Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Evolução

5,003 views

Published on

Evolução

Published in: Education
  • Be the first to comment

Evolução

  1. 1. Ecologia de Populações Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com Evolução
  2. 2. Ecologia de O quePopulações: Acontece?Evolução Coma, Sobreviva, Reproduz, Coma, Coma, Sobreviva, Sobreviva, Reproduz,Coma,Sobreviva, Reproduz,Reproduz,
  3. 3. Não me interessa a origem da Vida! Mas, sim a origem de espéciesEcologia de Populações: Seleção Natural
  4. 4. O Calendário do Universo de Carl Sagan 24 dias = 1 bilhão de anos 1 segundo = 475 anos “Big Bang” 1 de janeiro Via láctea Via láctea 1 de maio Solar System 9 de setembro Vida na Terra 25 de setembro Primatas hominídeas 31 de dezembro as 22:30
  5. 5. EvoluçãoA Ecologia e a Evolução são intimamente conectadas
  6. 6. Ecologia = o estudo das interações entre os organismos e o ambiente (as condições físicas, químicas e biológicas)Evolução = mudanças na composição genética de uma população de geração a geração= mudança da freqüência alelíca em populações com o tempo (alelos são versões diferentes do mesmo gene)
  7. 7. Por que a Genética e a Evolução numa disciplina da Ecologia? Conceitos unificantes => Todo organismo vivo usa as mesmas regras do jogo
  8. 8. Teorias da EvoluçãoOrigem Mitos /Cosmologias– Grego – Prometeu Exemplos ociedentais– Genesis Esquerda: Prometeu e Atena Acima: Deus e Adão
  9. 9. Outras TeoriasO Criacionismo explica a diversidade biológica com referencia ao ato divino da criação descrito em Genesis. O Catastrofismo é uma versão modificada do Criacionismo, que explica o registro fóssil por desastres globais que extinguiram as espécies no registro fóssil que foram substituídas por novas espécies criadas. O Desenho inteligente afirma que a física moderna e a cosmologia tem evidências de estruturas inteligentes do universo e essa inteligência aparenta atuar pensando em nós e que o universo inteiro demonstra evidencia de desenho.
  10. 10. Evolução é essencial para toda biologia “Nada da biologia tem sentido exceto a luz da evolução” (Dobzhansky, 1973)
  11. 11. Charles Lyell (1797-1875) Princípios da Geologia (1830) Elementos da Geologia (1838) A Evidencia Geológica da Antiguidade do Homem (1863)Gradualismo: A formação das estruturas geológicas daTerra ocorre por um processo lento e gradual, idênticoao que pode ser observado atualmente, como a erosão.Isso implica que a Terra precisa ser muito mais antigaque os Cristãos contemporâneos acreditam.
  12. 12. Georges Cuvier (1769-1832)Discurso sobre os choquesrevolucionários sobre asuperfície do globo, e sobre asmudanças que produzirem oreino animal (1825)Os registros fosseis indicam que formas anteriores dosanimais foram extintas: dinossauros, mamutes, e outros.Essas extinções resultaram de catástrofesextraordinárias na historia geralmente uniforme doglobo.
  13. 13. Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)Zoological Philosophy (1809)Natural History of InvertebrateAnimals (1815)A evolução “Lamarckiana”: As espécies se evoluem pelaadaptação à seus ambientes.“Primeira Lei”: O uso ou não de estruturas físicas pelosanimais causa aquelas estruturas se desenvolver ou seatrofiar.“Segunda Lei”: Essas mudanças estruturais sãoherdadas.Adaptação: Os animais individuais mudam suas formaspelo uso ou não, em resposta as condições ambientais.Suas proles herdam essas mudanças.
  14. 14. Bishop James Usher (1581-1656)Anais do Velho e NovoTestamento (1650) O estudo cuidadoso da cronologia da Bíblia, baseada na genealogia, nós permite calcular a a quantidade de tempo desde a criação de Adão, e assim descobrir a data da criação: 26 de outubro de 4004 BCE, 9:00 AM.
  15. 15. Os Biólogos Evolutivos1800 1850 Fonte da inspiração DarwinMalthus Wallace
  16. 16. Os Biólogos Evolutivos1800 1850 1900 Fonte da inspiração Darwin Malthus Mendel Wallace
  17. 17. Os Biólogos Evolutivos1800 1850 1900 1950 Fonte da inspiração Fisher Darwin Malthus Haldane Mendel Wallace Wright
  18. 18. Os Biólogos Evolutivos 1800 1850 1900 1950 2000Fonte dainspiração Fisher Darwin DobzhanskyMalthus Haldane Mendel Mayr Wallace Wright
  19. 19. Ecologia é essencial para entender a evolução “Nada da biologia tem sentido exceto a luz da evolução” (Dobzhansky, 1973) “ Nada na evolução tem sentido execta a luz da ecologia ”“A Ecologia proporcionao palco no qual a peça (Townsend, Harper eevolutiva é Begon, 2000)apresentada”
  20. 20. Ecologia Darwiniana Ecologia Evolutivo (animais, plantas, micro- organismos) Ecologia do Comportamento (animais) Sociobiologia (animais sociais)
  21. 21. Teoria Evolutiva,segundo Darwin
  22. 22. Teorias da EvoluçãoDarwin e Wallace, 1850– A teoria de evolução afirma que as espécies existentes de plantas e animais evoluíram durante milhões de anos de um organismo simples.– Darwin, On the origin of species, 1859– Influenciada pelo principio de uniformitarianismo Charles Darwin
  23. 23. “A nenhum outro Homem foi dado criar uma revolução do pensamento humano tão grande, tão penetrante, tão de repente, e tão duradouro. Darwin ensinou o Homem ver todo sob uma luz nova, não somente os mistérios da natureza, grandes e pequenas, mas também os mistérios da existência e os objetos inumeráveis de pesquisa, mas também asThe Times de Londres coisas comuns cotidianas." 1909
  24. 24. O que é a teoria da evolução?As espécies de animais e plantas não foram criadas nasua forma atual.Mas, as formas atuais são os resultados demodificações graduais da formas anteriores,representando adaptações aos ambientes mutantes.Não somente as espécies mudam gradualmente, masespécies novas originam de espécies que já existerem.Por isso, as espécies muito diferentes podem ter umancestral comum no passado distante.A variedade de espécies existentes originou de umaspoucas formas simples.
  25. 25. A Unidade e Diversidade da Vida Criação especial as espécies não mudam cada espécie criada em separado a vida na Terra é novaDescendência com modificação as espécies mudam no tempo cada espécie se deriva de ancestrais comuns a vida e a Terra são velhasTempo
  26. 26. Charles Darwin (1809-1882)The Voyage of the Beagle(1845)On the Origin of Species ByMeans of Natural Selection,or, the Preservation ofFavoured Races in theStruggle for Life (1859)The Descent of Man, andSelection in Relation to Sex(1871)The Expression of theEmotions in Man and Animals(1872)
  27. 27. A teoria Darwiniana: Evolução por via da seleção natural(Variação cega e retenção seletiva)1. As estruturas herdadas dos seres vivos são sujeitas a variação aleatória.2. Algumas variações serão mais úteis do que outras para sobreviver num ambiente particular, e aumentarão a probabilidade da sobrevivência e reprodução.3. Qualquer ambiente terá recursos limitados para suster populações vivas, mas os organismos tendem reproduzir acima do limiar dos recursos do ambiente.4. Existe uma luta para existência que “seleciona” as variações para sobrevivência e reprodução.
  28. 28. Observações em apoio do ponto de vista de Darwin:1. Os padrões geológicas revelam que a Terra é muitomais antiga que pensado, suficiente antiga para umprocesso gradual, como a seleção natural, exercerefeitos grandes.2. O registro fóssil indica que numerosas variaçõesexistirem e foram extintas e que muitas espéciesatuais têm formas ancestrais.3. A seleção artificial das espécies domesticadasrevela o mesmo processo básico.4. As espécies diferentes de animais e plantas originamde variações pequenas de poucas estruturas básicas.5. A diferenciação refletia as diferencias das pressõesambientais entre as formas isoladas das outras.
  29. 29. A diversidade genética e a diversidade da vidaResumo de tópicos:Fatores que criam e erodem a variabilidade genéticaImportância do tamanho populacional para a diversidade genéticaSucesso de uma população ou espécie no tempo é proporcional a variação genética = diversidade genéticaA diversidade genética bruta é uma função das forças que criam variação nova e as forças que erodem a variaçãoA diversidade genética tem ligação forte com o tamanho populacionalImportância prática da diversidade genética a conservação
  30. 30. Teorias da Evolução - CoroláriosO principio da seleção natural de Darwin– “A seleção natural é o processo gradual pelo qual a natureza seleciona as formas mais aptos de sobreviver e reproduzir num ambiente.”– Para a ação da seleção natural sobre uma população precisa existir variação na população e competição para recursos estratégicos.– O conceito da seleção natural argumenta que os organismos mais aptos dentro o nicho ambiental reproduzirão com mais freqüência do que os organismos menos aptos.
  31. 31. Teorias da Evolução - CoroláriosDeriva genética aleatória é a perda de alelos do poçogênico de uma população por azar.Mutação introduz a variação genética a populaçãoreprodutiva.Fluxo gênico ocorre no exocruzamento resultando natransmissão de matéria genética entre populações. Ofluxo gênico diminua as diferenças e inibe aespeciação.
  32. 32. Teorias da Evolução - CoroláriosO princípio de herança de Mendel, 1856– A genética explica a origem da variedade sobre qual a seleção natural opera.– Ao experimentar com várias gerações de plantas, Mendel chegou a conclusão de que a herança é determinado por partículas discretas cujos efeitos podem desaparecer numa geração e depois voltar.
  33. 33. As raízes biológicas da VariaçãoDarwin identificou que dentro de cadaespécie, existem variações entre osindivíduos.Muitas dessas variações são funções daconstituição genética da espécie– Herdadas pelos seus descendentes
  34. 34. As raízes biológicas da variaçãoPorém –– A herança acontece somente se o organismo tem descendentes! A maioria dos organismos n]ao sobrevivem suficiente para reproduzir.Os problemas de quem sobrevive e quemreproduz não são aleatórios…
  35. 35. As raízes biológicas da variaçãoUm processo de seleção, se repetidageração após geração, produziria umamudança grande numa espécie.Por isso, a vantagem de sobrevivênciapara um atributo baseado na genéticaresultará, após gerações, numa mudançada espécie inteira.
  36. 36. As raízes biológicas da variaçãoMas todas as variações dentro de umaespécie não são benéficas.– Algumas variações não resultam numa vantagem reprodutiva.A evolução não deve ser pensado como ofavorecimento do “melhor” ou “maisavançado” …
  37. 37. As raízes biológicas da variaçãoMas –– A evolução somente favorece o organismo que melhor se adapta ao ambiente em que vive.– Se o ambiente muda, o padrão de vantagem seletiva também muda.
  38. 38. Evolução Darwiniana pela Seleção Naturalvariação individualVariação é herdadaTaxa reprodutiva diferencialA interação entre ascaracterísticas do indivíduo como ambiente
  39. 39. Seleção = mudança das freqüências alelícas entre gerações devido a sobrevivência e sucesso reprodutivo diferencial dos genótiposA EvoluçãoDarwinianaé a evolução pelaseleção natural
  40. 40. A Seleção Natural resulta naradiação adaptiva e a especiação
  41. 41. A Seleção NaturalA Seleção Natural se apóia em três fatosindiscutíveis:– • Os organismos produzem mais proles do que podem sobreviver.– • Os indivíduos variam em características.– • Muitas características são herdadas pelas roles dos pais.
  42. 42. A Seleção Natural Evidencia daseleção naturalestá em todo lugar: Na natureza … . Figure 4.23a
  43. 43. A Seleção NaturalEvidencia daseleçãonatural estáem todo lugar … incluindonossosanimaisdomesticados
  44. 44. A Seleção NaturalA Seleção Natural ocorre quando aforma de vida melhor adaptada aoambiente sobrevivem por mais tempo edeixam mais proles
  45. 45. Sobrevivência pessoal e genética“Sobrevivência do mais apto”– Errôneo!– A sobrevivência pessoal somente tem importância se a sobrevivência resulta no sucesso reprodutivo– Repasse de genes a próxima geração
  46. 46. Sobrevivência pessoal e genéticaUm organismo que vive mais do que outros,mas que deixa nenhuma prole, é um mortogenético vivo.Por isso, o que realmente importa na evoluçãonão é a sobrevivência pessoal, mas asobrevivência dos genes.– É por via dos genes que as gerações futuras (e assim a evolução da espécie) mudarão.
  47. 47. A Seleção NaturalOrganismos que têmcaracterísticas mais aptas aosambientes em que moramsobrevivem mais, como tambémseu prole, porque essascaracterísticas são herdadas. – Girafas mais altas, felinos mais rápidos, caçadores mais inteligentes, obtêm mais alimentos e sobrevivem melhor – Pragas ficam resistentes aos pesticidas
  48. 48. A Seleção Natural Aptidão = a probabilidade que um indivíduoreproduzirá e/ou o número de proles que um indivíduoproduz durante sua vida Atributo adaptativo, ou adaptação = um atributo que aumenta oaptidão do indivíduo
  49. 49. A seleção pode ser…“natural” ou antropogenica…
  50. 50. Evolução BiológicaA mudança nas características inerentes(herdadas) de uma população, de geraçãoa geração.Chave para entender a biodiversidadeÉ um via única– uma vez extinta, a espécie não existe mais.Como ocorre a evolução biológica?
  51. 51. Exemplo: AntibióticosAntibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 Recurso comum
  52. 52. Exemplo: AntibióticosAntibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 antibiótico Recurso comum
  53. 53. Exemplo: AntibióticosAntibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 antibiótico Recurso comum
  54. 54. Exemplo: AntibióticosAntibióticos – Guerra natural espécie 1 Recurso comum
  55. 55. Resistência aos antibióticos As bactérias evoluíram genes de resistência aos antibióticos nos plasmódios Um plasmódio circular pequeno típico Cromossomo da bactéria Plasmódio
  56. 56. Resistência codificado pelos plasmódios é facilmentetransferida entre espécies devido a mobilidade dos plasmódios Processos de replicação e transferia de plasmódio de DNA pela conjugação Ocorrência geralmente baixa a menos sob a seleção pelo uso excessivo de antibióticos
  57. 57. Uso excessivo de Antibióticos cria ‘Super-germes’ 50 milhões de toneladas de antibióticos por ano ‘Super-germes’ resistentes a maioria dos antibióticos Exemplo: Tuberculose 2.5 milhões de mortes Mycobacterium tuberculosis aumento de resistência
  58. 58. Aptidão =a contribuição relativa dos descendentes de um indivíduo a gerações futuras
  59. 59. Algumas propriedades importantes doaptidão: O aptidão é específico a um ambiente particular. (biótico e abiótico). Ao mudar o ambiente, os valores de aptidão dos genótipos também mudam Observa a conexão entre ecologia e evolução.
  60. 60. Algumas propriedadesimportantes do aptidão:Aptidão é uma propriedade de umgenótipo, não de um indivíduo ou de umapopulação. Os indivíduos com o mesmo genótipocompartilham o mesmo aptidão nomesmo ambiente.O aptidão é medido com uma ou maisgerações.
  61. 61. AptidãoNovos genótipos e alelos entram a população por via da mutação, imigração (transferência horizontal de genes) e outros. Um genótipo novo que é mais apto do que o genótipo atual eventualmente dominará. Se o genótipo atual não pode ser trocado por um genótipo invasor, representa a estratégia evolutiva estável (Maynard Smith e Price, 1973).
  62. 62. AptidãoOs conceitos de aptidão e adaptação são relevantes SOMENTE num contexto ecológico específico. Não existe aptidão no sentido absoluto.
  63. 63. Qual dos 4 mecanismos evolutivos gera aadaptação?1. mutação2. fluxo gênico3. deriva genética4. seleção Somente a seleção natural, os outros mecanismos geram mudanças, mas essas mudanças não tem ligação a melhoria da sobrevivência no ambiente
  64. 64. Aptidãouma medida do sucessobiológicoNúmero de genes ou genomascolocados na próxima geraçãoA contribuição proporcional deum indivíduo a geraçõesfuturas
  65. 65. AptidãoO indivíduo mais apto Aquele que deixa o maior número de proles Aquele que transfere mais genes a próxima geração
  66. 66. AptidãoO indivíduo mais apto Aquele que deixa o maior número de proles Aquele que transfere mais genes a próxima geração
  67. 67. Aptidão: ExemploModelo: organismo anual, com umgene, reprodução assexual, reproduzsomente uma vez durante a vida.5 genótipos: A, B, C, D, e EG, S, F = proporção da energiadedicada a crescimento,sobrevivência (escape dospredadores), e fecundidade
  68. 68. Aptidão: ExemploNumero de GenótiposIndivíduos Sobrevivência Sementes Totais 10 A 2 grande 2 sementes 4 10 B 9 grande 1 sementes 9 10 C 2 pequeno 4 sementes 8 10 D 4 médio 5 sementes 20 10 E 5 médio 4 sementes 20 Total 61 G:F:S em A=6:1:1, B=1:1:6, C=1:6:1, D=1:1:1, E=1:1:2
  69. 69. Genótipo freqüência antes após uma geração A 10/50=0.2 4/61=0.06 B 0.2 9/61=0.15 C 0.2 8/61=0.13 D 0.2 20/61=0.33 E 0.2 20/61=0.33Aptidão = número de genes ou genomas colocado na próxima geraçãoAptidão de D e E = 20/10 = 2Aptidão de C = 8/10 = 0.8Aptidão de B = 9/10 = 0.9Aptidão de A = 4/10 = 0.4
  70. 70. Paisagem de AptidãoEspaço Genotípico –
  71. 71. Micro-evolução1. A micro-evolução é a ocorrência de mudanças de escala pequena nas freqüências alélicas de uma população, durante poucas gerações, ou mudanças sob o nível da espécie2. Genética de populações3. Genética ecológica
  72. 72. Micro-evolução
  73. 73. Macro-evolução1. A macro-evolução refere a evolução que ocorre ao nível de espécie ou a um nível superior a espécie.2. Paleontologia3. Biologia do desenvolvimento4. Genômica comparativa
  74. 74. Macro-evolução
  75. 75. A quantidade de divergência (mudança) genética forma um continuo:Micro-evolução Macro-evolução mudanças pequenas mudanças grandes Micro-evolução = adaptação Macro-evolução = especiação
  76. 76. Qual é o mecanismo da seleção natural?1. Os genótipos dentro de uma população variam e essa variabilidade e herdada.2. Os componentes bióticos e abióticos do ambiente de um organismo atuam como pressões seletivas.3. Os genótipos que são melhores adaptados a essas pressões seletivas deixam mais proles.
  77. 77. O que introduz variabilidade nos genótipos?
  78. 78. Genótipo e Fenótipo Genótipo Fenótipo codificaGenótipo – todo o matéria genética de umindivíduo (os genes)‫‏‬Fenótipo – os atributos físicos do indivíduo
  79. 79. O que introduz variabilidade nos genótipos? MutaçõesIntroduzem novas variações genéticas
  80. 80. O que introduz variabilidade nos genótipos nas bactérias? Mutações Plasmideos Transformação Transferência horizontal de Transducção genes Conjugação… podem introduzir variabilidade genética em populações de bactérias
  81. 81. Mutação = uma mudança herdada da seqüência dos nucleotídeos do ácido nucléico genético, resultante de uma alteração dos produtos codificados pelo gene
  82. 82. Mutação Genéticamutação ocorre pela alteração doDNA– “errores” na reprodução durante a divisão celular– Disfunção pela radiação de alta energia (raios X, raios gama) ou partículas (raios cósmicos), – ou por químicos tóxicosMutação causa mudanças para o piorou para o melhor– pode terminar na especiação (ou extinção)
  83. 83. Cortes Temporais Todas as posições têm um ancestral comum de uma seqüência Todas as posições tem ancestrais comuns Tempo 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 População 1 N
  84. 84. O que introduz variabilidade nos genótipos nos fungos? Mutações Anastomose… podem introduzir variabilidade genética em populações de fungos
  85. 85. As populações com poços gênicos diversos têm muita variação dos alelos.Como essa variabilidade é repassada (herdada)?
  86. 86. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reproduçãoNos organismos que reproduzem sexualmente (Muitas espécies de algas, zoopláncton, fungos, insetos, vertebrados, e protozoários), a recombinação ocorre com a reprodução (a matéria genética e misturada a cada geração). Isso significa que alelos novos que aparecem por meio das mutações são colocadas imediatamente numa diversidade de ambientes genéticos
  87. 87. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reproduçãoPorém, a recombinação não é ligada a reprodução nos organismos assexuais (bactéria, archaea, muitas espécies de algas, fungos ....). A recombinação ocorre nos organismos assexuais, mas não precisa ser ligada a reprodução.
  88. 88. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reproduçãoA recombinação tem implicações grandes sobre como a seleção natural atua sobre a variância das populações.A recombinação sexual é rara nas bactérias (Cohen, 1996) e a transferência horizontal de genes é mais comum (Pennisi 2004)
  89. 89. Fatores da erosão da variação genéticaA seleção natural direcional estabilizantePerda aleatória de alelos, aumenta em populaçõesmenores – Efeito do fundador--> gargalho genético (uma ou poucas gerações) – Deriva genética, em várias gerações, leva a perda ou fixação aleatória de alelos porque alguns indivíduos não cruzam, alguns alelos não compõem gametas de sucessoEndogamia = cruzamento entre indivíduos com parentescogenético
  90. 90. Determinismo AmbientalOs genótipos dominantes novos podememergir em ambientes diferentes.A diversidade ambiental leva adiversidade biológica
  91. 91. Modos da evolução biológicca Mutação Seleção Natural Migração Deriva Genética
  92. 92. Deriva Genética = mudanças estocásticas das freqüências alelícas em populações pequenas Wilson e Bossert, 1971
  93. 93. Deriva GenéticaAmostra de 10% de sapos de uma floresta – 1000 sapos verdes – 1000 sapos azuisProbabilidade de obter ~100 sapos verdes e ~100 sapos azuisAmostra de 10% dos sapos de uma floresta – 10 sapos verdes – 10 sapos azuisMenor probabilidade obter números iguais de sapos verdes e azuis.
  94. 94. Efeitos da deriva genética sobre avariação populacional
  95. 95. A variabilidade genética depende do tamanho populacionalA deriva genética eroda a variabilidade em populaçõespequenasA endogamia (sucesso reprodutivo reduzidos empopulações muito próximas) é pior em populações pequenasPopulações grandes favorecem a manutenção e dispersãoda variabilidade genética
  96. 96. Deriva GenéticaMudanças de DNA ou genes que resultam poracaso em vez de pela mutaçãoEfeito cumulativo de amostrar uma populaçãoSignificância maior em casos de um tamanhopopulacional pequeno, ou seja, umavariabilidade genética pequena que permitemenos indivíduos serem resistentes amudanças ambientais.– Qualquer característica (alelo), deletéria, benéfica ou neutra tem mais probabilidade de ser perdida numa l população pequena (poço gênico) do que numa população maior
  97. 97. Endogamia em animais cativos
  98. 98. Problemasreprodutivosaliviadas portranslocação(de Westemeier et al. 1998. Tracing thelong-term decline and recovery of an isolated population. Science 282: 1695- 1698)
  99. 99. Tamanho populacional e o risco de extinção
  100. 100. Fluxo Gênico = introdução ou perda de alelos novos numa população pela imigração ou emigração. Wilson e Bossert, 1971
  101. 101. Causas da evolução•Influencias ambientais•Migrações• Deriva genética• Seleção sexual
  102. 102. MigraçãoAs espécies podem ficar isoladas, e suascaracterísticas genéticas ficampredominantes si sobrevivem no ambientenovoImportante em tempo geológico, 103 a106 anos.As espécies podem ficar isoladas pelatopologia mutante de terra e mar,incluindo os continentes migrantes.
  103. 103. Migrações:Fluxo Gênico-> os indivíduos férteis entram e saem de uma população-> reduz as diferencias genéticas entre as populações
  104. 104. MigraçõesFreqüências dos grupos sanguíneos dos-> Brancos americanos-> Pretos americanos (12% da população, 1990)Populações entre quais ocorre o fluxo gênico.-> 3.6% dos genes na população preta entram cada geração-> A população dos pretos americanos é geneticamente 70 – 80 % Africana 20 – 30 % misturada com brancos
  105. 105. MigraçõesDepressão exogâmica em Capra ibex ibex-> população nas montanhas Tatra foi extinta-> estoque novo importado doa Alpes-> e posteriormente da Turquia-> O ibex da Turquia tinha uma estação reprodutiva mais cedo-> pairou em fevereiro, o mês mais frio nas montanhas Tantrahttp://www.funet.fi/pub/sci/bio/life/mammalia/artiodactyla/bovidae/capra/ibex-1.jpg
  106. 106. Influencias ambientaisDesafios ambientais:-> mudança em recursos-> mudanças nos produtos metabólicos-> mudança de populações de predadores,parasitas ou presas
  107. 107. Influencias ambientaisVariabilidade fenotípica:-> mortalidade diferencial-> fecundidade diferencial-> sucesso reprodutivo diferencial
  108. 108. Influencias ambientaisFisher:“Quanto maior a variabilidade genética sobre qual aseleção para aptidão pode atuar, maior a melhoriaesperada‫‏‬de‫‏‬aptidão.”-> em geral, a seleção diminua a variabilidade-> mas também pode tirar vantagem da variabilidadena qual pode escolher
  109. 109. Influencias ambientais…‫‏‬mas também pode tirar vantagem davariabilidade na qual pode escolher=> plasticidade de comportamento
  110. 110. Influencias ambientaisCompetição e relações predador e presa=> A melhoria do aptidão de uma espécie implica umaptidão menor em outra espécie
  111. 111. Influencias ambientaisDarwin:“Se algumas dessas muitas espécies ficammodificadas ou melhoradas, outras terão de sermelhoradas a um grau correspondente ou serãoexterminadas”=> Corrida de armas evolutiva=> Hipótese da Rainha Vermelha
  112. 112. A Hipótese da RainhaVermelha “Agora, você vê, precisa correr tanto para ficar no mesmo lugar" A Rainha Vermelha a AliceProposta em 1973 por Leigh Van Valen-> relações de predador e presa sobre uma base evolutiva
  113. 113. Evolução ConvergenteAs espécies de uma bioma se distinguementre áreas mais têm adaptaçõessimilares.Isso e conhecido pelo nome evoluçãoconvergente (desenvolvimento dasmesmas soluções evolutivas aosproblemas ecológicos)
  114. 114. Evolução ConvergentePor exemplo, a vegetação dos desertosdo mundo se caracteriza por sistemasradicais extensos, capacidade dearmazenar água por muito tempo,cobertura de ceras grossas para inibira perda de água, e folhas muitaspequenas
  115. 115. Convergência Espécies diferentes mas com estruturas similares Mesma Picidae função no ecossistema Pica-pausHawaii do PacificoNew Zealand África América do Sul Galapagos
  116. 116. Variação dentro de uma espéciePerene Achillea lanulosa,transplante e transplante recíprocaSeleção Natural pela poluição– melanismo industrialSeleção Natural pela predação
  117. 117. O que é a variação genética?Amplitude (variância) dos fenótiposArranjos diferentes dos cromossomas (citogenética)Diferencias da seqüência de DNA entre os indivíduosEletroforese--> electromorfos = alozimasÍndices da variabilidade dentro de populações – Heterocigosidade = proporção dos indivíduos que são indivíduos que são heterozigóticos, como média de todos os locos genéticos – Polimorfismo = proporção dos locos dentro da população que é polimórfica (com dois ou mais alelos, e mais freqüentemente é <95% dos alelos totais)
  118. 118. eletroforese de gel de amido
  119. 119. Exemplos de polimorfismo dos heterozigotosNo gel de amido na slideanterior, 8 dos 20 indivíduosnesse loco (ou seja, umenzima ou proteína produzidopor um gene em um loco) sãoheterozigotos. Por isso, aheterozigoticidade = 8/20=40%. Mas, essa estima épobre. Por que?30 % dos locos mo homem enas moscas de frutaDrosophila são variáveis(mais de um alelo). Por isso opolimorfismo = 30%.
  120. 120. PerguntasA população demonstra sucessobiológico?Os genótipos têm o mesmo sucesso?O que acontece se a herbivoriaaumenta?
  121. 121. Especiação O processo pelo qual uma nova espécie é formada A especiação é um processo evolutivo que produziu ariqueza de espécies na Terra — mais de 1.5 milhões deespécies descritas e provavelmente existem milhões deespécies ainda não descritas. A especiação por alopatria é considerada como a formadominante de especiação, mas a especiação por simpatriatambém ocorre.
  122. 122. Macro-evolução e Especiação A‫‏‬evolução‫‏‬cria‫(‏‬e‫‏‬destrua)‫‏‬espécies‫‏‬novas,‫‏‬mas‫‏…‏‬ O que é uma espécie? Não é tão fácil.These are members of different species - eastern (left) and western (right) meadowlark.
  123. 123. Dois Padrões de Especiação Evolução não Evolução Ramificante Ramificante
  124. 124. Como se originaram as espécies?A chave da especiaçãoé o isolamentoreprodutivo depopulações.Existem mecanismosde isolamentoreprodutivo extrínsecose intrínsecos.O isolamentogeográfico é omecanismoextrínseco primário .
  125. 125. Uma espéciesDe anel www.virtuallaboratory.net www.pbs.org/wgbh/evolution
  126. 126. A Especiação por Alopatria • 1. Uma população • 2. A população fica dividida por uma barreira isolando sub- populações Figure 5.2
  127. 127. A Especiação por Alopatria • 3. As duas populações evolvem independentemente, causando uma divergência em seus atributos. • 4. As populações reunidas ao retirar a barreira, mas já são tão distintas que não cruzam entre elas. Figure 5.2
  128. 128. A Especiação por Alopatria Muitos eventos geológicos e climáticospodem servir como barreiras que separampopulações provocando a especiação Ilhas formada no mar por vulcanismo Mudanças do padrão da corrente oceânico O clima esquenta forçando a vegetação a altitudes maiores O clima fica mais seco que divida lagos em lagos menores O nível de mar aumenta, criando ilhas A capa glacial aumenta Montanhas são criadas
  129. 129. A Especiação por Alopatria Ammospermophilus harrisii Ammospermophilus leucurusDuas espécies de esquilo de chão provavelmente evoluíram de uma populaçãoancestral comum que era separada pela formação do Grand Canyon.
  130. 130. O Isolamento Reprodutivo ocorre com ou sem o Isolamento GeográficoA especiação poralopatria ocorre quandoo isolamento geográficocria uma barreirareprodutiva (ummecanismo extrínseco).A especiação porsimpatria ocorre quandouma barreira reprodutivaé criada por causasdistintas do isolamentogeográfico (mecanismosintrínsecos). Especiação por alopatria Especiação por simpatria
  131. 131. Vários Mecanismos de IsolamentoReprodutivo Intrínseco Puxam a Especiação Isolamento Ecológico Se os indivíduos vivem no mesmo habitat, eles não podem cruzar se não entram em contato. (different habits within an overlapping range) Isolamento Temporal Se os indivíduos entram em contato, não podem cruzar se a reprodução tem uma janela temporal distinta.
  132. 132. Os Mecanismos Reprodutivos IntrínsecosSempre São Necessários para a Especiação Ammospermophilus harrisii Ammospermophilus leucurus Os mecanismos intrínsecos envolvem mudanças nos indivíduos que inibem o cruzamento.Na especiação por alopatria, os mecanismos intrínsecos atuam umavez as populações ficam fisicamente separadas.Na especiação por simpatria, os mecanismos intrínsecos são os únicosatuantes.
  133. 133. Radiação adaptativa1. Radiação adaptativa é a especiação rápida de uma ou poucas espécies associada a exploração de recursos ecológicos disponíveis.
  134. 134. Vários Mecanismos de Isolamento Reprodutivo Intrínseco Puxam a Especiação Isolamento por comportamento Ainda se os indivíduos reproduzem ao mesmo tempo, não se atraem.Os rituais de cortejosão críticos para ocruzamento dentro deuma espécie, masineficazes de atrairoutra espécie.
  135. 135. Mecanismos de Isolamento por ComportamentoOs rituais de cortejo são críticos para o cruzamento dentro de uma espécie,mas ineficazes de atrair outra espécie.
  136. 136. Vários Mecanismos de IsolamentoReprodutivo Intrínseco Puxam a Especiação Isolamento mecânico Ainda se se atraiam, não podem copular se não são compatíveis fisicamente Isolamento Gamético Ainda se são compatíveis fisicamente, um embrião não formará se o ovo e a esperma não juntam apropriadamente.
  137. 137. Vários Mecanismos de IsolamentoReprodutivo Intrínseco Puxam a Especiação A não fertilidade híbrida Ainda se acontece a fertilização, as proles podem não Sobreviver, ou se sobrevivem, podem não reproduzir
  138. 138. O papel da troca genética (recombinação de alelos) na evolução.O paradigma da especiação geográfica foi desenvolvido de pesquisas com populações com reprodução sexualPremissas desse paradigma: As combinações alelícas são misturadas a cada geração. A reprodução de sucesso somente ocorre entre indivíduos muito aparentados.
  139. 139. Especiaçãogeográfica =especiaçãoalopatrica
  140. 140. Esse paradigma não funciona com as bactérias e os organismos assexuais:1. As combinações alelícas NÃO são aleatorizadas a cada geração. Somente uma pequena quantidade de matéria genética é trocada (via conjugação, transformação, transdução, e transferência de plasmideos).Cohan sugere que essa troca ocorre a uma freqüência baixa (10-8 à 10-7 trocas por segmento de genes por genoma por geração). Porém, Pennisi sugere que a taxa de troca e muito maior, especialmente em ambientes de stress.
  141. 141. Esse paradigma não funciona com as bactérias e os organismos assexuais:2. A troca genética de sucesso ocorre entre indivíduos que NÃO são parentes próximos (“troca genética promiscua").
  142. 142. O processo da seleção periódica em bactéria elimina a diversidade do poço genético da população. (Figura 3 de Cohan, 1996)
  143. 143. Ainda com níveis baixas de recombinação, existe uma troca genética suficiente, para permitir novas combinações alelicas.(Figura 4 de Cohan, 1996)
  144. 144. Cohan (1996) concluiu que:1. A recombinação NÃO preserve a diversidade genética de bactéria.2. A troca genética NÃO ameaça a integridade de adaptações populacionais.3. A troca genética pode transferir adaptações entre espécies de bactéria.
  145. 145. Implicações:1. As mutações adaptivas em bactéria têm o potencial de erodir a diversidade da população.Diferente a organismos que reproduzem sexualmente, a mutação adaptiva é transferida a vários ambientes genéticas e não implica que a genoma intera do indivíduo da mutação original é transferida interamente.
  146. 146. Implicações:2. A taxas de recombinação de > 10-5 trocas por segmento de genes por genoma por geração, as populações ecologicamente distintas podem não ser distinguíveis (variância entre as populações é igual a variância dentro das populações ) devido a variância suficiente de seqüências neutras.
  147. 147. Implicações:3. As seqüências adaptivas de genes ocorrem em qualquer lugar
  148. 148. A não fertilidadehíbrida foi arazão doclonagem daMula
  149. 149. A especiação Ocorre a Taxas Que Variam MuitoUma taxa devagar de especiação é evidenciada porLimulus polyphemus (13 espécies existentes) e umaespécie fóssil de 300 milhões de anosUma taxa rápida de especiação é evidenciada nasGeospizinae das ilhas Galapagos, que diversificaram paraformar 13 espécies nos últimos 100.000 anos.
  150. 150. Taxas de EspeciaçãoAs generalistas, como Limulus polyphemus , tendem ficarcomo espécies estáveis.As especialistas, como as Geospizinaedas ilhas Galapagos, tendem serespécies não estáveis.A especiação também é rápida quando,como no caso das Geospizinae, nichosnovos ficam disponíveis.
  151. 151. Dinâmica da Especiação – Gradualismo ouEquilíbrio Pontuado? O equilíbrio pontuado apresenta uma a interpretação melhor da dinâmica de especiação. Equilíbrio pontuado
  152. 152. A Evolução Cria Organismos Perfeitos?Não, somente cria organismosmelhores por que a evolução érestrita pela historia e estremecidapor os eventos aleatórios.Essencialmente, cada organismo daTerra é uma parte significante dasoma de acidentes.
  153. 153. As Espécies Aparecem e DesaparecemAs melhores estimativas do registro fóssil indicam que maisde 99% das espécies que existiram agora são extintas.Uma‫“‏‬longevidade”‫‏‬típica‫‏‬de uma espécie e deaproximadamente 1milhão de anos.
  154. 154. As Extinções em Massa Ocorrem
  155. 155. A Extinção em Massa do Cretáceo - Terciário Gary Larson
  156. 156. Estamos Causando a Extinção em Massa?
  157. 157. Agrandeárvoreda vidaEstamosaqui!
  158. 158. É crítico (e freqüentemente difícil)distinguir a Homologia da AnalogiaHomologia: Atributos comuns em espécies diferentes resultantesde uma descendência ancestral comum. morcego gorila Ossos da asa Ossos do braçoAs estruturas homologas, como a asa do morcego e o braçoda gorila, são similares porque são derivadas porHomology is the de uma estrutura ancestral compartilhada.modificação key to establishing phylogenies.
  159. 159. Homologia versus AnalogiaAnalogia: Atributos de função similar e estrutura superficial similar que nãotêm uma descendência ancestral comum. cavalo litopterno Pé de um dedo Pé de um dedo Analogia é a similaridade devido a evolução convergente.. A analogia confundida por homologia confunda a filogenia.
  160. 160. Resultados de Análise Cladística As Vezes Difere de Esquemas Clássicas de ClassificaçãoQual par tem mais parentesco? Lagarto / crocodilo ou ave /crocodilo? A análise cladística indica que o par ave / crocodilo tem mais parentesco do que lagarto / crocodilo..
  161. 161. Outro Conjunto de Analogias Criadas pela Evolução Convergente Ocotillo do Allauidia de Deserto de Madagascar Chihuahua
  162. 162. A qual nível opera a seleção natural? O indivíduo ou o grupo?
  163. 163. Sociobiologia: A teoria que as estruturas sociais einterações das espécies, incluindo o Homem, podem serexplicadas do ponto de vista evolutivaAs estruturas sociais não somente influenciadas pelabiologia evolutiva, mas também determinadas?Somos livres?
  164. 164. “os leões raramente brigam até a morte porque se fazem isso colocaria em risco a sobrevivência da espécie”“o salmão migra milhares de quilômetros do oceano para reproduzir no seu córrego natal e se matando no processo por cansaço para assegurar a sobrevivência da espécie” Wynne-Edwards propus que os organismos têm adaptações para assegurar que sua população ou espécie controla a taxa do consumo. De forma igual, os indivíduos restringem sua taxa de natalidade para inibir a sobre-população. Essas são frases corretas?? O indivíduo “egoísta” coleta a oferta de um mundo de auto-restrição: Custo público versus benefício privado Não benefícios materiais, mas a repasse de mais copias de sua estratégia egoísta
  165. 165. Seleção de Grupo – sobrevivência ou reprodução diferencial de grupos C C CC C C SC S C C C C C C CC C S C C C S C C X S S S S C S XS S S Mas por que isso não funciona?
  166. 166. Seleção de Grupo – sobrevivência ou reprodução diferencial de grupos 1) Os grupos precisam nascer mais rapidamente do que os indivíduos, o que acontece raramente 2) Os grupos precisam estar isolados 3)‫‏‬Os‫‏‬grupos‫“‏‬cooperativos”‫‏‬sempre‫‏‬são‫‏‬mais‫‏‬ vulneráveis à invasão de indivíduos egoístas.
  167. 167. Seleção de Grupo – sobrevivência ou reprodução diferencial de grupos A cooperação ou comportamentos que servem o “bem do grupo” podem evoluir (realidade nós mostra o oposto), mas a maioria desses comportamentos são inerentemente egoísta O indivíduo “egoísta” coleta a oferta de um mundo de auto- restrição: Custo público versus benefício privado Punir os defletores ....
  168. 168. Implicações para a biologia da conservaçãoTamanhos populacionais menores têm a tendência a ficar emrisco e assim podem ser extintasRegra de“50/500” na biologia de conservação: – Pelo menos 50 indivíduos necessários na população para evitar problemas da endogamia – Pelo menos 500 indivíduos necessários para eitar problemas da deriva genética – As espécies em risco de extinção geralmente demonstram uma baixa variabilidade genéticaBaixo nível de migração (ou translocação intencional-->exogamia) pode mitigar os problemas genéticosA variabilidade genética baixa também inibe a respostaevolutiva a mudanças ambientais aumentando os riscos daextinção
  169. 169. Conclusões:Problemas ecológicos, como o sucesso reprodutivo,sobrevivência, tamanho populacional e persistênciapopulacional podem ser examinados por maneirasevolutivas e genéticasO sucesso ecológico está relacionado a variabilidadegenética – A variabilidade genética tende a ser perdida em populações pequenas – Viabilidade e reduzida em populações pequenas

×