Teories de l'Evolució: De Darwin a la Genètica Moderna

Teories de l'Evolució

La teoria de l'evolució és la principal teoria sintètica de la biologia. Permet comprendre com s'ha desenvolupat la història de la vida i fins i tot preveure com continuarà.

L'evolució biològica es defineix com el procés de transformació d'unes espècies en unes altres. Aquesta idea, que actualment gaudeix d'un ampli consens en la comunitat científica, va necessitar molt de temps per imposar-se al conjunt de creences que dominaven fins a l'inici del segle XX.

Creacionisme i Fixisme

Es pensava que cada espècie havia sorgit per creació directa i que es mantenien invariables al llarg del temps. Aquestes idees, conegudes com a creacionisme i fixisme, eren un reflex de les creences religioses.

El Concepte d'Espècie Biològica

Un conjunt de poblacions formades per individus que poden reproduir-se entre si i produir descendència fèrtil. La definició només serveix per a organismes de reproducció sexual.

Primeres Idees Evolucionistes

● No sempre els descendents són iguals que els progenitors: neixen individus albins, hi ha plantes amb fulles diferents…

● No tots els individus d'una mateixa espècie són similars: hi ha nombroses races de gossos, de cavalls; moltes varietats de mongetes, tomàquets…

El Lamarckisme

● Existència d'una tendència cap a la complexitat. L'evolució es produeix des de les espècies més senzilles i primitives fins a les més complexes.

● L'aparició d'adaptacions al medi a causa de l'ús o desús dels òrgans. Les variacions mediambientals indueixen a canvis en els costums.

● L'herència dels caràcters adquirits. Els canvis que experimenten els organismes durant la vida per adaptar-se al medi es transmeten als descendents.

Era la natura la que els havia originat per mitjà d'una tendència cap a la complexitat i les desviacions adaptatives que introdueixen els diferents canvis ambientals.

Teoria de l'Evolució de Darwin i Wallace

Charles Darwin va elaborar una teoria coherent per explicar el procés de l'evolució. Wallace va arribar de manera independent a unes conclusions similars a les seves.

La Teoria de l'Evolució per Selecció Natural

● Elevada capacitat reproductora. La causa que el nombre d'individus no creixi d'una població és degut als aliments limitats.

● La variabilitat de la descendència. En els organismes que es reprodueixen, els descendents són diferents entre ells. Després de cada generació es van acumulant diferències. Algunes condueixen l'individu a la mort, altres no tenen cap rellevància i altres poden oferir algun avantatge al portador en un nou context ambiental.

● La selecció natural. A conseqüència de la lluita per la pervivència que es dona entre els individus, especialment en èpoques d'escassetat, uns moren sense deixar descendència fèrtil, mentre que altres sí. Aquests últims transmeten els seus caràcters a la generació següent. Així el context ambiental va modelant i transformant les espècies.

Els Pinsans de Darwin

Darwin va estudiar pinsans amb diferents becs adaptats a diferents tipus d'alimentació i hàbitats. Quan els pinsans colonitzaven noves illes, experimentaven escassetat d'aliments, conduint a una lluita per la supervivència. Alguns individus exploraven altres entorns i illes per trobar menjar, especialitzant-se en noves fonts d'alimentació. Amb el temps, aquesta diversificació va conduir a diferències genètiques significatives entre les poblacions, fins i tot creant noves espècies, en un procés conegut com a radiació adaptativa.

Cada espècie presentava becs amb diferents característiques i estaven especialitzades per viure en un ambient específic i consumir un tipus d'aliment en concret. 1. Pinsà amb bec gran i fort. S'alimenta de llavors grans i dures. 2. Amb bec petit però fort. S'alimenta de llavors fines i insectes grans. 3. Amb bec llarg. S'alimenta del nèctar de les flors del cactus. 4. Amb bec llarg i esmolat. S'alimenta de varietat d'insectes petits.

Proves de l'Evolució

1. Proves taxonòmiques: Les semblances entre espècies permeten agrupar-les en tàxons. Formes intermèdies, com l'ornitorrinc, indiquen una evolució gradual des d'un avantpassat comú.

2. Proves biogeogràfiques: Les zones allunyades tenen una flora i fauna més diferents. La colonització progressiva explica la similitud entre espècies properes i diferències per aïllament.

3. Proves paleontològiques: El registre fòssil mostra un augment en la complexitat i diversitat d'espècies amb el temps, indicant una evolució progressiva.

4. Proves basades en àcids nucleics: Comparacions de seqüències de DNA i RNA revelen relacions evolutives. El DNA mitocondrial i el cromosoma Y són materials clau per a estudis filogenètics.

5. Proves anatòmiques: Òrgans homòlegs indiquen un parentiu evolutiu, mentre que òrgans anàlegs i vestigials mostren evolució convergent i indicis de descendència compartida, respectivament.

6. Proves serològiques: L'estudi comparatiu de reaccions d'aglutinació sanguínia reflecteix la parentiu evolutiu entre espècies, reforçant la teoria evolutiva mitjançant coincidències morfològiques i serològiques.

Les Poblacions Genètiques

Les Freqüències Genotípiques

Relació que hi ha de cada genotip:

• Una població d'individus diploides, cada locus està ocupat per dos al·lels iguals o diferents.
• Si per un determinat caràcter hi ha dos al·lels (A i a), poden aparèixer tres tipus de genotips (AA, Aa, aa).
• Si el nombre d'individus que hi ha de cada genotip és n1, n2, n3, el nombre total d'individus (N) serà N = n1 + n2 + n3.

Les Freqüències Gèniques

La relació de cadascun dels al·lels que hi ha per a cada caràcter i es calculen a partir de les freqüències genotípiques. Si les freqüències gèniques de A i a es representen amb les lletres p i q, respectivament, el càlcul és el següent.

La Meiosi

LA MEIOSI consta de dues divisions cel·lulars successives:

1. Primera divisió meiosi (Meiosi I):

PROFASE I

• Leptotè: La cromatina es condensa, formant cromosomes format per dues cromàtides cadascun.
• Zigotè: Els cromosomes homòlegs es van aparellant punt per punt, formant bivalents.
• Paquitè: Els bivalents formats pels cromosomes homòlegs aparellats experimenten l'entrecreuament, intercanviant fragments de DNA entre cromàtides no germanes.
• Diplotè: Els complexos sinaptonèmics desapareixen i els bivalents es comencen a separar, encara que estan units pels punts d'entrecreuament anomenats quiasmes.
• Diacinesi: Els cromosomes es compacten, els homòlegs es separen completament, i desapareixen la membrana nuclear i el nuclèol, començant a formar-se el fus acromàtic.

A la Metafase I, els bivalents s'organitzen al pla equatorial de la cèl·lula, units pels quiasmes. A diferència de la mitosi, les parelles de cromosomes homòlegs ocupen la placa equatorial.

Durant l'Anafase I, els quiasmes es trenquen, i els cromosomes homòlegs es separen, migrant cap a pols oposats de la cèl·lula. Això es coneix com a segregació o disjunció independent dels cromosomes homòlegs.

Finalment, a la Telofase I, es regenera la membrana nuclear i el nuclèol, i els cromosomes es descondensen lleugerament. Aquesta fase finalitza amb la citocinesi, resultant en dues cèl·lules filles, cada una contenen cromosomes amb dues cromàtides.

2. Segona divisió meiosi (Meiosi II): Molt semblant a la mitosi, no es duplica el DNA. Profase II: Desapareix la membrana nuclear i apareixen fibres del fus acromàtic.

Metafase II: Els cromosomes es situen a la placa equatorial de la cèl·lula.

Anafase II: Se separen les cromàtides de cada cromosoma i migren cap als pols oposats de la cèl·lula.

Telofase II: Apareix la membrana nuclear a cadascun dels quatre nuclis. Els cromosomes es descondensen.

Preguntes sobre l'Especiació

1. Què és una espècie biològica?: Un conjunt de poblacions formades per individus que poden reproduir-se entre si i produir descendència fèrtil.

2. Què és l'especiació?: És el procés evolutiu que condueix a la formació d'una nova espècie a partir d'una espècie preexistent.

3. Què és la filogènia?: La filogènia estudia les relacions evolutives entre les espècies.

4. Quins tipus de filogènies hi ha?: L'anagènesi o especiació filètica es produeix si totes les espècies formen una única línia evolutiva. Si l'especiació es produeix per ramificació en diferents línies evolutives s'anomena cladogènesi.

5. Quin tipus d'especiació hi ha considerant el procés que origina les noves espècies?: L'especiació pot ser per aïllament o gradual i quàntica o ràpida.

6. Què és l'especiació per aïllament?: L'especiació per aïllament és l'aparició d'una espècie nova a partir d'una població que ha quedat aïllada, és a dir s'ha interromput el flux genètic amb altres poblacions de l'espècie.

7. Què passa després de l'aïllament de la població?: Durant llargs períodes de temps es van produint mutacions, originades a l'atzar, que determinen característiques sobre les que actua la selecció natural. D'aquesta interacció entre mutació i selecció apareixen les adaptacions al medi.

8. Què és l'especiació al·lopàtrica?: És l'especiació en què l'aïllament és geogràfic per l'aparició d'una barrera geogràfica (riu, glacera, serralada...). S'originen dues subpoblacions en què les mutacions i la selecció actuen durant milers d'anys i originen adaptacions particulars en cada grup. Si es tornen a trobar, ja seran tan diferents que no podran tenir descendents fèrtils.

9. Què és l'especiació simpàtrica?: És l'especiació en què l'aïllament no és geogràfic, sinó que la interrupció del flux genètic entre les poblacions es deu a una barrera biològica.

10. Què és una barrera biològica o mecanisme d'aïllament reproductiu (MAR)?: És una barrera que impedeix la formació de descendència fèrtil, sigui evitant la formació del zigot (MAR prezigòtic), sigui el seu desenvolupament ulterior (MAR postzigòtic).

11. Quins són els principals MAR prezigòtics?: Aïllament ecològic: individus que cerquen aliment en diferents plantes i no es relacionen. Aïllament estacional: individus que floreixen en èpoques diferents. Aïllament etològic: individus que tenen comportaments diferents i no s'aparellen. Aïllament mecànic: individus que no poden copular. Aïllament gamètic: individus amb gàmetes incompatibles.

12. Quins són els principals MAR postzigòtics?: La inviabilitat del zigot o de l'embrió. L'esterilitat dels híbrids o baixa viabilitat dels híbrids.

13. Què és l'especiació quàntica?: És l'especiació sobtada deguda a mutacions. 14. Què és la poliploïdia?: La poliploïdia és la presència de més jocs de cromosomes dels habituals. La poliploïdia és rara en els animals, però més habitual en les plantes. 15. Què és l'autopoliploïdia?: És la poliploïdia en què tots els cromosomes són de la mateixa espècie. 16. Com es pot originar un organisme autopoliploide?: Per un error en la mitosi d'una cèl·lula somàtica. Per exemple, una cèl·lula 2n origina una cèl·lula 4n, que al dividir-se forma una branca. Si aquesta branca es separa de la planta pot formar un individu d'una espècie diferent. Per un error en la meiosi que origini gàmetes 2n. Si aquest gàmeta participa en la fecundació, sorgirà un poliploide. 17. Quantes generacions són necessàries per l'aparició d'una nova espècie per autopoliploïdia?: Una generació. 18. Què és l'al·lopoliploïdia?: És la poliploïdia en què la cèl·lula conté cromosomes de diferents espècies. 19. Com apareix l'al·lopoliploïdia?: Per encreuament de dues espècies que poden formar un híbrid, normalment estèril. 20. Per què és estèril aquest híbrid?: Perquè tots els seus cromosomes són diferents, no poden aparellar-se en la meiosi i originen gàmetes irregulars. 21. Com es pot forçar l'aparició d'al·lopoliploides fèrtils?: Utilitzant substàncies que produeixin errors en la mitosi i la meiosi. 22. Què fa la colquicina?: És una substància que impedeix la formació del fus mitòtic. 23. Quins poliploides tenen un gran interès econòmic?: El blat és un al·lohexaploide amb 6 jocs de cromosomes de 3 espècies diferents. Altres poliploides: civada, cotó... 24. Per què aquests poliploides són una nova espècie?: Perquè no poden encreuar-se amb èxit amb plantes diploides.

Preguntes sobre la Teoria Sintètica de l'Evolució

1. Què és una població?: Una població és un conjunt d'individus de la mateixa espècie que ocupen un territori comú i es reprodueixen entre si. 2. Per què són importants les poblacions en la teoria sintètica de l'evolució?: Perquè la població és la unitat d'evolució (l'individu no evoluciona). 3. Com es caracteritza una població determinada?: Les poblacions es caracteritzen per les seves freqüències genotípiques i gèniques. 4. Què són les freqüències genotípiques?: Les freqüències genotípiques són el tant per u que hi ha de cada genotip. 6. Què són les freqüències gèniques o al·lèliques?: Les freqüències gèniques són el tant per u dels diferents al·lels que hi ha per un caràcter determinat. 8. Quins factors poden modificar les freqüències gèniques de les poblacions?: La panmixi, les mutacions, la migració, la deriva genètica i la selecció. 9. Què és una població panmíctica?: Una població d'organismes amb reproducció sexual, en la qual tots els individus s'encreuen a l'atzar. 10. Una població de goril·les és panmíctica?: No, perquè hi ha aparellament preferencial (selecció sexual), ja que la jerarquia social afavoreix la reproducció d'uns determinats individus. 11. Què és la selecció intrasexual?: Una competència entre individus del mateix sexe per aparellar-se amb individus del sexe oposat. Per exemple, entre els mascles dels lleons marins. 12. Què és la selecció intersexual?: L'elecció de la parella sexual considerant determinades característiques. Per exemple, la cua del paó. 13. Què és una mutació?: Un canvi en el material genètic produït a l'atzar. 14. Quines característiques de les mutacions són importants des del punt de vista de l'evolució?: Les mutacions es produeixen a l'atzar i són preadaptatives: no són beneficioses o perjudicials per si mateixes, sinó que la selecció afavoreix la supervivència dels organismes portadors de determinades mutacions.

15. Què és la migració?: És l'arribada (immigració) o sortida (emigració) d'individus d'una població.

16. Quina conseqüència té la migració?: Produeix un flux genètic que pot modificar les freqüències dels al·lels de la població.

17. Què és la deriva genètica?: És el canvi de les freqüències gèniques que es produeix quan els individus reproductors no representen les freqüències gèniques de la població.

18. Quins són els principals casos de deriva genètica?: L'efecte fundador i l'efecte de coll d'ampolla. 19. Què és l'efecte fundador?: És la formació d'una nova població a partir d'un nombre reduït d'individus de la població mare. Si el nombre d'individus és molt reduït, difícilment presentaran la freqüències gèniques de la població mare i originaran una deriva genètica. 20. Què és l'efecte de coll d'ampolla?: L'efecte de coll d'ampolla es produeix a conseqüència d'un fenomen (sequera, malaltia, incendi...) que redueix dràsticament el nombre d'individus de la població. Les freqüències gèniques dels supervivents no representaran les de la població mare i s'originarà deriva genètica. 21. Què és la selecció natural?: La selecció natural és l'eliminació dels individus menys aptes. Té com a conseqüència la reproducció diferencial d'al·lels o genotips segons afavoreixin més o menys l'adaptació a l'ambient dels portadors. 22. Sobre quina característica dels individus actua la selecció natural?: La selecció natural actua sobre els fenotips, no sobre el genotips. 23. Quins paràmetres permeten quantificar la selecció natural?: El coeficient de selecció (s) i l'eficàcia biològica (w). 24. Què és el coeficient de selecció (s) contra una forma?: El coeficient de selecció (s) contra una forma és el tant per u en què s'ha eliminat aquesta varietat. 25. Què és l'eficàcia biològica (w)?: És la capacitat de sobreviure i deixar descendència. 26. Quina relació hi ha entre el coeficient de selecció i l'eficàcia biològica?: s + w = 1. 27. Quina relació hi ha entre la mutació i la selecció natural?: Són processos antagònics: la mutació fa aparèixer nous al·lels i la selecció actua eliminant al·lels. 28. Què és la selecció direccional?: És la que afavoreix un fenotip extrem. Per exemple, si els individus més grans tenen més eficàcia biològica. 29. Què és la selecció estabilitzadora?: És la que afavoreix un fenotip intermedi. Per exemple, si els individus de mida mitjana tenen més eficàcia biològica. 30. Què és la selecció disruptiva?: És la que afavoreix els dos fenotips extrems. Per exemple, si els individus més petits i més grans tenen més eficàcia biològica. 31. Què afirma la llei de Hardy i Weinberg?: En una població panmíctica, si no hi ha mutacions, ni migracions, ni deriva genètica, ni actua la selecció, les freqüències gèniques i genotípiques es mantenen constants de generació en generació.