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Seleção

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Ecologia de Populações:
    Seleção Natural




   Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
   popecologia@hotmail.com

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Não me interessa a origem da
Vida! Mas, sim a origem de espécies

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A diversidade genética e a
     diversidade da vida
Resumo de tópicos:

Fatores que criam e erodem a variabilidade genétic...

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  1. 1. Ecologia de Populações: Seleção Natural Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com
  2. 2. Não me interessa a origem da Vida! Mas, sim a origem de espécies
  3. 3. A diversidade genética e a diversidade da vida Resumo de tópicos: Fatores que criam e erodem a variabilidade genética Importância do tamanho populacional para a diversidade genética Sucesso de uma população ou espécie no tempo é proporcional a variação genética = diversidade genética A diversidade genética bruta é uma função das forças que criam variação nova e as forças que erodem a variação A diversidade genética tem ligação forte com o tamanho populacional Importância prática da diversidade genética a conservação
  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. Teorias da Evolução Origem Mitos /Cosmologias – Grego – Prometeu Exemplos ocidentais – Genesis Deus e Adão Prometeu e Atena
  6. 6. Outras Teorias O 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.
  7. 7. Evolução é essencial para toda biologia “Nada da biologia tem sentido exceto a luz da evolução” (Dobzhansky, 1973)
  8. 8. 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 da Terra ocorre por um processo lento e gradual, idêntico ao que pode ser observado atualmente, como a erosão. Isso implica que a Terra precisa ser muito mais antiga que os Cristãos contemporâneos acreditam.
  9. 9. Georges Cuvier (1769- 1832) Discurso sobre os choques revolucionários sobre a superfície do globo, e sobre as mudanças que produzirem o reino animal (1825) Os registros fosseis indicam que formas anteriores dos animais foram extintas: dinossauros, mamutes, e outros. Essas extinções resultaram de catástrofes extraordinárias na historia geralmente uniforme do globo.
  10. 10. Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) Zoological Philosophy (1809) Natural History of Invertebrate Animals (1815) A evolução “Lamarckiana”: As espécies se evoluem pela adaptação à seus ambientes. “Primeira Lei”: O uso ou não de estruturas físicas pelos animais causa aquelas estruturas se desenvolver ou se atrofiar. “Segunda Lei”: Essas mudanças estruturais são herdadas. Adaptação: Os animais individuais mudam suas formas pelo uso ou não, em resposta as condições ambientais. Suas proles herdam essas mudanças.
  11. 11. Bishop James Usher (1581-1656) Anais do Velho e Novo Testamento (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.
  12. 12. Os Biólogos Evolutivos 1800 1850 1900 1950 2000 Fonte da inspiração Fisher Darwin Dobzhansky Malthus Haldane Mendel Mayr Wallace Wright
  13. 13. 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 ” (Townsend, “A Ecologia proporciona o Harper e Begon, 2000) palco no qual a peça evolutiva é apresentada”
  14. 14. 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 alélica em populações com o tempo (alelos são versões diferentes do mesmo gene)
  15. 15. Por que a Genética e a Evolução numa disciplina da Ecologia? Conceitos unificantes => Todo organismo vivo usa as mesmas regras do jogo
  16. 16. Charles Darwin (1809- 1882) The Voyage of the Beagle (1845) On the Origin of Species By Means of Natural Selection, or, the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (1859) The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (1871) The Expression of the Emotions in Man and Animals (1872)
  17. 17. Teoria Evolutiva, segundo Darwin 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
  18. 18. Ecologia Darwiniana Ecologia Evolutivo (animais, plantas, micro-organismos) Ecologia do Comportamento (animais) Sociobiologia (animais sociais)
  19. 19. “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 as coisas comuns cotidianas." The Times de Londres 1909
  20. 20. O que é a teoria da evolução? As espécies de animais e plantas não foram criadas na sua forma atual. Mas, as formas atuais são os resultados de modificações graduais da formas anteriores, representando adaptações aos ambientes mutantes. Não somente as espécies mudam gradualmente, mas espécies novas originam de espécies que já existiriam. Por isso, as espécies muito diferentes podem ter um ancestral comum no passado distante. A variedade de espécies existentes originou de umas poucas formas simples.
  21. 21. A Unidade e Diversidade da Vida Criação especial as espécies não mudam cada espécie criada em separado a vida na Terra é nova Descendência com modificação as espécies mudam no tempo cada espécie se deriva de ancestrais comuns a vida e a Terra são velhas Tempo
  22. 22. A Evolução Cria Organismos Perfeitos? Não, somente cria organismos melhores por que a evolução é restrita pela historia e estremecida por os eventos aleatórios. Essencialmente, cada organismo da Terra é uma parte significante da soma de acidentes.
  23. 23. 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.
  24. 24. Observações em apoio do ponto de vista de Darwin: 1. Os padrões geológicas revelam que a Terra é muito mais antiga que pensado, suficiente antiga para um processo gradual, como a seleção natural, exercer efeitos grandes. 2. O registro fóssil indica que numerosas variações existirem e foram extintas e que muitas espécies atuais têm formas ancestrais. 3. A seleção artificial das espécies domesticadas revela o mesmo processo básico. 4. As espécies diferentes de animais e plantas originam de variações pequenas de poucas estruturas básicas. 5. A diferenciação refletia as diferencias das pressões ambientais entre as formas isoladas das outras.
  25. 25. Teorias da Evolução - Corolários O 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.
  26. 26. Teorias da Evolução - Corolários Deriva genética aleatória é a perda de alelos do poço gênico de uma população por azar. Mutação introduz a variação genética a população reprodutiva. Fluxo gênico ocorre no exocruzamento resultando na transmissão de matéria genética entre populações. O fluxo gênico diminua as diferenças e inibe a especiação.
  27. 27. Teorias da Evolução - Corolários O 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.
  28. 28. As raízes biológicas da Variação Darwin identificou que dentro de cada espécie, existem variações entre os indivíduos. Muitas dessas variações são funções da constituição genética da espécie – Herdadas pelos seus descendentes
  29. 29. As raízes biológicas da variação Mas – – A herança acontece somente se o organismo tem descendentes! A maioria dos organismos não sobrevivem suficiente para reproduzir. Os problemas de quem sobrevive e quem reproduz não são aleatórios…
  30. 30. As raízes biológicas da variação Um processo de seleção, se repetida geração após geração, produziria uma mudança grande numa espécie. Por isso, a vantagem de sobrevivência para um atributo baseado na genética resultará, após gerações, numa mudança da espécie inteira.
  31. 31. As raízes biológicas da variação Mas todas as variações dentro de uma espécie não são benéficas. – Algumas variações não resultam numa vantagem reprodutiva. A evolução não deve ser pensado como o favorecimento do “melhor” ou “mais avançado” …
  32. 32. As raízes biológicas da variação Mas – – 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.
  33. 33. Seleção = mudança das freqüências alelícas entre gerações devido a sobrevivência e sucesso reprodutivo diferencial dos genótipos A Evolução Darwiniana é a evolução pela seleção natural
  34. 34. A Seleção Natural resulta na radiação adaptiva e a especiação
  35. 35. A Seleção Natural As evidencias da seleção natural estão em todo lugar: Na natureza … … e também em nossos animais domesticados
  36. 36. A Seleção Natural A Seleção Natural ocorre quando a forma de vida melhor adaptada ao ambiente sobrevivem por mais tempo e deixam mais proles A Seleção Natural se apóia em três fatos indiscutíveis: • Os organismos produzem mais proles do que podem sobreviver. • Os indivíduos variam em características. – • Muitas características são herdadas pelas roles dos pais.
  37. 37. 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
  38. 38. Sobrevivência pessoal e genética Um organismo que vive mais do que outros, mas que não deixa nenhuma prole, é um morto genético vivo. Por isso, o que realmente importa na evolução não é a sobrevivência pessoal, mas a sobrevivência dos genes. – É por via dos genes que as gerações futuras (e assim a evolução da espécie) mudarão.
  39. 39. A Seleção Natural Os organismos que têm características mais aptas aos ambientes em que moram sobrevivem mais, como também seu prole, porque essas características são herdadas. – Girafas mais altas, felinos mais rápidos, caçadores mais inteligentes, obtêm mais alimentos e sobrevivem melhor – Pragas ficam resistentes aos pesticidas
  40. 40. Aptidão Darwiniano O aptidão Darwiniano é a contribuição que um indivíduo tem a poço gênico da próxima geração relativa as contribuições de outros indivíduos. O aptidão Darwiniano é a contribuição alélica que um indivíduo deixa a próxima geração O aptidão Darwiniano é uma quantidade igual a produção reprodutivo médio associado com um certo genótipo Quanto maior a probabilidade que um indivíduo tem de sobreviver e reproduzir (contribuição de alelos a próxima geração), maior o aptidão Darwiniano do indivíduo O aptidão Darwiniano é geralmente chamado somente como aptidão Os cientistas geralmente avaliam o aptidão Darwiniano de loco por loco
  41. 41. Aptidão Relativo Numa forma mais quantitativa da seleção natural, os geneticistas de populações definam o aptidão relativo como a contribuição de um genótipo a próxima geração comparada as contribuições dos genótipos alternativos no mesmo loco… O aptidão relativo dos variantes com maior sucesso reprodutivo é dado o valor de 1,0 para comparação com outros genótipos. Tipicamente o genótipo com o maior aptidão Darwiniano é atribuído um aptidão relativo de 1,0 Todos os outros genótipos, com valores menores do que o maior aptidão Darwiniano conseqüentemente tem valores de aptidão relativo menor do que 1,0 Se um genótipo produz um médio de 4 filhos por geração e outro genótipo produz um médio de 1 filho por geração, qual é o aptidão relativo do segundo genótipo? E do primeiro?
  42. 42. A seleção pode ser… “natural” ou antropogenica…
  43. 43. Evolução Biológica É um via única – uma vez extinta, a espécie não existe mais.
  44. 44. Antibióticos Antibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 Recurso comum
  45. 45. Antibióticos Antibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 antibiótico Recurso comum
  46. 46. Antibióticos Antibióticos – Guerra natural espécie 1 espécie 2 antibiótico Recurso comum
  47. 47. Antibióticos Antibióticos – Guerra natural espécie 1 Recurso comum
  48. 48. Resistência aos antibióticos As bactérias evoluíram genes de resistência aos antibióticos nos plasmids
  49. 49. Resistência codificado pelos plasmideos é facilmente transferida entre espécies devido a mobilidade dos plasmideos Ocorrência geralmente baixa a menos sob a seleção pelo uso excessivo de antibióticos
  50. 50. Uso excessivo de Antibióticos cria ‘Super-germes’ 50 milhões de toneladas de antibióticos são usados por ano criando ‘Super-germes’ resistentes a maioria dos antibióticos Exemplo: Tuberculose 2.5 milhões de mortes Mycobacterium tuberculosis aumento de resistência
  51. 51. A Seleção Natural Por isso, logicamente… Alguns indivíduos serão mais aptos no seu ambiente e reproduzirão com mais sucesso. Esses indivíduos transmitirão mais genes as gerações futuras. As gerações futuras terão mais genes dos indivíduos mais aptos. Assim, as característica evoluíram no tempo para assemelhar as características dos ancestrais mais aptos.
  52. 52. Os genótipos que melhor se adaptam as pressões seletivas deixam mais proles Premissa 3 resulta nos conceitos de adaptação e aptidão
  53. 53. Os genótipos que melhor se adaptam as pressões seletivas deixam mais proles Premissa 3 resulta nos conceitos de adaptação e aptidão Adaptação = uma característica determinada geneticamente que melhora a capacidade de um organismo de sobreviver e reproduzir num ambiente particular.
  54. 54. Premissa 3 resulta nos conceitos de adaptação e aptidão Adaptação = uma característica determinada geneticamente que melhora a capacidade de um organismo de sobreviver e reproduzir num ambiente particular. Adaptar = o processo evolutivo pelo qual um organismo fica mais apto para seus ambientes
  55. 55. Aptidão = a contribuição relativa dos descendentes de um indivíduo a gerações futuras
  56. 56. Algumas propriedades importantes do aptidão: 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.
  57. 57. Algumas propriedades importantes do aptidão: Aptidão é uma propriedade de um genótipo, não de um indivíduo ou de uma população. Os indivíduos com o mesmo genótipo compartilham o mesmo aptidão no mesmo ambiente. O aptidão é medido com uma ou mais gerações.
  58. 58. Aptidão Novos 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).
  59. 59. Aptidão Os conceitos de aptidão e adaptação são relevantes SOMENTE num contexto ecológico específico. Não existe aptidão no sentido absoluto.
  60. 60. Qual dos 4 mecanismos evolutivos gera a adaptação? 1. mutação 2. fluxo gênico 3. deriva genética 4. seleção  Somente a seleção natural, os outros mecanismos geram mudanças, mas essas mudanças não tem ligação a melhoria da sobrevivência no ambiente
  61. 61. Aptidão Uma medida do sucesso biológico O número de genes ou genomas colocados na próxima geração A contribuição proporcional de um indivíduo a gerações futuras
  62. 62. Aptidão O indivíduo mais apto Aquele que deixa o maior número de proles Aquele que transfere mais genes a próxima geração
  63. 63. Exemplo Modelo: organismo anual, com um gene, reprodução assexual, reproduz somente uma vez durante a vida. 5 genótipos: A, B, C, D, e E G, S, F = proporção da energia dedicada a crescimento, sobrevivência (escape dos predadores), e fecundidade
  64. 64. Exemplo Numero de Genótipos Indivíduos 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
  65. 65. Exemplo 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=0.33 Aptidão = número de genes ou genomas colocado na próxima geração Aptidão de D e E = 20/10 = 2 Aptidão de C = 8/10 = 0.8 Aptidão de B = 9/10 = 0.9 Aptidão de A = 4/10 = 0.4
  66. 66. O Universo MEETI Matéria, Energia, Espaço, Tempo  Informação Aumento de entendimento  Pouco conhecido MEET Compressão/Densidade/ Eficiência sempre diminuem. Os recursos de MEET necessários for qualquer processo padrão ou computação seguem a regra: “Mais, Melhor, com Menos.”
  67. 67. Física do Universo “MEETI” Puxador Físico: Compressão de MEET (Eficiência e Densidade) Propriedades Emergentes: Inteligência da Informação (Modelos Globais) Interdependência da Informação (Ética) Imunidade da Informação (Resilencia) Informação Incompleta (Procura) Uma especulação interessante da Teoria da Informação: ↑ Entropia = ↑ Negentropia Perda do potencial energético e ganho do potencial de informação. Um meta-potencial escondido se conserva.
  68. 68. Paisagem de Aptidão Espaço Genotípico –
  69. 69. Micro-evolução 1. 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 espécie 2. Genética de populações 3. Genética ecológica
  70. 70. Micro-evolução
  71. 71. Macro-evolução 1. A macro-evolução refere a evolução que ocorre ao nível de espécie ou a um nível superior a espécie. 2. Paleontologia 3. Biologia do desenvolvimento 4. Genômica comparativa
  72. 72. Macro-evolução
  73. 73. A quantidade de divergência (mudança) genética forma um continuo: Micro-evolução Macro-evolução mudanças pequenas mudanças grandes Micro-evolução = adaptação Macro-evolução = especiação
  74. 74. 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.
  75. 75. O que introduz variabilidade nos genótipos?
  76. 76. Genótipo e Fenótipo Genótipo – todo o matéria genética de um indivíduo (os genes)‫‏‬ Fenótipo – os atributos físicos do indivíduo
  77. 77. O que introduz variabilidade nos genótipos?  Mutações Introduzem novas variações genéticas
  78. 78. 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
  79. 79. Mutação = uma mudança herdada da seqüência dos nucleotídeos do ácido nucléico genético, resultante de uma alteração dos produtos codificados pelo gene
  80. 80. Mutação Genética mutação ocorre pela alteração do DNA – “errores” na reprodução durante a divisão celular – Disfunção pela radiação de alta energia (raios X, raios gama) ou partículas (raios cósmicos), – ou por químicos tóxicos Mutação causa mudanças para o pior ou para o melhor – pode terminar na especiação (ou extinção)
  81. 81. 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
  82. 82. O que introduz variabilidade nos genótipos nos fungos?  Mutações  Anastomose … podem introduzir variabilidade genética em populações de fungos
  83. 83. As populações com poços gênicos diversos têm muita variação dos alelos. Como essa variabilidade é repassada (herdada)?
  84. 84. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reprodução Nos 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
  85. 85. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reprodução Porém, 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.
  86. 86. Os genótipos repassam a variabilidade por via da reprodução A recombinação tem implicações grandes sobre como a seleção natural atua sobre a variância das populações. A sexual recombinação sexual é rara nas bactérias (Cohen, 1996) e a transferência horizontal de genes é mais comum (Pennisi 2004)
  87. 87. Quais são as pressões seletivas do ambiente de um organismo? Exemplos de fatores Exemplos de fatores bióticos: abióticos:  predadores  Disponibilidade de  competidores recursos  mutualistas  Condições físicas  Condições químicas
  88. 88. Fatores da erosão da variação genética A seleção natural direcional estabilizante Perda aleatória de alelos, aumenta em populações menores – 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 sucesso Endogamia = cruzamento entre indivíduos com parentesco genético
  89. 89. Determinismo Ambiental Os genótipos dominantes novos podem emergir em ambientes diferentes. A diversidade ambiental leva a diversidade biológica
  90. 90. Processos da evolução biológicca Mutação Seleção Natural Migração Deriva Genética
  91. 91. Deriva Genética = mudanças estocásticas das freqüências alelícas em populações pequenas Wilson e Bossert, 1971
  92. 92. Deriva Genética Amostra 10% de sapos de uma floresta – 1000 sapos verdes – 1000 sapos azuis Probabilidade de obter ~100 sapos verdes e ~100 sapos azuis Amostra 10% dos sapos de uma floresta – 10 sapos verdes – 10 sapos azuis Menor probabilidade obter números iguais de sapos verdes e azuis.
  93. 93. Efeitos da deriva genética sobre a variação populacional
  94. 94. A variabilidade genética depende do tamanho populacional A deriva genética eroda a variabilidade em populações pequenas A endogamia (sucesso reprodutivo reduzidos em populações muito próximas) é pior em populações pequenas Populações grandes favorecem a manutenção e dispersão da variabilidade genética
  95. 95. Deriva Genética Mudanças de DNA ou genes que resultam por acaso em vez de pela mutação Efeito cumulativo de amostrar uma população Significância maior em casos de um tamanho populacional pequeno, ou seja, uma variabilidade genética pequena que permite menos indivíduos serem resistentes a mudanças 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
  96. 96. Endogamia em animais cativos
  97. 97. Problemas reprodutivos aliviadas por translocação (de Westemeier et al. 1998. Tracing the long-term decline and recovery of an isolated population. Science 282: 1695- 1698)
  98. 98. Tamanho populacional e o risco de extinção
  99. 99. Fluxo Gênico = introdução ou perda de alelos novos numa população pela imigração ou emigração. Wilson e Bossert, 1971
  100. 100. Causas da evolução •Influencias ambientais •Migrações • Deriva genética • Seleção sexual
  101. 101. Migração As populações podem ficar isoladas, e suas características genéticas ficam dominantes se sobrevivem no ambiente novo Importante em tempo geológico, = 103 a 106 anos. As popuações podem ficar isoladas devido a topologia mutante da terra e do mar, incluindo os continentes migrantes.
  102. 102. Migrações: Fluxo Gênico -> os indivíduos férteis entram e saem de uma população -> reduz as diferencias genéticas entre as populações
  103. 103. Migrações Freqüências 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
  104. 104. Migrações Depressão 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 Tantra http://www.funet.fi/pub/sci/bio/life/mammalia/artiodactyla/bovidae/capra/ibex-1.jpg
  105. 105. Influencias ambientais Desafios ambientais: -> mudança em recursos -> mudanças nos produtos metabólicos -> mudança de populações de predadores, parasitas ou presas
  106. 106. Influencias ambientais Variabilidade fenotípica: -> mortalidade diferencial -> fecundidade diferencial -> sucesso reprodutivo diferencial
  107. 107. Influencias ambientais Fisher: “Quanto maior a variabilidade genética sobre qual a seleção para aptidão pode atuar, maior a melhoria esperada de aptidão.” -> em geral, a seleção diminua a variabilidade -> mas também pode tirar vantagem da variabilidade na qual pode escolher
  108. 108. Influencias ambientais … mas também pode tirar vantagem da variabilidade na qual pode escolher => plasticidade de comportamento
  109. 109. Influencias ambientais Competição e relações predador e presa => A melhoria do aptidão de uma espécie implica um aptidão menor em outra espécie
  110. 110. Influencias ambientais Darwin: “Se algumas dessas muitas espécies ficam modificadas ou melhoradas, outras terão de ser melhoradas a um grau correspondente ou serão exterminadas” Corrida de armas evolutiva => Hipótese da Rainha Vermelha
  111. 111. Variação ambiental Os elementos chaves do ambiente de um organismo incluem: – temperatura – água – Luz solar – solo Muitos organismos empregam ativamente mecanismos para manter o equilíbrio fisiológico, e outros conformam ao ambiente.
  112. 112. A Hipótese da Rainha Vermelha Agora, você vê, precisa correr tanto para ficar no mesmo lugar" A Rainha Vermelha a Alice Proposta em 1973 por Leigh Van Valen -> relações de predador e presa sobre uma base evolutiva
  113. 113. Evolução Convergente As espécies de uma bioma se distinguem entre áreas mais têm adaptações similares. Isso e conhecido pelo nome evolução convergente (desenvolvimento das mesmas soluções evolutivas aos problemas ecológicos)
  114. 114. Evolução Convergente Por exemplo, a vegetação dos desertos do mundo se caracteriza por sistemas radicais extensos, capacidade de armazenar água por muito tempo, cobertura de ceras grossas para inibir a perda de água, e folhas muitas pequenas
  115. 115. Convergência Espécies diferentes mas com estruturas similares Mesma Picidae função no ecossistema Pica-paus Hawaii do Pacifico New Zealand África América do Sul Galapagos
  116. 116. Variação dentro de uma espécie Perene Achillea lanulosa, transplante e transplante recíproca Seleção Natural pela poluição – melanismo industrial Seleção Natural pela predação
  117. 117. O que é a variação genética? Amplitude (variância) dos fenótipos Arranjos diferentes dos cromossomas (citogenética) Diferencias da seqüência de DNA entre os indivíduos Eletroforese--> electromorfos = alozimas Índices 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 heterozigotos No gel de amido na slide anterior, 8 dos 20 indivíduos nesse loco (ou seja, um enzima ou proteína produzido por um gene em um loco) são heterozigotos. Por isso, a heterozigoticidade = 8/20 =40%. Mas, essa estima é pobre. Por que? 30 % dos locos mo homem e nas moscas de fruta Drosophila são variáveis (mais de um alelo). Por isso o polimorfismo = 30%.
  120. 120. Perguntas A população demonstra sucesso biológico? Os genótipos têm o mesmo sucesso? O que acontece se a herbivoria aumenta?
  121. 121. Especiação O processo pelo qual uma nova espécie é formada A especiação é um processo evolutivo que produziu a riqueza de espécies na Terra. Mais de 2.5 milhões de espécies estão descritas e provavelmente existem milhões de espécies ainda não descritas. A especiação por alopatria é considerada como a forma dominante de especiação, mas a especiação por simpatria também ocorre.
  122. 122. Macro-evolução e Especiação A evolução cria (e destrua) espécies novas, mas … O que é uma espécie? These are members of different species - eastern (left) and western (right) meadowlark. Não é tão fácil.
  123. 123. Dois Padrões de Especiação Evolução não Evolução Ramificante Ramificante
  124. 124. Como se originaram as espécies? A chave da especiação é o isolamento reprodutivo de populações. Existem mecanismos de isolamento reprodutivo extrínsecos e intrínsecos. O isolamento geográfico é o mecanismo extrínseco primário .
  125. 125. A Especiação por Alopatria Ammospermophilus harrisii Ammospermophilus leucurus Duas espécies de esquilo de chão provavelmente evoluíram de uma população ancestral comum que era separada pela formação do Grand Canyon.
  126. 126. A Especiação por Alopatria • 1. Uma população • 2. A população fica dividida por uma barreira isolando sub- populações
  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.
  128. 128. A Especiação por Alopatria Muitos eventos geológicos e climáticos podem servir como barreiras que separam populações 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. O Isolamento Reprodutivo ocorre com ou sem o Isolamento Geográfico A especiação por alopatria ocorre quando o isolamento geográfico cria uma barreira reprodutiva (um mecanismo extrínseco). A especiação por simpatria ocorre quando uma barreira reprodutiva é criada por causas distintas do isolamento geográfico (mecanismos intrínsecos). Especiação por alopatria Especiação por simpatria
  130. 130. Os Mecanismos Reprodutivos Intrínsecos Sempre 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 uma vez as populações ficam fisicamente separadas. Na especiação por simpatria, os mecanismos intrínsecos são os únicos atuantes.
  131. 131. Vários Mecanismos de Isolamento Reprodutivo 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. Radiação adaptativa A radiação adaptativa é a especiação rápida de uma ou poucas espécies associada a exploração de recursos ecológicos disponíveis.
  133. 133. 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 cortejo são críticos para o cruzamento dentro de uma espécie, mas ineficazes de atrair outra espécie.
  134. 134. Mecanismos de Isolamento por Comportamento Os rituais de cortejo são críticos para o cruzamento dentro de uma espécie, mas ineficazes de atrair outra espécie.
  135. 135. Vários Mecanismos de Isolamento Reprodutivo 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.
  136. 136. Vários Mecanismos de Isolamento Reprodutivo Intrínseco Puxam a Especiação A não fertilidade híbrida Ainda se acontece a fertilização, as proles podem não Sobreviver, ou se sobrevivem, podem não reproduzir A não fertilidade híbrida foi a razão do clonagem da Mula
  137. 137. O papel da troca genética (recombinação de alelos) na evolução. O paradigma da especiação geográfica foi desenvolvido de pesquisas com populações com reprodução sexual Premissas desse paradigma:  As combinações alelícas são misturadas a cada geração.  A reprodução de sucesso somente ocorre entre indivíduos muito aparentados.
  138. 138. Especiação geográfica = especiação alopatrica
  139. 139. 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.
  140. 140. 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").
  141. 141. O processo da seleção periódica em bactéria elimina a diversidade do poço genético da população. (Figura 3 de Cohan, 1996)
  142. 142. Ainda com níveis baixas de recombinação, existe uma troca genética suficiente, para permitir novas combinações alelicas. (Figura 4 de Cohan, 1996)
  143. 143. 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.
  144. 144. 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.
  145. 145. 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.
  146. 146. Implicações: 3. As seqüências adaptivas de genes ocorrem em qualquer lugar
  147. 147. A especiação Ocorre a Taxas Que Variam Muito Uma taxa devagar de especiação é evidenciada por Limulus polyphemus (13 espécies existentes) e uma espécie fóssil de 300 milhões de anos Uma taxa rápida de especiação é evidenciada nas Geospizinae das ilhas Galapagos, que diversificaram para formar 13 espécies nos últimos 100.000 anos.
  148. 148. Taxas de Especiação As generalistas, como Limulus polyphemus , tendem ficar como espécies estáveis. As especialistas, como as Geospizinae das ilhas Galapagos, tendem ser espécies não estáveis. A especiação também é rápida quando, como no caso das Geospizinae, nichos novos ficam disponíveis.
  149. 149. Dinâmica da Especiação – Gradualismo ou Equilíbrio Pontuado? O equilíbrio pontuado apresenta uma a interpretação melhor da dinâmica de especiação. Equilíbrio pontuado
  150. 150. A Evolução Cria Organismos Perfeitos? Não, somente cria organismos melhores por que a evolução é restrita pela historia e estremecida pelos eventos aleatórios. Essencialmente, cada organismo da Terra é uma parte significante da soma de acidentes.
  151. 151. As Espécies Aparecem e Desaparecem As melhores estimativas do registro fóssil indicam que mais de 99% das espécies que existiram agora são extintas. Uma “longevidade” típica de uma espécie e de aproximadamente 1 milhão de anos.
  152. 152. As Extinções em Massa Ocorrem
  153. 153. A Extinção em Massa do Cretáceo - Terciário Gary Larson
  154. 154. Estamos Causando a Extinção em Massa?
  155. 155. O que é uma espécie? Somente existe uma (atualmente) espécie humana.
  156. 156. O que é uma espécie? E todos esses são membros de uma espécie.
  157. 157. O que é uma espécie? Nossa definição será: Uma espécie é um grupo de indivíduos capazes de cruzar entre eles e produzir proles ferteis. Isso é o conceito de uma espécie biológica. Como qualquer tentativa de definir o que é uma espécie, também tem muitos problemas.
  158. 158. O que uma espécie? Uma espécie consiste de populações de indivíduos – capazes de cruzamento – compartindo informação genética – Com características Genoma – código guardado nos filamentos do DNA que é copiado na divisão celular e juntado na reprodução Acido De-oxy-ribo-nucleico: qualquer de vários ácidos nucleicos que formam a base molecular da herdaria,especialmente localizadas no nucleo celular, e formam um hélice dobre
  159. 159. Espécie: um grupo de indivíduos que aparentemente são iguais para um observador experto O teste da espécie é que os indivíduos membros cruzam entre eles, diretamente ou por meio de intermediários, para produzir proles viáveis. O processo de determinação da espécie é a identificação biológica. – A identificação correta pode ser traçada ao espécime tipo usado para descrever a espécie. – O espécime tipo é depositado num museu pelo autor da descrição da espécie. A definição de espécie funciona para bactéria? Vírus?
  160. 160. A Determinação do que é e o que não é uma espécie distinta pode ter conseqüências econômicas Strix occidentalis Strix varia
  161. 161. Um Problema do Conceito de Espécie Biológica Para organismos que reproduzem assexualmente, como bactéria, o que constitua uma espécie?
  162. 162. Uma espécies De anel www.virtuallaboratory.net www.pbs.org/wgbh/evolution
  163. 163. Gênero: um grupo de espécies com parentesco elevado Os nomes científicos são da forma: Gênero espécie, – Por exemplo Homo sapiens (nós), Acanthaster planci (estrela do mar), Atta sexdens (a saúva limão) . – Nomes de Gêneros e espécies provem do Latim ou Grego O nome de uma espécie deve incluir o ano e o autor da descrição original: Crassostrea gigas (Thunberg, 1793) (ostra japonesa). – Cuidado com itálico e (parêntese): têm sentido. – Os nomes científicos são constantes; os nomes comuns variam com cultura, local e linguagem.
  164. 164. O que acontece com os fosseis? O paleontólogo precisa ter cuidado de … – Registrar informações sobre os sedimentos onde foram encontrados os fosseis – O método comparativo precisa ser usado para responder… Como o novo fóssil compare com esqueletos modernos além de outros fosseis existentes?
  165. 165. Por que um nome científico? A parte menos científica da biologia. Por que? O que é uma espécie?
  166. 166. INDEXAÇÃO TAXONÔMICA DAS ESPÉCIES • Insetos nas sementes de macucu (Aldina latiflora) antes e depois da dispersão • Insetos nas sementes do macucu Aldina latiflora (Leguminosae) antes e depois da dispersão • Influência de variáveis ambientais sobre a migração e extensão da área de forrageamento de uma colônia de Eciton burchelli (Ecitonini) na Amazônia central • Influência de variáveis ambientais sobre a migração e extensão da área de forrageamento de uma colônia da formiga-de-correição Eciton burchelli (Formicidae: Ecitonini) na Amazônia central • Padrão de distribuição dos machos do capitão da mata no dossel e sub- dossel • Padrão de distribuição dos machos do capitão da mata Lipaugus vociferans (Aves: Cotingidae) no dossel e sub-dossel
  167. 167. INDEXAÇÃO TAXONÔMICA DAS ESPÉCIES • Ocorrência e impacto de “erva passarinho” (Psittacanthus sp.: Loranthaceae) sobre Cecropia spp. na várzea da Amazônia Central • Ocorrência e efeito da erva-de-passarinho Psittacanthus sp. (Loranthaceae) sobre espécies de Cecropia (Moraceae) na várzea da Amazônia Central • Efeito da inundação sobre a estrutura da população adulta do açaizeiro Euterpe precatoria Mart. (Arecaceae) em uma floresta de terra firme da Amazônia central • Efeito da inundação sobre a estrutura da população adulta do açaizeiro Euterpe precatoria (Arecaceae) em uma floresta de terra firme da Amazônia central
  168. 168. Quantas espécies existem? Não temos a mínima idéia. Quase 2 milhões de espécies foram descritas. Estimativas do número de espécies existentes variam de 4 milhões à 100 milhões (com 10 a 15 milhões sendo a estimativa superior para a maioria dos cientistas).
  169. 169. Classificando a Diversidade da Vida Por que fazer? Uma razão intrínseca é que os sistemas modernos de classificação nós informa quem tem parentesco com quem e como todos nos evoluímos.
  170. 170. Classificando a Diversidade da Vida Por que fazer? Uma razão prática é que se queremos preservar um ambiente compatível com a vida humana, precisamos saber o que existe.
  171. 171. O Sistema Hierárquico de Líneo de Classificação O Sistema Hierárquico de Reino Líneo de Animalia Classificação Filo Cordata Classe Mamalia Ordem Carnivora Familia Felidae Genro Felis Espécie Felis domestica
  172. 172. Árvores filogenéticas A diversificação da vida é resultado de numerosos eventos de especiação durante a existência da vida na Terra. A historia evolutiva da divergência e demonstrada por meio de diagramas conhecidos como árvores filogenéticas. Similar as genealogias familiares, esses demonstram relações entre os organismos.
  173. 173. Caderneta de Darwin – Primeira árvore filogenética
  174. 174. Ernst Haeckel A árvore da vida Século 19
  175. 175. Como Classificamos os Organismos? Idealmente, uma classificação se baseia nas relações evolutivas entre os organismos. A relação evolutiva entre os organismos é sua filogenia. A cladística é o método de classificação a base da procura de filogenias (de determinar a relação evolutiva). A cladística procede ao comparar os atributos compartilhados ancestrais e derivados entre conjuntos de organismos.
  176. 176. Cladistica Cada nódulo indica Atributos um ancestral derivados comum A filogenia (cladograma) dos vertebrados. Quanto maior o número de atributos derivados compartilhados por um par de espécies, maior seu grau de parentesco. Quanto maior o grau de parentesco, mais próximo fica o ancestral comum mais recente.
  177. 177. Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Equus Hippidium and other genera Fig. 1.12 (TE Art) Styohipparion Nannipus Neohipparion Pliohippus Hipparion Hypohippus Megahippus Callipus Archaeohippus Merychippus Anchitherium Hypohippus Parahippus Miohippus Mesohippus Paleotherium Epihippus Propalaeotherium Pachynolophus Orohippus Hyracotherium
  178. 178. O que é a filogenética? A filogenética é o estudo das relações evolutivas dentro de e entre as espécies. roedores aves roedores jacarés primatas marsupiais lagartos
  179. 179. O que é a filogenética? jacarés aves lagartos cobras roedores primatas marsupiais Isso é um exemplo de uma árvore filogenética.
  180. 180. Árvores filogenéticas •As árvores são construídas após analise dos padrões de similaridade entre os organismos atuais. •. Figure 5.4
  181. 181. Árvores filogenéticas Figure 5.4
  182. 182. Árvores filogenéticas Figure 5.4
  183. 183. A grande árvore da vida Estamos aqui!
  184. 184. É crítico (e freqüentemente difícil) distinguir a Homologia da Analogia Homologia: Atributos comuns em espécies diferentes resultantes de uma descendência ancestral comum. morcego gorila Ossos da asa Ossos do braço As estruturas homologas, como a asa do morcego e o braço da gorila, são similares porque são derivadas por modificação de uma estrutura ancestral compartilhada. Homology is the key to establishing phylogenies.
  185. 185. Homologia versus Analogia Analogia: Atributos de função similar e estrutura superficial similar que não têm 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.
  186. 186. Conceitos Filogenéticos: Interpretação de Filogenias Seqüência A Qual seqüência tem mais relação a B? Seqüência B Seqüência C A, porque B divergiu de A mais recentemente do que de qualquer Seqüência D outra seqüência. A posição física na Seqüência E árvore não tem sentido! Somente importa a Tempo estrutura da árvore.
  187. 187. Raízes e a Interpretação de Árvores arara homem Mosca de fruta arara ipê homem – ossos bactéria ipê – núcleo celular arquebactéria Mosca de fruta bactéria arquebactéria ipê bactéria arquebactéria Mosca de fruta + núcleo celular homem +ossos arara
  188. 188. Tipos de Árvores Árvores evolutivas Filogramas medem medem o tempo. a mudança. tubarões cavalos do mar cavalos do mar tubarões sapos corujas sapos Raiz Raiz corujas jacarés tatus jacarés 5% mudança morcegos tatus 50 milhões de anos morcegos
  189. 189. Conceitos Filogenéticos: Homologia e Homoplasia Pelo? Asas? Morcego + asas + pelo morcego Macaco Sem pelo macaco Sem asas gavião Gavião + asas Homologia: Homoplasia: identidade devido Identidade a pesar de ao ancestral comum ancestral separado (sinal evolutivo) (ruído evolutivo)
  190. 190. Árvores são hipóteses sobre a historia evolutiva Já vimos um entendimento e a formulação dessas hipóteses. Agora, vamos ver como testar as hipóteses.
  191. 191. Testando Árvores Examine essas quatro seqüências: P Q P. ACATACG Q. GTATACG R. GCACATG S. GCACACA R S Como explicar o atributo indicado? 1. Homologia: mudou somente uma vez. 2. Homoplasia: mudou duas ou mais vezes. Homologia mais provável, mas ainda existe a possibilidade da homoplasia.
  192. 192. Testando Árvores P Q Examine quatro outras seqüências: W. ACATGTCAGAC G X. GTATGTCAGAC G Y. G C A C A C T G AAT G Z. G C A C A C T G AA C A A homologia e a homoplasia são possíveis. Qualquer mudança acontece a sua probabilidade relativa? R S A homologia é muito mais provável; a homoplasia não muito provável.
  193. 193. Testando Árvores Princípio básico: A C Ramos compridos  Sinal evolutivo forte B D A C Ramos curtos  Sinal evolutivo fraco B D A C Ramos de comprimento zero  Nenhum sinal evolutivo B D
  194. 194. Resultados de Análise Cladística As Vezes Difere de Esquemas Clássicas de Classificação Qual 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..
  195. 195. Outro Conjunto de Analogias Criadas pela Evolução Convergente Ocotillo do Allauidia de Deserto de Madagascar Chihuahua
  196. 196. Extinção Extinção é o sumiço de uma espécie da face da Terra. O tempo médio de existência de uma espécie na Terra é ~1–10 milhões de anos. As espécies atuais na Terra = o número formado pela especiação menos o número retirado pela extinção.
  197. 197. Extinção em massa 1. A extinção em massa ou um evento de nível de extinções (ENE) é uma queda acentuada do número de espécies num período relativamente curto de tempo.
  198. 198. Extinção e diversificação 1. 99% das espécies estão extintas
  199. 199. Extinção e diversificação 1. 99% das espécies estão extintas 2. Aumento da diversidade após grandes extinções
  200. 200. Extinção e diversificação 1. 99% das espécies estão extintas 2. Aumento da diversidade após grandes extinções 3. Regularidades: • Diversidade similar nos últimos 300 milhões de anos • Comunidades ecológicas similares as atuais • Distribuições de abundância similares
  201. 201. Extinção e diversificação 1. 99% das espécies estão extintas 2. Aumento da diversidade após grandes extinções 3. Regularidades: • Diversidade similar nos últimos 300 milhões de anos • Comunidades ecológicas similares as atuais • Distribuições de abundância similares • Contingências
  202. 202. Genes ruins ou má sorte? 1. Ciclos de 23 milhões de anos 2. Asteróides 3. Explica alguns eventos (extinção KT) 4. No entanto: • Não há correlação entre extinção e tamanho da cratera
  203. 203. Fatores endógenos 1. Diversidade constante • Apesar da extinção e diversificação contínua 2. Stasis pontuada por diversificação e extinção rápida:
  204. 204. Fatores endógenos modulando efeitos exógenos 1. Efeitos cascatas em teias tróficas
  205. 205. O que é mais importante? 1. Estudo de série temporais
  206. 206. Periodicidade 1. Análises recentes sugerem que há um certo grau de periodicidade nas extinções, mas não explica as grandes extinções
  207. 207. Processos aleatórios? 1. Diversificação é um processos de ramificação
  208. 208. Processos aleatórios? 1. Diversificação é um processos de ramificação 2. Taxa de ramificação constante (D) 3. Taxa de extinção constante (E) 4. Se D> E  o clado sobrevive 5. Se D<E  extinção do clado
  209. 209. Processos aleatórios? 1. Qualitativamente similar 2. Se D > E  diversificação constante 3. Se D < E  extinção constante
  210. 210. No registro fóssil 1. D é um pouco > E Como gerar extinções abruptas? 1. Efeito dependente do número de clados 1. Para um número baixo de clados, D > E 2. Para um número alto de clados, D < E
  211. 211. Predição 1. Séries temporais aleatórias
  212. 212. Macro-evolução
  213. 213. Extinção Algumas espécies são mais vulneráveis a extinção do que outras: • Espécies em populações pequenas • Espécies adaptadas a um recurso ou maneira de vida especializado
  214. 214. A qual nível opera a seleção natural? O indivíduo ou o grupo?
  215. 215. Sociobiologia: A teoria que as estruturas sociais e interações das espécies, incluindo o Homem, podem ser explicadas do ponto de vista evolutiva As estruturas sociais não somente influenciadas pela biologia evolutiva, mas também determinadas? Somos livres?
  216. 216. “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
  217. 217. Seleção de Grupo – sobrevivência ou reprodução diferencial de grupos C C CC C C S C S C C C C C C CC C S C C C S C C X S S S S C S X S S S Mas por que isso não funciona?
  218. 218. 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) Os grupos “cooperativos” sempre são mais vulneráveis à invasão de indivíduos egoístas.
  219. 219. 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 ....
  220. 220. Implicações para a biologia da conservação Tamanhos populacionais menores têm a tendência a ficar em risco e assim podem ser extintas Regra 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 genética Baixo nível de migração (ou translocação intencional--> exogamia) pode mitigar os problemas genéticos A variabilidade genética baixa também inibe a resposta evolutiva a mudanças ambientais aumentando os riscos da extinção
  221. 221. Conclusões: Problemas ecológicos, como o sucesso reprodutivo, sobrevivência, tamanho populacional e persistência populacional podem ser examinados por maneiras evolutivas e genéticas O sucesso ecológico está relacionado a variabilidade genética – A variabilidade genética tende a ser perdida em populações pequenas – Viabilidade e reduzida em populações pequenas
  222. 222. Resumo: Evolução Darwiniana pela Seleção Natural A variação individual Essa variação é herdada Uma taxa reprodutiva diferencial A interação entre as características do indivíduo com o ambiente
  223. 223. Intervalo

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