Evolución biológica

CCáátedra de Biologtedra de Biologííaa

Facultad de Ciencias MFacultad de Ciencias Méédicasdicas--UNRUNR

La diversidad del mundo viviente es extraordinaria

�� Se han identificado 2,000,000 de Se han identificado 2,000,000 de especiesespecies

�� ExistirExistiríían entre 10 y 30 millones de an entre 10 y 30 millones de especiesespecies

�� Es asombrosa la variedad de formas y Es asombrosa la variedad de formas y tamatamaññosos

Especies identificadasBacterias 4,760 especiesBacterias 4,760 especiesAlgas 26,900 especiesAlgas 26,900 especies

Protozoarios 30,800 especiesProtozoarios 30,800 especiesMusgos y Helechos 17,000 especiesMusgos y Helechos 17,000 especiesPlantas superiores 250,750 especiesPlantas superiores 250,750 especies

Hongos 46,983 especiesHongos 46,983 especiesNematodesNematodes24,000 especies24,000 especiesCrustCrustááceos 38,000 especiesceos 38,000 especiesInsectos 751,000 especiesInsectos 751,000 especies

Peces 25,000 especiesPeces 25,000 especiesReptiles 6,300 especiesReptiles 6,300 especies

Aves 9,198 especiesAves 9,198 especiesMamMamííferos 4,170 especiesferos 4,170 especies

El proceso evolutivo

Todos los seres vivos, de las bacterias al hombre, pertenecen a una gran familia que se ha desarrollado a través de un proceso de cambio y diversificaciónen el transcurso de la historia de la vida en la Tierra

Teoría de la Evolución

Generalización comprensivay explicativade los mecanismosimplicados en el origen, modificacióny extinciónde las especies biológicas

CreacionismoTeoría o Creencia???

Una creencia es una idea que es considerada verdadera por quien la profesa. Paradigma habitualmente basado en la fe, creado por la mente, idealizándose generalmente en la interpretación de un contenido cognoscitivo o de un hecho de los cuales se desconoce demostración absoluta o no se exige una justificación o fundamento racional.

Una teoría es un sistema lógico-deductivo constituido por un conjunto de hipótesiso asunciones, un campo de aplicación (de lo que trata la teoría, el conjunto de cosas que explica) y algunas reglas que permitan extraer consecuencias de las hipótesis y asunciones de la teoría. En general las teorías sirven para confeccionar modelos científicos que interpreten un conjunto amplio de observaciones, en función de los axiomas, asunciones y postulados, de la teoría.

La evidencia de los fósiles: el mundo viviente es antiguo (¿- 3800 m.a.?)

ArchaeopteryxArchaeopteryx

--150 150 m.am.a.. (millones de (millones de aañños)os)

Charles Darwin (Inglaterra, 1809-1882)

��EvoluciEvolucióón bioln biolóógica gica por seleccipor seleccióón n naturalnatural

El viaje del Beagle

�� El El pinzpinzóónn de de tierra firmetierra firme

Islas Galápagos: diferentes ambientes, diferentes adaptaciones

En las poblaciones con reproducción sexual

no parece haber dos individuos iguales!

Extrañas semejanzas

Las ideas de Malthus (Inglaterra, 1798)

� Las poblaciones pueden crecer, potencialmente, en forma geométrica mientras los recursos lo hacen en forma aritmética

Los resultados obtenidos por los criadores de animales domésticos

� Las modificaciones inducidas por el hombre en los animales domésticos eran claros ejemplos delpotencial de modificación de una especie

((razas de perro: obtenidas razas de perro: obtenidas por seleccipor seleccióón artificialn artificial))

Teoría de la Evolución de Darwin: Evolución biológica por la selección natural1

La selección natural operasobre variaciones individuales puramente casuales para permitir que se perpetúen los individuos mejor adaptados

11““ El Origen de las EspeciesEl Origen de las Especies”” . Londres, 1859. Londres, 1859

Reproduccióndiferencial

Acumulación de

variacionesheredables

tiempo Evolución

Variantes individuales

Ambiente

tiempo

Diferente adaptación

Los postulados del darwinismo

�� Las especies cambian, surgen nuevas y otras Las especies cambian, surgen nuevas y otras se extinguense extinguen

�� El proceso de cambio es lento y gradualEl proceso de cambio es lento y gradual

�� Todas las especies estTodas las especies estáán emparentadas y n emparentadas y podemos remontarnos a un origen compodemos remontarnos a un origen comúún de n de la vidala vida

�� El cambio evolutivo resulta principalmente El cambio evolutivo resulta principalmente por seleccipor seleccióón naturaln natural

El aporte revolucionario de Darwin

��proponer un mecanismo natural proponer un mecanismo natural para explicar la gpara explicar la géénesis, nesis, diversidad y adaptacidiversidad y adaptacióón de los n de los organismos organismos

La crisis del darwinismo

�� ¿¿CuCuááles eran las causas de las les eran las causas de las variaciones individuales?variaciones individuales?

�� ¿¿CCóómo se transmitmo se transmitíían las an las caractercaracteríísticas hereditarias?sticas hereditarias?

�� ¿¿Las especies existLas especies existíían realmente ?an realmente ?�� ¿¿HabHabíía evidencia fa evidencia fóósil de sustitucisil de sustitucióón n

de especies por lenta acumulacide especies por lenta acumulacióón de n de cambios?cambios?

Neodarwinismo o Teoría Sintética de la Evolución (1950)

Aportes de la Genética

Las Leyes de Mendel

Conceptos de genotipoy fenotipo

Las mutaciones son la materia prima del cambio evolutivo

Los genes que confieren mayor adaptaciónal ambiente incrementan la eficacia biológicade los individuos

Eficacia biológica

Relacionada a la probabilidad de los Relacionada a la probabilidad de los individuos de sobrevivir y transmitir individuos de sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generacisus genes a la siguiente generacióón n (genes involucrados en longevidad, (genes involucrados en longevidad, fertilidad y viabilidadfertilidad y viabilidad11 de la de la descendencia)descendencia)

1 1 viabilidad: posibilidad de vivirviabilidad: posibilidad de vivir

Equilibrio de Hardy-Weinberg

�� La composiciLa composicióón genn genéética de una poblacitica de una poblacióón n permanece en equilibrio en ausencia de permanece en equilibrio en ausencia de mutaciones, migraciones y seleccimutaciones, migraciones y seleccióón n naturalnatural

�� La herencia mendeliana, por sLa herencia mendeliana, por síí misma, no misma, no produce cambio evolutivoproduce cambio evolutivo

La evolución se produce por cambios en la composición genética de la población bajo presión selectiva

Progresivamente, los genes más beneficiosos se harán más frecuentes en la población

Los genes que confieren a los individuos mayor adaptación al ambiente, incrementan la eficacia biológica y bajopresión de la selección su frecuencia en la población seráprogresivamente mayor

Concepto de especie (Ernst Mayr)

Conjunto de poblaciones naturales que se cruzan entre síreal o potencialmente y que están reproductivamente aisladas del resto

Especiación

�Si lasustitución de genes es importante, el proceso es irreversible y se originará una nueva especie

Un mecanismo de especiación: especiación alopátrica

especie A

especie A

tiempo especie A

especie B

Aportes de la Paleontología

�� El El registro fregistro fóósilsil del del caballocaballomostró que la evolución por la acumulación lenta y gradual de cambios propuesta por Darwin era posible

Algunos conceptos importantes

��MicroevoluciMicroevolucióón: n: pequepequeñños os cambios a nivel poblacional que cambios a nivel poblacional que duran perduran perííodos limitadosodos limitados

��MacroevoluciMacroevolucióón: n: grandes cambios grandes cambios por encima del nivel de especiepor encima del nivel de especie

La microevolución

La Biston betulariaLa Biston betularia

La macroevolución

El gran El gran áárbol rbol de la vidade la vida

El Neodarwinismo sostiene

�� Las especies se mantienen adaptadas al Las especies se mantienen adaptadas al ambiente por cambios graduales de su ambiente por cambios graduales de su material genmaterial genéético tico

�� Cuando los cambios llevan al aislamiento Cuando los cambios llevan al aislamiento reproductivo surge una nueva especie. reproductivo surge una nueva especie.

�� Si la adaptaciSi la adaptacióón fracasa la especie se n fracasa la especie se extingueextingue

�� El cambio evolutivo resulta El cambio evolutivo resulta exclusivamente por selecciexclusivamente por seleccióón naturaln natural

La Teoría del Equilibrio Puntuado (1980)

� Las especies pasan largos períodos de estabilidad (estasis evolutivo) hasta que enun punto se inicia una etapa de rápidos y drásticos cambios conducen a la extinción o a la especiación

� El motivo de la crisis son grandes modificación del ambiente

La Teoría Neutralista de la evolución (1983)

�� La mayorLa mayoríía de a de los genes mutantes (nuevos alelos) son los genes mutantes (nuevos alelos) son selectivamente neutrosselectivamente neutros

�� SSóólo interviene un nlo interviene un núúmero relativamente pequemero relativamente pequeñño de o de gametos de entre el amplio ngametos de entre el amplio núúmero de gametos mero de gametos masculinos y femeninos posiblesmasculinos y femeninos posibles

�� El azar (y no la funciEl azar (y no la funcióón) es responsable de la difusin) es responsable de la difusióón y n y fijacifijacióón de numerosos alelos en la poblacin de numerosos alelos en la poblacióónn

�� La selecciLa seleccióón natural no explica la mayorn natural no explica la mayoríía de los a de los cambios gencambios genééticosticos

“Hay una especie de diálogo entre los datos y las teorías ”1

La progresiva falta de adecuación de una teoría con la realidad causa anomalías que llevarán, finalmente, a sustituir la teoría antigua por una nueva con mayores poderes explicativo y predictivo

1 Juan Luis Arsuaga. EspaJuan Luis Arsuaga. Españña, 2002a, 2002

La evolución humana

Pisadas humanas (-3.6 m.a) de Laetoli, Tanzania, África.Descubiertas por Mary Leaky, 1979

Los primeros mamíferos

�� Origen: Origen: --200 a 200 a --250 m.a.250 m.a.

�� Evolucionaron a partir de Evolucionaron a partir de reptiles primitivosreptiles primitivos

�� RadiaciRadiacióón brusca a partir n brusca a partir de la extincide la extincióón de los n de los dinosaurios (dinosaurios (--65 m.a.)65 m.a.)

�� Amamantan a sus crAmamantan a sus crííasas

�� HomeotermosHomeotermos

�� Cuerpo cubierto de peloCuerpo cubierto de pelo

Género primate: sus adaptaciones evolutivas

�� VisiVisióón binocular n binocular �� Manos con cinco dedos, Manos con cinco dedos,

pulpejo y upulpejo y uññas planasas planas�� Inteligentes (desarrollo Inteligentes (desarrollo

progresivo del cerebro)progresivo del cerebro)�� Pulgar oponiblePulgar oponible�� Buena coordinaciBuena coordinacióón ojon ojo--

manomano�� Muy socialesMuy sociales�� ““ Poco especializadosPoco especializados””

Primates

� Prosimios (loris, lémures)� Monos del Nuevo Mundo� Monos del Viejo Mundo� Primates antropomorfos: gibón,

orangután, gorila, chimpancé� Homínidos1: Homo sapiens y sus

ancestros fósiles

11: clasificaciclasificacióón tradicionaln tradicional

Clasificación cladogenética1

�� HomHomíínidos: Homininos y Primates nidos: Homininos y Primates antropormorfos antropormorfos

�� Homininos: Homo sapiens y sus fHomininos: Homo sapiens y sus fóósiles siles ancestrales (primates bancestrales (primates bíípedos)pedos)

11 Clado: conjunto de especies emparentadas con un Clado: conjunto de especies emparentadas con un antepasado comantepasado comúúnn

-12 m.a.

orangután gorila chimpancé hombre

- 8 a 6 m.a.

- 6 a 4 m.a.

homínidos

Primates antropomorfos

Arbol filogenético

Homo sapiens y los primates antropomorfos actuales

�� Ancestros comunesAncestros comunes�� Casi todos omnCasi todos omníívorosvoros�� Igual fIgual fóórmula dentalrmula dental�� FonaciFonacióón complejan compleja�� Gran desarrollo Gran desarrollo

cerebralcerebral�� Complejas relaciones Complejas relaciones

socialessociales�� Usan herramientasUsan herramientas

Hombres y chimpancés

��Homo Homo sapienssapiens

��PanPanpaniscuspaniscus

��PanPantrogloditatroglodita

Otra manera de pensar

�� Los grandes simios Los grandes simios son son ““ compacompaññeros eros gengenééticos de la ticos de la humanidadhumanidad””

�� Homo sapiensHomo sapiens

�� Homo paniscusHomo paniscus

�� Homo trogloditaHomo troglodita

Conceptos

�� HomHomíínidos:nidos: Conjunto de especies de la Conjunto de especies de la familia humana familia humana (todas extinguidas excepto (todas extinguidas excepto Homo sapiens)Homo sapiens)

�� HominizaciHominizacióón:n: proceso evolutivo que a proceso evolutivo que a partir de ancestros comunes con el partir de ancestros comunes con el chimpancchimpancéé lleva a la aparicilleva a la aparicióón de Homo n de Homo sapienssapiens

Homínidos (clasificación tradicional)

�Australopithecus

�Homo: habiliserectus

sapiens

¿ancestros de H. sapiens o sólo líneas colaterales?

Australopithecus: bipedestación

Homo: aumento progresivo de la capacidad cerebral

África es la cuna de la Humanidad

Australopithecus (-4 Ma)

� Varias especies identificadas (anamensis, afarensis, africanus, sediba)

� Vivieron en África� 400 a 500 cm3 de

capacidad craneana� Bipedestación

““ LucyLucy”” : f: fóósil de A. afarensis sil de A. afarensis descubierto por Donald Johanson. descubierto por Donald Johanson. EtiopEtiopíía, 1974a, 1974

Australopithecus afarensis: la niña de Dikita (2006)

La bipedia fue primero...(-4 m.a.?)

...y el desarrollo cerebral después

300

600

900

1200

1500

1800

0.00.51.01.52.02.53.03.5

Date (Ma)

Cra

nia

l Cap

acit

y (c

c)

Homo habilis (-2 Ma)

� Vivió en Africa

� 700 cm3 de capacidad craneana

� Usó herramientas

Homo erectus (-1.5 Ma)

�� SaliSalióó de de ÁÁfricafrica

�� Numerosas variantes Numerosas variantes geogrgeográáficasficas

�� 1000 cm1000 cm33 de de capacidad craneanacapacidad craneana

�� EmpleEmpleóó el fuegoel fuego

�� ViviVivi óó en cavernasen cavernas

�� Se extinguiSe extinguióótardtardííamenteamente

Homo sapiens(-100000 años)

�� Nuestra especieNuestra especie�� Origen en AfricaOrigen en Africa�� Sobrevivientes de un Sobrevivientes de un

cuello de botella (cuello de botella (--50000 50000 a.)a.)

�� MMáás de 1400 cm3 de s de 1400 cm3 de capacidad craneanacapacidad craneana

La especie única

Homo sapiens: la salida de Africa(-70000a -50000años)

�� ¿¿Descendemos de Descendemos de una pequeuna pequeñña a poblacipoblacióón de n de supervivientes supervivientes (menos de diez mil (menos de diez mil individuos)?individuos)?

La Eva mitocondrial: estudios sobre el ADNm

�� Una mujer africana ancestral a toda la Una mujer africana ancestral a toda la humanidad actual. humanidad actual.

�� HabrHabríía vivido hace unos 150000 a. a vivido hace unos 150000 a.

�� PosePoseíía el ADNm del que desciende todo el a el ADNm del que desciende todo el ADNm de las actuales mitocondrias ADNm de las actuales mitocondrias humanas (estudios del linaje matrilineal) humanas (estudios del linaje matrilineal)

Homo neanderthalensis�� ExistiExistióó hace hace --250000 a 250000 a --20000 a.20000 a.

�� ViviVivi óó en Europa y Asiaen Europa y Asia

�� Adaptado al ambiente glacial Adaptado al ambiente glacial

�� 1500 cm1500 cm33 de de desarrollo cerebraldesarrollo cerebral

�� Diferente organizaciDiferente organizacióón del cerebron del cerebro

Homínidos más antiguos: Ardipithecus ramidus, Orrorin tugenensis, Saelanthropus chadensis…

Toumai: -7 m.a. (Chad, Africa, 2002)

0

1

2

3

4

5

6

Millions ofyears ago

Homo

Orrorintugenensis

Ardipithecusramidus

Australopithecusanamensis

Australopithecusafarensis

Australopithecusaethiopicus

Australopithecusrobustus

Australopithecusboisei

Australopithecusafricanus

Australopithecusgarhi

Kenyanthropusplatyops

??

?

?

?

?

?

?

?

Homo sapiens: una sola rama verde

Otro posible camino evolutivo

Australopithecus Australopithecus podrpodríía ser a ser colateral a la colateral a la ll íínea evolutiva nea evolutiva humana humana

Algunas conclusiones:

�Somos animales �La humanidad actual pertenece a una

única especie: Homo sapiens�África es la cuna de la humanidad�Compartimos ancestros comunes con

especies actuales�Resultamos de un largo y probablemente

errático proceso evolutivo�Estamos en estasis evolutivo

“La adaptación al medio por selección natural ha sido uno de los mecanismos más importantes en la evolución, pero nosotros los Homo sapiens, que hemos llegado a independizarnos de la naturaleza y que en cierto modo nos hemos desnaturalizado, ¿seguiremos evolucionado? ¿se puede decir que la evolución se ha detenido en el hombre actual?Sin duda, falta mucho por conocer en la descripción de la historia de la vida”

Juan Arzuaga

Luigi Cavalli-Sforza (Génova, Italia, 1922- )

““ Todo lo que se escribe de ciencia puede ser Todo lo que se escribe de ciencia puede ser modificado. modificado. ¿¿La ciencia deberLa ciencia deberíía a proporcionar certezas? En realidad, sproporcionar certezas? En realidad, sóólo lo pueden darlas la religipueden darlas la religióón (a quien las acepte). n (a quien las acepte). El hecho de que cada religiEl hecho de que cada religióón ofrezca certezas n ofrezca certezas distintas puede ser preocupante, pero al parecer distintas puede ser preocupante, pero al parecer esto no perturba a los creyentes. Lo mismo se esto no perturba a los creyentes. Lo mismo se puede decir de ciertas convicciones puede decir de ciertas convicciones polpolííticasticas”…”…