicas El estudio de los fósiles nos da una idea muy directa de los cambios que sufrieron las especies al transformarse unas en otras. Existen muchas series de fósiles de plantas y animales que nos permiten reconstruir cómo se fueron adaptando a las cambiantes condiciones del medio, como las series de erizos de los acantilados ingleses, el paso de reptiles a aves a través del Archaeopterix, o la evolución de los caballos para adaptarse a las grandes praderas abiertas por las que corrían. a- Series filogeneticas: conjunto de fosiles ordenados desde más antiguos a modernos reconstruten la historia evolutiva de un grupo por ejemplo de los equidos

b- Las formas puente o eslabones: son organismos intermedios entre dos grupos de seres vivos, ejemplo el Archaeopterix

Prueba de anatomía comparada Distintas especies presentan partes de su organismo constituidas bajo un mismo esquema estructural, apoyando una homología entre órganos o similitud de parentesco, y por tanto de un origen y desarrollo común durante un periodo de tiempo. Ejemplo: las extremidades anteriores de los humanos, murciélagos o ballenas, cuya estructura, tipo de desarrollo embrionario o relación con otros órganos, es básicamente la misma. Existen órganos homólogos llamados vestigiales, que se mantienen presentes en cada generación y que sin embargo no realizan función alguna; por ejemplo, en los seres humanos el coxis es un remanente de la cola; otros órganos vestigiales son el apéndice o las muelas del juicio. Los órganos que desempeñan la misma función, pero tienen una constitución anatómica diferente se llaman ÓRGANOS ANÁLOGOS, como el ala de un insecto y el ala de un ave que ya hemos visto, y representan un fenómeno llamado CONVERGENCIA ADAPTATIVA, por el cual los seres vivos repiten fórmulas y diseños que han tenido éxito.

Si los órganos desempeñan funciones distintas pero tienen la misma anatomía interna se llaman ÓRGANOS HOMÓLOGOS, como son el ala de un ave o la aleta del delfín, y representan la DIVERGENCIA ADAPTATIVA, por la cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en que están, etc .

Prueba embriológica En todas las especies se encuentran características ancestrales similares en el desarrollo embrionario, y que desaparecen durante dicho proceso. Por este hecho, Ernst Haeckel enunció en 1866 la teoría de la recapitulación que se resume en: la ontogenia es una recapitulación de la filogenia, es decir, la ontogénesis o desarrollo individual, es un compendio de la filogénesis o desarrollo histórico de la especie.

Prueba de distribución geográfica El hecho de que no exista una presencia uniforme de especies en todo el planeta, es una prueba de que las barreras geográficas o los mecanismos de locomoción o dispersión han impedido su distribución, a pesar de que existen hábitat apropiados para su desarrollo, como es el caso de Australia, donde los zorros y conejos han sido introducidos artificialmente. Los pinzones que Darwin observó en las Galápagos, por ejemplo, son una prueba más de las adaptaciones evolutivas independientes a partir de sus antecesores locales, dada la imposibilidad de migración de esas especies.

Prueba bioquímica comparada Se han encontrado homologías de carácter bioquímico que constituyen una de las características más destacables de la escala evolutiva. Ejemplo: la hemoglobina de los eritrocitos sólo se diferencia en 12 aminoácidos entre un humano y un chimpancé; básicamente presenta la misma estructura en todos los vertebrados.

Cuestiones: Cita las principales pruebas de la evolución. ¿Qué diferencias existen entre los órganos análogos y homólogos? El ala de un murciélago proviene de la extremidad de un antepasado común (representada en la ilustración inferior) que sufrió distintos cambios para adaptarse al vuelo. ¿Cuáles han sido las modificaciones que han sufrido los distintos huesos? Define órganos vestigiales o atavismos. Pon ejemplos. Distingue entre evolución convergente y divergente.

La Adaptación Son cambios heredables de caracteres que permiten a los individuos adecuarse a las condiciones de su medio y por tanto su supervivencia. La acumulación de cambios adaptativos produce especiación y por lo tanto evolución

Tipos de adaptación: Estructural: Estas adaptaciones pueden ser anatómicas, pero dentro de las adaptaciones morfológicas también se incluye el mimetismo y la coloración criptica Por ejemplo, entre las adaptaciones de los cactus al ambiente desertico se encuentran las espinas que son hojas modificadas. Las espinas protegen a los tejidos suculentos del cactus de potenciales herbívoros, sirven como lugares de condensación de la humedad del aire y como protección de la corteza fotosintética contra la insolación intensa y la radiación UV. Además, el color de las espinas (a menudo tienen el color del pasto seco) podría ser una adaptación para el camuflaje o para el reconocimiento por parte de los polinizadores o de los dispersantes de las semillas Fisiologica o funcional: Por ejemplo, la glandula de la sal en las iguanas marinas de las Galapagos es una adaptación que permite a las iguanas, cuyos riñones son incapaces de producir una orina concentrada, excretar el exceso de sal incorporado al tragar agua de mar o a través de la superficie del cuerpo

Etologica o de comportamiento: El cortejo de las aves del paraiso (Paradisaeidae) es una adaptación que permite el reconocimiento de potenciales parejas de la misma especie. El macho que posee el plumaje y el cortejo más estimulante tiene mayor probabilidad de dejar mayor número de descendientes y menor número de híbridos. Por lo que aquellos machos que poseen plumajes especiales y que ejecutan cortejos elaborados poseen una gran ventaja selectiva.

La Biodiversidad Variedad de seres vivos y su abundancia en los ecosistemas como consecuencia de la evolución. Su importancia radica en que es: • • • •

reserva de materias primas (Papeleras, farmacia). recursos alimenticios (caza, pesca...). fuente de energia (biomasa). Papel en el funcionamiento de los ecosistemas (ciclos de materia y energia).

Perdida de la biodiversidad en la historia terrestre

Ha habido seis grandes extinciones en la historia de la vida de nuestro planeta: 1.(Hace 488 m.a). Ocurrieron una serie de extinciones masivas que se desarrollaron entre el final del Cámbrico y el principio del Ordovícico. En ésta desaparecieron branquiópodos, conodontes y trilobites. 2.(Hace 444 m.a.). Entre el Ordovícico y el Silúrico, ocurrieron dos extinciones que fueron causadas probablemente por el período glaciar. En la primera, los hábitats marinos cambiaron al bajar el nivel del mar. En la segunda, volvió a subir el nivel del mar. 3.(Hace 360 m.a) Se produjo la extinción masiva del Devónico, en al cual el 70% de las especies desaparecieron. 4.(Hace 251 m.a.). Se produjo una extinción masiva entre el Pérmico y el Triásico en la que el 95% de las especies marinas se extinguieron. Ésta, fue la catástroge mas grande que se ha conocido en la vida de la Tierra. Desapareció el 53% de las familias biológicas marinas, el 84% de los géneros marino y el 70% de las especies terrestres (vertebrados, insectors y plantas). 5.(Hace 200 m.a.) Ocurrió entre el Triásico y el Jurásico. Se eliminó cerca del 20 % de las familias biológicas marinas, la mayorías de los terápsidos y los últimos grandes anfibios. 6.(Hace 65 m.a) Tuvo lugar entreel Cretácico y el Terciario. Desaparecieron cerca del 50% de las especies, incluidos los dinosaurios. Se cree que la causa fuel el impacto de un meteorito en la Tierra.

Causas de la perdida de biodiversidad

•

La sobreexplotación como la deforestación, sobrepastoreo caza abusiva

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Destruccion y incendios

alteración

de los ecosistemas como la contaminación,

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Fragmentación del habitat natural como carreteras, ferrocarril

•

Introducción de especies foraneas que desplazan a las autoctonas

ACTIVIDADES

Diferencia los siguientes conceptos: especie/población; especiación alopátrida/especiación simpátrida; serie filogenética/forma puente.

Del cruzamiento entre una yegua y un burro se obtiene como descendencia un mulo, que es un organismo estéril. ¿Pertenecen a la misma especie la yegua y el burro? Justifica la respuesta.

¿Qué propone Lamarck con su hipótesis de la herencia de los caracteres adquiridos?¿Cuáles fueron los principales aciertos y desaciertos de esta teoría?

¿A qué nos referimos cuando hablamos de las pruebas de la evolución? Enumera las principales pruebas de la evolución.

Explica la importancia de las formas puente o eslabones y de los órganos vestigiales como pruebas de la evolución.

Al comparar los caracteres anatómicos de un pez, una foca y un pingüino, se observa que se han adaptado de forma similar a la vida en el agua. El pez presenta aletas; la foca ha desarrollado extremidades anteriores con forma de aleta, y el pingüino ha cambiado sus alas voladoras por alas nadadoras con forma de aleta. Además, los tres presentan cuerpos fusiformes para vencer la resistencia al agua. ¿Constituyen un ejemplo de radiación adaptativa o de evolución convergente? Justifica la respuesta.

La polilla del abedul (Biston betularia) presenta dos variedades, una clara y otra oscura. Hasta mediados del siglo XIX, todas las mariposas capturadas en los alrededores de Manchester eran de la forma clara o melánica, que pasaba inadvertida en las cortezas de los árboles a la acción depredadora de los pájaros. A partir de 1845 se produjo una creciente industrialización en la zona, que provocó el oscurecimiento de los troncos, las rocas y el suelo. Durante este período empezaron a capturarse individuos negros que pronto se hicieron mayoritarios dentro de la población, mientras que la variedad clara disminuyó casi hasta la extinción. a) ¿Existían individuos negros antes de la contaminación? b) ¿Qué ventaja adaptativa presentaba la variedad oscura frente a la clara en las zonas contaminadas? c) ¿Hubiera sido Darwin capaz de explicar el origen de la variabilidad dentro de la población de mariposas? d) Según la teoría de la selección natural, ¿cómo explicarías la sustitución de la variedad clara por la variedad oscura? e) ¿Qué especie tendrá mayor capacidad de supervivencia, la que presente una alta variabilidad o la que la presenta baja?

En el este de Canadá y de Estados Unidos conviven dos especies muy similares de ranas: la rana forestal (Rana sylvatica), que suele aparearse a finales de marzo, cuando la temperatura del agua es de unos 7,2 ºC, y la rana leopardo (Rana pipiens), que lo hace a mediados de abril, cuando la temperatura es de 12,8 ºC. a) ¿Qué mecanismo de aislamiento reproductor está actuando en este caso? b) Justifica si es un caso de especiación simpátrida o alopátrida. Explica las etapas del proceso que condujo a la aparición de dos especies diferentes.