Genética y Evolución

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•William Bateson (1861-!926) biólogo y genetista inglés, es considerado uno de los fundadores de la genética como ciencia. •Fue uno de los redescubridores del trabajo de Mendel y en 1902 definió a la Genética como “la ciencia que estudia la herencia y la variación”. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• La Herencia es lo que se transmite de padres a hijos y determina la semejanza entre ellos y entre todos los individuos de una misma especie. • La Variación son las diferencias que hacen que dos individuos de la misma especie, ya sean emparentados o no, sean semejantes, pero no iguales.

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• Hoy sabemos que el material responsable de la Herencia es el ADN y que el ADN se caracteriza por ser lo suficientemente estable como para reproducir, generación tras generación, las características de cada especie. Pero que también es capaz de sufrir modificaciones, generando la fuente de toda Variación o sea, las alternativas de los caracteres. • Entonces, en los individuos de una generación se producen cambios genéticos, los que por medio de la Reproducción, previa Meiosis, se transmiten a la descendencia produciendo Variabilidad Genética. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

•

Reproducción

Cambios Genéticos

Variabilidad

Meiosis

EVOLUCIÓN Selección Natural

Adaptación

Especiación

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• Charles Darwin

(1809-1882) fue un naturalista británico que publicó en 1859 su libro: “El origen de la especies por medio

de la selección natural o la preservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida” . Este libro proporcionó un aplastante respaldo a la teoría de la evolución, tan controvertida en ese momento. Su pensamiento estuvo inspirado en la teoría de Thomas Malthus, economista inglés que publicó un ensayo sobre el principio de las poblaciones en 1798. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

La teoría de Darwin tiene dos componentes: ▪El primero es que todos los seres vivos que hay sobre la tierra descienden, con modificaciones, de una o pocas formas simples originales (El primer ancestro primordial data de entre unos 3500 a 4000 millones de años). ▪ El segundo componente de la teoría es que los organismos se adaptan a su ambiente por medio del proceso de selección natural. Lo que puede resumirse en : • 1- La variación es una característica inherente entre los individuos de las poblaciones. • 2- Todo grupo de organismos produce un exceso de descendientes. • 3- Sólo sobrevivirán los más eficaces. Agronomía y Zootecnia - UNT Cátedra de Genética - Facultad de

Portada de “El Origen de las Especies” 1859

Charles Darwin

Caricatura de Darwin ridiculizando su Teoría de la Evolución 1870

1809-1882 Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Evolución Concepto: Son las transformaciones que

sufren las especies a través del tiempo.

Las especies eran concebidas antes de Darwin como grupos de organismos morfológicamente similares. El moderno concepto biológico de especie significa grupos de organismos que pueden aparearse entre sí y producir descendencia fértil. Las Poblaciones Naturales son conjuntos de individuos de la misma especie que conviven en el mimo nicho ecológico. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

cambios espacio

tiempo

Para

que

haya

“Variabilidad”

“Evolución”

debe

haber

La variabilidad es la fuente de transformaciones que desencadenan el mecanismo evolutivo, y tiene su origen en los cambios numéricos, estructurales e intragénicos. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Fuentes de Variabilidad Genética:

1. Mutaciones: son cambios a nivel molecular, en la secuencia de las bases nitrogenadas del ADN. 2. Aberraciones cromosómicas: cambios en la estructura de los cromosomas. Pueden ser Deficiencias, Delecciones, Duplicaciones, Inversiones y Translocaciones 3. Variaciones Numéricas: cambios en el nº cromosómico del genoma. Pueden ser Aneuploides y Euploides. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Diagrama que muestra como interaccionan las mutaciones y la selección natural para originar cambios en las poblaciones de organismos Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• La Selección Natural es un proceso que permite la reproducción diferencial de genotipos en respuesta a factores ambientales, privilegiando un genotipo sobre otros. Es una cuestión de éxito reproductivo o sea de capacidad de dejar mayor descendencia. Tiende a producir poblaciones de individuos mejor adaptados a su ambiente y su consecuencia es la Evolución. • La Selección Artificial es la que practican los mejoradores de animales y vegetales, actúa siguiendo las mismas reglas. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• La Selección Natural actúa frente a la variabilidad genética por medio de tres factores: • 1- Factores Climáticos (temperatura, humedad, luz,…) • 2- Factores Edáficos (condiciones de suelo) • 3- Factores Bióticos (acción de otros organismos) • Los tipos de Selección Natural pueden ser: a) Selección Direccional b) Selección Diversificadora c) Selección Estabilizante Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Selección Direccional: Actúa eliminando continuamente individuos de uno de los extremos de la distribución fenotípica, y favoreciendo al grupo del otro extremo. De manera que la descendencia tiende a desplazarse al extremo favorecido. No conserva la variabilidad. Lleva a la adaptación. Ejemplos: en las jirafas el largo del cuello es determinante para la alimentación, en los ciervos la rapidez para huir del enemigo determina la supervivencia, en los animales predatores la rapidez para cazar a la víctima permite la alimentación. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Selección

Diversificadora: Favorece a los

individuos de ambos extremos de la distribución fenotípica a expensas de los intermedios. Si hay flujo génico entre los extremos seleccionados suelen mantenerse los niveles de variabilidad. Tiende a mantener el mismo valor medio de la distribución fenotípica. Ejemplos: en los pájaros pinzones de Camerún hay individuos con pico largo e individuos con pico corto, no aparecen los intermedios, esto se relaciona con su alimentación que puede ser de semillas pequeñas o grandes. Otro ejemplo: en los salmones los machos que consiguen fecundar los huevos de las hembras son los grandes y los pequeños, los intermedios no. Es por una razón de fuerza y por agilidad. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Selección Estabilizante: Actúa eliminando continuamente los individuos de ambos extremos de la distribución, el resultado es el aumento de la frecuencia de los fenotipos intermedios, que son los mas comunes. Favorece a un solo fenotipo por lo que tiende a disminuir la variabilidad. En ambientes estables favorece a fenotipos bien adaptados. Mantiene la media de la población. Ejemplos peso de animales vivíparos al nacer, se ven favorecidos los de peso intermedio, pues los muy chicos son débiles y los grandes pueden tener problemas en el parto. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

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El proceso de Especiación

• La evolución va acompañada de la formación de nuevas especies o especiación. Se entiende por especiación la multiplicación de

especies en el espacio.

Puede ocurrir: • 1- Un ambiente ocupado por la especie E, por cambios genéticos, a través de miles de años, aparecen nuevas poblaciones E1, E2, E3, E4. Actúa la selección natural y desaparecen las poblaciones nuevas, sólo queda la original. E E1 E2 E3 E4 Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• 2-Un ambiente con su población original “E” que produce E1, E2, E3. La selección natural no permite que prosperen E1 ni E3 y E2 es mas adaptada que la original. Entonces termina desapareciendo la original y quedando finalmente solo E2. E E1 E2 E3 E4 3- Una última situación es que sea un ambiente grande que se encuentra subdividido. Se producen poblaciones nuevas y donde prosperan algunas, otras se pierden, quedando poblaciones diferentes en las distintas zonas. E E1 E2 E3 E4 E E1 E2 E3 E4 E E1 E2 E3 Agronomía E4 y Zootecnia - UNT Cátedra de Genética - Facultad de

En el caso 1: No hubo ni Evolución ni Especiación.

En el caso 2: Hubo Evolución pero no Especiación. En el caso 3: Hubo Evolución y Especiación.

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• La especiación es siempre consecuencia de la

evolución. Pero la evolución no trae siempre como consecuencia la especiación.

En el caso 2 de la población E de la que surgen E1, E2, E3, E4. Se van perdiendo todas menos E2. Luego de E2 surgen E5, E6, E7. De ellas solo quedará E6. O sea que la especie E se ha modificado, pero sigue siendo una única especie. Hubo evolución pero no especiación. Esto se llama evolución anagenética. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Como en el caso 3, podría ocurrir, que de E surjan E1, E2, E3, E4. Con el tiempo quedan conviviendo E, E1 y E4. Se pierden algunas, otras siguen su evolución. La especiación en este caso es la divergencia de una especie para dar lugar a formas distintas que existen simultáneamente. Este proceso de ramificación se denomina evolución cladogenética.

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Barreras de aislamiento • Para que exista especiación debe 1º haber cambios genéticos que produzcan diferencias y 2º que halla barreras o mecanismos de aislamiento. Las barreras pueden darse por: A) Las especies son incompatibles. 1- Porque no coinciden: a- aislamiento geográfico o ecológico. b- aislamiento temporal (época de reproducción). Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

2- Las especies coinciden, pero hay: a- aislamiento de origen sexual o etológico (no hay atracción, especies diferentes). b- aislamiento mecánico. Existe voluntad de apareamiento pero hay impedimentos físicos. c- aislamiento porque la gameta masculina no alcanza la femenina. d- aislamiento por falta de viabilidad del cigoto. B) Las especies son compatibles, se cruzan y dejan descendencia, pero ésta es infértil. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Comportamiento reproductivo de algunas especies

Selección sexual. Pavo real macho desplegando su cola

Selección altruista. En insectos sociales prevalece la preservación de la especie sobre la del individuo

Flujo genético. Los leones machos al alcanzar la madurez sexual abandonan el grupo en el que nacieron y se establecen en otra manada para aparearse

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Adaptación • Es el ajuste de los genotipos de una población a las exigencias de la Selección Natural. Más adaptada será la que deja mayor número de descendientes viables. Nacer Crecer Desarrollar (madurez sexual) Reproducir (meiosis gametas) Dejar descendencia viable Morir Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Ejemplo de Adaptación por mutaciones favorables

Biston betularia forma typica

Ambas formas de Biston betularia

posadas sobre árbol de tronco claro

Biston betularia forma carbonaria Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Darwin encontró en las islas Galápagos 14 subespecies de pájaros pinzones, que solo difieren en la forma del pico, cada una de ellas adaptada a -un tipo dede alimentación y que vivían en un Cátedra de Genética Facultad Agronomía y Zootecnia - UNT habitat diferente en las diversas islas.

Adaptación y cambios no heredables en el fenotipo • Hacia fines del siglo XIX hubo investigadores que probaron experimentalmente la respuesta de las distintas especies ante hábitats diferentes y sacaron las siguientes conclusiones: • Cada especie posee características particulares que le permiten colonizar aéreas diferentes. • En diferentes ambientes los seres vivos manifiestan un desarrollo diferente. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Por ejemplo, si se traslada una especie vegetal a un ambiente con mayor altitud los tallos se acortan, los entrenudos se encuentran mas próximos y la cantidad de flores se hace menor. • Si se la traslada a su lugar de origen estas modificaciones desaparecen. • Se trata de Genotipos Plásticos, son aquellos que

presentan la capacidad de modificar el fenotipo ante cambios del ambiente.

• La plasticidad de un genotipo es un carácter heredable. No son heredables los cambios fenotípicos originados por la plasticidad. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Hay ejemplos de especies vegetales como Polygonum anphibium que presentan 3 formas diferentes según crezcan en un ambiente húmedo, acuático o xerófito. Si se cultivan las 3 formas en un mismo ambiente responden de igual manera, presentan igualfenotipo, esto se debe al genotipo plástico que origina modificaciones no heredables. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Variaciones heredables

• En aquellas especies que se encuentran cubriendo amplias regiones, la selección natural actúa distribuyéndolas en un gran número de razas genéticamente diferentes. • Las variaciones pueden ser continuas desde un extremo al otro de la distribución, respondiendo a una continua modificación de un factor de la selección natural y en este caso se habla de Clines . O pueden ser variaciones discontinuas lo que origina poblaciones aparentemente inconexas y se denominan Ecotipos . Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

Adaptación de las plantas cultivadas

• Las plantas cultivadas tienen los mismos requerimientos que las plantas de poblaciones naturales con la diferencia que en la naturaleza la selección se halla dirigida en forma accidental mediante la única intervención de las fuerzas naturales; mientras que en plantas cultivadas la selección es orientada en una dirección determinada Además a la selección natural le lleva muchos años conseguir el genotipo que mejor se adapta y presentan genotipos más plásticos, en cambio el hombre selecciona en un corto plazo y con un genotipo mas restringido. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

“Recursos Genéticos” (RR.GG.) El término de “recursos genéticos” se refiere a todo aquel material de origen vegetal, animal o microbiano que contiene unidades funcionales de la herencia (genes) y que presenta valor real o potencial.​ Los recursos genéticos son los cimientos de la vida en la tierra. Son una dimensión de la Biodiversidad, la cual se estratifica desde genes, hacia individuos, especies, poblaciones, ecosistemas y paisajes. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Los recursos genéticos de las plantas cultivadas y de los animales domésticos constituyen la base biológica de la seguridad alimentaria mundial. Corresponden al concepto de agrobiodiversidad.​ Estos recursos son la materia prima más importante de los mejoradores de plantas y animales. Son fundamentales para una producción agrícola sostenible. • También se traducen en bienes y servicios para el ser humano, los cuales pueden ser aprovechados además de en alimentos, en materias primas y medicinas naturales, entre otros; hasta la aplicación de biotecnología para producir bienes y servicios de alto valor agregado, supliendo tanto necesidades básicas como novedades del- Facultad mercado. Cátedra de Genética de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Conservación in situ • La conservación in situ (conservación en el propio sitio) es el proceso de proteger una especie en peligro de extinción, animal o vegetal, en su hábitat natural, actuando o no sobre el hábitat en sí mismo, o defendiendo a esa especie de sus predadores. El beneficio de la conservación in situ es que se mantienen las poblaciones en recuperación en el propio ambiente donde se desarrollan sus propiedades distintivas. • La conservación de la vida silvestre se basa mayormente en la conservación in situ. Así se involucra la protección de los hábitats de vida silvestre. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• Como una última oportunidad, la conservación ex situ se puede usar en parte o en toda la población, cuando la conservación in situ presenta dificultades insalvables, o imposibles. • La conservación ex situ consiste en el mantenimiento de algunos componentes de la biodiversidad fuera de sus hábitats naturales. • Este tipo de conservación incluye 1-El almacenamiento de los recursos genéticos en Bancos de germoplasma 2-El establecimiento de colecciones de campo y el manejo de especies en cautiverio, que pueden ser centros de fauna (zoológicos, centros de rescate, museos) y centros de flora (jardines botánicos, Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT viveros).

• El germoplasma es el conjunto de genes que se transmite por la reproducción a la descendencia por medio de gametas o células reproductoras. • En el caso Bancos de Germoplasma o Banco de semillas, se utiliza cualquiera de las formas reproductivas del vegetal (semillas, esquejes, tubérculos, etc ) su misión consiste en ubicar, recolectar, conservar y caracterizar el plasma germinal de las plantas que, por sus atributos son consideradas de interés prioritario para beneficio de la humanidad, además de aportar conocimiento científico orientado a la optimización de la conservación y uso de los recursos fitogenéticos Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• En el caso de animales el BanGES tiene como

misión la obtención, el procesamiento y la conservación de material biológico de especies animales en peligro de extinción con el fin de preservar el máximo de diversidad genética. Son objetivos prioritarios la criopreservación de germoplasma (espermatozoides, óvulos y embriones) y tejidos y células somáticas, de modo que estos biomateriales sean viables, y puedan emplearse para caracterización reproductiva y genética de especies silvestres en peligro y, mediante técnicas de reproducción asistida, para promover flujo génico entre poblaciones fragmentadas

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• Erosión Genética Desde hace 200 años, como consecuencia del desarrollo agrícola e industrial y la progresiva unificación de hábitos culturales y alimenticios, el número de cultivos y la heterogeneidad dentro de los mismos han ido descendiendo progresivamente y, en la actualidad, el 90% de la alimentación mundial está basada en sólo unas 30 especies vegetales y unas docenas de variedades.

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• Las variedades modernas, con una base genética muy reducida, han ido desplazando a innumerables variedades tradicionales, heterogéneas y menos productivas, pero altamente adaptadas a su ambiente local y poseedoras de una gran diversidad genética.

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• El problema de la erosión genética de las variedades locales se ve agravado, además, por la desaparición de especies y formas silvestres de las plantas cultivadas debida a procesos como la deforestación masiva o la degradación y contaminación de los habitats naturales que, en definitiva, no son sino resultados de la explotación abusiva de los recursos del planeta. La pérdida de variabilidad genética supone una limitación de la capacidad de responder a nuevas necesidades y un incremento de la vulnerabilidad de nuestros cultivos frente a cambios ambientales o aparición de nuevas plagas o enfermedades. Cátedra de Genética - Facultad de Agronomía y Zootecnia - UNT

• El reconocimiento de la erosión genética como un problema grave tiene lugar en los años 50, cuando el desarrollo agrícola empieza a alcanzar a las regiones del planeta con mayor diversidad genética, siendo en este momento cuando se empiezan a poner en marcha medidas globales para preservar los recursos fitogenéticos. • Hoy en día, la mayoría de países son conscientes del grave problema que supone la erosión genética y de la urgente necesidad de tomar medidas, tanto técnicas como políticas, para preservar y utilizar de forma racional la diversidad aún existente.

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Bibliografía • • • • • • • • •

C. PETIT. G PREVOST. Genética y Evolución. Ed. Omega. Barcelona. 1970 DODSON. Evolución. Proceso y Resultado. Ediciones Omega. Barcelona. 1963 LACADENA, J. R. Genética. 1980. A.G.E.S.A. España. PIERCE, B. Genética. Un enfoque conceptual. 2005. Ed. Médica Panamericana. PUERTAS, M. J. Genética. Fundamentos y perspectivas. 1992. Interamericana. McGraw-Hill. SÁNCHEZ-MONGE, E. Y N. JOUVE. 1989. Genética. Ed. Omega. Barcelona. SINNOTT, W. E. L. C. DUNN Y T. DOBZHANSKY. 1977. Principios de Genética. Ed. Omega. Barcelona. SRB, A. M.; R. Q. OWEN Y R. S. EDGAR. Genética general. 1968. Omega. de Genética - Facultad de TAMARIN, R. PrincipiosCátedra de genética. 1996. Reverté S. A. Agronomía y Zootecnia - UNT