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Tema 2. Genética de poblaciones y selección natural 1. El proceso de selección natural 1.1.

Diversidad ambiental y diversidad biológica

Variación ambiental: hay cambios en la atmosfera que condicionan a las poblaciones, ecosistemas, etc, son los llamados factores ecológicos. Diversidad orgánica: Hay una correlación entre la diversidad ambiental (de ecosistemas) y diversidad orgánica. Estar en un ambiente y ser competitivo implica una adaptación y por tanto modificación de las características, esto provoca que no estén las mismas especies en todos los ambientes y el porqué de tanta diversidad.

1.2.

La evolución por selección natural La teoría de la evolución explica la correspondencia entre los seres vivos y su hábitat y la diversidad de especies como resultado de la diversidad de hábitats y de forma de vida.

No existe una especie adaptada perfectamente a un ambiente ya que existen limitaciones en la evolución, por los factores hereditarios. Se pueden modificar pero siguiendo un patrón. Evolución es cambio, y la evolución biológica puede definirse como los cambios en cualquiera tributo de una población a lo largo del tiempo. Charles Darwin y Alfred Wallace propusieron, en 1858, que la selección natural es el mecanismo por el que se produce la evolución. Se basa en lo siguiente:    

La variación está presente en todos los grupos de organismos. Los individuos de una población no son idénticos. Los organismos producen un exceso de descendientes. No todos los descendientes sobrevivirán para reproducirse. Sólo lo harán los más capaces para obtener y utilizar los recursos disponibles. Si las características de estos organismos son heredables, éstas serán más frecuentes en la siguiente generación.

Darwin se basó en la teoría de Maltus aplicada a las especies animales, y del geólogo layel que explicaba que los paisajes de hoy en día son resultado de acciones durante mucho tiempo. La idea a la que llego Darwin partía de que hay mucha variedad de especies y que si cualquier

Usuario: aimarcar animal se reprodujese al máximo invadirían la tierra pero no se puede por la limitación de recursos. Según el ambiente y los recursos se dará la adaptación.

1.3.

El núcleo de la teoría de evolución por selección natural

Tenemos una población de organismos: 1) Hay una variación de organismos 2) Las variaciones del carácter están correlacionadas con la supervivencia y fecundidad diferencial de los individuos de la población. 3) Esa variación es al menos en parte heredable y entonces existe una tendencia a la evolución de ese carácter, lo que resultará en que predominen características con alta eficacia (adaptaciones).

1.4.

Evolución por selección natural: adaptación

Si en una población de organismos hay variación hereditaria para un carácter, y relación entre el carácter y la supervivencia y fecundidad diferencial en la población, habrá una tendencia a la evolución del carácter. El ambiente determina la evolución de la morfología, fisiología y comportamiento de un organismo. 

Eficacia biológica o aptitud: contribución hecha por un individuo (en descendientes y por lo tanto en genes) a la generación descendiente en relación con la contribución hecha por otros individuos de la misma generación parental.



Adaptación: aquella característica que me proporciona mayor supervivencia. Característica genéticamente determinada (ya sea morfológica, fisiológica o etológica) que ha evolucionado como consecuencia de la selección natural y que mantiene o incrementa la eficacia biológica de un organismo bajo un conjunto determinado de condiciones ambientales. Si cambia el ambiente puede dejar de ser ventajosa esa adaptación.

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2. La diversidad intraespecífica 2.1. Variabilidad intraespecífica de naturaleza genética y variabilidad debida a plasticidad



Plasticidad fenotípica: capacidad de un mismo genotipo de expresarse de diferentes formas (fenotipos) en diferentes ambientes.

La comunidad es la unidad mínima de evolución, el individuo no evoluciona. (La variación puede venir por el ambiente o el individuo el ambiente selectivo es el que va a seleccionar una forma porque está más adaptada, un ambiente) Dentro de una misma especie nos encontramos con variaciones fenotípicas y de ambiente, la capacidad de este genotipo para generar distintos fenotipos en distintos ambientes es una característica llamada plasticidad. Existen plasticidades reversibles e irreversibles-

Rotífero en el huevo detecta hormonas del depredador y desarrolla unas espinas, aunque el depredador desaparezca no desaparecerán sus espinas. El ambiente hará que tenga espinas y el genotipo el que le dará la posibilidad de esa adaptación.

Hojas de un mismo pie de roble americano Quercus rubra cuando hace sol las hojas se arrugan y cuando se va se vuelven a expandir.

Usuario: aimarcar 2.2. Plasticidad fenotípica: norma de reacción La plasticidad no es heredable, la adaptación debe ser genética. Solo se transmite la capacidad de ser plástico no la adaptación de esa plasticidad por el medio. Si la plasticidad es discontinua se llama Polifenismo, es decir en un ambiente se adaptará de determinada forma y no variará esa plasticidad, siempre tendrá la misma forma. Se detecta si la variación es genética si al llevar a un mismo ambiente distintos genotipos y si se diferencian los grupos de individuos mientras que si no se hace serán variaciones ambientales. Norma de reacción: Patrón de respuesta fenotípica que presenta un individuo al cambio de un factor ambiental. Genotipos que dan distintos fenotipos

2.3. Variación genética intraespecífica: Polimorfismo y politipia

Polimorfismo genético: Existencia de variación genética dentro de la población local. En un mismo hábitat existen dos o más formas discontinuas de una especie en proporciones tales que la forma más rara no puede mantenerse simplemente por mutaciones recurrentes o por inmigración.

Usuario: aimarcar Ejemplo: melanismo industrial en la polilla moteada común

Hay un gradiente de poblaciones polimórficas por que en los ambientes industrializados hay una tendencia por la presión selectiva hacia la forma más oscura. El gradiente es debido a los factores ambientales.

2.4. Politipia: ecotipo y clina Politipia: variación genética interpoblacional. Poblaciones locales de una misma especie que se encuentran genéticamente diferenciadas. No implica necesariamente adaptación dentro de la especie, puede ser neutra. Dos casos de variación genética entre poblaciones son el ecotipo y la clina. Ecotipo: conjunto de individuos genéticamente diferenciados de otros individuos de la misma especie y adaptado a las condiciones locales en las que habita- Poblaciones genéticamente diferenciadas y adaptadas. Ejemplos del jardín común (mismo ambiente): Experimento 1: se pusieron en el mismo ambiente plantas recogidas en el valle en la cima, y observaron que tanto la eficiencia del uso del agua, como la altura y el diámetro, era mucho mayor en las plantas que vivían en los valles y por tanto en plantas adaptadas localmente a la sequía.

Usuario: aimarcar Experimento 2: se cogieron Potentilla de tres regiones de Gran Bretaña con distintas elevaciones al nivel del mar. Se cultivan las plantas en las tres zonas y comparamos las tres especies como crecen en las tres zonas. Cada planta crece mejor en su suelo por lo tanto presentan variaciones genéticas entre ellas. Presentan un mismo genotipo con distintos fenotipos adaptados a distintos ambientes. En término medio serán más bajitas las plantas que crecen en un ambiente que no es el suyo debido a que no se adaptan al ambiente, necesitan tiempo para adaptarse.

Clina: Variación gradual en la frecuencia de los alelos, o de alguna característica fenotípica bajo influencia, correlacionada con algún gradiente espacial. Ejemplos: Una clina no necesita adaptación local pero lo que si necesita es un gradiente. Por ejemplo recogemos semillas de una planta en distintos lugares a distintas altitudes y me las llevo al laboratorio y las cultivo. Y como resultado brotan plantas que coinciden con un gradiente de altitud similar a como pasaría en la naturaleza.

Usuario: aimarcar 3. Genética de poblaciones Gregor Mendel descubrió lo que ahora se denomina “genética mendeliana” que incluye el concepto fundamental de la herencia particulada. Lo más importantes de Mendel fue precisamente demostrar la herencia partículada, es decir, que la herencia se transmite por “paquetitos”, alelos. -Estudios sobre el guisante de jardín. -Descubrió que las características pasan de padres a hijos en forma de paquetes separados de información, que en la actualidad se denominan genes. -Determinó que los genes pueden presentar formas alternativas, que se llaman alelos. -Algunos alelos (dominantes) impiden la expresión de otros. -Estableció la distinción entre genotipo y fenotipo, y la diferencia entre lo genotipos homocigoto y heterocigoto. 3.1. Variación dentro de las poblaciones

Dentro de las poblaciones existen muchas variaciones. La variación fenotípica entre los individuos de una población se produce por los efectos combinados de los genes y el ambiente. Por ejemplo: en el lagarto Sauromalus obesus viven en una montaña donde la cima es muy húmeda y el valle muy seco. En la parte superior hay más hierbas, mientras que en la parte baja es un ambiente variable. El tamaño corporal del animal irá ligado a la zona donde habite, los lagartos que habiten en la zona serán más grandes debido a la alimentación. Para demostrarlo, se cogieron estos lagartos y se pusieron en un jardín común, porque querían ver si eran más grandes por la alimentación o por genética, y demostraron que los de la cima seguían siendo más grandes, por lo tanto era una variación genética.

Usuario: aimarcar 3.2. Genética de poblaciones: Hardy-Weinberg (Cálculo de frecuencias génicas) Ejemplo con la mariquita asiática. Cuando se aparean mariquitas sin manchas y mariquitas con ellas. Si se aparea una de cada observamos que la descendencia nace con manchas

Con apareamiento al azar sin factores externos, siempre obtendremos la misma frecuencia al final que al principio de genotipos, esto se conoce como la ley de Hardy-Weinberg. Para una población en equilibrio de Hardy-Weinberg con sólo dos alelos (A y B) para un locus concreto, donde: p = frecuencia del alelo A; q = frecuencia del alelo B p+q=1 Con apareamiento aleatorio y en ausencia de fuerzas evolutivas, las frecuencias alélicas en la descendencia permanecen constantes y se pueden calcular como: (p + q)2 = (p + q) x (p + q) = p2 + 2pq + q2 = 1 Es decir, esto nos indica que no evoluciona, esto es debido a que solo tenemos un tipo de ovulo y un espermatozoides. En realidad no existen poblaciones que no muten, todas se ven expuestas a factores externos como migración, etc. Esto nos sirve para recalcar que las poblaciones tienen mucho potencial, las poblaciones cambian, y cuando cambian ya podemos observar porque cambian, que factores han tenido lugar. La variación de los fenotipos es donde la selección natural va a hacer que la población cambie para adaptarse al ambiente. Por lo tanto es muy importante saber que rasgo que yo observo se hereda, diferenciar entre la parte que se hereda genéticamente y cual es debida al ambiente, por lo tanto cual es la que voy transmitir.

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El grado en que la variación fenotípica obedece a la variación genética determina el potencial evolutivo por selección natural. La heredabilidad (h2) es la proporción de la variación fenotípica total de un rasgo que es atribuible a la varianza genética. La selección natural depende de la heredabilidad de cada carácter. VG: varianza genética VF: varianza fenotípica h2 = VG/VF

La varianza fenótipica puede dividirse en una parte que depende de factores genéticos (VG) y otra que depende de factores ambientales (VA). h2 = VG/(VG + VA) La heredabilidad de un rasgo concreto depende de los valores relativos de la varianza genética frente a la varianza ambiental.

4. Tipos de selección 4.1. La selección natural es el principal mecanismo de la evolución adaptativa Un ejemplo de evolución sin selección es cuando mueres antes de nacer, la población no percibe este cambio porque nunca llega a manifestarse. Existen tres maneras de evolución de una población: 1. Selección natural: es el resultado de diferencias en la supervivencia y la reproducción entre los fenotipos. Por ejemplo el color del individuo y el ambiente va a seleccionar por supervivencia al color con más posibilidades de supervivencia.

Usuario: aimarcar -Selección estabilizadora: favorece a organismos con valores próximos a la media poblacional. Por ejemplo los recién nacidos con un peso medio sobreviven más que los más pequeños o más grandes.

-Selección direccional: desplaza la media de la población hacia un extremo: por ejemplo esto lo vemos con el tamaño del pico del pinzón, sobreviven los individuos cuyo pico favorece la alimentación.

Usuario: aimarcar -Selección disruptiva: incrementa la frecuencia de ambos extremos. Dependiendo de la zona sobreviven mejor unos individuos que otros.

5. Evolución debida al azar Solamente la selección natural es capaz de adaptar el organismo al ambiente, el resto de mecanismos evolutivos son debidos al azar. Por ejemplo, la mutación y la recombinación me dar variabilidad pero una mutación en una población no supone un cambio grande. La selección natural, la deriva genética y el flujo génico pueden alterar la composición genética de una población, pero sólo la selección natural NO es un producto del azar. Lo que se transmite de una generación a otra lo que se transmite es el genotipo. Tres factores principales alteran las frecuencias alélicas responsables del cambio evolutivo: • Deriva genética: cuanto más pequeña es la muestra, mayor la probabilidad de desviación del resultado predicho. Es decir, la probabilidad de que se transmiten los alelos esperados depende del azar, por lo tanto cuando la población es muy pequeña la probabilidad de perder un fenotipo es muy fácil, porque puede que esos individuos no se reproduzcan. • Flujo génico: ganancia o pérdida de alelos de una población, resultado del movimiento de individuos fértiles o gametos (migración). • Selección Natural: éxito reproductivo diferencial de ciertos alelos que pasan a la siguiente generación en mayor proporción.

Usuario: aimarcar 5.1. Flujo génico El flujo génico hace que una población gane o pierda alelos como resultado de la migración de individuos fértiles o gametos. Reduce las diferencias entre poblaciones con el tiempo. 5.2. Deriva génica La deriva genética describe como las frecuencias alélicas fluctúan de una generación a otra. La variación genética se reduce por la pérdida de alelos.

5.3. El efecto cuello de botella y el efecto fundador El efecto cuello de botella ocurre cuando se reduce drásticamente el número de individuos en una población debido a una catástrofe ambiental. El acervo génico resultante puede no reflejar el original, debido a que mueren al azar y se reproducen también al azar. Cuando las poblaciones se reducen mucho es muy fácil perder genes.

El efecto fundador ocurre cuando una población inicia con un pequeño número de individuos, no representativa de su población original....