CURSO DE BIOLOGÍA ANIMAL CIO – Licenciatura en Gestión Ambiental Javier Vitancurt Profesor Agregado Polo de Desarrollo Universitario " Aportes a la gestión territorial y producción responsable en la Región Este: Biodiversidad, Ambiente y Sociedad " Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Rocha Universidad de la República Oriental del Uruguay 1.- Introducción y conceptos generales de los animales Javier Vitancurt Profesor Agregado Polo de Desarrollo Universitario " Aportes a la gestión territorial y producción responsable en la Región Este: Biodiversidad, Ambiente y Sociedad " Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Rocha Universidad de la República Oriental del Uruguay Estructura de la presentación 1 2 3 4 5 6 7 Desarrollo de la biología animal ¿Qué es la vida? ¿Qué es un animal? ¿Qué es una especie? Origen y evolución de los animales Teoría de la Evolución Clasificación y sistemática del reino animal Desarrollo de la biología animal 1 Biología:: Biología • 1 La biología (del griego "βιος" bios = vida y "λογος" logos = estudio) tiene como objeto de estudio a la vida, o más exactamente, a los fenómenos vitales (génesis, nutrición, desarrollo, reproducción, patogenia, etc.). Zoología:: Zoología • • 1 Zoología: Es el estudio científico de la vida animal; gr. Zôon, animal + logos, tratado, estudio Zoología:: Zoología • 1 Rama de la Biología que estudia el Reino Animal (Metazoa) incluyendo entre otros aspectos la clasificación, desarrollo, anatomía, evolución, ecología y distribución de los animales, tanto vivos como extintos Zoología:: Zoología • Ciencia que estudia la morfología animal, para explicar su diversidad (sistemática) y el significado evolutivo de ella (filogenia), además de la variedad de los factores y medios de vida (ecología) que han influido en la evolución y que contribuyen a la dispersión de los animales en la superficie terrestre (zoogeografía). 1 Breve historia historia:: • • 1 Aristóteles (s. IV a. C.) coloca la piedra angular de la verdadera Zoología, describiendo y ordenando los animales . En su Historia Animalium (343 ac) recopiló todos los datos conocidos acerca de aproximadamente 500 animales, e ideó el primer sistema de clasificación conocido. Breve historia historia:: Sistema de Aristóteles: Animales con sangre (enaima) • Cuadrúpedos vivíparos (mamíferos) • Cuadrúpedos ovíparos (reptiles y anfibios) • Aves • Peces Animales sin sangre (anaima) • Moluscos, que correspondían únicamente a los actuales cefalópodos • Malacostráceos, que comprendían la mayor parte de los crustáceos superiores • Eutoma, que incluía los gusanos y los insectos • Ostracodermos, que reunían todos los animales provistos de caparazón como bivalvos, gasterópodos, equinodermos, etc. 1 Breve historia historia:: • 1 Plinio el viejo: (23/24 - 79 dC), Historia Naturalis, consta de 37 libros. Esta obra, la primera enciclopedia de la historia, abarcaba el saber de toda su época en campos como la física, la astronomía, la geografía, la botánica, la zoología y la medicina. Plinio recogió el saber de más de 400 obras griegas y romanas. Esciápodo 1 Breve historia historia:: Caída Imperio romano: foco en la Biblia y no en la ciencia. Aparece libro Physiologus, escrito en griego por una fuente desconocida, probablemente alrededor de 200-300 dC, en Egipto, y lista 49 animales por separado, algunos de ellos de ficción. Se utilizó ampliamente durante más de un millar de años acompañando la Biblia. 1400. Se forman las Universidades (Renacimiento). Leonardo da Vinci. 1500 descubrimiento del microscopio: contribuye ampliamente al estudio de la biología. 1 Breve historia historia:: La Edad Media no representó ningún avance en el conocimiento zoológico. La obra zoológica más notable procede de la España musulmana, data del siglo X y se debe a Maslama alMayriti: Tratado de la generación de los animales. En el siglo XIII, la figura más importante es Alberto Magno, que señaló las diferencias entre insectos y arácnidos y contribuyó a eliminar los aspectos fantásticos, mitológicos y simbolistas que habían sido introducidos en siglos anteriores. • • • 1 Breve historia historia:: • 1 En el Renacimiento tiene lugar un impulso renovador de la zoología, ligado al descubrimiento de las faunas exóticas por las grandes exploraciones geográficas. Breve historia historia:: • • 1 Johann Conrad Gessner, naturalista y bibliógrafo suizo Su Historia Animalium en cuatro volúmenes (1551-1558) se considera el principio de la zoología moderna. Breve historia historia:: • • • • 1 Siglos XVII y XVIII Exhaustivas recopilaciones en que se describen colecciones de animales (Tesauros). Se fundan los grandes museos zoológicos. Invención del microscopio hacia los años 1610, por Galileo según los italianos, o por Zacharias Janssen en 1590, en opinión de los holandeses. Breve historia historia:: • 1 Carlos Linneo (1707-1778) resume en su magistral obra, Systema Naturae, la sistemática zoológica general, cuyo alcance aún perdura, y define la especie, conceptuándola como algo inmutable y estableciendo el criterio de que cada una de ellas procede del tronco o forma que en un principio fue creado, obteniéndose mediante la reproducción nuevos individuos sustancialmente idénticos, que le dan perdurabilidad. Breve historia historia:: • • 1 Clasifica a los seres vivos en diferentes niveles jerárquicos. Los reinos se dividen en Filos o Phyla (en singular, Phylum) para los animales, y en Divisiones para plantas y otros organismos. Éstos se dividen en Clases, Órdenes, Familias, Géneros y Especies. Nomenclatura binomial (1731) Breve historia historia:: • • • 1 Georges Léopold Chrétien Frédéric Dagobert Cuvier (Cuvier!) Cuvier enuncia la esencia de la especie diciendo que es: «un conjunto de individuos que descienden unos de otros o de antepasados comunes y se parecen entre sí tanto como a sus padres». Fue el primer gran promotor de la anatomía comparada y de la paleontología. Breve historia historia:: • • • 1 Georges Louis Leclerc, conde de Buffon . Cuestionamiento de la constancia absoluta de la especie; especula sobre la posibilidad de un tipo original de donde habrían descendido el resto de los animales mediante transformaciones morfológicas. Finalmente rechaza esta hipótesis basándose en la constancia de las especies y la infertilidad de los híbridos. Breve historia historia:: • • 1 Jean-Baptiste-Pierre-Antoine de Monet de Lamarck Lamarck formuló la primera teoría de la evolución. Propuso que la gran variedad de organismos, que en aquel tiempo se aceptaba eran formas estáticas creadas por Dios, habían evolucionado desde formas simples mediante herencia de los caracteres adquiridos. Breve historia historia:: • • 1 Charles Robert Darwin Postuló que todas las especies de seres vivos han evolucionado con el tiempo a partir de un antepasado común mediante un proceso denominado selección natural. Breve historia historia:: Los postulados de la moderna Zoología se enuncian en 1859, con la publicación de Darwin de su innovadora teoría de la evolución que, habiendo sido ensayada con múltiples variantes por otros naturalistas, adquiere nueva fuerza y realidad. Con profundas rectificaciones, se erige en base de partida de la Zoología actual. La moderna Zoología. En el transcurso de nuestro siglo la Zoología ha experimentado un gran avance debido a varios factores, que podrían sintetizarse en dos: el estudio y utilización de métodos prácticos y la especialización en múltiples ramas que se complementan y sintetizan sus conceptos. 1 Divisiones de la Zoología. Cada organismo debe considerarse desde puntos de vista muy diferentes que han dado origen a diversas ramas de la Zoología: 1 Citología. Histología Organología Biofísica y Bioquímica. Anatomía Embriología Genética: Filogenia, y Fenogenética Zoogeografía Etología Hidrobiología, Oceanografía biológica. Taxonomía: Malacología, Entomología, Ornitología Mastozoología. ¿Qué es la vida vida?? 2 Caracteres generales de los seres vivos • 2 Exclusividad química: los sistemas vivos muestran una organización molecular exclusiva y compleja. Macromoléculas: ácidos nucleicos, proteínas, hidratos de carbono y lípidos. Caracteres generales de los seres vivos • 2 Complejidad y organización jerárquica: la materia inerte se organiza en átomos y moléculas; en los seres vivos encontramos macromoléculas, células (ribosomas, cromosomas, membranas), organismos (tejidos, órganos, sistemas), poblaciones y especies. Caracteres generales de los seres vivos • 2 Reproducción: la vida no surge espontáneamente, solo procede de vida anterior. En cada nivel jerárquico las formas de vida se reproducen para generar otras formas semejantes a ellas (herencia y variación). Caracteres generales de los seres vivos • • • • 2 Programa genético: garantiza la fidelidad de la herencia. Ácidos nucleicos. DNA. Metabolismo: los organismos vivos se auto mantienen obteniendo nutrientes de su entorno: Anabolismo y catabolismo. Desarrollo: ciclo vital característico Interacción ambiental: todos los animales interaccionan con su entorno • 2 Teoría del Big Bang (la gran explosión). 10.000 a 20.000 millones de años. • 2 Formación del sol y los planetas. 4.600 m.a. • 2 Consolidación de la corteza sólida de la Tierra y formación de la atmósfera y los océanos. 4.500 a 4.600 m.a. • • • • • 2 ?: Primeros organismos vivos: unidades autónomas (protocélulas), limitadas por membranas con autorreproducción(las primeras enzimas pudieron ser RNA). 3.800 m.a.: primeros procariotas 3.400 m.a.: fotosíntesis (Estromatolitos) 2.000 m.a.: Células complejas (Eucariotas) 1.000 m.a.: Vida multicelular Origen de la vida 2 Teorías sobre el origen de la vida • En todas las culturas se intenta explicar: – ¿Cómo surgió la vida? – ¿Por qué surgió la vida? – ¿Cuándo surgió la vida? 2 Teorías sobre el origen de la vida • Creacionista: intervención de seres sobrenaturales 2 Teorías sobre el origen de la vida • Generación espontánea: los organismos vivos complejos se generaban por la descomposición de sustancias orgánicas. Por ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el grano almacenado o que las larvas aparecían súbitamente en la carne 2 Esta teoría perduró hasta s. XIX: Si se deja un trozo de carne al aire aparecen gusanos. En un suelo sin vida, si llueve se llena de microorganismos. 2 • 1668. Refutación de la idea de la generación espontánea de los gusanos (Francisco Redi) Demuestra que las moscas que aparecen en la carne descompuesta no son por generación espontánea sino por otros huevos depositados por otras moscas. Sin embargo, admite que algunos organismos microscópicos sí aparecen por generación espontánea. 2 • 2 1862. Louis Pasteur demuestra que ningún organismo vivo (incluido bacterias) puede originarse por generación espontánea. Teorías sobre el origen de la vida Nuevo interrogante: ¿La vida ha existido desde siempre? 2 Teorías sobre el origen de la vida ¿No se pudo originar la vida por generación espontánea? 2 Teorías sobre el origen de la vida La Teoría de Oparin • 2 OPARIN (1924): • En su libro “El origen de la vida” sentó las bases del origen abiótico de los primeros seres vivos por un mecanismo de evolución química. Teorías sobre el origen de la vida • • 2 Teoría quimiosintética: Aleksandr Ivanovich Oparin plantea que una «sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar PROCESO: – La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, era una inmensa bola incandescente en la que los distintos elementos se colocaron según su densidad. • los más densos se hundieron hacia el interior de la Tierra y formaron el núcleo, • los más ligeros salieron hacia el exterior formando una capa gaseosa alrededor de la parte sólida, la protoatmósfera, en la que había gases como el metano, el amoníaco y el vapor de agua. – Estos gases estaban sometidos a intensas radiaciones ultravioletas (UV) provenientes del Sol y a fuertes descargas eléctricas que se daban en la propia atmósfera. Por efecto de estas energías esos gases sencillos empezaron a reaccionar entre sí dando lugar a moléculas cada vez más complejas. – La Tierra empezó a enfriarse, y comenzó a llover de forma torrencial y estas lluvias arrastraron las moléculas de la atmósfera hacia los primitivos mares que se iban formando. Teorías sobre el origen de la vida Para la evolución química de la vida se necesitaban 4 requerimientos: • • • • 2 Ausencia total o casi completa de oxígeno libre, ya que hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Una fuente de energía: la tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases. Tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4.600 millones de años y los vestigios de vida más antiguos datan de 3.800 millones de años. Teorías sobre el origen de la vida • 2 En 1953 Stanley Miller y Harold Urey realizaron en Chicago el primer intento de replicar con éxito las condiciones que reinaron en la tierra primitiva, logrando la síntesis prebiótica de pequeñas moléculas orgánicas. Teorías sobre el origen de la vida Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. 2 Teorías sobre el origen de la vida • 2 Panespermia: Origen extraterrestre de la vida Teorías sobre el origen de la vida • • • • • • 2 Estimado 4000 ma, primeros seres vivos Primeros organismos vivos protocélulas: unidades autónomas, limitadas por membranas con autorreproducción (las primeras enzimas pudieron ser RNA), comienza la evolución Primeros organismos fueron heterótrofos primarios? O autótrofos como lo sostiene Carol Woese. 3000 ma la cianobacterias que liberan oxígeno, son procariontes sin membrana nuclear Procariotas dos líneas evolutivas: las eubacterias y las arquibacterias Aparición de los eucariotas………… ¿Qué es un animal? 3 Caracteres diagnósticos de los animales • Eucariontes o Eucariotas • Células sin pared celulósica • Pluricelulares • Células diferenciadas (forma y función) • Uniones celulares complejas • Heterótrofos por ingestión • Movimientos por fibrillas contráctiles • Células sexuales y somáticas distintas • Fecundación anisogámica • Desarrollo embrionario 3 Caracteres diagnósticos de los animales Organización celular Eucariota y pluricelular. 3 Caracteres diagnósticos de los animales Nutrición Heterótrofa por ingestión (a nivel celular, por fagocitosis y pinocitosis), a diferencia de los hongos, también heterótrofos, pero que absorben los nutrientes tras digerirlos externamente. 3 Caracteres diagnósticos de los animales Metabolismo Aerobio (consumen oxígeno). 3 Caracteres diagnósticos de los animales Reproducción Todas las especies animales se reproducen sexualmente (algunas sólo por partenogénesis), con gametos de tamaño muy diferente (oogamia) y cigotos (ciclo diplonte). Algunas pueden, además, multiplicarse asexualmente. Son típicamente diploides. 3 Caracteres diagnósticos de los animales Desarrollo Mediante embrión y hojas embrionarias. El cigoto se divide repetidamente por mitosis hasta originar una blástula. 4 Caracteres diagnósticos de los animales Movilidad Al menos en algún estadio de su ciclo de vida 4 Caracteres diagnósticos de los animales Simetría. Excepto las esponjas, los demás animales presentan una disposición regular de las estructuras del cuerpo a lo largo de uno o más ejes corporales. Los tipos principales de simetría son la radial y la bilateral. 3 Caracteres diagnósticos de los animales 3 Organismos pluricelulares eucariotas que no tienen pared celular, que carecen de elementos relacionados con la fotosíntesis; heterótrofos, donde la mayoría tiene nutrición ingestiva, con digestión en una cavidad interna; algunas formas muestran nutrición absortiva y varias no tienen cavidad digestiva interna; alcanzan, en las formas superiores, un nivel de organización y de diferenciación tisular que excede a las de otros reinos; presentan sistemas sensorio-neuro-motores y movilidad de los organismos, por lo menos en un estadio de su vida (o, en las formas que son sésiles, de sus partes), basada en la presencia de fibras contráctiles; predomina en ellos la reproducción sexual. ¿Qué es una especie especie?? 4 Conceptos de especie Ascendencia común. Es el más pequeño grupo de individuos que comparten patrones de ascendencia y descendencia Comunidad reproductora Cualquier especie tiene una distribución espacial, llamada rango geográfico y una distribución temporal, denominada duración evolutiva. Especies con rangos geográficos amplios son cosmopolitas, las con distribución reducida, endémicas. 4 Conceptos de especie • Especie biológica (Dobzhansky, 1937 y Mayr, 1940). • Según este concepto, especie es un grupo (o población) natural de individuos que pueden cruzarse entre sí, pero que están aislados reproductivamente de otros grupos afines 4 Conceptos de especie • Especie evolutiva (Wiley, 1978). • Es un linaje (una secuencia ancestro-descendiente) de poblaciones u organismos que mantienen su identidad de otros linajes y que poseen sus propias tendencias históricas y evolutivas. Este concepto difiere del anterior en que el aislamiento genético actual más que el potencial es el criterio para el reconocimiento de la misma. 4 4 Conceptos de especie • Especie morfológica. • Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido numerosas críticas. 4 Conceptos de especie • Especie filogenética (Cracraft, 1989). • Este concepto reconoce como especie a cualquier grupo de organismos en el cual todos los organismos comparten un único carácter derivado (no presente en sus ancestros o afines). Es un grupo irreducible de organismos, diagnósticamente distinguible de otros grupos semejantes y dentro del cual existe un patrón parenteral de ascendencia y descendencia. • 4 Conceptos de especie • Especie Ecológica (Van Valen, 1976) • Según este concepto, especie es un linaje (o un conjunto de linajes cercanamente relacionados) que explotan el mismo nicho. Por ejemplo, parásitos emparentados entre sí y cuyo nicho se halla dentro del hospedero (endoparásitos) alcanzarán diferencias entre sí, en función a cuán diferentes son los hospederos en su morfología, hábitos, recursos, etc. 4 Conceptos de especie • 4 Concepto tipológico de especie. Es el reconocimiento científico de la especie mediante la designación de un ejemplar típico, etiquetado y depositado en un museo. • Teoría Evolución de las especies por Selección Natural (Darwin & Wallace, 1859) Aportó las bases para un nuevo marco conceptual en Sistemática. • 1950-1960 - Tres “escuelas” de la clasificación: - Fenética : utilizan exclusivamente relaciones de similaridad (que miden y representan). - Taxonomía Evolutiva : tratan de ser consistentes con las relaciones de parentesco pero consideran la divergencia/similaridad. - Sistemática Filogenética/Cladística o Cladismo: exclusivamente relaciones de parentesco (filogenia). 4 utilizan Sistemática cladística – Hennig 1950, auge desde los `70 • Método más utilizado en la actualidad. • El estudio de la filogenia es una ciencia empírica basada en evidencias • Las filogenias se construyen basándose en caracteres (rasgos particulares) compartidos. 4 Tipos de caracteres estudiados • Se estudian los caracteres de los organismos: morfológicos, fisiológicos, moleculares, cromosómicos, etológicos, biogeográficos. • El análisis filogenético busca en los organismos rasgos compartidos que se han heredado de un ancestro común: homologías Problema analogías: homoplasia (similitud aparente resultado de evolución independiente) 4 Términos utilizados en las filogenias • Caracteres plesiomórficos (plesiomorfías): rasgos que estaban presentes en la especie ancestral y permanecen en esencia sin cambio (caracteres primitivos). Caracteres plesiomórficos compartidos por varios taxones = simplesiomorfías. • Caracteres apomórficos (apomorfías): son los que no estaban presentes en la especie ancestral, sino que aparecieron más recientemente (caracteres derivados). Carácter apomórfico exclusivo de un taxón determinado es una autapomorfía y si es compartido por varios taxones se llama sinapomorfía. Definiciones relativas. 4 Origen y evolución de los animales 5 Origen: • • 5 Teoría colonial Origen colonial a partir de los coanoflagelados. Dicha teoría se ve avalada tanto por datos moleculares (ARN ribosómico) como morfológicos. El antecesor de los metazoos sería una colonia hueca y esférica de dichos flagelados. Origen: • • 5 Teoría simbiótica. Una segunda hipótesis contempla la posibilidad que diferentes Protistas se hubiesen asociado simbióticamente originando un organismo pluricelular. Este es el origen que se presupone para las células eucariotas a partir de células procariotas. No obstante, no hay pruebas que respalden el origen simbiótico de los metazoos Teoría de la Evolución 6 Fijismo y evolucionismo Teorías preevolutivas Hasta el s. XIX los seres vivos son considerados inmutables; Han existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios 6 Fijismo y evolucionismo Algunos fijistas destacados: • Carlos Linneo (1701-1778) • Georges Cuvier (1769-1832) • Louis Pasteur (1822-1895) 6 TEORÍAS PREEVOLUTIVAS: CATASTROFISMO: G. Cuvier (1769-1832), estudiando una gran cantidad de fósiles dedujo que había especies que desaparecían, se extinguían, lo cual implicaba cambios que contradecían al fijismo; como él era fijista, pensó que las especies aparecían sobre la Tierra y se mantenían durante mucho tiempo sin sufrir ningún cambio hasta que se producía una gran catástrofe que las hacía desaparecer, tras lo cual aparecían nuevas especies que volvían a desaparecer en otra catástrofe y así sucesivamente. 6 Fijismo y evolucionismo Catastrofismo (relacionado con la religión católica, e.g. diluvio universal). Este paradigma estuvo en vigor durante los siglos XVII y XVIII. 6 Fijismo y evolucionismo Teorías evolutivas Lamarckismo, Darwinismo, Teoría sintética o neodarwinismo. Explican la sorprendente variedad de seres vivos como el resultado de un proceso de cambio que los transforma y origina organismos nuevos. A partir de un antecesor aparecen nuevas especies por sucesivas modificaciones. 6 Teorías evolutivas Lamarckismo: •Las especies actuales provienen de especies primitivas, hoy extinguidas, que han sufrido modificaciones sucesivas. • Para Lamarck estas transformaciones se deben a que cuando cambian las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollan caracteres que les ayudaban a vivir mejor (Adaptaciones). •Esos caracteres se transmiten a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llama la Herencia de los caracteres adquiridos 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Charles Darwin En 1831, poco después de haber dejado Cambridge, se le ofreció que tomara parte como naturalista en la expedición del barco explorador de la Armada Inglesa Beagle. Esta oferta cambió su vida 6 Darwinismo (segunda mitad del s. XIX) En las poblaciones de los seres vivos hay mucha variedad y las diferencias pueden ser anatómicas, fisiológicas o de comportamiento. Nacen más individuos de los que logran sobrevivir. Es decir, existe entre los individuos de una misma especie una competencia por el espacio y el alimento, “lucha por la supervivencia”. 6 Darwinismo (segunda mitad del s. XIX) Los individuos cuyas variaciones les permiten sobrevivir mejor se ven favorecidos, “selección natural”. Los supervivientes, al reproducirse dan origen a las siguiente generación, las variaciones más favorables se transmiten a los descendientes. 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Variabilidad intraespecífica. Los individuos de una especie no son exactamente iguales entre sí, presentando pequeñas variaciones. Estas variaciones surgen en forma fortuita y son transmitidas a los descendientes. 6 ¿Qué es la biodiversidad? • Contexto ecológico: Norse (1986) y los 3 niveles de biodiversidad 1) Genética 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Superproducción La fecundidad de la naturaleza lleva a que nazcan más individuos de los que el ambiente puede sostener. En consecuencia, se establece una lucha por la existencia, donde muchos mueren en forma precoz. 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Selección natural Los individuos con variaciones favorables tienen más probabilidades de sobrevivir y de reproducirse con mayor frecuencia. Como resultado, en las siguientes generaciones habrá mayor proporción de individuos con variaciones favorables que aquellos con variaciones desfavorables, que tienden a desaparecer. 6 Biston betularia 6 Biston betularia 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: La acumulación de variaciones favorables a lo largo del tiempo conduce a la transformación de una especie en otra. (Microevolución & Macroevolución) 6 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: ¿Cuál es el mecanismo de este proceso? 6 Neodarwinismo Posterior a los descubrimientos de Mendel. La evolución se produce por: Variabilidad genética: existencia de una gran abundancia de genotipos diferentes dentro de una población. Aparecen nuevos caracteres que son hereditarios Obtenidas aleatoriamente por mutaciones Por recombinación genética en la reproducción sexual. 6 Neodarwinismo Posterior a los descubrimientos de Mendel. La evolución se produce por: Selección natural: Elimina las combinaciones génicas menos adaptadas Favorece las más adaptadas. Los factores ambientales también cambian por lo que los individuos mejor adaptados también cambiarán. 6 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: ¿Cuál es el mecanismo de este proceso? Gregor Johann Mendel describió, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades del guisante o arveja (Pisum sativum), las hoy llamadas leyes de Mendel que rigen la herencia genética. 6 El caso de la oveja de pata corta En 1971, en la granja de Seth Wrigth, en Nueva Inglaterra nació un carnero atípico…. tenía patas cortas y torcidas 6 6 Esto le hizo pensar a Seth que si estas patas cortas se podían heredar, él sería capaz de criar un rebaño entero de ovejas de pata corta. Entonces no necesitaría poner vallas tan altas alrededor de su granja y gastaría menos dinero en materiales 6 Seth utilizó el carnero para criar. Dos de las crías tenían patas muy cortas y torcidas 6 Cruzando a estas dos ovejas, Seth obtuvo un rebaño entero de este tipo: la raza Ancon 6 Un nuevo gen,una nueva raza Seth tuvo suerte. La causa de que el carnero tuviera patas cortas era un gen cambiado: una mutación El carnero transmitió la mutación a algunas crías y por lo tanto éstas también tenían patas cortas Al cruzar este tipo de ovejas entre sí, Seth creó finalmente un rebaño completo de ovejas de pata corta. La raza Ancon. Nunca hubiera podido hacer un rebaño como el de la ovejas Ancon si se hubiera limitado a cruzar las ovejas que en su rebaño primitivo tenían las patas más cortas 6 Las teorías evolucionistas 6 ¿Cómo se sustenta la Teoría de la Evolución? 6 Pruebas de la evolución 6 1.- Paleontológica Demuestra la existencia de un proceso de cambio, mediante la presencia de restos fósiles de flora y fauna extinta y su distribución en los estratos geológicos. 6 Pruebas paleontológicas • El reconocimiento de que existieron organismos ya desaparecidos, diferentes a los actuales, constituye una prueba fundamental del hecho evolutivo. – Serie filogenética del caballo: en su tendencia evolutiva se observa un incremento del tamaño, una reducción del número de dedos y un aumento progresivo del la superficie de masticación de los molares. – Serie filogenética del cráneo de los homínidos. – Seres que han evolucionado poco o nada ofrecen una información extraordinaria sobre las condiciones de vida de sus antepasados: celacanto, araucaria y tuátara. – Fósiles que muestran características de dos grupos actuales diferentes. Ejemplo: Archaeopteryx lithographica, prueba de la relación entre aves y reptiles. Pruebas paleontológicas. Series filogenéticas 2. Pruebas morfológicas • • • 6 Las distintas especies de cada grupo de seres vivos mantienen una organización básica semejante que pone de manifiesto su origen común. Por ejemplo los animales vertebrados comparten modelos de organización: – Poseen columna vertebral formada por vértebras separadas, desde peces a mamíferos. – Extremidades. Es básico diferenciar entre órganos homólogos, órganos análogos y órganos vestigiales. Órganos homólogos • Teniendo el mismo origen se usan para distintas funciones. • Estos órganos constituyen una prueba de la evolución divergente o radiación adaptativa, que se da cuando se producen distintas especies a partir de un antecesor común , adaptadas a distintos modos de vida. 6 Tienen los mismos huesos pero distinta función: nadar y volar 6 6 Divergencia evolutiva: fenómeno por el cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en el que están… 6 Órganos análogos • Teniendo un origen distinto, se utilizan para cometidos semejantes, por lo que muestran grandes similitudes. • Constituyen prueba de la evolución convergente, en la que seres vivos no emparentados adoptan una solución morfológica parecida. 6 Alas de insectos y aves empleadas para el vuelo 6 Convergencia adaptativa: fenómeno por el cual los seres vivos repiten diseños y fórmulas que han tenido éxito 6 Órganos vestigiales • Aquellos que han perdido su función inicial y sólo aparecen a modo de reliquia. • En ocasiones tienen funciones diferentes. – Alas traseras de las moscas les sirven de equilibrio. – Alas del avestruz. – Apéndice, reliquia de antepasados herbívoros que debían aprovechar al máximo el escaso valor nutritivo de los vegetales. 6 3.- Biogeografía 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 6 Pruebas biogeográficas • Las barreras geográficas logran un aislamiento de las poblaciones que permite la evolución, por separado, de cada una. • El resultado final es la formación de especies distintas. Avestruz, ñandú, emú • La existencia de especies terrestres semejantes aunque no idénticas unidos en el pasado y hoy separados se explican suponiendo una evolución divergente en cada continente a partir de un antecesor común. Ejemplo: marsupiales. 4.- Embriología 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 6 5 . Pruebas bioquímicas • Por último, las pruebas más recientes y las que mayores posibilidades presentan, consisten en comparar ciertas moléculas que aparecen en todos los seres vivos de tal manera que esas moléculas son tanto más parecidas cuanto menores diferencias evolutivas hay entre sus poseedores, y al revés; esto se ha hecho sobre todo con proteínas (por ejemplo proteínas de la sangre) y con ADN. • EJEMPLO: comparación de la proteína insulina en distintos animales, la secuencia de aminoácidos. 5.- Bioquímica comparada Las 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. 6 6.- Domesticación Ejemplos varios de aplicación del principio de selección, no ya natural, de caracteres “favorables” 6 Filogenia y clasificación de los metazoa 7 Historia de la clasificación • Comenzó con Aristóteles - clasificación que estuvo vigente durante 2000 años. Clasificación dicotómica; clasificó a los animales como ya se vio anteriormente. • Linneo (1707-1778) - sistema de clasificación jerárquico: ordena los organismos en una serie ascendente de grupos incluidos unos en otros en sucesión siempre creciente. La clasificación jerárquica obedece a características particulares de los seres vivos Sistemática • • • Disciplina científica que estudia la diversidad de los seres vivos e intenta construir un sistema ordenado de clasificación de los organismos. El principal objetivo es reconstruir la filogenia que relaciona entre si a todas las especies actuales y extintas. Estas relaciones son visualizadas como árboles o hipótesis evolutivas (filogenias). Las clasificaciones son hipótesis. • Taxonomía es la ciencia que se encarga de nombrar y clasificar los organismos; establece las reglas de una clasificación (taxis: arreglo, nomia: ley). Sistemática 7 Las categorías principales o taxones en las que se agrupan los organismos fueron dotadas de rango taxonómico. Reino Phylum Clase Orden Familia Genero Especie – unidad básica de la clasificación biológica Nomenclatura binominal cada especie tiene un nombre en latín compuesto por dos palabras escritas en letra cursiva, la primera palabra con mayúscula es el nombre del género, la segunda es el epíteto específico, en minúscula. Ej ñandú: Rhea americana • Sistemática Cladística: Método más utilizado en la actualidad • Método riguroso de reconstrucción filogenética con organismos actuales. • El estudio de la filogenia es una ciencia empírica basada en evidencias (caracteres homólogos). 7 Cladograma 7 • Árbol filogenético con dicotomías, el cual muestra un punto de divergencia a partir de un ancestro común. • Cada rama, o clado, muestra una especie ancestral y su decendencia, o sea, un grupo monofilético. • La especie actual en el árbol está representada por un nodo terminal. Cada cladograma expresa una hipótesis. Cladograma Clado Nodo terminal Nodo Ancestro común 7 Clasificaciones de la vida • Aristóteles • 2 reinos: Animal y Vegetal 7 Clasificaciones de la vida • Ernst Haeckel (1866) • Reino Protista: todos los organismos unicelulares. 7 • 1956 – Herbert Copeland (1902-1968) – reino Monera: organismos procariotas o procariontes. 1969 – Robert Whittaker (1924-1980) Sistema de 5 reinos: Monera Protista (Protoctista) Fungi Plantae Animalia. 1990 – Woese, Kandler y Wheelis - datos moleculares 3 dominios monofiléticos por encima del nivel de reino: Bacteria: bacterias verdaderas Archaea: otros procariotas, separados de bacterias por la estructura de la membrana y la secuencia de ARN ribosómico Eukarya: todos los eucariotas. Relaciones entre principales linajes no está clara. Los animales en las diferentes eras 5 Animales de Burguess Shale, Columbia Británica, Canada Marrella 5 Opabinia 5 Wiwaxia 5 Anomalocaris 5 Hallucigenia 5 Haikouichthus 5 5 Endoceras 5 Ordovícico Medio (445 MA) 5 Dunkleosteus 5 Acanthostega 5 Devónico tardío (370 MA) 5 Cotylorhynchus, Ophiacodon, Varanops 5 Fines del Pérmico (250 MA) 5 Cynognathus 5 Fines del Triásico (250 MA) 5 Carnotaurus sastrei 5 Archeopteryx 5 Fines del Cretácico (65 MA) 5 ? Reciente (0 MA) 5 Hoy: Acanthocephala, Acoelomorpha, Annelida, Arthropoda, Brachiopoda, Bryozoa, Chaetognatha, Chordata, Cnidaria, Ctenophora, Cycliophora, Echinodermata, Echiura, Entoprocta, Gastrotrichia, Gnathostomulida, Hemichordata, Kinorhyncha, Loricifera, Micrognathozoa, Mollusca, Monoblastozoa, Myxozoa, Nematoda, Nematomorpha, Nemertea, Onychophora, Orthonectida, Phoronida, Placozoa, Platyhelminthes, Pogonophora, Porifera, Priapulida, Rhombozoa, Rotifera, Sipuncula, Tardigrada y Xenoturbellida 5 Grupos megadiversos 370,000 species Coleoptera:: 370,000 spp Coleoptera spp.. 5 Grupos megadiversos Hymenoptera:: 198,000 spp Hymenoptera spp.. 5 Grupos megadiversos Lepidoptera:: 165,000 spp Lepidoptera spp.. 5 Grupos megadiversos Araneae:: 34,000 spp Araneae spp.. 5 Grupos megadiversos Gastropoda:: 80,000 spp Gastropoda spp.. 5 …más números Vertebrata:64,000 spp spp.. 5 5 15,000 sp terrestres/año 70% insectos Rhynchocyon udzungwensis (2008) 5 Mirza zaza (2005) 5 1,635 sp sp/año /año 5 Los océanos cubren el 71 % de la superficie de la Tierra • Mas del 50% de la superficie del planeta se encuentra mas allá del borde de la plataforma continental 5 Dinochelus ausubeli (2010) 5 Hydrolagus mccoskeri (2006) 5 3 Gracias por su atención!