Estudios sobre Selección Natural en el Contexto de las Interacciones Bióticas

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Rodolfo Dirzo - Stanford University

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Estudios sobre Selección Natural en el Contexto de las Interacciones Bióticas

  1. 1. Estudios sobre Selección Natural en el Contexto de las Interacciones Bióticas Rodolfo Dirzo Stanford University
  2. 2. 7 años, 1816 31 años, 1840 45 años, 1854 65 años 1874 71 años, 1880
  3. 3. El viaje en “El Beagle” (1831-36)
  4. 4. Latino América y alrededor del mundo
  5. 5. Darwin en el viaje del Beagle Naturalista Galápagos (tortugas gigantes, pinzones) - La diversidad: proceso orgánico de “descendencia con modificación” (Ev) - Selección natural es el mecanismo
  6. 6. I. Ideas sobre evolución: - Observaciones de fósiles - Distribución de especies 1. Sucesión en el tiempo 2. Sucesión en el espacio 3. Especies cercanas
  7. 7. Sucesión de “formas” en el tiempo: armadillos y parientes Glyptodonte extinto Armadillo moderno
  8. 8. Sucesión de formas en el espacio: Rhea spp. Ñandú en Patagonia Norte Ñandú en Patagonia Sur
  9. 9. - El proceso de selección natural - Conducente a la adaptación II. Ideas sobre los mecanismos de la evolución:
  10. 10. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución: tortugas Preservación de variaciones favorables, dependiendo del ambiente
  11. 11. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución: pinzones Preservación de variaciones favorables, dependiendo del ambiente
  12. 12. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución Selección bajo domesticación en palomas
  13. 13. Estudios sobre Selección Natural en el Contexto de las Interacciones Bióticas
  14. 14. Interacciones bióticas como presión de selección Los tres requisitos de la Selección Natural • Variación intraespecífica en alguna característica del fenotipo • Que tal variación esté relacionada con diferencias en la “aptitud” (ER y S)—Adecuación • Que la variación inter-individual, conducente a las diferencias en adecuación, esté determinada genéticamente (heredable)
  15. 15. I. Variación intraespecífica
  16. 16. II. Variacion relacionada con la adecuación
  17. 17. RO1 RO1 RO1 RO2 RO1RO1AZ AZ III. Variación heredable
  18. 18. El Ambiente Biótico Efectos de los animales sobre las plantas
  19. 19. EFECTOS DE LOS ANIMALES SOBRE LAS PLANTAS we wish in imagination to give a plant the pow of increasing in numbers We should have to give it some advantage Over its competitors or Over the animals which prey on it……” Charles Darwin’s Origin Chapter 3 - Struggle For Existence
  20. 20. “...on a piece of ground three feet long and two wide, dug and cleared, and where there could be no choking from other plants, I marked all the seedlings of our native weeds as they came up, and out of 357 no less than 295 were destroyed, chiefly by slugs and insects ...” Charles Darwin’s Origin Chapter 3 - Struggle For Existence
  21. 21. LA HERBIVORIA: FACTOR QUE OPERA COMO PRESION SELECTIVA?
  22. 22. El caso de Trifolium repens, el trébol blanco
  23. 23. EL TREBOL BLANCO Trifolium repens •Planta cosmopolita, probablemente originaria del Mediterráneo • Presente en praderas y hábitats manejados • En Inglaterra, es consumida por varios herbívoros: • Agriolimax caruanae • Agriolimax reticulatus • Arion ater • Helix aspersa
  24. 24. Agriolimax Arion ater Helix aspersa Agriolimax
  25. 25. HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA? I. LA VARIACION ENTRE INDIVIDUOS
  26. 26. La variación en el daño por herbívoros Intacto Probado < 25% 25-50% 50-75% 75-100%
  27. 27. Variacion en la herbivoría de Trifolium - Promedio de ataque/planta: 28.5% - Ambito: 0-76% Frecuencia(%) Area foliar consumida/planta (%) 0 <5 <25 0 10 20 30 40 50 25-50 50-75 75-100
  28. 28. HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA? II. LA VARIACION EN HERBIVORIA AFECTA LA ADECUACION?
  29. 29. Plantas experimentales: - Trasplantadas en campo (12 meses) - o crecidas en el invernadero (2 meses) ¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?
  30. 30. Herbivoría (%) Herbivoría (%) Herbivoría (%) Hojas/planta Supervivencia (%) Inflores/planta 0 5 10 15 0 50 100 0 2 4 6 0 50 100 0 50 100 0 50 100 Plantas trasplantadas en campo (12 meses) ¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?
  31. 31. Campo Laboratorio Producción hojas * *** Supervivencia * ** Producción inflores * ** Plantas experimentales: - Trasplantadas en campo (12 meses) - o crecidas en el invernadero (2 meses) ¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?
  32. 32. ¿HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA? II. LA VARIACION EN HERBIVORIA ¿AFECTA LA ADECUACION? — SI!!!
  33. 33. ¿HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA? III. TIENE LA VARIACION EN HERBIVORIA (QUE AFECTA LA ADECUACION) UNA BASE GENETICA? RO1 RO1 RO1 RO2 RO1RO1AZ AZ
  34. 34. DEFENSAS ANTIHERBIVORO EN LAS PLANTAS
  35. 35. CIANOGÉNESIS: LA CAPACIDAD DE PLANTAS DE LIBERAR HCN EL TREBOL: UNA ESPECIE CIANOGENICA DEFENSAS ANTIHERBIVORO EN LAS PLANTAS
  36. 36. ¿SE EXPLICA LA VARIACION OBSERVADA POR VARIACION EN LA CAPACIDAD CIANOGENICA DEL TREBOL? EL TREBOL: UNA ESPECIE CIANOGENICA
  37. 37. Compuesto químico Reacción Glucósidos cianogénicos y enzima cianogénica Sin enzima, sin glucósidos cianogénicos no cianogénica LA VARIACION DEL TREBOL: CIANOGÉNESIS
  38. 38. cy CY
  39. 39. Selección de plantas de Trifolium en el laboratorio Arion ater CY cy I P < 50% Categorías de Daño Hojuelas(%) 0 20 40 60 80 50-100%
  40. 40. 0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5 100 80 60 20 40 0 1 2 3 4 5 Relación herbivoría-cianogénesis de Trifolium en laboratorio Hojuelasconsumidas(%) A. caranuae A. reticulatus Helix aspersa Arion ater Intensidad de la cianogénesis
  41. 41. Selección de plantas de Trifolium en el campo 0 10 20 30 40 50 I P 25% Categorías de Daño Hojuelas(%) CY cy 50% 75% 100%
  42. 42. Genes Compuesto quimico Reacción CY Glucósidos cianogénicos y enzima cianogénica cy Sin enzima, sin glucósidos cianogénicos no cianogénica LOS GENES RESPONSABLES DE VARIACION GENETICA EN EL TREBOL PARA LA CIANOGÉNESIS
  43. 43. Los CY tienen ventaja sobre los cy debido a su defensa contra herbívoros
  44. 44. SIN EMBARGO…… En Inglaterra, las poblaciones de Trifolum presentan una proporción similar de plantas cianogénicas y no cianogénicas Los CY tienen ventaja sobre los cy debido a su defensa contra herbívoros
  45. 45. Mantenimiento de Polimorfismos en la Naturaleza • Los CY tienen ventaja sobre los cy debido a su defensa contra herbívoros • ¿Por qué la Selección Natural no elimina a las plantas cy?
  46. 46. Mantenimiento de Polimorfismos en la Naturaleza • Los CY tienen ventaja sobre los cy debido a su defensa contra herbívoros • ¿Por qué la Selección Natural no elimina a las plantas cy? Mecanismos de mantenimiento de los polimorfismos • La selección dependiente de la frecuencia • La ventaja de los heterócigos • La heterogeneidad del hábitat
  47. 47. Distribución de plantas de Trifolium en el campo y abundancia de moluscos
  48. 48. Distribución de plantas de Trifolium en el campo, en relación a la densidad de moluscos 0 20 40 60 80 100 Muy alta + alta Baja Muy baja Densidad de los Moluscos Plantas(%) Ac Li ac li
  49. 49. Experimentos de competencia entre plantas de los dos tipos • Experimentos de competencia entre plantas CY y plantas cy • En el invernadero • Con y sin herbivoría
  50. 50. EXPERIMENTO GANADOR Experimentos de competencia entre plantas de los dos tipos
  51. 51. Experimentos de competencia entre plantas de los dos tipos Conclusión: La heterogeneidad ambiental podría ser el mecanismo del mantenimiento del polimorfismo EXPERIMENTO GANADOR
  52. 52. “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution” Theodosius Dobzhanski (The American Biology Teacher, March,1973)
  53. 53. The day has past delightfully. Delight itself, however, is a weak term to express the feelings of a naturalist who, for the first time, has wandered by himself in a rainforest
  54. 54. Fragmentación del Hábitat: Los Tuxtlas Patrones actuales de uso de la tierra Deforestación y Fragmentación (Dirzo & García 1992) • Grandes extensiones de pastizales • Matriz de vegetación altamente transformada. • Aparición de gran cantidad de “islas” de vegetación remanente • 1005 fragmentos, 80%<10 ha (Mendoza et al. 2003)
  55. 55. Los ambientes cambiantes Impactos humanos: fragmentación, defaunación v v
  56. 56. Evolucion contemporánea (EC): ¿Los humanos como una fuerza evolutiva? • EC puede ocurrir en escalas de tiempo contemporáneo • Factores conocidos: Explotación, Biocidas, Invasiones, Modificaciones del habitat y… Extinción de interacciones de especies!!??
  57. 57. Evolución contemporánea (EC): ¿Impacto humano como fuerza evolutiva? • EC puede ocurrir en escalas de tiempo contemporáneas? • Controles conocidos: Sobreexplotación, Biocidas, Invasiones, Modificaciones del habitat. • Gradientes de selección: mediana ~0.16; h2 ~0.25, cambios evolutivos de 1 DE pueden ocurrir en ~ 25 generaciones • Factores determinantes: N, G2 , h2 , Flujo génico, s • [Dados algunos impactos humanos] SI people need to become “fluent” in language of conservation biology and CE!

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