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Asignatura: historia de la biologia y evolucion (HBE), Profesor: , Carrera: Biología, Universidad: UAM
Tipo: Apuntes
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Modelos son los patrones que describen el orden en la naturaleza. La naturaleza tiene una estructura y tenemos que fijarnos en cómo es para describir modelos. Dos tipos: Jerárquicos: se basa en relaciones de parentesco. Sumarios parsimoniosos de datos descriptivos Temporales: representaciones graficas que se adecuan al registro fósil. Los procesos son los mecanismos propuestos para explicar los modelos. Dos tipos: Observados: aquellos que se pueden ver o verificar a escala de la vida de un investigador. Ejemplo cambios fenotípicos. Inferidos: procesos que hipotéticamente se han desarrollado en el tiempo geológico. Ejemplo selección natural. La jerarquización se puede ver en el sentido topológico y en la secuencia de ordenación de sinapomorfías. Toda la biología evolutiva se puede agrupar en microevolución y macroevolución. La microevolución es el conjunto de modelos y procesos que operan a nivel específico o subespecífico. La macroevolución es el conjunto de modelos y procesos relacionados con la aparición, radiación y extinción de especies y taxones supraespecíficos en el tiempo. El consenso para diferenciar estos dos es la especiación. A partir de especiación hacia arriba es macroevolución, para abajo es microevolución. Tres factores evolutivos relacionados con procesos y modelos: Dirección del cambio: el cambio evolutivo tiene un sentido determinado. Tiene que ver con modelo. Dos posturas:
había salto entre especies. Direccionalista porque la selección adapta a poblaciones cada vez mejor a un ambiente determinado. Hay una dirección adaptativa muy evidente. Dirección/direccionalidad/direccionalismo Predictibilidad: el curso de la evolución es predecible ¿?. Es una pregunta importante. Las ciencias más duras, con hipótesis más robustas, son las que pueden hacer predicciones más ajustadas. No se puede predecir; esto es sustentado por Gould el cual dice que no es posible hacer una predicción por la contingencia. Un fenómeno contingente es aquel que puede o no existir. Gould decía, entre otros, que básicamente la historia de la vida se puede establecer en un modelo y en procesos que se llama la dinámica del caos o el caos determinista. En el caos determinista hay factores que son muy difícilmente predecibles que hacen referencia a las condiciones iniciales de un proceso, estas son muy difícil predecibles porque cambios iniciales en la predicción de un proceso finalmente llegan a estados finales que son absolutamente impredecibles. Los factores de contingencia son factores muy difíciles de establecer. Es imposible hacer una predicción. Frente a esta postura esta la convergencia, Morris. Morris dice que en realidad la convergencia es un fenómeno muy común en la historia evolutiva de los organismos vivos y que por lo tanto la convergencia es un fenómeno que nos puede permitir hacer predicciones. La convergencia es verdad que nos permite hacer predicciones. En realidad cualquier aspecto relacionado con las leyes físicas que rigen a los organismos es predecible. Una cosa son estas predicciones y otra predecir cuando tenían que aparecer las primeras aves, por ejemplo. En definitiva la evolución es al mismo tiempo convergente y contingente. La capacidad nuestra de conocimiento en biología evolutiva implica que las predicciones que podemos hacer con los aspectos convergentes son menores y menos precisas que los fenómenos de contingencia. Carrol dice que si la historia de la vida es contingente razonablemente nos podemos plantear que el direccionalismos es cuestionable. Si uno ve el registro fósil se ve que a partir de unicelulares vemos que existen descendientes de mayor tamaño y más complejos, multicelulares. Además aparecen innovaciones evolutivas que implican un incremento en la complejidad estructural. Esto implica que tal vez existen leyes generales. Estas tendencias son interpretadas de dos maneras diferentes. Hay gente que piensa que son paseos al azar. Tendencias pasivas. Solo se puede evolucionar hacia arriba. Un ancestro unicelular, con el mínimo de complejidad y tamaño, solo se puede evolucionar hacia arriba aumentando complejidad. Postura alternativa es que en realidad esas tendencias son reales y están dirigidas por un factor subyacente. Hay algo un fenómeno, proceso, por debajo de esas tendencias que nos está indicando que hay una determinación. Tres de las ideas de Carrol son: Organismos multicelulares han aparecido independientemente. A partir de esos ancestros han aparecido formas macroscópicas con planes corporales diferentes. Estos planes corporales aparecen en fenómenos llamados radiaciones adaptativas. Rápida diversificación. Todos estos cambios se han asociado a cambios adaptativos que pueden ser cambios en tamaño y forma, filogenéticos (cladogenéticos), filéticas (anagenéticos). Algunos tienen nombres propios. La expansión de la vida supondría un incremento constante o no. Los factores expansivos supondrían un incremento de la diversidad y un incremento del ecoespacio. Variable estocástica: que en los pasos puede ir en un sentido u otro en cada paso. Los cambios en tamaño es algo relativamente común en la historia de un linaje. La ley de Cope hace referencia a ese incremento en el tamaño. Cope propuso esta ley que decía que en el comienzo del linaje los ancestros son más pequeños que los descendientes que van aumentando el tamaño. En general la aceptación de la ley de Cope se cumplió a finales del siglo 20 a través de determinados trabajos, como por ejemplo el de Alroy.
Ley de Dollo : también ley de la irreversibilidad de la población. Postula que cuando desaparece una estructura esta ya no vuelve a aparecer nunca más. Si tienen una función importante por selección los nuevos individuos vuelven a un ambiente similar al de ancestros y necesitan esa estructura, esta no vuelve a aparecer sino que aparecen estructuras análogas. La ley de Dollo tiene muchas dificultades para mantenerse. Esta propuesta a finales del siglo XIX en un momento en el que el conocimiento de todos los mecanismos que “fabrican” a un ser vivo eran elementales. Hoy en día se sabe más y por lo tanto sabemos que todos esos fenómenos morfogenéticos son más versátiles de lo que creíamos. Otros dos factores importantes dentro del direccionalismo son el termino progreso y complejidad. Progreso El proceso evolutivo en general, y el de los metazoos en particular, ha sido considerado a menudo como un proceso lineal, direccional, caracterizado por un aumento en la complejidad y en el “progreso”. Todo el mundo a finales del XIX admitían que existía un progreso en la vida. Lyell decía que todos los procesos son cíclicos, que todo vuelve una y otra vez. El termino progreso no tiene sentido porque nadie sabe lo que significa progreso. Significa cosas diferentes para organismos diferentes. Complejidad El termino complejidad es más complejo. Es una de las áreas más importantes de investigación en macroevolución. La biocomplejidad se podría establecer en niveles muy diversos. Se refiere a la complejidad a nivel de organismos, estructural. La complejidad ha sido como el progreso, todo el mundo ha admitido que la complejidad se incrementa con el tiempo. Algunas cosas si son evidentes, como los tipos celulares, de organismos muy simples se van observando formas más complejas. La cuestión es si este aumento de la complejidad es una propiedad inherente de la materia viva. La única manera de intentar pasa de forma objetiva las hipótesis de complejidad es la métrica. La métrica es la propuesta que se refiere a los trabajo de MCShea. Propone que la complejidad estructural es una variable de dos funciones:
La originalidad de Phillips fue tal que se atrevió a proponer la primera curva de biodiversidad conocida. Es un modelo temporal. Phillips invento los nombres paleozoico, mesozoico y cenozoico. Surge la pregunta de que hasta qué punto es fiable esa curva. Indica algo o no. ¿? Durante más de un siglo se creyó que no significaba nada, porque estaba basada en elementos sesgados como es que no todo el planeta esta muestreado; el registro fósil cada vez es más escaso. Esta desconfianza desaparece en 1981 cuando cuatro de los paleontólogos que más habían desconfiado se reúnen y deciden comparar datos independientes que en teoría describen el mismo modelo, la curva. Proceden de cinco aspectos diferentes del registro fósil: Diversidad de icnofósiles que parece poco fiable. Tiene 36 yacimientos de hace más de 500 millones de años. Especies por millón de años. Riqueza de especies. De las bases de datos más objetivas. Diversidad genética. Diversidad familiar. Se compara hasta que punto estas graficas diferentes son parecidas, y hay una semejanza de casi uno, 0.9; esto es mucho. El rigor o la proyección, identidad taxonómica que tiene una traza, icnofosil, es menos directo y fiable que un fósil en sentido estricto. La curva aceptada actualmente empieza con un pequeño aumento de biodiversidad, después un aumento elevado y después altibajos, irregularidades que es lo conocido meseta paleozoica. Esta diversidad moderada de los tiempos paleozoicos baja drásticamente en la extinción permotriasica, después la diversidad aumenta de forma regular con pequeñas extinciones. La mayor parte de los autores piensan que es una representación bastante fiable de la biodiversidad, en términos muy específicos. Dentro de la curva es importante entender el concepto de faunas evolutivas, esto es taxones de rango elevado (órdenes o clases) cuya diversidad se comporta de forma semejante entre sí. En función de esa premisa se establecen: Fauna cámbrica: lo que dominan son los trilobites, hay formas como braquiópodos articulados. Se mantienen moluscos primitivos. Es la fauna que protagoniza la gran explosión cámbrica. Tiene biodiversidad baja en comparación con el resto de las faunas y va declinando. Fauna paleozoica: dominada por braquiópodos aunque hay cefalópodos, ostrácodos… protagoniza la radiación del ordovícico. Biodiversidad del paleozoico. La más afectada por la crisis pormotriasica. Fauna moderna: fauna que domina en la actualidad. Del cámbrico superior. Apenas es afectada por la crisis permotriasica pero si por la de finales del cretacido. Se da un incremento en el número de nichos, en el ecoespacio. La fauna moderna se caracteriza por un aumento notable de formas endobentonicas y formas depredadores. Hay radiaciones importantes de los primeros vertebrados. En la historia de la biodiversidad hay dos fenómenos que configuran la curva de biodiversidad histórica que son las radiaciones y las extinciones. Las radiaciones se entienden como el fenómeno evolutivo que genera una relativamente rápida originación de nichos ecológicos diversos por eventos de especiación repetidos dentro de un linaje determinado, que conduce a una fuerte divergencia evolutiva y diversidad ecológica en una región particular. Una radiación se puede mapear sobre una hipótesis filogenética. Esta hipótesis nos permite ver cuáles son los cambios morfológicos que se producen en el tiempo y en la filogenia. Las extinciones es el fenómeno opuesto a una radiación; disminuye la biodiversidad. “La extinción es el destino de todas las especies” y “Mas del 99% de las especies que han existido se han extinguido”. Las extinciones en masa generan oportunidades para los supervivientes, para que se de la radiación. La extinción no es un fenómeno que se conozca de siempre. Cuvier fue quien demostró que la extinción existía; comparo los restos de los mamuts con todos los elefantes que conocemos en la actualidad (2 especies), como no coincidían era una especie extinguida. Cuvier creía que existían varias extinciones, este fenómeno es el catastrofismo. Categorías de extinción:
Hay tres hipótesis:
La teoría sintética de la evolución dice que en principio existe un ruido que son las mutaciones al azar que son dirigidas por la selección natural que tienen una dirección hacia un cambio adaptativo que es al evolución. Este cambio adaptativo está relacionado por los paisajes adaptativos. Estos constan de una escala de fitness y las combinaciones de los caracteres que generan un mayor fitnesss son los que están en unos picos adaptativos y los que no suponen un gran fitness están en valles inadaptativos. La adaptación es importantísima en el predarwinismo, es el primer factor que explica el orden de la naturaleza. También admiten que la configuración del ancestro es importante. Este genera unas restricciones. Owen define el arquetipo. Alberch era internalista. Si vemos un morfoespacio de formas se pueden ver agrupaciones de individuos que forman especies diferentes. Alberch dice que esos vacios morfológicos se pueden interpretar como los predarwinistas pero él propone otros sistemas. Propone que el sistema de desarrollo tiene unas restricciones y que no todos los fenotipos son posibles. Los neodarwinistas dicen que las estructuras se mantienen porque el sistema es tan versátil que se puede adaptar sin problemas. También se hace referencia al ancestro común. Alberch se paso años estudiando la embriogénesis de tetrápodos y llega a la conclusión de que esto se produce por tres fenómenos: Generación de novo Bifurcación Segmentación Esta maquinaria parece bastante restrictiva. La forma orgánica se puede explicar por la morfología construccional. Esta se compone de: Factor histórico: filogenia Factor funcional: adaptación Factor fabricacional: morfogénesis El factor histórico y el funcional son factores ya reconocidos por el neodarwinismo, lo nuevo son los factores fabricacionales. Los factores internalistas son propiedades de la materia que tienen que ver con cómo se construye un organismo vivo. Relación superficie/volumen, relación de tensión y compresión entre los diferentes huesos, propiedades físicas y químicas de la quitina o propiedades geométricas del empaquetamiento.
3. Gradualismo/puntuacionismo Los modelos y procesos actualmente en controversia son el modelo gradualista y el modelo del equilibrio intermitente. El gradualismo implica que si consideramos una especie ancestral A y un descendiente C que está formada por un proceso anagenético directo entre A y B. Pero también podemos tener un descendiente B que está formado por un proceso cladogenético entre A y B. es una de las diferencias más notables entre los dos modelos. En el cladogenético la especie descendiente tiene la rama de cambio morfológico muy lento. En el equilibrio intermitente el cambio morfológico es casi instantáneo. Esto quiere decir que no hay cambios durante la vida de esas poblaciones, esto se conoce como estasis. El equilibrio intermitente tiene dos fases principales: Los fenómenos de especiación Los fenómenos de estasis. Las frecuencias fenotípicas o genotipicas apenas cambian en los procesos de estasis. Es decir, no son tan potentes como para suponer la aparición de una nueva especie. El gradualismo clásico, en un muestreo de poblaciones de amonites, se observa que hay poblaciones sucesivas. Se ve que hay dos especies que se superponen que se interpreta como una cladogenesis. En realidad si vemos el registro fósil tiene un problema adicional, que es que tiene azares de preservación que implica la aparición de discontinuidades muy evidentes. Ejemplo de discontinuidades: según el gradualismo se ve un incremento anagenetico en el numero de costillas hasta que llega un momento en el que hay un salto, a partir del salto también hay un crecimiento anagenetico. Según los