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Lesson 3.1Introduction to Mutations
Natural SelectionLesson Guides
Lesson 3.1
© The Regents of the University of California
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Natural Selection—Lesson 3.1—Activities 2–3
Reading Mutations: Not Just for Superheroes
1. Read and annotate the introduction to the article set Mutations: Not Just for Superheroes.
2. Choose one of the remaining three articles to read and annotate.
3. Choose and mark annotations to discuss with your partner. Once you have discussed these annotations, mark them as discussed.
4. Now, choose and mark a question or connection, either one you already discussed or a different one you still want to discuss with the class.
5. Answer the reflection question below.
What is something about the text that you discussed with your partner?
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Active Reading Guidelines
1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.
2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.
3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.
4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.
© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.
Mutations: Not Just for Superheroes H1
Mutations: Not Just for SuperheroesChapter 1: Movie Mutations
In movies, mutations are always exciting: they might give someone special powers or extra limbs. However, real mutations can be very boring: they might not have any noticeable e� ect at all. What is a mutation, anyway? The answer has to do with genes and the way they are passed down when organisms reproduce.
Genes are instructions for making protein molecules, and those protein molecules determine an organism’s traits. When organisms reproduce, they pass down copies of their genes to their o� spring. However, the copies aren’t always perfect: as genes are duplicated, changes can occur. These changes are called mutations, and they can be passed from parent to o� spring when organisms reproduce. Most of the changes are minor and don’t a� ect traits at all, but every once in a while, mutated genes give instructions to make a new protein molecule that leads to a new trait in the o� spring.
The new traits that arise from mutations may be adaptive or non-adaptive, or they may have no e� ect on survival and reproduction.It all depends on the organisms’ environment. If a new trait makes organisms less likely to survive and reproduce in their environment, the trait is non-adaptive. Organisms born with that trait don’t have a very good chance of surviving long enough to reproduce and pass their mutated genes down to the next generation. If they don’t pass the mutated genes down, they don’t pass the new trait down either. Mutated traits that are non-adaptive usually remain uncommon in the population.
In movies and comic books, mutations make people into superheroes. In the real world, mutations often have no visible e� ect at all.
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H2 Mutations: Not Just for Superheroes
On the other hand, mutated genes sometimes result in a new trait that turns out to be adaptive. Adaptive traits help organisms survive and reproduce in their environments. If a mutation results in an adaptive trait, organisms with that trait are more likely to reproduce and pass on their mutated genes to the next generation.
Through natural selection, adaptive traits become more and more common in the population over time. A trait that is adaptive in one environment may be non-adaptive in another, and that’s what makes mutations so important. Environments don’t stay the same forever. Mutations can introduce new traits, increasing the chance that one of those traits might help make a population better able to adapt to a changing environment. To learn more about mutations, you can explore one or more of the following chapters.
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Mutations: Not Just for Superheroes H3
Chapter 2: Revenge of the Bed Bugs
They creep into your bed at night and suck your blood, then crawl back to hide in their lairs… Bed bugs are seriously creepy! These tiny insects live in walls and furniture, and they survive by feeding on the blood of humans. Bed bugs have been a problem for humans for thousands of years. In the past, people didn’t have any good way of attacking bed bugs—these insects hide during the day, only coming out at night when people are sleeping. People couldn’t kill bed bugs by leaving poison for them to eat, because they won’t eat anything but blood.
Then, in the 1940s, the situation changed: people invented new insecticides that were very e� ective at killing bed bugs. Like all insects, bed bugs have hard exoskeletons covering their bodies like suits of armor. However, the new insecticides penetrated the bed bugs’ exoskeletons, killing bed bugs even if they just touched the insecticide. People sprayed these new insecticides wherever bed bugs were found, and killed huge numbers of bed bugs.
The insecticides didn’t kill all of the bed bugs, however. In fact, they caused some e� ects that people hadn’t predicted. Some bed bugs survived—mostly the individuals lucky enough to have extra-tough exoskeletons that were harder for insecticides to penetrate. These tough-skinned bed bugs began reproducing. Today, bed bugs with extra-tough exoskeletons are becoming more and more common in the bed bug population.
Scientists have studied the genes of tough-skinned bed bugs and compared them to the genes of ordinary bed bugs. They discovered mutations to several genes in the tough-skinned bed bugs. The mutations give the cells instructions to make protein molecules di� erent from the protein molecules that other bed bugs can make. These new
Bed bugs live inside walls and furniture and survive by feeding on the blood of humans.
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H4 Mutations: Not Just for Superheroes
protein molecules all a� ect the exoskeleton in di� erent ways, strengthening the bed bugs’ armor. Before these mutations appeared in the bed bug population, there weren’t any bed bugs with the trait of armor strong enough to resist insecticides.
The bed bugs’ environment changed when people started using the new insecticides. However, a mutated trait in the bed bug population turned out to be adaptive in the bed bugs’ new environment, so it helped the bed
bugs with that trait survive. In the bed bugs’ new insecticide-� lled environment, stronger armor is an adaptive trait that helps them survive. Organisms with stronger armor are more likely to survive and reproduce, so they are more likely to pass on their mutated genes—and their adaptive traits. Through the process of natural selection, tough-skinned bed bugs are becoming more common with each new generation. Ironically, people’s use of insecticide has produced a stronger bed bug population!
All bed bugs have exoskeletons, but some exoskeletons are thicker than others due to mutations.
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Mutations: Not Just for Superheroes H5
Chapter 3: Cane Toad Invaders
Huge poisonous toads have invaded Australia! Humans brought cane toads from Asia to Australia in the 1930s, hoping the toads would eat beetles that were destroying crops. Unfortunately, the toads didn’t eat many beetles. They ate almost anything else that could � t into their mouths, however. These big toads grow up to 22 centimeters (9 inches) long and weigh up to 1.8 kilograms (4 pounds). Cane toads are extremely poisonous, and no Australian predators can survive eating them. Without predators in their new environment, the cane toad population began growing and spreading. Today, cane toads are common in areas more than 1,500 kilometers (932 miles) from the place where they were � rst introduced to Australia.
Because there are so many cane toads in Australia, they compete with each other for food. The cane toads are eating everything in sight, so food becomes scarce in any area where they live. To survive, cane toads have
to keep moving into new areas with more food sources. The � rst toads to reach new territory get to eat all the food they want. Slower toads are stuck with whatever is left.
Recently, Australian scientists have been � nding cane toads with bigger, more muscular legs. These bigger legs can be traced back to mutations that changed the toads’ genes. Scientists compared the big-legged toads to ordinary cane toads. They identi� ed several gene mutations that gave the cells instructions to make protein molecules that were di� erent from the protein molecules that other toads could make. These new protein molecules a� ected the cane toads’ legs, increasing the leg size and strength. Having bigger legs is an adaptive trait that helps cane toads survive in an environment where there isn’t much food to go around. Bigger, stronger legs help these toads outrun other cane toads and be the � rst ones to get to the food in new areas. With better chances of getting food, big-legged toads are more likely to survive and reproduce. Because of this, they are also
Cane toads like this one can grow up to 22 cm (9 in) long and weigh up to 1.8 kg (4 lbs).Mu
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H6 Mutations: Not Just for Superheroes
more likely to pass on their mutated genes to their o� spring. Along with these mutated genes, they pass on their adaptive traits.
When humans introduced cane toads to Australia, the cane toads’ environment changed. With no predators hunting them in their new environment, there were more cane toads and therefore much less food was available. However, mutations led to a new trait in the population that turned out to be adaptive in the new environment. The mutated trait for bigger legs was adaptive for cane toads in an environment with scarce food because it helped them get more food and survive. Through the process of natural selection, big-legged cane toads are becoming more and more common in the cane toad population. These stronger, faster toads are spreading across Australia, invading new areas all the time.
Through the process of natural selection, cane toads with big, strong legs are becoming more and more common in the cane toad population.
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Mutations: Not Just for Superheroes H7
Chapter 4: Red Lobster, Blue Lobster
What color are lobsters? In pictures, they’re usually red. However, that’s only after they’ve been caught and cooked. When they’re alive and living in the ocean, lobsters are usually a greenish brown that blends into the ocean � oor—except when a genetic mutation causes them to be bright blue! About one in every two million wild lobsters is blue in color. Why? A genetic mutation caused the lobster’s body to produce more of a certain protein molecule than usual, which turned its shell blue instead of the normal brownish green. This mutation introduced a new trait into the lobster population: bright blue shells.
Having a blue shell may sound like the kind of trait that might make a lobster less likely to survive in its environment. After all, blue lobsters don’t blend into their environment as well as greenish-brown ones do. However, research shows that being blue doesn’t seem to make the blue lobsters any more or less likely to survive in their environments. In the 1990s, scientists studied blue lobsters: they mated a female blue lobster with a male blue lobster, producing all blue o� spring. They released the o� spring into the wild and studied them to see whether they survived at the same rates as lobsters with normal greenish-brown coloring. The scientists found no di� erence in the blue lobsters’ survival rates compared with normal lobsters. The genetic mutation that results in blue shells appears to be a neutral mutation—that is, the trait is not adaptive in the environment, but it’s not non-adaptive either. Blue shells seem to have no e� ect on survival and reproduction.
The trait for blue shells has not caused a big change in the lobster population. The mutated trait still passes from one lobster generation to the next, just like the traits for greenish-brown shells. Lobsters with blue
Most lobsters are greenish-brown.
About one in every two million lobsters has a mutation that causes its shell to be bright blue.
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H8 Mutations: Not Just for Superheroes
shells are just as likely to survive as lobsters with greenish-brown shells, so lobsters with these two color traits are likely to have about the same number of o� spring. That means that the mutated trait has become neither more common nor less common in the population.
Lobsters also come in other colors: occasionally, people catch lobsters that are yellow, orange, red, or white! All of those other colors are also caused by genetic mutations. These rare lobsters’ colors make them stand out in a crowd of living lobsters, but once cooked, colorful lobsters look just like their brownish-green relatives: like nearly all other lobsters, they turn bright red when boiled. (The only lobsters that don’t turn color when they’re cooked are extremely rare albino lobsters, which have no coloring at all.)
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Selección natural—Lección 3.1—Actividades 2–3
Leer Mutaciones: no solo para superhéroes
1. Lee y añade apuntes a la introducción del conjunto de artículos Mutaciones: no solo para superhéroes.
2. Escoge uno de los tres artículos restantes para leer y añadir apuntes.
3. Escoge y marca apuntes para discutir con tu compañero/a. Una vez que hayas discutido estos apuntes, marca que los discutieron.
4. Ahora, escoge y marca una pregunta o conexión, ya sea una que ya discutiste o una diferente que todavía quieres discutir con la clase.
5. Contesta la pregunta de reflexión debajo.
¿Qué es algo del texto que discutiste con tu compañero/a?
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Pautas de la Lectura Activa
1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.
2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.
3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.
4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.
© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved.
Mutaciones: no solo para superhéroes H1
Mutaciones: no solo para superhéroesCapítulo 1: mutaciones de película
En las películas, las mutaciones siempre son emocionantes. Tal vez le den a alguién poderes especiales o extremidades extras. No obstante, las mutaciones reales pueden ser muy aburridas. Posiblemente no tengan ningún efecto notable en absoluto. Entonces, ¿qué es una mutación? La respuesta tiene que ver con genes y la manera en que son transmitidos cuando los organismos se reproducen.
Los genes son instrucciones para hacer moléculas de proteína, y las moléculas de proteína determinan los rasgos de un organismo. Cuando los organismos se reproducen, transmiten copias de sus genes a sus descendientes. Sin embargo, las copias no siempre son perfectas. Mientras los genes se duplican, algunos cambios pueden ocurrir. Estos cambios se llaman mutaciones, y pueden ser transmitidos de progenitores a descendientes cuando los organismos se reproducen. La mayoría de los cambios son menores y no afectan los rasgos en absoluto, pero cada cierto tiempo, los genes mutados dan instrucciones para hacer una molécula de proteína nueva que lleva a un rasgo nuevo en un descendiente.
Los rasgos nuevos que emergen de mutaciones pueden ser adaptativos o no adaptativos, o pueden no tener ningún efecto en la supervivencia y la reproducción. Todo depende del ambiente de los organismos. Si un rasgo nuevo hace que unos organismos
En las películas y los cómics, las mutaciones convierten a las personas en superhéroes. En el mundo real, las mutaciones a menudo no tienen ningún efecto visible.
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H2 Mutaciones: no solo para superhéroes
tengan menos probabilidad de sobrevivir y reproducirse en su ambiente, el rasgo es no adaptativo. Los organismos nacidos con ese rasgo no tienen una probabilidad muy alta de sobrevivir el tiempo necesario para reproducirse y transmitir sus genes a la próxima generación. Si no transmiten los genes mutados, tampoco transmiten el rasgo nuevo. Por lo general, los rasgos mutados que son no adaptativos permanecen poco comunes en la población.
Por otra parte, a veces los genes mutados dan lugar a un rasgo nuevo que resulta ser adaptativo. Los rasgos adaptativos ayudan a los organismos a sobrevivir y reproducirse en sus ambientes. Si una mutación da lugar a un rasgo adaptativo, los organismos con ese rasgo tienen una probabilidad mayor de reproducirse y transmitir sus genes mutados a la próxima generación.
A través de la selección natural, los rasgos adaptativos llegan a ser con el tiempo más y más comunes en la población. Un rasgo que es adaptativo en un ambiente tal vez sea no adaptativo en otro, y eso es lo que hace que las mutaciones sean tan importantes. Los ambientes no permanecen iguales para siempre. Las mutaciones pueden introducir nuevos rasgos, aumentando la posibilidad que uno de aquellos rasgos ayude a hacer una población más capaz de adaptarse a un ambiente cambiante. Para aprender más sobre las mutaciones, puedes explorar uno o más de los siguientes capítulos.M
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Mutaciones: no solo para superhéroes H3
Capítulo 2: venganza de las chinches
Se meten trepando a tu cama en la noche y te chupan la sangre antes de retroceder para esconderse en sus guaridas... ¡Las chinches son escalofriantes! Estos insectos diminutos viven en las paredes y los muebles, y sobreviven alimentándose de la sangre humana. Las chinches han sido un problema para los seres humanos durante miles de años. En el pasado, la gente no tenía ninguna forma confiable de atacar a las chinches. Estos insectos se esconden durante el día, saliendo solo de noche cuando la gente está dormida. La gente no podía matar las chinches dejando veneno para que comieran, porque no comen nada que no sea sangre.
Entonces, en los 1940, la situación cambió. La gente inventó nuevos insecticidas que eran muy eficientes para matar las chinches. Al igual que todos los insectos, las chinches tienen exoesqueletos duros que cubren sus cuerpos como armadura. No obstante, los nuevos insecticidas penetraban los exoesqueletos de las chinches, matando las chinches, incluso si apenas tocaban el insecticida. La gente fumigaba con estos nuevos insecticidas dondequiera que las chinches se encontraran, y mataron cantidades enormes de chinches.
Sin embargo, los insecticidas no mataron a todas las chinches. De hecho, causaron algunos efectos no predecidos. Algunas chinches sobrevivieron: más que nada individuos con la fortuna de tener exoesqueletos extra resistentes, los cuales hacían más difícil que los insecticidas penetraran. Estas chinches con piel resistente empezaron a reproducirse. Hoy en día, las chinches con exoesqueletos muy resistentes están llegando a ser más y más comunes en la población de chinches.
Los/as científicos/as han estudiado los genes de las chinches con piel resistente y los
Las chinches viven en las paredes y los muebles y sobreviven alimentándose de la sangre humana.
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H4 Mutaciones: no solo para superhéroes
han comparado con los genes de chinches corrientes. Descubrieron varias mutaciones en las chinches con piel resistente. Las mutaciones les dan instrucciones a las células para que hagan moléculas de proteína diferentes a las moléculas de proteína que otras chinches pueden hacer. Todas estas nuevas moléculas de proteína afectan el exoesqueleto de diferentes maneras, fortaleciendo la armadura de las chinches. Antes de que estas mutaciones aparecieran en la población de chinches, no había ninguna chinche con el rasgo para armadura suficientemente fuerte como para resistir los insecticidas.
El ambiente de las chinches cambió cuando la gente empezó a usar los nuevos insecticidas.
Sin embargo, un rasgo mutado en la población de chinches resultó ser adaptativo en el ambiente nuevo de las chinches, de modo que ayudó a las chinches con ese rasgo a sobrevivir. En el nuevo ambiente de las chinches lleno de insecticidas, la armadura más resistente es un rasgo adaptativo que las ayuda a sobrevivir. Los organismos con armadura más fuerte tienen más probabilidad de sobrevivir y reproducirse, así que tienen más probabilidad de transmitir sus genes mutados, y sus rasgos adaptativos. A través del proceso de selección natural, las chinches con piel resistente están llegando a ser más comunes con cada nueva generación. Irónicamente,
¡el uso de insecticidas ha producido una población más fuerte de chinches!
Todas las chinches tienen exoesqueletos, pero algunos exoesqueletos son más gruesos debido a mutaciones. M
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Mutaciones: no solo para superhéroes H5
Capítulo 3: sapos de caña invasores
¡Gigantes sapos venenosos han invadido Australia! Los humanos trajeron sapos de caña de Asia a Australia en los 1930, esperando que los sapos se comieran los escarabajos que estaban destruyendo cosechas. Desafortunadamente, los sapos no se comieron muchos escarabajos, pero se comieron casi cualquier otra cosa que podían meter en sus bocas. Estos sapos grandes crecen hasta 22 centímetros (9 pulgadas) de largo y pesan hasta 1.8 kilogramos (4 libras). Los sapos de caña son extremadamente venenosos, y ningún depredador australiano puede sobrevivir si se los come. Sin depredadores en su ambiente nuevo, la población de sapos de caña empezó a crecer y difundirse. Hoy en día, los sapos de caña son comunes en áreas a más de 1,500 kilómetros (932 millas) del lugar donde fueron introducidos por primera vez en Australia.
Ya que hay tantos sapos de caña en Australia, compiten entre ellos por comida. Los sapos de caña se comen todo lo que está a la vista, así que la comida se hace escasa en cualquier área donde viven. Para sobrevivir, los sapos de caña tienen que seguir moviéndose a nuevas áreas con más fuentes de comida. Los primeros sapos en alcanzar un nuevo territorio pueden comerse toda la comida que quieran. A los sapos más lentos no les queda otra que comer lo que sobre.
Recientemente, algunos/as científicos/as australianos han encontrando sapos de caña con piernas más grandes y más musculosas. Estas piernas más grandes se pueden rastrear a las mutaciones que cambiaron los genes de los sapos. Los/as científicos/as compararon los sapos de piernas grandes con sapos de caña corrientes. Identificaron varias mutaciones de genes que les dieron instrucciones a las células para que hicieran moléculas de proteína que fueron diferentes a las moléculas de proteína
Los sapos de caña como este pueden crecer hasta 22 cms (9 pulgadas) de largo y pesar hasta 1.8 kgs (4 libras).M
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H6 Mutaciones: no solo para superhéroes
que otros sapos podían hacer. Estas nuevas moléculas de proteína afectaron las piernas de los sapos de caña, aumentando el tamaño y la fuerza de sus piernas. Tener piernas más grandes es un rasgo adaptativo que ayuda a los sapos de caña a sobrevivir en un ambiente donde no hay mucha comida para compartir. Piernas más grandes y más fuertes ayudan a estos sapos a correr más rápido que otros sapos de caña y a ser los primeros en encontrar comida en áreas nuevas. Con mejores chances de conseguir comida, los sapos de piernas grandes tienen una mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse. Debido a esto, también tienen una mayor probabilidad de transmitir sus genes mutados a sus descendientes. Junto a estos genes mutados, transmiten sus rasgos adaptativos.
Cuando los humanos introdujeron sapos de caña en Australia, el ambiente de los sapos de caña cambió. Sin depredadores que los cazaran en su nuevo ambiente, había más sapos de caña y por lo tanto mucho menos comida disponible. Sin embargo, unas mutaciones llevaron a un rasgo nuevo en la población que resultó ser adaptativo en el nuevo ambiente. El rasgo mutado para piernas más grandes era adaptativo para sapos de caña en un ambiente con escasa comida porque les ayudó a conseguir más comida y a sobrevivir. A través del proceso de selección natural, los sapos de caña de piernas grandes están llegando a ser más y más comunes en la población de sapos de caña. Estos sapos más fuertes y más rápidos se están difundiendo por toda Australia, invadiendo nuevas áreas todo el tiempo.
A través del proceso de selección natural, los sapos de caña de piernas grandes y fuertes están llegando a ser más y más comunes en la población de sapos de caña. M
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Mutaciones: no solo para superhéroes H7
Capítulo 4: langosta roja, langosta azul
¿De qué color son las langostas? En las fotos salen generalmente rojas. Sin embargo, se ven así solo después de que hayan sido atrapadas y cocidas. Cuando están vivas y viviendo en el océano, las langostas por lo general son de color marrón verdoso que mimetiza el suelo del océano… ¡excepto cuando una mutación genética causa que sean de color azul brillante! Alrededor de una en cada dos millones de langostas es de color azul. ¿Por qué? Una mutación genética causó que el cuerpo de la langosta produjera más de lo común de una molécula de proteína específica, lo que volvió su caparazón azul en vez del marrón verdoso normal. Esta mutación introdujo un rasgo nuevo en la población de langostas: caparazones azules brillantes.
Tener un caparazón azul puede sonar como el tipo de rasgo que podría hacer que una langosta tenga menos probabilidad de sobrevivir en su ambiente. Después de todo, las langostas azules no mimetizan su ambiente tan bien como las langostas marrones verdosas. Sin embargo, las investigaciones muestran que tener un caparazón azul no parece hacer que una langosta tenga mayor o menor posibilidad de sobrevivir en su ambiente. En los 1990, los/as científicos/as estudiaron las langostas azules. Cruzaron una langosta azul hembra con una langosta azul macho, produciendo descendientes azules. Liberaron a los descendientes a la naturaleza y los estudiaron para ver si su índice de supervivencia era igual al de las langostas con el color marrón verdoso normal. Los/as científicos/as no hallaron ninguna diferencia en los índices de supervivencia de las langostas azules comparadas con las langostas normales. La mutación genética que resulta en caparazones azules parece ser una mutación neutra. Es decir, el rasgo no es adaptativo en el ambiente, pero tampoco es no adaptativo. Los
La mayoría de las langostas son marrones verdosas.
Alrededor de una en cada dos millones de langostas tiene una mutación que causa que su caparazón sea azul brillante.M
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H8 Mutaciones: no solo para superhéroes
caparazones azules no parecen tener ningún efecto en la supervivencia y reproducción.
El rasgo para caparazones azules no ha causado un cambio significante en la población de langostas. El rasgo mutado aún se transmite de una generación de langostas a la otra, al igual que los rasgos para caparazones marrones verdosos. Las langostas con caparazones azules tienen la misma probabilidad de sobrevivir que las langostas con caparazones marrones verdosos, así que es probable que las langostas con estos dos rasgos de color tengan el mismo número de descendientes. Eso significa que el rasgo mutado no ha llegado a ser ni más común ni menos común en la población.
Las langostas también vienen en otros colores. De vez en cuando, la gente atrapa langostas amarillas, anaranjadas, rojas o blancas. Todos esos otros colores también son causados por mutaciones genéticas. Estos colores poco comunes en las langostas hacen que se destaquen en una población de langostas vivas, pero una vez que sean cocidas, las langostas coloridas se ven iguales a sus parientes marrones verdosos. Al igual que casi todas las langostas, se vuelven rojo brillante al cocerse. (Las únicas langostas que no se cambian de color al cocerse son las langostas albinas, las cuales son extremadamente raras y no tienen color en absoluto).
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