GENÈTICA I EVOLUCIÓ

GENÈTICA I EVOLUCIÓ

Concepte d’espècie: Individus que es poden reproduir entre si i la descendència és fèrtil.

Limitacions de la definició: Espècies amb reproducció sexual No aplicable als fòssils.

Evolució biològica: Tansfromació d’unes espècies en altres

Teoria de l’evolució: Teoria central en biologia unifica coneixements provinents d’altres especialitats

1- Teories• Fixisme • Catastrofisme.• Lamarck• Darwin: Teoria de la

selecció natural. 2- Proves de l’evolució.

• Evidències embriològiques.

• Procedents de l’anatomia comparada.

• Paleontològiques.• Biogeogràfiques.• Procedents de la

bioquímica.3- Teories de l´evolució actuals4- Genètica de poblacions5- Especiació

TEORIA FIXISTA TEORIA CATASTROFISTA Considerava que totes les

espècies eren invariables, i que van ser creades al principi dels temps.

- Els fòssils eren considerats capricis de la natura.

- Les espècies que desapareixen no tenen cap relació amb les espècies actuals.

- Linné (s.XVIII), el pare de la nomenclatura binomial va defensar aquesta postura

Intenta fer compatible el fixisme amb la presència dels fòssils.

- La Terra ha estat poblada per una successió de flores i faunes independents entre si.

- Aquests éssers eren producte d’actes creadors seguits d’aniquilacions catastròfiques. La última fou el diluvi universal.

- Cuvier (s.XVIII) es considera el pare del catastrofisme

A finals del s. XVIII, desenvolupa una teoria on explica els mecanismes evolutius. Ha estat el primer científic evolucionista de la història: Les espècies es van transformant unes en d’altres

En què es basa:Els éssers vius tenen una tendència innata al seu perfeccionament, que els permet adaptar-se als ambients més diversos.

Postulats: Llei de l’ús i el desús dels òrgans: Quan un

òrgan s’utilitza es desenvolupa i quan no s’utilitza s’atrofia. Dit d´una altra manera: La funció crea l’òrgan. Aquests “òrgans” adquirits s´hereten.

• Després d’un viatge arreu del món que va durar cinc anys embarcat al baixell Beagle. L’any 1859 Darwin va publicar el llibre: L’origen de les espècies, on explicava la teoria sobre la selecció natural. Uns anys abans un jove naturalista, Wallace havia escrit un article amb la mateixa idea.

Punts de la Teoria de l’evolució de Punts de la Teoria de l’evolució de DarwinDarwin•Elevada capacitat reproductora dels éssers vius: Disponibilitat de recursos

•La selecció natural és la clau, en dues fases, que explica tot el sistema.

-La primera fase és la producció de variabilitat: la generació de modificacions espontànies en els individus.

-La segona, la selecció a través de la supervivència en la lluita per la vida: els individus més ben dotats, els que han nascut amb modificacions espontànies favorables per fer front al medi ambient tindran més possibilitats de sobreviure, de reproduir-se i de deixar descendents amb les seves avantatges.

•El procés de l'evolució és gradual, lent i continu, sense salts discontinus o canvis sobtats.

•Els organismes semblants estan emparentats i descendeixen d'un avantpassat comú. Tots els organismes vivents poden remuntar-se a un origen únic de la vida.

Darwin va poder explicar l’evolució dels éssers vius, és a dir com a partir de la primera cèl.lula es van formant formes de vida cada cop més complexes fins a tenir la biodiversitat actual. El motor de l’evolució és la selecció natural, aquesta ha actuat i actua sobre la variabilitat d’individus que hi ha i hi ha hagut sobre la Terra. Darwin però no va poder explicar l’origen d´aquesta variabilitat...

Viatge de Darwin

...I tu, sabries dir l’origen de la variabilitat genètica, és a dir per què hi ha tantes espècies genèticament diferents, fins i tot dins una mateixa espècie, per què hi ha individus tant diferents uns als altres?????

• Es basen en l’estudi del desenvolupament embrionari dels éssers vius. Aquelles espècies que tenen un major parentiu evolutiu mostres més semblances durant el seu desenvolupament embrionari

Embriològiques

Òrgans homòlegs: òrgans amb aspecte diferentperquè fan funcions diferents, però amb la mateixa estructura.Proven que provenen d’un Ancestre comú.

Òrgans vestigials: Són òrgans homòlegs que no fan cap funció.Però si que tenienUna funció en Algun dels avant-passats.

*Òrgans anàlegs: Tenen funcions similars, però no presenten cap semblança en la seva estructura interna.

No tenen un avantpassatcomú directe, per tant no constitueixen una prova de l’evolucióperò han sofertuna evolució en la mateixadirecció

Les ales d’un ocell i d’un insecte.

Els fòssils d’éssers vius ens proporcionen evidències sobre la succcessió d’organismes en el temps

Sèrie filogenètica del gènere Homo

L'arqueòpterix és una de les troballes fòssils més importants de la història. Es descriu com una peça clau en el coneixement actual de l'evolució dels éssers vius. És el perfecte exemple d'una forma de transició, en aquest cas entre els rèptils i els ocells. Comparteix característiques amb els rèptils com les dents, les urpes a les extremitats superiors i una llarga cua òssia; i també comparteix característiques amb els ocells actuals ja que posseeix plomes, ales i espoleta, entre molts altres trets

Proves biogeogràfiques• Com més aïllades estan dues zones més

diferències presenten les seves espècies• Hi ha una fauna i una flora exclusives de

cada regió. No obstant això es poden establir similituds de formes entre regions.

Ex: La flora i la fauna australianes tenen unes característiques primitives respecte a les d'altres regions.

Proves moleculars: tots els éssers vius estan formats per els mateixos principis immediats: glúcids, lípids i proteïnes; també tenen en comú molècules com l'ATP o el NAD; guarden la informació genètica en els àcids nucleics i les reaccions metabòliques són semblants. Aquest fet indicaria un origen comú que ha derivat en la diversitat d'espècies actual. En comparar la seqüència d'aminoàcids d'una mateixa proteïna en diferents espècies, s'ha comprovat que si es tractava d'espècies properes evolutivament, la seqüència era semblant proporcionalment. )

Proves inmunològiques: Reaccions serològiques d’aglutinació: Antige-anticòsPer a fer-los s'injecta un antigen (que pot ser l'anticós produït per un animal davant l'antigen de l'espècie a estudiar evolutivament). En espècies properes a la del primer antigen la reacció serà semblant, mentre que serà menor si estan evolutivament separades.

Proves genètiques: Universalitat del codi genètic. Es poden fer experiments d'hibridació de DNA (marcatge radiactiu i dissociació) o de comparació del genoma entre espècies en que aquest sigui conegut.

Actualment un dels mètodes més utilitzats per a comparar organismes són les Reaccions d’hibridació entre DNA (nuclear i mitocondrial) i RNA ribosòmic de diferents espècies

En el primer terç del segle XX, dominava una contínua lluita de dades i afirmacions entre fixistes, lamarkistes, darwinistes, geneticistes, etc. Gràcies als esforços de Dobzhanski (genètica) , Ernst Mayr (sistemàtica) i G.G. Simpson (paleontologia) , entre altres, naixé una concepció general i integradora, la teoria sintètica de l'evolució; la nova teoria perfeccionava la de Darwin a la llum, principalment, de la teoria cromosòmica de l'herència iniciada per Mendel i de la genètica de poblacions (estudia la freqüència dels al.lels en les poblacions).

5. Teories de l’evolució actuals

Aplica els coneixements sobre genètica a la Tª de Darwin.

Autors: Genetista- Dobzhansky. Zoòleg- Mayr. Paleontòleg- Simpson. Biòleg-Huxley

Procés evolutiu: Variabilitat de la descendència (en la reproducció sexual) sobre mutacions i recombinació la que actua la selecció natural

La unitat evolutiva bàsica és la població. Factors que fan variar les freqüències gèniques( tant

per u d’al.les que hi ha per a cada caràcter) : Mutacions, migracions, deriva genètica i selecció natural

Certament, és una teoria que es presenta amb fermesa, però amb importants dificultats o entrebancs. Dues mostres. El genetista i neodarwinista J. B. S. Haldane (1892-1964) argumenta que no s'explica la permanència d'una espècie quan part dels seus individus han evolucionat cap a formes més aptes constituint-ne una altra; una dificultat coneguda com el «dilema de Haldane». El paleontòleg i neodarwinista S. J.Gould, partint del voluminós registre fòssil actual, no veu justificat parlar de procés evolutiu gradual: l'evolució ha avançat amb canvis sobtats, a salts. Així, doncs, avui hi ha moltes i diverses maneres de considerar-se darwinista.

Per llegir : Implicacions de la Teoria de l’Evolució

Kimura (1968): Observacions de la variabilitat entre la seqüència d’aminoàcids de proteïnes i dels àcids nucleics entre individus d’una mateixa espècie.

La major part de les mutacions són neutres i no estan afectades per la selecció natural.

Conclusió: La major part dels canvis evolutius moleculars no serien adaptatius

Totes les formes d'especiació natural s'han produït en el curs de l'evolució, i encara és un tema de debat la relativa importància de cada mecanisme en la formació de la biodiversistat.Hi ha diferents opinions sobre el ritme de successos d'especiació que ocorren en el temps geològic. Alguns biòlegs evolucionistes mantenen que l'especiació s'ha mantingut relativament constant al llarg del temps (Gradualisme filètic), mentre que alguns paleontòlegs com Niles Eldredge i Stephen Jay Gould apunten que les espècies es mantenen sense canvis durant llargs períodes de temps (registre fòssil) i que l'especiació succeeix només en intervals relativament curts de temps, opinió coneguda com equilibri puntuat.

Una petita part de la població va quedar aïllada de la resta i en va sorgir una espècie diferent

Punts de la Teoria:•Les espècies que provenen d’una altra ancestral poden seguir dues o més línies evolutives•Les etapes d’especiaó són ràpides•Léspeciació es produeix en una àrea molt reduïda

És l'estudi de la distribució i canvis de la freqüència dels al·lels sota la influència de les quatre forces evolutives: la selecció natural, la deriva gènica, la mutació i el flux genètic. També té en compte la subdivisió de les poblacions i la distribució d'aquestes en l'espai. De fet, intenta explicar fenòmens com l'adaptació i l'especiació

Gen: Contè informació per a un caràcter biològic

Al.lel: Cadascun dels diferents gens que informen sobre un mateix caràcter.

Població: Conjunt d’individus de la mateixa espècie que habiten en un determinat lloc i en un determinat moment

Freqüències genòtipiques: Tant per u que hi ha de cada genotip ( per a un determinat caràcter).

Considerem 2 gens per a un determinat locus: A i a. Així trobarem individus AA= n1, Aa=n2 i aa=n3N= Nombre total d’individusF(AA)= n1/NF(Aa)=n2/NF(aa)=n3/N

Tant per u de cadascun dels al.lels que hi ha per a cada caràcter.

F(A)= p = F(AA)+1/2F(Aa) F(a)= q = F(aa)+ ½ F(Aa)

P+q=1

En genètica de poblacions, el principi Hardy-Weinberg manifesta que les freqüències de genotip en una població romanen constants o estan en equilibri de generació en generació llevat que s'introdueixin influències pertorbadores específiques.

1= p2 + q2 +2pq

La població no evoluciona, és a dir l’herència per si mateixa no genera evolució, perquè no canvia la freqüència dels gens

Mutacions Deriva gènica Selecció Natural Selecció sexual Migracions

Mutacions: Canvis a l´atzar de la informació genètica. Poden transformar per exemple un gen A, en gen A1 A2....Son preadaptatives, és a dir no son beneficioses o perjudicials...Això ho “decideix la selecció natural”

Migracions: Poden donar lloc a un Flux genètic, depenent del nombre d’individus migrants.

Deriva genètica Selecció Natural

LES MUTACIONS

Les mutacions són alteracions a l'atzar del material genètic, canvis permanents en l'ADN, que poden aparèixer espontàniament (mutacions naturals) o poden ser provocades artificialment (mutacions induïdes) per mitjà de radiacions i determinades substàncies químiques, que s'anomenen agents mutàgens.

Les mutacions es poden donar en • cèl·lules somàtiques (mutacions somàtiques), tret que les converteixin en cèl·lules cancerígenes, no tenen gaire importància,  • en cèl·lules reproductores (mutacions germinals) són transcendentals, ja que totes les cèl·lules del nou organisme tindran la mateixa informació que la cèl·lula zigot.

Algunes mutuacions són favorables, altres neutres i n’hi han de perjudicials o fins i tot letals.

Les mutacions són, conjuntament amb les recombinacions meiòtiques, les principals causes de variabilitat genètica, i conseqüentment de l'evolució de les espècies .

Segons l'extensió del material genètic afectat, es distingeixen tres tipus de mutacions: 1. Mutacions gèniques: alteracions de la seqüència de nucleòtids d’un gen (puntuals). Afecten a un gen.2.Mutacions cromosòmiques: alteracions de la seqüència de gens d'un cromosoma, afectant a l'ordre o al nombre dels gens dintre d'un cromosoma. Afecten a un cromosoma.3.Mutacions genòmiques: alteracions del nombre de cromosomes. Afecten al genoma o la dotació cromosòmica.

TIPUS DE MUTACIONS

Mutacions gèniques

Mutació cromosòmica

Cariotips humans on s’observen mutacions cromosòmiques (deleccions) en els cromosomes 7 i 16.

Mutació genòmica: cariotip d’una cèl·lula humana triplode (3n)

Mutació genòmica: cariotip d’una cèl·lula humana masculina amb trisomia al cromosoma 21: Síndrome de Down

Mutació genòmica: cariotip d’una cèl·lula humana femenina amb trisomia al cromosoma 21: Síndrome de Down

Mutació genòmica: Síndrome de Turner: 44 autosomes + X

Mutació genòmica: Síndrome de Klinefelter 44 autosomes+XXY

Canvi a l’atzar en les freqüències gèniques d’una població. Genera evolució sense selecció natural

Per entendre-ho : Tenim una caixa amb 50 boles negres (al.lel) i 50 de blanques (al.lel) . Si en treiem sol 3 potser seran totes blanques o totes negres i no seran una mostra representativa de la població: Que passaria si aquestes boles es podessin reproduir sexualment????

Efecte fundador (Illes): Es separen pocs individus d’una gran població per donar-ne lloc a una de diferent. Com menys siguin més influiran els seus caràcters.

Efecte coll d’ampolla: Imagineu que una gran plaga, incendi, sequera...elimina a la major part d’individus d’una població (Ficció: Mecanoscrit del segon origen)

Efecte fundador

Eliminació dels individus amb menys eficiència biològica (“menys aptes”).

Actua sobre els fenotips Així es produeixen les adaptacions Selecció i mutació tenen accions

antagòniques, doncs la mutació indueix l’aparició de nous al.lels i la selecció tendeix a eliminar els menus eficients

Coeficient de selecció (S) W(valor adaptatiu)= 1- S

Formació d’una nova espècie a partir d’una preexistent.

Anagènesi: Les successives espècies formen una sola línea (Llinatge)

Cladogènesi: Quan formen línies que es ramifiquen en dos més.

Per a què és formi una nova espècie ha d’existir un aïllament entre dues poblacions. Aquesta barrera pot ser geogràfica, per exemple una illa, una muntanya...però també existeixen altres tipus d’aïllament: ecològic, etològic, mecànic, sexual...

Les dues poblacions aïllades van mutant, la selecció natural selecciona les mutacions favorables i així es formen les adaptacions. Es un procés molt lent

Deguda a l’aïllament geogràfic. Pot estar produïda pel naixement d’un riu, crescuda nivell del mar, una glacera...Exemple: Trencament del Pangea.

Les dues o més poblacions aïllades es troben en hàbitats diferent , alhora que la deriva genètica i les mutacions tampoc són les mateixes.

No deguda a l´aïllament geogràfic Produïda per altres mecanismes

d’aïllament reproductiu (MAR): Aïllament ecològic Aïllament estacional: Ex: diferent estació de

floració Aïllament etològic Aïllament mecànic: Ex: Races de gossos de

diferent tamany Aïllament genètic

Deguda a mutacions. Generalment per poliploidia(fenomen pel qual s'originen cèl·lules, teixits o organismes amb tres o més jocs complets de cromosomes de la mateixa o diferents espècies)

Es dona en plantes

Actualment: 3 dominis (Woese, 1977)

Sargantanes Pitiüses Evolució dels primats Dels primats a la diversitat humana Origen i evolució dels cetacis Darwinisme contra el càncer Fòssils, ADN i evolució Que, qui com: Aïllats, diferenciació

genètica a Mallorca