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¿Es la variación un resultado de la evolución?

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Sabemos que el mecanismo de copia del ADN que replica el ADN durante la división celular no es 100% exacto y los errores resultantes son la fuente de variación en los miembros de una población.

Al mismo tiempo, también somos conscientes de los beneficios de la variación: cómo es útil para garantizar la supervivencia de una especie a lo largo del tiempo. y conduciendo a la evolución.


Sin embargo, me gustaría saber si es posible una replicación del ADN 100% precisa (aunque sea hipotéticamente), porque en mi opinión, los organismos seguramente pueden sobrevivir (al menos individualmente) sin variación o evolución.

Si es asi Es posible que organismos con una replicación de ADN 100% precisa existía, pero eventualmente sus poblaciones se extinguieron (debido a la selección natural) y nos quedamos solo con organismos que mostraban variación?


Dicho en términos más simples, es posible que ¿La evolución misma es la causa de la variación que ahora provoca una mayor evolución?


Está preguntando si las células surgieron con una precisión de replicación del 100% y si se seleccionó una precisión menor para un ciclo de retroalimentación. Tal vez hubo un punto óptimo para la precisión de la replicación del ADN en términos de eficiencia, pero es muy poco probable que nuestras células ancestrales tuvieran un 100% de fidelidad en la replicación del ADN porque si miramos a las levaduras, por ejemplo, hay muchos genes dedicados a diferentes tipos de post- reparación de la replicación que incluye reparación de errores de emparejamiento, reparación de escisión de bases y síntesis de translesión. Todos estos pueden provocar mutaciones si no funcionan correctamente y algunos (síntesis de translesión) generan mutaciones de forma inherente. No parece coherente que una célula desarrolle todos estos sofisticados sistemas de reparación posteriores a la replicación para protegerse del daño del ADN. y luego para dar un poco más de margen a la replicación del ADN porque era solo también preciso.

También hay artículos como este que hablan de cómo E. coli han aumentado las tasas de mutación bajo estrés. Pero si tu hipótesis era cierta, entonces E. coli idealmente tendrían una fidelidad de replicación del 100% en condiciones normales y la bajarían cuando estuvieran estresados, o simplemente tendrían una frecuencia de mutación de referencia más alta todo el tiempo. Pero, ninguno de estos se observa. Lo que tiene más sentido cuando se reúne toda esta información es que las células intentan tener la mayor fidelidad de replicación del ADN posible en condiciones ideales.

Según su otra pregunta, tal vez sea posible tener polimerasas de alta fidelidad de ingenieros de ADN polimerasa NEB 100% precisas para uso en laboratorio, tal vez algún día pueda alcanzar 0 errores. Pero existen otras fuentes de mutaciones como la desaminación espontánea de la citosina que pueden generar mutaciones durante la replicación, pero eso depende de las propiedades químicas de la citosina, por lo que no es realmente reparable a menos que use diferentes bases nucleicas.

Referencia:

Mutación como respuesta al estrés y regulación de la evolución. (2012)

Por: Rodrigo S. Galhardo, P. J. Hastings y Susan M. Rosenberg


Hay investigaciones previas para ese campo de la macroevolución ... Los cangrejos herradura cambian lentamente y los peces tropicales cambian rápidamente.

Tiene razón, no es solo una variación aleatoria, está afinada por procesos de transcripción de ADN que están demasiado desarrollados para ser aleatorios, por lo que la complejidad de los procesos lleva a los científicos a pensar "WTF" con respecto a la epigenética, la plasticidad fenotípica transgeneracional, la paramutación, la deriva genética, Tipos de mutación del ADN. Específicamente: "no se han realizado estudios sistemáticos de variación entre especies (la mayoría se centra en organismos modelo)", porque el tema es muy intenso.

No es necesario cambiar el código de ADN de los alelos para pasar de un chimpancé a un humano, la mayoría de los cambios provienen de genes preexistentes que varían para producir resultados diferentes.

Los textos para el ajuste fino de la variabilidad en la macroevolución hablan de: variabilidad, flujo de genes, constricción, epigenética, de rasgos de significación adaptativa, de mutaciones del ADN, su medida matemática ... se puede resumir en esta afirmación:

"La variabilidad ha sido un dilema de la biología evolutiva. Teniendo en cuenta el patrón de mayor variación genética asociada con clinas ambientales y ambientes heterogéneos, se ha propuesto la selección en ambientes heterogéneos para facilitar el mantenimiento de la variación genética. No se han desarrollado modelos integrales, probablemente debido a la complejidad genética y ambiental de este problema ". ref.

Muchos libros están dedicados al tema, por lo que hay mucho para leer y existen sistemas de control de mutaciones que ajustan la variabilidad, por lo que se vuelve complejo:

"... Se cree que las modificaciones epigenéticas, como la metilación del ADN, junto con la modificación covalente de las histonas, alteran la densidad de la cromatina y la accesibilidad del ADN a la maquinaria celular, modulando así el potencial transcripcional de la secuencia de ADN subyacente" ref.

Hay interruptores genéticos, que varían las secuencias de ADN que expresan las diferentes especies ... Los humanos y los chimpancés son 98% iguales, y los interruptores genéticos pueden cambiar la especie de forma selectiva sin tener que cambiar el ADN en sí ... "regula cuándo y dónde se activan los genes y la cantidad de proteína que producen. La maquinaria reguladora funciona cuando proteínas llamadas factores de transcripción se unen a secuencias cortas específicas de ADN que flanquean el gen, llamadas sitios de unión de factores de transcripción, y al hacerlo, activan y desactivan genes ". árbitro

los tiburones tienen menos variabilidad que los humanos y un genoma 1,5 veces más grande ... "Los investigadores encontraron que el genoma del tiburón blanco contenía muchos genes responsables de mantener la estabilidad genética, cosas como genes de reparación del ADN y genes supresores de tumores. Y cuando los investigadores compararon Los genes de estabilidad del tiburón blanco con genes análogos en otros vertebrados, encontraron pequeños cambios en la secuencia de genes que sugieren un patrón específico de adaptación evolutiva para estos genes en los tiburones blancos ".

Solo se han descubierto unos pocos procesos epigenéticos para la herencia epigenética transgeneracional, que varían los rasgos de las especies independientemente de la secuencia de ADN, por lo que ni siquiera sabemos cómo se comparan entre familias de animales.


En resumen, ninguna evolución no es el resultado de la variación. La evolución es un proceso en el que cada población de un sistema compite por un número limitado de recursos y cada población tiene un puntaje de aptitud (qué tan adecuados para el medio ambiente son, este puntaje es un concepto creado por el hombre para ayudar a ilustrar el punto), el las poblaciones con un puntaje de aptitud más alto tienden a competir con otras especies y, por lo tanto, tienen más probabilidades de sobrevivir. Este proceso también ocurre en un nivel más individualista, los individuos de una población pueden recibir una puntuación de aptitud física y los individuos con una puntuación de aptitud más alta tienen más probabilidades de sobrevivir y reproducirse. Los puntajes de aptitud física se alteran por mutaciones en los individuos que pueden mejorar / reducir la función de cierto comportamiento / reacción que se requiere para la supervivencia. Las mutaciones más ventajosas se heredan con más frecuencia y, por lo tanto, se acumulan dentro de una población y, por lo tanto, con el tiempo, la puntuación de aptitud de una población también aumenta. Las mutaciones son bastante aleatorias (tienen una frecuencia más alta en ciertas ubicaciones, pero generalmente son aleatorias) y a menudo ocurren debido a la inestabilidad inherente de las bases presentes en los nucleótidos. Por lo tanto, estas mutaciones dan como resultado el cambio gradual de genomas en toda una población, lo que lleva a cambios posteriores en el fenotipo - evolución. Con respecto a si un organismo alguna vez tuvo un mecanismo de copia 100% preciso, la respuesta es no nuevamente. No es posible que un organismo alcance este nivel de fidelidad a la naturaleza de las bases utilizadas en el organismo. Las bases del ADN son inherentemente inestables debido a tautomerismos, desaminaciones… también pueden verse alteradas por factores externos naturales como la radiación UV que dimeriza la base a medida que los electrones de los anillos se excitan y forman nuevos enlaces. Aunque las células tienen mecanismos de reparación, estos no son 100% eficientes ya que la tuatomersiación puede ocurrir cuando la base está en el sitio activo de la polimerasa, alternativamente, la mutación puede ocurrir en una región muy poblada en el núcleo, lo que limita la capacidad de la maquinaria de reparación para encontrar el ADN por difusión. Por último, las células a menudo no pueden reconocer el ADN extraño que se ha integrado en sus genomas, lo que también provocará mutaciones. Aunque las polimerasas han pasado y seguirán sufriendo extensas rondas de evolución dirigida, será casi imposible producir una polimerasa con un 100% de fidelidad a menos que las bases mismas se cambien para que sean prácticamente inertes con una estabilidad ridículamente alta (recuerde que hay millones / miles de millones de bases en una célula, por lo que incluso si la tasa de mutación es baja, es probable que todavía haya algunas mutaciones). En respuesta a Mrigank en los comentarios (mi respuesta fue demasiado larga para un comentario: /) sí, prácticamente Ahora es posible que podamos desarrollar polimerasas a través de la evolución dirigida para tener una fidelidad aún mayor (aunque esto puede ser difícil ya que podría ralentizar bajar la velocidad catalítica y luego la implementación también es difícil) y mejorar las vías de reparación del ADN a través de la evolución dirigida, pero las bases son inatablemente inestables y siempre hay alguna posibilidad de que se conviertan a través de procesos como la tautomería. Además, las células b utilizan un proceso llamado hipermutación somática para mutar activamente el ADN de los receptores / anticuerpos de las células b para la maduración por afinidad en la zona oscura, por lo que si tuviéramos un sistema que no permitiera la variación allí, podríamos tener un sistema inmunológico debilitado. Además, algunas vías de reparación, como la unión de extremos no homogéneos, no reparan fielmente el ADN, solo reparan rápidamente las roturas de doble hebra que pueden ser letales y este proceso puede provocar inserciones y deleciones. Luego, al nivel de la meiosis, ya que nadie tiene exactamente el mismo genoma y el niño obtiene un cromosoma de cada variación parental que se genera allí. También ocurren cosas como la integración viral, el daño de mutágenos externos y el ataque de radicales libres que conducen a mutaciones. Así que no creo que sea posible que la ADN polimerasa replique el ADN con una fidelidad del 100% y no creo que sea posible en un sentido más flexible que la secuencia de ADN no cambie, por lo que la variación es inevitable.


¿Es la variación un resultado de la evolución?

No, estás poniendo el carro delante del caballo y confundiendo la causa con el efecto.

La variación es el resultado de una mutación (ya sea causada por errores de copia, radiación o lo que sea).

La evolución es el resultado de la variación.

Mutación> Variación> Evolución

La evolución es simplemente el proceso de aventado mediante el cual las variaciones más beneficiosas (como en términos de los más aptos para sobrevivir en el entorno existente, que incluye la competencia de otras variaciones) 'tienen éxito' y las menos beneficiosas no lo hacen, no causa las variaciones.

La variación puede ocurrir sin evolución, pero la evolución no puede ocurrir sin variación.


Resumen

  • La variación describe la diversidad en la composición genética de una especie.
  • La variación surge de mutaciones
  • Las variaciones suelen tener un pequeño efecto sobre el fenotipo (variación continua), pero hay ejemplos en los que una variante tiene un gran efecto sobre un fenotipo y genera categorías distintas (variación discontinua)
  • La variación en una población puede verse influenciada por la tasa de mutación, la deriva genética, la reproducción sexual, la meiosis y el flujo de genes.
  • La variación es importante para la adaptación y la evolución.

La evolución comienza con la herencia de nuevos variación genética. Variación describe las diferencias en la estructura genética entre los individuos dentro de una especie. La variación puede existir en todas las células del cuerpo, pero solo se transmite a la siguiente generación cuando está presente en el gametos. De esta forma, la variación genética puede influir en las generaciones futuras y alterar el acervo genético de la población.

Tener un gran reserva genética con mucha variación dentro de él mejora el biológico aptitud física de la especie, y les permite adaptar y sobrevivir a periodos intensos de selección. Esto se debe a que la diversidad en la información genética permite que la población permanezca flexible a los cambios en su entorno. Muchas combinaciones diferentes de variantes de genes confieren diferentes ventajas en diferentes condiciones, como cambios climáticos y resistencia a enfermedades).

La variación es crucial en el proceso de evolución de una especie, ya que la diversidad genética es un factor que permite seleccion natural que se produzca. Es decir, se seleccionan determinadas variantes a favor y en contra en función del entorno. Las diferentes versiones de un gen (o variantes) que están presentes dentro de la población se denominan alelos.


Causas de variación genética

Alfred Pasieka / Science Photo Library / Getty Images

La variación genética ocurre principalmente a través de la mutación del ADN, el flujo de genes (movimiento de genes de una población a otra) y la reproducción sexual. Debido a que los ambientes son inestables, las poblaciones que son genéticamente variables podrán adaptarse a situaciones cambiantes mejor que aquellas que no contienen variación genética.

  • Mutación del ADN: Una mutación es un cambio en la secuencia de ADN. Estas variaciones en las secuencias de genes a veces pueden ser ventajosas para un organismo. La mayoría de las mutaciones que dan como resultado una variación genética producen rasgos que no confieren ni una ventaja ni una desventaja. Las mutaciones conducen a una variación genética al alterar genes y alelos en una población. Pueden afectar un gen individual o un cromosoma completo. Aunque las mutaciones cambian el genotipo de un organismo (composición genética), es posible que no cambien necesariamente el fenotipo de un organismo.
  • Flujo de genes: También llamado migración de genes, el flujo de genes introduce nuevos genes en una población a medida que los organismos migran a un nuevo entorno. Las nuevas combinaciones de genes son posibles gracias a la disponibilidad de nuevos alelos en el acervo genético. Las frecuencias genéticas también pueden verse alteradas por la emigración de organismos fuera de una población. La inmigración de nuevos organismos a una población puede ayudar a los organismos a adaptarse mejor a las condiciones ambientales cambiantes. La migración de organismos fuera de una población podría resultar en una falta de diversidad genética.
  • Reproducción sexual: La reproducción sexual promueve la variación genética al producir diferentes combinaciones de genes. La meiosis es el proceso mediante el cual se crean las células sexuales o los gametos. La variación genética ocurre cuando los alelos de los gametos se separan y se unen al azar tras la fertilización. La recombinación genética de genes también ocurre durante el cruzamiento o el intercambio de segmentos de genes en cromosomas homólogos durante la meiosis.

Variación genética

Reproducción sexual resulta en infinitas posibilidades de variación genética. En otras palabras, la reproducción sexual da como resultado una descendencia genéticamente única. Se diferencian de ambos padres y también entre sí. Esto ocurre por varias razones.

  • Cuando los cromosomas homólogos forman pares durante la profase I de la meiosis I, puede ocurrir un cruce. Cruzando es el intercambio de material genético entre cromosomas homólogos. Da lugar a nuevas combinaciones de genes en cada cromosoma.
  • Cuando las células se dividen durante la meiosis, los cromosomas homólogos se distribuyen aleatoriamente a las células hijas y los diferentes cromosomas se segregan independientemente unos de otros. A esto se le llama distribución independiente. Da como resultado gametos que tienen combinaciones únicas de cromosomas.
  • En la reproducción sexual, dos gametos se unen para producir una descendencia. Pero, ¿cuáles dos de los millones de posibles gametos serán? Es probable que esto sea una cuestión de suerte. Obviamente, es otra fuente de variación genética en la descendencia. Esto se conoce como fertilización aleatoria.

Todos estos mecanismos trabajando juntos dan como resultado una asombrosa cantidad de variación potencial. Cada pareja humana, por ejemplo, tiene el potencial de producir más de 64 billones de niños genéticamente únicos. ¡No es de extrañar que todos seamos diferentes!

Cruzando

El cruce ocurre durante la profase I, y es el intercambio de material genético entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos. Recordemos que durante la profase I, los cromosomas homólogos se alinean en pares, gen por gen en toda su longitud, formando una configuración con cuatro cromátidas, conocida como tétrada. En este punto, las cromátidas están muy cerca una de la otra y parte del material de dos cromátidas cambia de cromosomas, es decir, el material se rompe y se vuelve a unir en la misma posición en el cromosoma homólogo (Figura debajo). Este intercambio de material genético puede ocurrir muchas veces dentro del mismo par de cromosomas homólogos, creando combinaciones únicas de genes. Este proceso también se conoce como recombinación.

Cruce. Una hebra materna de ADN se muestra en rojo. Una hebra paterna de ADN se muestra en azul. El cruce produce dos cromosomas que no existían anteriormente. El proceso de recombinación implica la ruptura y la unión de los cromosomas parentales (M, F). Esto da como resultado la generación de cromosomas nuevos (C1, C2) que comparten el ADN de ambos padres.

Surtido independiente y fertilización aleatoria

En los seres humanos, hay más de 8 millones de configuraciones en las que los cromosomas pueden alinearse durante la metafase I de la meiosis. Son los procesos específicos de la meiosis, que dan como resultado cuatro células haploides únicas, los que dan como resultado estas muchas combinaciones. Este surtido independiente, en el que el cromosoma heredado del padre o de la madre puede clasificarse en cualquier gameto, produce el potencial de una tremenda variación genética. Junto con la fertilización aleatoria, existen más posibilidades de variación genética entre dos personas que el número de individuos vivos en la actualidad. La reproducción sexual es la fertilización aleatoria de un gameto de la hembra utilizando un gameto del macho. En los seres humanos, existen más de 8 millones (2 23) de combinaciones de cromosomas en la producción de gametos tanto en el hombre como en la mujer. Un espermatozoide, con más de 8 millones de combinaciones de cromosomas, fertiliza un óvulo, que también tiene más de 8 millones de combinaciones de cromosomas. Eso es más de 64 billones de combinaciones únicas, sin contar las combinaciones únicas producidas por el cruce. En otras palabras, ¡cada pareja humana podría producir un niño con más de 64 billones de combinaciones cromosómicas únicas!


Procesos y patrones de evolución

La selección natural solo puede ocurrir en presencia de variación genética, las condiciones ambientales determinan qué rasgos se seleccionan.

Objetivos de aprendizaje

Explicar por qué la selección natural solo puede actuar sobre la variación hereditaria.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La variación genética dentro de una población es el resultado de mutaciones y reproducción sexual.
  • Una mutación puede ser neutral, reducir la aptitud de un organismo o aumentar la aptitud de un organismo.
  • Una adaptación es un rasgo hereditario que aumenta la supervivencia y la tasa de reproducción de un organismo en su entorno actual.
  • La evolución divergente describe el proceso en el que dos especies evolucionan en diversas direcciones desde un punto común.
  • La evolución convergente es el proceso en el que rasgos similares evolucionan de forma independiente en especies que no comparten un ancestro común reciente.

Términos clave

  • adaptación: modificación de algo o sus partes que lo hace más apto para la existencia en las condiciones de su entorno actual
  • evolución divergente: el proceso por el cual una especie con rasgos similares se convierte en grupos tremendamente diferentes entre sí a lo largo de muchas generaciones.
  • evolución convergente: un rasgo de la evolución en el que especies que no tienen un origen reciente similar adquieren propiedades similares debido a la selección natural

Procesos y patrones de evolución

Variación

La selección natural solo puede tener lugar si hay variación o diferencias entre los individuos de una población. Es importante destacar que estas diferencias deben tener alguna base genética, de lo contrario, la selección no conducirá a cambios en la próxima generación. Esto es fundamental porque la variación entre los individuos puede deberse a razones no genéticas, como que un individuo sea más alto debido a una mejor nutrición en lugar de genes diferentes.

La diversidad genética dentro de una población proviene de dos mecanismos principales: la mutación y la reproducción sexual. La mutación, un cambio en la secuencia del ADN, es la fuente última de nuevos alelos o nueva variación genética en cualquier población. Los cambios genéticos causados ​​por la mutación pueden tener uno de tres resultados:

  • Muchas mutaciones no tendrán ningún efecto sobre la aptitud del fenotipo; se denominan mutaciones neutrales.
  • Una mutación puede afectar el fenotipo del organismo de una manera que le da una menor aptitud (una menor probabilidad de supervivencia o menos descendencia).
  • Una mutación puede producir un fenotipo con un efecto beneficioso sobre el fitness. Diferentes mutaciones tendrán una variedad de efectos sobre la aptitud de un organismo que las expresa en su fenotipo, desde un pequeño efecto hasta un gran efecto.

La reproducción sexual también conduce a la diversidad genética: cuando dos padres se reproducen, combinaciones únicas de alelos se ensamblan para producir genotipos únicos y, por lo tanto, fenotipos en cada una de las crías. Sin embargo, la reproducción sexual no puede conducir a nuevos genes, sino que proporciona una nueva combinación de genes en un individuo determinado.

Adaptaciones

Un rasgo hereditario que ayuda a la supervivencia y reproducción de un organismo en su entorno actual se denomina adaptación. Los científicos describen grupos de organismos que se adaptan a su entorno cuando ocurre un cambio en el rango de variación genética a lo largo del tiempo que aumenta o mantiene la & # 8220 aptitud & # 8221 de la población a su entorno. Los pies palmeados de los ornitorrincos son una adaptación para nadar. Los leopardos de las nieves & # 8217 pelaje grueso es una adaptación para vivir en el frío. La velocidad rápida de los guepardos es una adaptación para atrapar presas.

Si un rasgo es favorable o no depende de las condiciones ambientales en ese momento. No siempre se seleccionan los mismos rasgos porque las condiciones ambientales pueden cambiar. Por ejemplo, considere una especie de planta que creció en un clima húmedo y no necesitaba conservar agua. Se seleccionaron hojas grandes porque permitían a la planta obtener más energía del sol. Las hojas grandes requieren más agua para mantenerse que las hojas pequeñas, y el ambiente húmedo proporcionó condiciones favorables para soportar hojas grandes. Después de miles de años, el clima cambió y la zona ya no tenía exceso de agua. La dirección de la selección natural cambió de modo que se seleccionaron plantas con hojas pequeñas porque esas poblaciones pudieron conservar agua para sobrevivir a las nuevas condiciones ambientales.

La evolución de las especies ha dado como resultado una enorme variación en forma y función. A veces, la evolución da lugar a grupos de organismos que se vuelven tremendamente diferentes entre sí. Cuando dos especies evolucionan en diversas direcciones desde un punto común, se llama evolución divergente. Esta evolución divergente se puede ver en las formas de los órganos reproductores de las plantas con flores que comparten las mismas anatomías básicas; sin embargo, pueden verse muy diferentes como resultado de la selección en diferentes entornos físicos y la adaptación a diferentes tipos de polinizadores.

Plantas floreciendo: Las plantas con flores evolucionaron a partir de un ancestro común. Observe que la (a) estrella densa y ardiente (Liatrus spicata) y la (b) equinácea púrpura (Echinacea purpurea) varían en apariencia, pero ambas comparten una morfología básica similar.

En otros casos, fenotipos similares evolucionan de forma independiente en especies relacionadas lejanamente. Por ejemplo, el vuelo ha evolucionado tanto en los murciélagos como en los insectos; ambos tienen estructuras a las que nos referimos como alas, que son adaptaciones al vuelo. Sin embargo, las alas de los murciélagos y los insectos han evolucionado a partir de estructuras originales muy diferentes. Este fenómeno se llama evolución convergente, donde rasgos similares evolucionan de forma independiente en especies que no comparten un ancestro común reciente. Las dos especies llegaron a la misma función, volar, pero lo hicieron por separado.

Estos cambios físicos ocurren durante enormes períodos de tiempo y ayudan a explicar cómo ocurre la evolución. La selección natural actúa sobre organismos individuales, que a su vez pueden dar forma a una especie entera. Aunque la selección natural puede funcionar en una sola generación en un individuo, pueden pasar miles o incluso millones de años para que el genotipo de una especie entera evolucione. Es a lo largo de estos largos períodos de tiempo que la vida en la tierra ha cambiado y sigue cambiando.


Midiendo la variabilidad genética

Debido a que el potencial de evolución de una población está determinado por su variación genética, los evolucionistas están interesados ​​en descubrir el alcance de dicha variación en las poblaciones naturales. Es evidente que las especies de plantas y animales son heterogéneas en todo tipo de formas: en los colores de las flores y los hábitos de crecimiento de las plantas, por ejemplo, o en las formas de las conchas y los patrones de bandas de los caracoles. Las diferencias se notan más fácilmente entre los seres humanos —en rasgos faciales, color de pelo y piel, altura y peso— pero tales diferencias morfológicas están presentes en todos los grupos de organismos. Un problema con la variación morfológica es que no se sabe cuánto se debe a factores genéticos y cuánto puede resultar de las influencias ambientales.

Los criadores de animales y plantas seleccionan para sus experimentos individuos o semillas que sobresalen en los atributos deseados, en el contenido de proteína del maíz (maíz), por ejemplo, o la producción de leche de las vacas. La selección se repite generación tras generación. Si la población cambia en la dirección favorecida por el criador, queda claro que el stock original poseía variación genética con respecto al rasgo seleccionado.

Los resultados de la selección artificial son impresionantes. La selección por alto contenido de aceite en el maíz aumentó el contenido de aceite de menos del 5 por ciento a más del 19 por ciento en 76 generaciones, mientras que la selección por bajo contenido de aceite lo redujo a menos del 1 por ciento. Treinta años de selección para aumentar la producción de huevos en una bandada de pollos White Leghorn aumentaron la producción anual promedio de una gallina de 125,6 a 249,6 huevos. La selección artificial ha producido innumerables variedades de razas de perros, gatos y caballos. Las plantas cultivadas para la alimentación y la fibra y los animales para la alimentación y el transporte son todos productos de una selección artificial antigua o moderna. Desde finales del siglo XX, los científicos han utilizado las técnicas de la biología molecular para modificar o introducir genes para los rasgos deseados en una variedad de organismos, incluidas plantas y animales domésticos. Este campo se conoce como ingeniería genética o tecnología de ADN recombinante. Las mejoras que en el pasado se lograron después de decenas de generaciones mediante la selección artificial, ahora se pueden lograr de manera mucho más eficaz y rápida (en una sola generación) mediante la tecnología genética molecular.

El éxito de la selección artificial para prácticamente todos los rasgos y todos los organismos en los que se ha probado sugiere que la variación genética es omnipresente en todas las poblaciones naturales. Pero a los evolucionistas les gusta ir un paso más allá y obtener estimaciones cuantitativas. Solo desde la década de 1960, con los avances de la biología molecular, los genetistas han desarrollado métodos para medir el grado de variación genética en poblaciones o entre especies de organismos. Estos métodos consisten esencialmente en tomar una muestra de genes y averiguar cuántos son variables y cuán variable es cada uno. Una forma sencilla de medir la variabilidad de un locus de un gen es determinar qué proporción de los individuos de una población son heterocigotos en ese locus. En un individuo heterocigoto, los dos genes de un rasgo, uno recibido de la madre y el otro del padre, son diferentes. La proporción de heterocigotos en la población es, por tanto, la misma que la probabilidad de que dos genes tomados al azar del acervo genético sean diferentes.

Se han utilizado técnicas para determinar la heterocigosidad para investigar numerosas especies de plantas y animales. Por lo general, los insectos y otros invertebrados son más variados genéticamente que los mamíferos y otros vertebrados, y las plantas criadas por cruzamiento externo (cruzamiento con cepas relativamente no relacionadas) exhiben más variación que las criadas por autopolinización. Pero la cantidad de variación genética es en cualquier caso asombrosa. Considere como ejemplo a los humanos, cuyo nivel de variación es aproximadamente el mismo que el de otros mamíferos. El valor de heterocigosidad humana a nivel de proteínas se expresa como H = 0,067, lo que significa que un individuo es heterocigoto en el 6,7 por ciento de sus genes, porque los dos genes de cada locus codifican proteínas ligeramente diferentes. El genoma humano contiene aproximadamente entre 20 000 y 25 000 genes. Esto significa que una persona es heterocigótica en no menos de 30.000 × 0,067 = 2.010 loci de genes. Un individuo heterocigoto en un locus (Aa) puede producir dos tipos diferentes de células sexuales, o gametos, uno con cada alelo (A y a) un individuo heterocigoto en dos loci (AaBB) puede producir cuatro tipos de gametos (AB, AB, aB, y aB) un individuo heterocigoto en norte loci puede producir potencialmente 2 norte diferentes gametos. Por lo tanto, un individuo humano típico tiene el potencial de producir 2 2010, o aproximadamente 10 605 (1 con 605 ceros a continuación), diferentes tipos de gametos. Ese número es mucho mayor que el número estimado de átomos en el universo, alrededor de 10 80.

Está claro, entonces, que cada célula sexual producida por un ser humano es genéticamente diferente de cualquier otra célula sexual y, por lo tanto, no es probable que dos personas que hayan existido o existirán alguna vez sean genéticamente idénticas, con la excepción de las idénticas. gemelos, que se desarrollan a partir de un solo óvulo fertilizado. La misma conclusión se aplica a todos los organismos que se reproducen sexualmente, cada individuo representa una configuración genética única que probablemente nunca más se repetirá. Esta enorme reserva de variación genética en poblaciones naturales ofrece oportunidades prácticamente ilimitadas para el cambio evolutivo en respuesta a las limitaciones ambientales y las necesidades de los organismos.


Respuesta libre

Describir la selección natural y dar un ejemplo de selección natural en acción en una población.

La teoría de la selección natural se deriva de la observación de que algunos individuos de una población sobreviven más tiempo y tienen más descendencia que otros, pasando así más genes a la siguiente generación. Por ejemplo, un gorila macho grande y poderoso tiene muchas más probabilidades que un gorila más pequeño y débil de convertirse en el lomo plateado de la población, el líder de la manada que se aparea mucho más que los otros machos del grupo. El líder de la manada, por lo tanto, engendrará más descendientes, que comparten la mitad de sus genes y, por lo tanto, es probable que también crezcan más y sean más fuertes como su padre. Con el tiempo, los genes de mayor tamaño aumentarán en frecuencia en la población y, como resultado, la población crecerá más en promedio.


Variación del crecimiento en humanos

Sara Stinson es profesora en CUNY Queens College. Recibió su Ph.D. de la Universidad de Michigan en 1978. Su enfoque está en las variaciones físicas y de desarrollo entre las poblaciones humanas vivas. Estudia las influencias ambientales sobre el crecimiento y la evolución del tamaño corporal. Su investigación se ha centrado principalmente en las poblaciones de América del Sur, incluida la variación en las poblaciones indígenas de América del Sur, los efectos de la hipoxia a gran altitud y el crecimiento de las poblaciones de bosques tropicales de tierras bajas.

Variación del crecimiento: factores biológicos y culturales

La variación de tamaño es una de las formas más obvias en las que los humanos se diferencian. Estas diferencias también son fáciles de medir y comparar entre poblaciones, lo que lo convierte en un tema bien estudiado en biología / antropología. Muchos factores pueden contribuir a la variación del crecimiento entre poblaciones, como los factores genéticos, la nutrición, las condiciones ambientales, las condiciones sociales y las condiciones culturales.

El genotipo puede tener un fuerte efecto sobre el crecimiento, como se muestra en los dos ejemplos siguientes. Our ancestry and previous natural selection pressures on our ancestors affect growth patterns.

The range of the average height for the tallest and shortest populations is less than one foot. The shortest population, the Efe pygmies of central Africa, is less than 5 ft. tall on average. While poor nutrition plays a role, it has been shown that these populations have a reduced number of sites for growth hormone to attach on their cells which would lower the effect the hormone has on them. Smaller body size could have been selected for since it would be advantageous to be small in this hot, humid environment, but no genes that could be attributed to natural selection have been identified.

Another genetic example of growth variation is the difference in males and females. In the US male and female average height is approximately 6 inches different. The height ranges can be represented by two overlapping bell curves. While males tend to be taller, females tend to carry more subcutaneous fat than males, and females carry their weight in different areas than men. These sexually dimorphic tendencies exist in every human population, and are contributed to by hormonal differences during adolescence and puberty.

Environmental Factors:

Most size variation in the world’s populations is attributed to environmental factors.

Socioeconomic Status is one of the major players that can contribute to size variation. Socioeconomic status can limit access to quality health care and nutritious food, while having an increased exposure to disease. Scientists can look at income, education, occupation, and household possessions to determine this status. In almost EVERY study done so far children from high-income families are taller than children from low-income families. This difference is more noticeable in developing countries than in industrial countries. Economic inequality exasperates this phenomenon. Some argue that short stature due to economic status could be attributed to higher levels of stress in low-income families. Low-income is also associated with higher rates of obesity in developing and industrial societies where high-caloric, low-nutrient foods are cheapest.

Ideology and Beliefs have also been shown to influence growth. Families in Niger would rather keep their possessions important for determining rank, instead of selling them for money, because in this culture status is very important. In the US parents may opt out of forcing their children to eat healthy foods in order to maintain a peaceful dinner environment because here an emphasis is placed on having positive family dinners. In Tanzania children from monogamous marriages were taller and thinner than children from polygamous marriages.

Environmental Pollutant (toxicant) exposure has been associated with reduced height. Prenatal exposure to cigarette smoke and/or alcohol shows babies that are born smaller. Children with high blood lead levels have slower prenatal and postnatal growth and delayed puberty. Polychlorinated biphenyls (PCBs) can increase maturation rates in girls. Girls with higher levels of PCBs have earlier menarche, but there is little affect on overall growth patterns.

Recent Trends in growth patterns show that height and weight have increased in populations around the world. Over the last 100 years in Sweden, female height has increased by almost 5 inches and male height by almost 8 inches. This next part is a little unintuitive, but trends show that we are maturing earlier as well as faster. The age of menarche has decreased from 15-16 in the 19 th century to 12-13 years old in most industrialized societies. Increases in leg length are higher than the increase in trunk length. European populations are now on average taller than Americans. While the height of populations in Oaxaca, Mexico has remained the same for 500-3000 years, during the last 30 they got a health center and secular trends have showed up in children’s growth patterns. Recent Mayan immigrants to the US have children that are approximately 4 inches taller. 70% of this height increase is attributed to longer legs.

Why are these trends happening though? The change in the last 150 years has happened too fast for it to be attributed to genetics. The reduction of infectious diseases could be a factor-improvement of world populations overall. Greater gene flow between populations could also be a factor. The increase in body size appears to be slowing and plateauing in affluent countries. A downside to these trends is that an earlier age of menarche has been deemed risk factor for breast cancer, heart disease, and type 2 diabetes. Obesity is becoming an ever-increasing problem around the world. About 67% of US adults are overweight or obese.

Nutrition and Disease throughout the Life Cycle

Parental Growth usually assessed by birth weight can give indications on how an individual will grow. Babies less that 5.5 lbs are considered to have a “low birth weight” which can result from prematurity, slow growth during gestation, genetics, or multiple births. During WWII women in Russia and the Netherlands were under siege from the Germans reducing the amount of food entering the cities. Birth weight decreased in these populations, with 50% of babies in St. Petersburg being born with low birth weight. An increase in maternal nutrition during pregnancy shows an increase in birth weight. However, if a woman has been malnourished her entire life, increasing nutrition during pregnancy is not enough to increase birth weight. Babies can adjust their metabolism to what they (and their mother) are experiencing during pregnancy. So if a woman is normally well nourished, but during pregnancy is malnourished, this cannot only make the baby be smaller, but also change the child’s overall metabolism. Maternal cues to the fetus including placental transfer of nutrients or hormones would be an epigenetic effect. Studies have shown that a women’s birth weight is a strong predictor of her children’s birth weight.

Infancy and Childhood Growth is more important, however, in terms of its affect on body size and health. Disruptions in the growth of children are the main cause of small adult body size. Human milk is relatively low in fat and protein content indicating frequent nursing and slow rates of postnatal growth. Breast-feeding infants is very beneficial for developing infants. Other feeding methods do not provide anti-infective agents that help in the development of the baby’s immune system. These agents include antibodies against specific bacteria and viruses white blood cells and proteins, fats, and carbohydrates that convey antimicrobial action. Bottle-fed infants have higher rates of illness and mortality than breast-fed infants. It can be “argued that breast milk is the nutritionally ideal food for infants because it is the food that has evolved to meet their needs. “ Breast-feeding is associated with lower risk of ear, respiratory and gastrointestinal infections sudden infant death syndrome asthma and reduced risk of obesity and diabetes in the children.

During the first few months of development, infant growth rates are consistent in poor and developed countries. However after the age of 4-6 months the growth rate in infants in disadvantaged circumstances decreases. By two years, there is a substantial different in height. The slowing of growth is referred to as growth faltering. By 5 years old, children in poor countries fall below the 25 th percentile for height. In rural Mali cultures young children are not encouraged to eat, and must fend for themselves. But in rural highland Peru children are given preferential treatment, and in times of food shortage are given food over adults. Growth faltering is not only nutritional but also caused by diseases. Children and infants exposed to pathogens may experience more growth faltering.

What did you think of the Mali cultures?

Adolescent Growth is less affected by environmental factors due to the fact that this period is characterized by slower growth rates. In some environments rapid maturation is necessary due to high mortality rates. Rapid maturation results in smaller adult body sized, but the individuals can reproduce at an earlier age. In these cultures there is a trade off between rapid maturation and small adult stature.

Catch-up Growth is a period of faster growth that follows a disruption. Turkana populations are initially below the 50 th percentile and sometimes lower than the 5 th percentile in height, but when they reach maturation they are on the normal standard. This can be explained by a longer growth period in these populations.

Is small body size an adaptation? It has been argued that when a human is exposed to low-nutrition environments they may cut their losses and remain smaller so that the resources that they have can go father. This would allow for more fit individuals that are smaller than their maximum potential.

Human height variation is a complex outcome of gene and environmental interactions. Narrowing down the cause of height to one factor is impossible, and when looking at height distributions you must take into account genetic history, environment, nutrition during development, social status, and cultural influences.


Current Status Of Research

Contemporary Research in Evolution and Diversity Features Several Exciting Growing Points

A particularly promising field spanning the synthesis of molecular biology and evolutionary biology is expected to reveal new evolutionary principles even as it resolves some longstanding issues. Important as this new synthesis is, it must be emphasized that not everything in evolution and diversity can be reduced to molecular biology.

Many central issues of evolution at the organismic level require different kinds of approaches. These include the study of the evolution of complex multifactorial traits within populations and the evolutionary role of selection among populations. Innovative approaches to uniting physiology, behavior, and development should also be encouraged.

Those who set research priorities in evolution and diversity must also recognize the continuing importance of cataloguing the diversity of life on earth and understanding its origins through speciation and its disappearance through extinction. Apart from the scientific value of such research are the many potential practical applications of the findings in medicine, agriculture, and biotechnology. Groups of organisms that are already relatively well known, such as vertebrates, plants, and butterflies, are important to study because of the light further information about them would shed on overall biogeographic problems. In addition, economically important groups of organisms, such as legumes and mosquitoes, should be emphasized in choosing priorities for study. Areas of vegetation that are already decimated and those that are being destroyed rapidly but that contain large numbers of endemic species should also receive special emphasis. Concerted efforts to survey more or less completely the biota of selected places, especially in the disappearing forests of the tropics, would be much more rewarding than miscellaneous sampling of poorly known groups over wide areas. Greater attention should also be given to groups that are especially tractable for the solution of basic problems in ecology, population biology, and evolution. To accomplish this, additional systematic biologists must be trained and employed, since the current world supply is much too limited to attack the millions of species of unknown or poorly known organisms profitably.

Paleobiology also presents significant new opportunities for breakthroughs in understanding the history of life on earth, including its earliest history in the Precambrian, its diversification and geographical distribution, and its extinction through, in some cases, global processes.

Collections and Special Facilities

Museums Are One Logical Place to Concentrate the Effort to Encompass Diversity

These institutions are already the repositories of vast numbers of priceless specimens, often representing species that are endangered or recently extinct. Yet most of the collections are fallow, and the halls of some of the leading research museums are largely empty of qualified researchers. The same is true of zoos and botanical gardens, which are in effect museums filled with living specimens. One of the premier tropical botanical gardens in the continental United States has purchased no major items of research equipment in 20 years. Although it averages only one postdoctoral fellow per year, it could easily accommodate six.

An additional need exists for regional or international centers for the storage and analysis of fossil pollen and other microfossils, which are vital in the reconstruction of evolutionary histories and past environmental change. For example, we are only now becoming aware of the considerable extinction of species that has been caused by human disturbances, especially on islands, lakes, and other geographically restricted habitats. One of the most promising domains of research is the detailed analysis of this impoverishment during the past several thousand years, with an emphasis on the factors that make certain species more vulnerable than others.

The future of systematics and its contribution to evolutionary studies depend on collaboration among workers in different fields, funding of interdisciplinary studies, and mutual education. Museums, the traditional home of systematics, will find it necessary to expand their facilities and personnel to encompass statistical, molecular, and experimental approaches. The traditionally modest sums granted to systematists will not support molecular investigations, and it will be useful to set up facilities for molecular systematics that can be used by multiple workers. Above all, university biology departments, in their staffing and curricular decisions, must take into account the growing impact of the new systematics on the study of evolution and its implications throughout biology, from molecular biology to ecology.

Museums are also vital to the continued health of research on the fossil record by maintaining and developing systematic collections. These Collections are the lifeblood of research progress. Research questions change continually, and it is important that museum collections remain an effective source of empirical data and that the data be actively studied and described by competent specialists.

The paleontological collections of the United States are in reasonably good shape, thanks to many years of financial support from the Biological Research Resources program of the National Science Foundation. Continued support is critical to sustain active research programs of relevance to broader problems of evolutionary biology. Museum collections are becoming especially critical in some areas because of the phasing out of support for collections by many major research universities.

Collection and Conservation of Germplasm Is Crucial For Improved Agricultural Production

Human activities associated with modern civilizations are causing a loss of diversity at all levels of biological organization. Once lost, this store of genetic diversity can never be recovered. A case in point is the loss of genetic diversity associated with the primitive land races (plants that are adapted to a region in which they evolved) and wild relatives of our crop plants. These genetic resources have repeatedly provided genes for disease resistance when agriculture has been challenged by serious disease epidemics, and these resources constitute an important source of novel phenotypes in conventional plant improvement. They must be found and conserved for our common good.

Modem agriculture is characterized by extensive plantings of genetically uniform monocultures. For example, genetically uniform hybrid corn is widely grown in the United States. Genetically uniform populations have the advantages of high yields, uniform size, and uniform dates of maturity, and these features have played a major role in the great increase in productivity of agriculture in the United States during the past 50 years. Uniformity of size and maturity are also required by highly mechanized agricultural practices.

On the downside, genetically uniform crops are vulnerable to large losses from pest or disease outbreaks because monocultures may lack the genetic variability for resistance to the pathogens. In 1970, a fungal pathogen raced through the U.S. corn crop in the corn leaf-blight epidemic. It was quickly discovered that susceptibility to the fungal pathogen was associated with a particular mitochondrial genotype that had been widely incorporated into breeding stocks. Luckily, other mitochondrial genotypes conferred resistance, and the resistant genotypes were introduced into commercial lines of corn. By 1971 corn varieties resistant to the leaf blight had largely replaced the susceptible type in agricultural production, and the corn crop was protected. The resistant types were available because an international effort had been made to conserve plant genetic resources for just such contingencies.

A second major disadvantage associated with the wide, and in some cases nearly global, adoption of monocultures is that these plantings supplant and drive to extinction the wild relatives and primitive cultivated forms of crop plants, which provide a source of genetic variants for future breeding efforts. Genetic conservation is faced with two problems—how to save and maintain useful plant germplasm and how to evaluate plant gene pools in order to preserve as wide a sample of potentially useful genetic variants as possible. The problem of evaluation is particularly difficult because we have no way of predicting which kinds of novel genetic variants the future may require. At present, the best that can be done is to evaluate the plants of interest for a wide range of genetic traits and select a sample for conservation that includes as much diversity as possible. Little is known about the adequacy and scope of contemporary germplasm collections. Genetic screening procedures and statistical sampling plans need to be developed for this task.

Finally, what little effort is expended to protect plants is almost entirely devoted to crop plants and their wild relatives�out 150 species out of the more than 260,000 kinds of plants known. Botanists estimate that tens of thousands of kinds of plants could probably be developed into useful crops-not only for food but also as sources of medicines, oils, waxes, and other chemicals of industrial importance-if we would carry out the appropriate investigations, identify them, and develop them according to their cultural requirements. Virtually no effort is being expended in such investigations yet fully a quarter of all plant species, along with a similar proportion of animals and microorganisms, are in danger of extinction. Even if the techniques of genetic engineering are fully applied to the development of new kinds of crops, there will need to be a source of appropriate genes the plants that we are passively allowing to become extinct could well provide such genes, and we should find and conserve them while they still exist.


5.4.4 Explain that the consequence of the potential overproduction of offspring is a struggle for survival.

If the mortality rate remains lower than the natality rate then a population will keep growing. As more offspring are produced, there will be less resources available to other members of the population. If there is an over production of offspring this will result in a struggle for survival within the species as the resources become scarce and individuals in the population will start to compete for these. This results in an increase in mortality rate as the weaker individuals in the population will lose out on these vital resources that are essential for their survival.


Glosario

  1. Theodosius Dobzhansky. “Biology, Molecular and Organismic.” American Zoologist 4, no. 4 (1964): 449. &crarr
  2. Charles Darwin, Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited during the Voyage of H.M.S. Beagle Round the World, under the Command of Capt. Fitz Roy, R.N, 2nd. ed. (London: John Murray, 1860), http://www.archive.org/details/journalofresea00darw. &crarr
  3. Sahar S. Hanania, Dhia S. Hassawi, and Nidal M. Irshaid, “Allele Frequency and Molecular Genotypes of ABO Blood Group System in a Jordanian Population,” Journal of Medical Sciences 7 (2007): 51-58, doi:10.3923/jms.2007.51.58 &crarr


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