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12.2: Presiones selectivas y ambientales - Biología

12.2: Presiones selectivas y ambientales - Biología


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Objetivos de aprendizaje

Comprender cómo los cambios ambientales y las presiones selectivas impactan en la propagación de mutaciones, contribuyendo al proceso de evolución.

La selección natural solo actúa sobre los rasgos hereditarios de la población: seleccionando alelos beneficiosos y, por lo tanto, aumentando su frecuencia en la población, mientras selecciona contra alelos deletéreos y, por lo tanto, disminuye su frecuencia, un proceso conocido como evolución adaptativa. Sin embargo, la selección natural no actúa sobre alelos individuales, sino sobre organismos completos. Un individuo puede portar un genotipo muy beneficioso con un fenotipo resultante que, por ejemplo, aumenta la capacidad de reproducción (fecundidad), pero si ese mismo individuo también porta un alelo que resulta en una enfermedad infantil fatal, ese fenotipo de fecundidad no se transmitirá. a la siguiente generación porque el individuo no vivirá para alcanzar la edad reproductiva. La selección natural actúa a nivel del individuo; selecciona individuos con mayores contribuciones al acervo genético de la próxima generación, conocido como el organismo aptitud evolutiva (darwiniana).

La aptitud es a menudo cuantificable y la miden los científicos en el campo. Sin embargo, no es la aptitud absoluta de un individuo lo que cuenta, sino cómo se compara con los demás organismos de la población. Este concepto, llamado aptitud relativa, permite a los investigadores determinar qué individuos están contribuyendo con descendencia adicional a la próxima generación y, por lo tanto, cómo podría evolucionar la población.

Hay varias formas en que la selección puede afectar la variación de la población: selección estabilizadora, selección direccional, selección diversificada, selección dependiente de la frecuencia y selección sexual. A medida que la selección natural influye en las frecuencias alélicas de una población, los individuos pueden volverse más o menos genéticamente similares y los fenotipos mostrados pueden volverse más similares o más dispares.

Selección estabilizadora

Si la selección natural favorece un fenotipo promedio, seleccionando contra una variación extrema, la población se someterá estabilizar la selección (Figura 1a). En una población de ratones que vive en el bosque, por ejemplo, es probable que la selección natural favorezca a los individuos que mejor se mezclan con el suelo del bosque y es menos probable que sean detectados por depredadores. Suponiendo que el suelo sea de un tono marrón bastante uniforme, los ratones cuyo pelaje se asemeje más a ese color tendrán más probabilidades de sobrevivir y reproducirse, transmitiendo los genes de su pelaje marrón. Los ratones que portan alelos que los hacen un poco más claros o un poco más oscuros se destacarán contra el suelo y serán más propensos a ser víctimas de depredación. Como resultado de esta selección, la variación genética de la población disminuirá.

Selección direccional

Cuando el medio ambiente cambia, las poblaciones a menudo sufrirán selección direccional (Figura 1b), que selecciona fenotipos en un extremo del espectro de variación existente. Un ejemplo clásico de este tipo de selección es la evolución de la polilla moteada en la Inglaterra de los siglos XVIII y XIX. Antes de la Revolución Industrial, las polillas eran predominantemente de color claro, lo que les permitía mezclarse con los árboles y líquenes de colores claros en su entorno. Pero a medida que el hollín comenzó a salir de las fábricas, los árboles se oscurecieron y las polillas de colores claros se volvieron más fáciles de detectar para las aves depredadoras. Con el tiempo, la frecuencia de la forma melánica de la polilla aumentó porque tenían una mayor tasa de supervivencia en los hábitats afectados por la contaminación del aire porque su coloración más oscura se mezclaba con los árboles cubiertos de hollín. De manera similar, la población hipotética de ratones puede evolucionar para adquirir una coloración diferente si algo hiciera que el suelo del bosque donde viven cambiara de color. El resultado de este tipo de selección es un cambio en la varianza genética de la población hacia el nuevo fenotipo adecuado.

En la ciencia, a veces se cree que las cosas son ciertas, y luego sale a la luz nueva información que cambia nuestra comprensión. La historia de la polilla moteada es un ejemplo: los hechos detrás de la selección hacia polillas más oscuras han sido cuestionados recientemente. Lee este artículo para obtener más información.

Diversificación de la selección

A veces, dos o más fenotipos distintos pueden tener cada uno sus ventajas y ser seleccionados por selección natural, mientras que los fenotipos intermedios son, en promedio, menos adecuados. Conocido como selección diversificadora (Figura 1c), esto se ve en muchas poblaciones de animales que tienen múltiples formas masculinas. Los machos alfa grandes y dominantes obtienen parejas por fuerza bruta, mientras que los machos pequeños pueden colarse para copulaciones furtivas con las hembras en el territorio de un macho alfa. En este caso, se seleccionarán tanto los machos alfa como los machos "furtivos", pero se seleccionan los machos de tamaño mediano, que no pueden adelantar a los machos alfa y son demasiado grandes para copular furtivamente. La selección diversificada también puede ocurrir cuando los cambios ambientales favorecen a los individuos en cualquier extremo del espectro fenotípico. Imagínese una población de ratones viviendo en la playa donde hay arena de color claro intercalada con parches de hierba alta. En este escenario, los ratones de color claro que se mimetizan con la arena se verían favorecidos, así como los ratones de color oscuro que pueden esconderse en la hierba. Los ratones de color medio, por otro lado, no se mezclarían ni con la hierba ni con la arena y, por lo tanto, es más probable que los depredadores se los coman. El resultado de este tipo de selección es una mayor variación genética a medida que la población se vuelve más diversa.

Pregunta de práctica

En los últimos años, las fábricas se han vuelto más limpias y se libera menos hollín al medio ambiente. ¿Qué impacto cree que ha tenido esto en la distribución del color de la polilla en la población?

[filas del área de práctica = ”2 ″] [/ área de práctica]
[revelar-respuesta q = ”173318 ″]Mostrar respuesta[/ revelar-respuesta]
[hidden-answer a = ”173318 ″] Las polillas han cambiado a un color más claro. [/ hidden-answer]

Selección dependiente de la frecuencia

Otro tipo de selección, llamado selección dependiente de la frecuencia, favorece los fenotipos que son comunes (selección dependiente de la frecuencia positiva) o raros (selección dependiente de la frecuencia negativa). Un ejemplo interesante de este tipo de selección se ve en un grupo único de lagartos del noroeste del Pacífico. Los lagartos machos comunes con manchas laterales vienen en tres patrones de color de garganta: naranja, azul y amarillo. Cada una de estas formas tiene una estrategia reproductiva diferente: los machos naranjas son los más fuertes y pueden luchar contra otros machos para acceder a sus hembras; los machos azules son de tamaño mediano y forman fuertes lazos de pareja con sus parejas; y los machos amarillos (Figura 2) son los más pequeños y se parecen un poco a las hembras, lo que les permite copular furtivamente. Como un juego de piedra-papel-tijera, el naranja vence al azul, el azul vence al amarillo y el amarillo vence al naranja en la competencia por las mujeres. Es decir, los machos anaranjados grandes y fuertes pueden luchar contra los machos azules para aparearse con las hembras emparejadas del azul, los machos azules tienen éxito en proteger a sus parejas contra los machos de zapatillas amarillas, y los machos amarillos pueden escabullirse de las copulaciones de las parejas potenciales. de los grandes machos anaranjados poliginosos.

En este escenario, los machos naranjas se verán favorecidos por la selección natural cuando la población esté dominada por machos azules, los machos azules prosperarán cuando la población sea en su mayoría machos amarillos y los machos amarillos se seleccionarán para cuando los machos naranjas sean los más poblados. Como resultado, las poblaciones de lagartijas de manchas laterales tienen un ciclo en la distribución de estos fenotipos: en una generación, el naranja podría ser predominante y luego los machos amarillos comenzarán a aumentar en frecuencia. Una vez que los machos amarillos constituyan la mayoría de la población, se seleccionarán los machos azules. Finalmente, cuando los machos azules se vuelvan comunes, los machos anaranjados volverán a ser los favoritos.

La selección dependiente de la frecuencia negativa sirve para aumentar la varianza genética de la población al seleccionar fenotipos raros, mientras que la selección dependiente de la frecuencia positiva generalmente disminuye la varianza genética al seleccionar fenotipos comunes.

Selección sexual

Los machos y las hembras de ciertas especies a menudo son bastante diferentes entre sí en formas más allá de los órganos reproductivos. Los machos suelen ser más grandes, por ejemplo, y muestran muchos colores y adornos elaborados, como la cola del pavo real, mientras que las hembras tienden a ser más pequeñas y más apagadas en la decoración. Tales diferencias se conocen como dimorfismos sexuales (Figura 3), que surgen del hecho de que en muchas poblaciones, particularmente las poblaciones animales, hay más variación en el éxito reproductivo de los machos que de las hembras. Es decir, algunos machos, a menudo los machos más grandes, más fuertes o más decorados, obtienen la gran mayoría del total de apareamientos, mientras que otros no reciben ninguno. Esto puede ocurrir porque los machos son mejores luchando contra otros machos, o porque las hembras eligen aparearse con los machos más grandes o más decorados. En cualquier caso, esta variación en el éxito reproductivo genera una fuerte presión de selección entre los machos para obtener esos apareamientos, lo que resulta en la evolución de un tamaño corporal más grande y ornamentos elaborados para llamar la atención de las hembras. Las hembras, por otro lado, tienden a tener un puñado de apareamientos seleccionados; por lo tanto, es más probable que seleccionen machos más deseables.

El dimorfismo sexual varía ampliamente entre las especies, por supuesto, y algunas especies incluso tienen los roles sexuales invertidos. En tales casos, las hembras tienden a tener una mayor variación en su éxito reproductivo que los machos y se seleccionan correspondientemente por el tamaño corporal más grande y los rasgos elaborados que suelen ser característicos de los machos.

Las presiones de selección sobre machos y hembras para obtener apareamientos se conocen como selección sexual; puede resultar en el desarrollo de características sexuales secundarias que no benefician la probabilidad de supervivencia del individuo pero ayudan a maximizar su éxito reproductivo. La selección sexual puede ser tan fuerte que selecciona rasgos que en realidad son perjudiciales para la supervivencia del individuo. Piense, una vez más, en la cola del pavo real. Si bien es hermoso y el macho con la cola más grande y colorida tiene más probabilidades de ganar a la hembra, no es el apéndice más práctico. Además de ser más visible para los depredadores, hace que los machos sean más lentos en sus intentos de fuga. Existe alguna evidencia de que este riesgo, de hecho, es la razón por la que a las mujeres les gustan las colas grandes en primer lugar. La especulación es que las colas grandes conllevan riesgos, y solo los mejores machos sobreviven a ese riesgo: cuanto más grande es la cola, mejor se adapta el macho. Esta idea se conoce como principio de desventaja.

los hipótesis de buenos genes afirma que los machos desarrollan estos impresionantes adornos para mostrar su metabolismo eficiente o su capacidad para combatir enfermedades. Las hembras luego eligen machos con los rasgos más impresionantes porque señalan su superioridad genética, que luego transmitirán a su descendencia. Aunque se podría argumentar que las hembras no deberían ser exigentes porque probablemente reducirá su número de crías, si los mejores machos engendran crías más aptas, puede ser beneficioso. Una descendencia menos y más saludable puede aumentar las posibilidades de supervivencia más que muchas crías más débiles.

Tanto en el principio de la desventaja como en la hipótesis de los buenos genes, se dice que el rasgo es un señal honesta de la calidad de los machos, dando así a las hembras una forma de encontrar las parejas más aptas, machos que transmitirán los mejores genes a su descendencia.

Ningún organismo perfecto

La selección natural es una fuerza impulsora en la evolución y puede generar poblaciones que estén mejor adaptadas para sobrevivir y reproducirse con éxito en sus entornos. Pero la selección natural no puede producir el organismo perfecto. La selección natural solo puede seleccionar sobre la variación existente en la población; no crea nada desde cero. Por lo tanto, está limitado por la variación genética existente en una población y cualquier alelo nuevo que surja a través de la mutación y el flujo de genes.

La selección natural también es limitada porque funciona a nivel de individuos, no de alelos, y algunos alelos están vinculados debido a su proximidad física en el genoma, lo que hace que sea más probable que se transmitan juntos (desequilibrio de ligamiento). Cualquier individuo puede ser portador de algunos alelos beneficiosos y algunos alelos desfavorables. Es el efecto neto de estos alelos, o la aptitud del organismo, sobre el que puede actuar la selección natural. Como resultado, los alelos buenos se pueden perder si son portados por individuos que también tienen varios alelos abrumadoramente malos; Del mismo modo, los alelos malos pueden conservarse si son portados por individuos que tienen suficientes alelos buenos para dar como resultado un beneficio de aptitud general.

Además, la selección natural puede verse limitada por las relaciones entre diferentes polimorfismos. Un morfo puede conferir una mayor aptitud que otro, pero puede que no aumente en frecuencia debido al hecho de que pasar del rasgo menos beneficioso al más beneficioso requeriría pasar por un fenotipo menos beneficioso. Piense en los ratones que viven en la playa. Algunos son de color claro y se mezclan con la arena, mientras que otros son oscuros y se mezclan con los parches de hierba. Los ratones de color oscuro pueden ser, en general, más aptos que los ratones de color claro y, a primera vista, uno podría esperar que los ratones de color claro fueran seleccionados para una coloración más oscura. Pero recuerde que el fenotipo intermedio, un pelaje de color medio, es muy malo para los ratones: no pueden mezclarse ni con la arena ni con la hierba y es más probable que se los coman los depredadores. Como resultado, los ratones de color claro no serían seleccionados para una coloración oscura porque aquellos individuos que comenzaron a moverse en esa dirección (comenzaron a ser seleccionados para un pelaje más oscuro) estarían menos en forma que aquellos que permanecieron claros.

Finalmente, es importante comprender que no toda la evolución es adaptativa. Si bien la selección natural selecciona a los individuos más aptos y, a menudo, da como resultado una población más apta en general, otras fuerzas de la evolución, incluida la deriva genética y el flujo de genes, a menudo hacen lo contrario: introducen alelos deletéreos en el acervo genético de la población. La evolución no tiene ningún propósito, no está convirtiendo a una población en un ideal preconcebido. Es simplemente la suma de las diversas fuerzas descritas en este capítulo y cómo influyen en la variación genética y fenotípica de una población.

Objetivos de aprendizaje

Debido a que la selección natural actúa para aumentar la frecuencia de los alelos y rasgos beneficiosos mientras disminuye la frecuencia de las cualidades deletéreas, se trata de una evolución adaptativa. La selección natural actúa a nivel del individuo, seleccionando aquellos que tienen una mayor aptitud general en comparación con el resto de la población. Si los fenotipos adecuados son aquellos que son similares, la selección natural dará como resultado una selección estabilizadora y una disminución general de la variación de la población. La selección direccional trabaja para cambiar la varianza de una población hacia un nuevo fenotipo adecuado, a medida que cambian las condiciones ambientales. Por el contrario, la selección diversificada da como resultado un aumento de la varianza genética al seleccionar dos o más fenotipos distintos.

Otros tipos de selección incluyen la selección dependiente de la frecuencia, en la que se seleccionan individuos con fenotipos comunes (selección positiva dependiente de la frecuencia) o raros (selección dependiente de la frecuencia negativa). Finalmente, la selección sexual resulta del hecho de que un sexo tiene más variación en el éxito reproductivo que el otro. Como resultado, los machos y las hembras experimentan diferentes presiones selectivas, que a menudo pueden conducir a la evolución de diferencias fenotípicas, o dimorfismos sexuales, entre los dos.


Presión selectiva: artículo de investigación de World of Biology

La presión selectiva es cualquier fenómeno que altera el comportamiento y la aptitud de los organismos vivos en un entorno determinado. Es la fuerza impulsora de la evolución y la selección natural, y se puede dividir en dos tipos de presión: biótica o abiótica.

La presión biótica que afecta a un organismo son organismos vivos dentro del mismo ecosistema que interactúan con el organismo afectado. La presión abiótica es creada por factores no vivos dentro del entorno del organismo, como la luz, el viento y el suelo. Todos estos factores interactúan con el organismo para oponerse a su supervivencia continua. Algunas características son más adecuadas para sobrevivir con un conjunto particular de condiciones, y estas condiciones son las presiones selectivas que impulsan el curso de la evolución del organismo. Alguna presión selectiva es neutra y un ejemplo de selección estabilizadora. Otras presiones que influyen en el desarrollo de un organismo son ejemplos de selección direccional y selección disruptiva.


Abstracto

La ecología comunitaria y de invasión ha crecido en su mayoría de forma independiente. Existe una superposición sustancial en los procesos capturados por diferentes modelos en los dos campos, y se han desarrollado varios marcos para reducir esta redundancia y sintetizar el contenido de la información. A pesar del amplio reconocimiento de que la ecología de la comunidad y la invasión están interconectadas, falta un marco basado en procesos que sintetice modelos en estos dos campos. Aquí revisamos 65 modelos representativos de comunidad e invasión y proponemos un marco común articulado en torno a seis procesos (dispersión, deriva, interacciones abióticas, interacciones dentro del gremio, interacciones entre gremios y cambios genéticos). El marco está diseñado para sintetizar el contenido de los dos campos, proporcionar una perspectiva general sobre su desarrollo y permitir su comparación. La aplicación de este marco y de un método novedoso basado en la teoría de redes revela cierta falta de coherencia entre los dos campos, a pesar de algunas similitudes históricas. Los modelos de ecología comunitaria se caracterizan por combinaciones de múltiples procesos, probablemente reflejando la búsqueda de una teoría general para explicar el ensamblaje y la estructura de la comunidad, basándose predominantemente en los procesos de interacción, pero también explicando en gran medida los otros procesos. Por el contrario, la mayoría de los modelos en ecología de invasión invocan menos procesos y se centran más en las interacciones entre las especies introducidas y su nuevo entorno biótico y abiótico. El dominio histórico de los procesos de interacción y sus desarrollos independientes en los dos campos también se refleja en el nivel más bajo de coherencia de los modelos que involucran interacciones, en comparación con los modelos que involucran dispersión, deriva y cambios genéticos. Parece que la ecología comunitaria, con una historia más larga que la ecología de invasión, ha pasado de la búsqueda de explicaciones únicas para los patrones observados en la naturaleza a investigar cómo los procesos pueden interactuar mecánicamente, generando y probando hipótesis. Nuestro marco allana el camino para una transición similar en la ecología de la invasión, para capturar mejor la dinámica de múltiples especies exóticas introducidas en comunidades complejas. Recíprocamente, aplicar los conocimientos de la invasión a la ecología comunitaria nos ayudará a comprender y predecir el futuro de las comunidades ecológicas en el Antropoceno, en el que las actividades humanas están debilitando los límites naturales de las especies. En última instancia, la integración exitosa de los dos campos podría promover una ecología predictiva que se requiere con urgencia en un mundo que cambia rápidamente.


Trabajo práctico para aprender

Demostración

El caso de los caracoles anillados - Cepaea nemoralis y Cepaea hortensis - es un conocido ejemplo de selección natural. La adaptación de poblaciones de especies de este caracol en diferentes condiciones ambientales se utiliza como caso de estudio para la evolución en acción. Los profesores pueden utilizar Cepaea fomentar el debate sobre cómo cambian las especies y aclarar malentendidos sobre los procesos naturales que conducen al cambio de especies.

Organización de la lección

Distribuya las hojas y discuta los datos presentados.

Si sigue el protocolo Evolution Megalab, recolecte algunos caracoles para estudiar en una lección y practique usando las claves en el laboratorio (con el video de apoyo), luego recolecte caracoles en una lección siguiente y envíe los datos al sitio. Dedique otra lección, o una asignación de tarea, mirando los datos extensos en el sitio de Evolution Megalab.

Aparatos y productos químicos

Para cada grupo de estudiantes:

Clave para caracoles anillados y hoja de registro (si está siguiendo el protocolo Evolution Megalab)

Notas técnicas y de seguridad y salud

Si está inspeccionando caracoles en la naturaleza, realice una evaluación de riesgos completa para el trabajo al aire libre y observe las precauciones de higiene adecuadas después de manipular caracoles.

Cuestiones éticas

Los maestros deben tener cuidado de presentar los caracoles de una manera que promueva una buena actitud ética hacia ellos y no simplemente instrumental. Aunque son organismos simples que pueden no 'sufrir' de la misma manera que los animales superiores, aún merecen respeto. Los animales deben ser devueltos sin demora a su entorno natural oa un tanque de retención adecuado después de ser identificados y contados. Esto respalda los enfoques éticos en el trabajo de campo donde los animales son devueltos a su hábitat después de que se hayan realizado las observaciones.

Procedimiento

Investigación

a Piense en los datos sobre el color de la concha recopilados en diferentes meses en el yunque de un tordo en particular en un bosque cerca de Oxford.

B Estudie la gráfica de porcentajes de caracoles amarillos y caracoles con una o más bandas, basada en observaciones realizadas en diferentes hábitats.

C Responda las preguntas y evalúe lo que sugiere esta información sobre la selección natural.

Notas didácticas

Los zorzales aplastan a los caracoles en determinadas piedras (llamadas "yunques") para romper el caparazón y liberar el cuerpo blando del caracol para comer. La recolección de conchas de caracoles del yunque de un tordo permite averiguar la proporción de caracoles de diferentes colores y dibujos que el tordo ha encontrado y comido en diferentes épocas del año.

Conchas recolectadas que eran amarillas (%)

Los datos muestran que, en un año en particular, el 42% de las conchas recolectadas eran amarillas en abril, mientras que el 22% de las conchas recolectadas eran amarillas en junio. Las conchas de caracoles amarillos, lisas y sin bandas, parecen camuflarse mejor contra la hierba y las hojas nuevas en la primavera (abril). Las conchas sin bandas o con una banda son más comunes en los bosques, y las conchas con varias bandas son más comunes en pastizales y setos. El porcentaje de caracoles amarillos es mayor en setos y pastizales. La implicación de esto es que, si la cantidad de bosque disminuyó, la cantidad de caracoles amarillos aumentaría.

Los caracoles con bandas muestran variaciones significativas. A la derecha están los primeros cuatro caracoles que llegaron a un jardín en Gales en octubre de 2009.

Al menos tres presiones selectivas podrían actuar sobre esta población. El color y el grado de las bandas influyen en el camuflaje en diferentes hábitats. Esto significa que las características de la población pueden cambiar a medida que los seres humanos realicen cambios en el medio ambiente, por ejemplo, al talar un bosque. Uno de los depredadores clave de estas especies es el tordo, que seleccionará preferentemente a aquellos que pueda ver con facilidad. Las poblaciones de candidiasis bucal se han reducido significativamente en los últimos años, lo que significa que los efectos positivos de algunos patrones de camuflaje pueden reducirse. Cuanto más oscuras sean las conchas, más rápidamente se calentarán los caracoles a la luz del día. Los caracoles más calientes serán más activos y pueden tener una ventaja para encontrar comida. Si el clima británico se ha vuelto significativamente más cálido en general, esto puede ser una ventaja menor ahora que hace unas décadas.

Comprobación de salud y seguridad, octubre de 2009

Descargas

Descargue una hoja del estudiante Selección en acción: caracoles anillados (187 KB) con preguntas y respuestas.

Enlaces web

www.evolutionmegalab.org
Este proyecto está coordinando un estudio de caracoles anillados en el Reino Unido. Proporciona información de antecedentes sobre los caracoles, video para mostrar cómo recolectar e identificar los caracoles en su área, claves para permitir la identificación precisa de diferentes variedades de Cepaeay hojas de registro en las que recopilar sus hallazgos. Evolution Megalab está tratando de averiguar si los colores y las bandas de las conchas cambian donde hay menos zorzales, y si los colores de las conchas están cambiando con el clima cálido. Si se registra para participar en el proyecto, sus datos se recopilarán con los datos de otros participantes.

(Sitio web visitado en octubre de 2011)

© 2019, Royal Society of Biology, 1 Naoroji Street, Londres WC1X 0GB Organización benéfica registrada n.o 277981, incorporada por Royal Charter


Flujo de genes

Figura 4. El flujo de genes puede ocurrir cuando un individuo viaja de una ubicación geográfica a otra.

Otra fuerza evolutiva importante es el flujo de genes: el flujo de alelos dentro y fuera de una población debido a la migración de individuos o gametos (Figura 4). Si bien algunas poblaciones son bastante estables, otras experimentan más cambios. Muchas plantas, por ejemplo, envían su polen a todas partes, por el viento o por las aves, para polinizar otras poblaciones de la misma especie a cierta distancia. Incluso una población que inicialmente puede parecer estable, como una manada de leones, puede experimentar su parte justa de inmigración y emigración cuando los machos en desarrollo dejan a sus madres para buscar una nueva manada con hembras no emparentadas genéticamente. Este flujo variable de individuos dentro y fuera del grupo no solo cambia la estructura genética de la población, sino que también puede introducir una nueva variación genética en poblaciones en diferentes ubicaciones geológicas y hábitats.


12.2: Presiones selectivas y ambientales - Biología

Las plantas han dado forma a nuestra forma de vida humana desde el principio. Con el reconocimiento emergente de la alimentación de la población mundial, el cambio climático global y los recursos energéticos limitados con combustibles fósiles, la relevancia de la biología vegetal y la biotecnología se está volviendo dramáticamente importante. Un tema clave es mejorar la productividad de las plantas y la resistencia al estrés abiótico / biótico en la agricultura debido a la restricción de la superficie terrestre y al aumento de las presiones ambientales. Otro aspecto es el desarrollo de CO2-Recursos vegetales neutros para fibra / biomasa y biocombustibles: una transición de plantas de primera generación como caña de azúcar, maíz y otros cultivos nutricionales importantes a cultivos energéticos de segunda y tercera generación como Miscanthus y árboles para lignocelulosa y algas para producción de biomasa y piensos, hidrógeno y lípidos. Al mismo tiempo, tenemos que conservar y proteger la diversidad natural y la riqueza de especies como base de nuestra vida en la tierra. Aquí, los bancos de biodiversidad se discuten como base de la investigación actual y futura de fitomejoramiento. En consecuencia, se puede anticipar que la biología y la ecología de las plantas tendrán roles futuros más indispensables en todos los aspectos socioeconómicos de nuestra vida que nunca. Por lo tanto, necesitamos una comprensión profunda de la fisiología de una sola especie vegetal para aplicaciones prácticas, así como la traducción de este conocimiento en ecosistemas naturales y antropogénicos complejos. Los últimos avances en la investigación biológica y bioanalítica conducirán a un cambio de paradigma hacia el intento de comprender los organismos a nivel de sistemas y en su contexto ecosistémico: (i) secuenciación de genoma escopeta y de próxima generación, reconstrucción y anotación de genes, (ii) escala del genoma análisis molecular utilizando tecnologías OMICS y (iii) análisis, modelado e interpretación asistidos por computadora de datos biológicos. La biología de sistemas combina estos datos moleculares, la evolución genética, las señales ambientales y la interacción de las especies con la comprensión, el modelado y la predicción de redes bioquímicas activas hasta poblaciones de especies enteras. Este proceso se basa en el desarrollo de nuevas tecnologías para el análisis de datos moleculares, especialmente datos genómicos, metabolómicos y proteómicos. El ambicioso objetivo de estas tecnologías "ómicas" no dirigidas es ampliar nuestra comprensión más allá del análisis de partes separadas del sistema, en contraste con los enfoques reduccionistas tradicionales basados ​​en hipótesis. La consiguiente integración de genotipificación, fenotipo / morfotipificación y el análisis del fenotipo molecular mediante metabolómica, proteómica y transcriptómica revelará una comprensión novedosa del metabolismo de las plantas y su interacción con el medio ambiente. El análisis de sistemas de modelo único - plantas, hongos, animales y bacterias - finalmente emergerá en el análisis de poblaciones de plantas y otros organismos y su adaptación al nicho ecológico. Paralelamente, esta nueva comprensión de la ecofisiología se traducirá en enfoques basados ​​en el conocimiento en biotecnología de plantas de cultivo y enfoques de mejoramiento asistidos por marcadores o genomas. En esta revisión se describen los fundamentos de la biología de sistemas verdes y se presentan aplicaciones en la investigación de ecosistemas. Se prevé el intercambio de conocimientos sobre la investigación de ecosistemas y la fusión de la biotecnología verde en la biología de los sistemas verdes sobre la base de los principios de la variación natural, la biodiversidad y la relación entre el genotipo y el fenotipo del medio ambiente como impulsores fundamentales de la ecología y la evolución.


# 139 Selección natural

Las poblaciones de organismos tienen el potencial de producir un gran número de crías, pero su número permanece bastante constante año tras año.


La selección natural ocurre cuando las poblaciones tienen la capacidad de producir muchas crías - & gt competir para recursos - & gt individuales mejor adaptado para sobrevivir a la raza y Transmitir su alelos .
Variación significa que algunos individuos de una población tendrán características que les darán una ventaja en la 'lucha por la existencia'.

Factores medioambientales
- biótico : causado por otros organismos
ej .: depredación, competencia alimentaria, infección por patógenos
- abiótico : causado por componentes no vivos del medio ambiente
por ejemplo: suministro de agua, nivel de nutrientes del suelo

Presiones de selección controlar las posibilidades de que algunos alelos se transmitan a la siguiente generación.
Por ejemplo: depredadores: individuos que pueden camuflarse mejor, sobreviven más, transmiten alelos.
Los efectos de tales presiones de selección sobre la frecuencia de los alelos en una población se denominan seleccion natural . La frecuencia de alelos ventajosos aumenta, la frecuencia de alelos desventajosos disminuye.

Tipos de selección
Selección estabilizadora: el status quo se mantiene porque los organismos ya están bien adaptados a su entorno
- actos contra los extremos
- favorece el medio ambiente
- por ejemplo: peso al nacer


Selección direccional: las variedades más comunes de un organismo se seleccionan contra - & gt cambio en las características de la población
- favorece variantes de 1 extremo cuando aparece un nuevo alelo o se produce un nuevo factor ambiental
- por ejemplo: polillas salpicadas

Selección disruptiva: favorece la supervivencia de los individuos en 2 puntos diferentes dentro del rango de variación, resultando en 2 fenotipos diferentes
- condiciones favorables ambos extremos - & gt mantienen diferentes fenotipos en la población
- por ejemplo: pinzones de Galápagos

Deriva genética
- a cambio en la frecuencia de los alelos de una pequeña población
- ocurre por casualidad, porque solo algunos de los organismos de cada generación se reproducen.
El efecto fundador ocurre en poblaciones pequeñas y aisladas
- resultados de la colonización de una nueva ubicación por un pequeño número de personas
- se produce una mayor deriva genética en la pequeña población
- la evolución de esta población puede tomar una dirección diferente a la de la población más grande


El principio de Hardy-Weinberg
- cuando un rasgo fenotípico particular está controlado por 2 alelos de un solo gen A / a
- genotipos: AA, Aa, aa
- calcular la proporción de estos genotipos en una gran población de apareamiento aleatorio


Seleccion natural

Darwin y descenso con modificación

Figura 1. Darwin observó que la forma del pico varía entre las especies de pinzones. Postuló que el pico de una especie ancestral se había adaptado con el tiempo para equipar a los pinzones para adquirir diferentes fuentes de alimento.

Charles Darwin es mejor conocido por su descubrimiento de la selección natural. A mediados del siglo XIX, el mecanismo real de la evolución fue concebido y descrito de forma independiente por dos naturalistas: Charles Darwin y Alfred Russel Wallace. Es importante destacar que cada naturalista pasó tiempo explorando el mundo natural en expediciones a los trópicos. De 1831 a 1836, Darwin viajó por todo el mundo en H.M.S. Beagle, incluidas las paradas en América del Sur, Australia y el extremo sur de África. Wallace viajó a Brasil para recolectar insectos en la selva amazónica de 1848 a 1852 y al archipiélago malayo de 1854 a 1862. El viaje de Darwin, como los viajes posteriores de Wallace y # 8217 al archipiélago malayo, incluyó paradas en varias cadenas de islas, la última siendo las Islas Galápagos al oeste de Ecuador. En estas islas, Darwin observó especies de organismos en diferentes islas que eran claramente similares, pero que tenían claras diferencias. Por ejemplo, los pinzones terrestres que habitan en las Islas Galápagos comprenden varias especies con una forma de pico única (Figura 1).

Las especies de las islas tenían una serie graduada de tamaños y formas de pico con diferencias muy pequeñas entre las más similares. Observó que estos pinzones se parecían mucho a otra especie de pinzones en el continente de América del Sur. Darwin imaginó que las especies de la isla podrían ser especies modificadas de una de las especies originales del continente. Tras un estudio más detallado, se dio cuenta de que los variados picos de cada pinzón ayudaban a las aves a adquirir un tipo específico de alimento. Por ejemplo, los pinzones comedores de semillas tenían picos más fuertes y gruesos para romper las semillas, y los pinzones comedores de insectos tenían picos en forma de lanza para apuñalar a sus presas.

Tanto Wallace como Darwin observaron patrones similares en otros organismos y desarrollaron independientemente la misma explicación de cómo y por qué tales cambios podrían tener lugar. Darwin llamó a este mecanismo selección natural. Seleccion natural, también conocido como & # 8220supervivencia del más apto & # 8221, es la reproducción más prolífica de individuos con rasgos favorables que sobreviven al cambio ambiental debido a los rasgos que esto conduce al cambio evolutivo.

Por ejemplo, Darwin observó que una población de tortugas gigantes encontradas en el archipiélago de Galápagos tenía el cuello más largo que las que vivían en otras islas con tierras bajas secas. Estas tortugas fueron & # 8220seleccionadas & # 8221 porque podían alcanzar más hojas y acceder a más comida que aquellas con cuello corto. En épocas de sequía, cuando habría menos hojas disponibles, las que podían alcanzar más hojas tenían más posibilidades de comer y sobrevivir que las que no podían llegar a la fuente de alimento. En consecuencia, las tortugas de cuello largo tendrían más probabilidades de tener éxito reproductivo y transmitir el rasgo de cuello largo a su descendencia. Con el tiempo, solo las tortugas de cuello largo estarían presentes en la población.

La selección natural, argumentó Darwin, era un resultado inevitable de tres principios que operaban en la naturaleza. Primero, la mayoría de las características de los organismos se heredan o se transmiten de padres a hijos. Aunque nadie, incluidos Darwin y Wallace, sabía cómo sucedió esto en ese momento, era un entendimiento común. En segundo lugar, se producen más descendientes de los que pueden sobrevivir, por lo que los recursos para la supervivencia y la reproducción son limitados. La capacidad de reproducción en todos los organismos supera la disponibilidad de recursos para mantener su número. Por lo tanto, existe competencia por esos recursos en cada generación. La comprensión tanto de Darwin como de Wallace de este principio provino de la lectura de un ensayo del economista Thomas Malthus, quien discutió este principio en relación con las poblaciones humanas. En tercer lugar, la descendencia varía entre sí con respecto a sus características y esas variaciones se heredan. Darwin y Wallace razonaron que la descendencia con características heredadas que les permite competir mejor por recursos limitados sobrevivirá y tendrá más descendencia que aquellos individuos con variaciones que son menos capaces de competir. Debido a que las características se heredan, estas características estarán mejor representadas en la próxima generación. Esto conducirá a cambios en las poblaciones a lo largo de generaciones en un proceso que Darwin llamó descendencia con modificación. En última instancia, la selección natural conduce a una mayor adaptación de la población a su entorno local, es el único mecanismo conocido para la evolución adaptativa.

Los artículos de Darwin y Wallace (Figura 2) que presentan la idea de la selección natural se leyeron juntos en 1858 ante la Linnean Society de Londres. Al año siguiente, el libro de Darwin & # 8217, En el origen de las especies, fue publicado. Su libro esbozó con considerable detalle sus argumentos a favor de los cambios graduales y la supervivencia adaptativa por selección natural.

Figura 2. Tanto (a) Charles Darwin como (b) Alfred Wallace escribieron artículos científicos sobre selección natural que se presentaron juntos ante la Linnean Society en 1858.

Las demostraciones de evolución por selección natural requieren mucho tiempo y son difíciles de obtener. Uno de los mejores ejemplos se ha demostrado en las mismas aves que ayudaron a inspirar la teoría de Darwin: los pinzones de las Galápagos. Peter y Rosemary Grant y sus colegas han estudiado las poblaciones de pinzones de Galápagos todos los años desde 1976 y han proporcionado importantes demostraciones de selección natural. Los Grant encontraron cambios de una generación a la siguiente en la distribución de las formas de los picos con el pinzón terrestre mediano en la isla Galápagos de Daphne Major. Las aves han heredado la variación en la forma del pico, algunas aves tienen picos anchos y profundos y otras tienen picos más delgados. Durante un período en el que las precipitaciones fueron más altas de lo normal debido a El Niño, las semillas grandes y duras que comían las aves de pico grande se redujeron en número, sin embargo, hubo una abundancia de semillas pequeñas y blandas que comieron las aves de pico pequeño. Por lo tanto, la supervivencia y la reproducción fueron mucho mejores en los años siguientes para las aves de pico pequeño. En los años posteriores a este El Niño, los Grant midieron el tamaño de los picos en la población y encontraron que el tamaño promedio del pico era más pequeño. Dado que el tamaño del billete es un rasgo heredado, los padres con billetes más pequeños tenían más descendientes y el tamaño de los billetes había evolucionado para ser más pequeño. A medida que las condiciones mejoraron en 1987 y las semillas más grandes se hicieron más disponibles, cesó la tendencia hacia un tamaño promedio de pico más pequeño.


Biosensores: características, principio y tipos (con diagrama)

Un biosensor es un dispositivo analítico que contiene un material biológico inmovilizado (enzima, anticuerpo, ácido nucleico, hormona, orgánulo o célula completa) que puede interactuar específicamente con un analito y producir señales físicas, químicas o eléctricas que se pueden medir. Un analito es un compuesto (por ejemplo, glucosa, urea, fármaco, pesticida) cuya concentración debe medirse.

Los biosensores implican básicamente el análisis cuantitativo de diversas sustancias convirtiendo sus acciones biológicas en señales mensurables. La gran mayoría de biosensores tiene enzimas inmovilizadas. El rendimiento de los biosensores depende principalmente de la especificidad y sensibilidad de la reacción biológica, además de la estabilidad de la enzima.

Características generales de los biosensores:

Un biosensor tiene dos componentes distintos (figura 21.13).

1. Componente biológico: enzima, célula, etc.

2. Componente físico: transductor, amplificador, etc.

El componente biológico reconoce e interactúa con el analito para producir un cambio físico (una señal) que puede ser detectado por el transductor. En la práctica, el material biológico se inmoviliza apropiadamente sobre el transductor y los biosensores así preparados se pueden usar repetidamente varias veces (puede ser alrededor de 10.000 veces) durante un período largo (muchos meses).

Principio de un biosensor:

El material biológico deseado (normalmente una enzima específica) se inmoviliza mediante métodos convencionales (atrapamiento físico o de membrana, unión no covalente o covalente). Este material biológico inmovilizado está en íntimo contacto con el transductor. El analito se une al material biológico para formar un analito unido que a su vez produce la respuesta electrónica que se puede medir.

En algunos casos, el analito se convierte en un producto que puede estar asociado con la liberación de calor, gas (oxígeno), electrones o iones de hidrógeno. El transductor puede convertir los cambios vinculados al producto en señales eléctricas que pueden amplificarse y medirse.

Tipos de biosensores:

Existen varios tipos de biosensores según los dispositivos sensores y el tipo de materiales biológicos utilizados. Algunos de ellos se analizan a continuación.

Biosensores electroquímicos:

Los biosensores electroquímicos son dispositivos simples basados ​​en las mediciones de cambios de corriente eléctrica, iónica o conductancia realizadas por bioelectrodos.

Biosensores amperométricos:

Estos biosensores se basan en el movimiento de electrones (es decir, la determinación de la corriente eléctrica) como resultado de reacciones redox catalizadas por enzimas. Normalmente, un voltaje constante pasa entre los electrodos que se puede determinar. En una reacción enzimática que se produce, el sustrato o producto puede transferir un electrón con la superficie del electrodo para oxidarlo o reducirlo (figura 21.14).

Esto da como resultado un flujo de corriente alterado que se puede medir. La magnitud de la corriente es proporcional a la concentración de sustrato. Electrodo de oxígeno Clark que determina la reducción de O2, es la forma más simple de biosensor amperométrico. La determinación de glucosa por glucosa oxidasa es un buen ejemplo.

En los biosensores amperométricos de primera generación (descritos anteriormente), existe una transferencia directa de los electrones liberados al electrodo, lo que puede plantear algunas dificultades prácticas. Se han desarrollado biosensores amperométricos de segunda generación en los que un mediador (por ejemplo, ferrocenos) toma los electrones y luego los transfiere al electrodo. Sin embargo, estos biosensores aún no se han vuelto populares.

Biosensor de glucosa en sangre:

Es un buen ejemplo de biosensores amperométricos, ampliamente utilizados en todo el mundo por pacientes diabéticos. El biosensor de glucosa en sangre parece un bolígrafo de reloj y tiene un electrodo desechable de un solo uso (que consta de un electrodo de referencia Ag / AgCI y un electrodo de trabajo de carbón) con glucosa oxidasa y un derivado de ferroceno (como mediador). Los electrodos están cubiertos con un guaze de malla hidrófila para esparcir uniformemente una gota de sangre. Las tiras reactivas desechables, selladas con papel de aluminio, tienen una vida útil de alrededor de seis meses.

Se ha desarrollado un biosensor amperométrico para evaluar la frescura del pescado. La acumulación de ionosina e hipoxantina en relación con los otros nucleótidos indica la frescura del pescado, cuánto tiempo está muerto y almacenado. Para este propósito, se ha desarrollado un biosensor que utiliza nucleósido fosforilasa y xantina oxidasa inmovilizadas sobre un electrodo.

Biosensores potenciométricos:

En estos biosensores, los cambios en las concentraciones iónicas se determinan mediante el uso de electrodos selectivos de iones (fig. 21.15). El electrodo de pH es el electrodo selectivo de iones más utilizado, ya que muchas reacciones enzimáticas implican la liberación o absorción de iones de hidrógeno. Los otros electrodos importantes son selectivos de amoníaco y CO2 electrodos selectivos.

Se puede medir la diferencia de potencial obtenida entre el electrodo potenciométrico y el electrodo de referencia. Es proporcional a la concentración del sustrato. La principal limitación de los biosensores potenciométricos es la sensibilidad de las enzimas a concentraciones iónicas como H + y NH + 4.

Los transistores de efecto de campo selectivo de iones (ISFET) son los dispositivos de bajo costo que se pueden utilizar para la miniaturización de biosensores potenciométricos. Un buen ejemplo es un biosensor ISFET que se utiliza para controlar el pH intramiocárdico durante una cirugía a corazón abierto.

Conducir biosensores métricos:

Hay varias reacciones en los sistemas biológicos que provocan cambios en las especies iónicas. Estas especies iónicas alteran la conductividad eléctrica que se puede medir. Un buen ejemplo de biosensor métrico de conducta es el biosensor de urea que utiliza ureasa inmovilizada. La ureasa cataliza la siguiente reacción.

La reacción anterior está asociada con una alteración drástica en la concentración iónica que puede usarse para monitorear la concentración de urea. De hecho, los biosensores de urea se utilizan con mucho éxito durante la diálisis y la cirugía renal.

Biosensores termométricos:

Varias reacciones biológicas están asociadas con la producción de calor y esto forma la base de los biosensores termométricos. Se les conoce más comúnmente como biosensores térmicos o biosensores calorimétricos. En la figura 21.16 se muestra una representación esquemática de un biosensor térmico. Consiste en una caja termoaislada provista de intercambiador de calor (cilindro de aluminio).

La reacción tiene lugar en un pequeño reactor de lecho lleno de enzimas. A medida que el sustrato ingresa al lecho, se convierte en un producto y se genera calor. La diferencia de temperatura entre el sustrato y el producto se mide mediante termistores. Incluso un pequeño cambio en la temperatura puede ser detectado por biosensores térmicos.

Se utilizan biosensores termométricos para estimar el colesterol sérico. Cuando el colesterol se oxida por la enzima colesterol oxidasa, se genera calor que se puede medir. Asimismo, estos biosensores pueden realizar estimaciones de glucosa (enzima-glucosa oxidasa), urea (enzima-ureasa), ácido úrico (enzima-uricasa) y penicilina G (enzima-P lactamasa). Sin embargo, en general, su utilidad es limitada. Los biosensores termométricos se pueden utilizar como parte de un inmunoensayo ligado a enzimas (ELISA) y la nueva técnica se conoce como ELISA termométrico (TELISA).

Biosensores ópticos:

Los biosensores ópticos son los dispositivos que utilizan el principio de medidas ópticas (absorbancia, fluorescencia, quimioluminiscencia, etc.). Emplean el uso de fibra óptica y transductores optoelectrónicos. La palabra optrode, que representa una condensación de las palabras óptico y electrodo, se usa comúnmente. Los biosensores ópticos involucran principalmente enzimas y anticuerpos como elementos transductores.

Los biosensores ópticos permiten una detección remota no eléctrica segura de materiales. Otra ventaja es que estos biosensores generalmente no requieren sensores de referencia, ya que la señal comparativa se puede generar utilizando la misma fuente de luz que el sensor de muestreo. Algunos de los biosensores ópticos importantes se describen brevemente a continuación.

Biosensor de lactato de fibra óptica:

La figura 21.17 representa el biosensor de lactato de fibra óptica. Su trabajo se basa en la medición de cambios en O molecular2 concentración determinando el efecto de extinción de O2 sobre un tinte fluorescente. La siguiente reacción es catalizada por la enzima lactato monooxigenasa.

La cantidad de fluorescencia generada por la película teñida depende de la O2. Esto es porque O2 tiene un efecto de extinción (reductor) sobre la fluorescencia. A medida que aumenta la concentración de lactato en la mezcla de reacción, O2 se utiliza y, en consecuencia, hay una disminución proporcional en el efecto de extinción. El resultado es que hay un aumento en la salida fluorescente que se puede medir.

Biosensores ópticos para glucosa en sangre:

La estimación de la glucosa en sangre es muy importante para controlar la diabetes. Para ello se utiliza una técnica sencilla que implica tiras de papel impregnadas con reactivos. Las tiras contienen glucosa oxidasa, peroxidasa de rábano picante y un cromógeno (por ejemplo, toluidina). Ocurren las siguientes reacciones.

La intensidad del color del tinte se puede medir utilizando un medidor de reflectancia portátil. La producción de tiras de glucosa es una industria muy grande en todo el mundo.

Colorimetric test strips of cellulose coated with appropriate enzymes and reagents are in use for the estimation of several blood and urine parameters.

Luminescent biosensors to detect urinary infections:

The microorganisms in the urine, causing urinary tract infections, can be detected by employing luminescent biosensors. For this purpose, the immobilized (or even free) enzyme namely luciferase is used. The microorganisms, on lysis release ATP which can be detected by the following reaction. The quantity of light output can be measured by electronic devices.

Other Optical Biosensors:

Optical fibre sensing devices are in use for measuring pH, pCO2 and pO2 in critical care, and surgical monitoring.

Piezoelectric Biosensors:

Piezoelectric biosensors are based on the principle of acoustics (sound vibrations), hence they are also called as acoustic biosensors. Piezoelectric crystals form the basis of these biosensors. The crystals with positive and negative charges vibrate with characteristic frequencies. Adsorption of certain molecules on the crystal surface alters the resonance frequencies which can be measured by electronic devices. Enzymes with gaseous substrates or inhibitors can also be attached to these crystals.

A piezoelectric biosensor for organophosphorus insecticide has been developed incorporating acetylcholine esterase. Likewise, a biosensor for formaldehyde has been developed by incorporating formaldehyde dehydrogenase. A biosensor for cocaine in gas phase has been created by attaching cocaine antibodies to the surface of piezoelectric crystal.

Limitations of Piezoelectric Biosensors:

It is very difficult to use these biosensors to determine substances in solution. This is because the crystals may cease to oscillate completely in viscous liquids.

Whole Cell Biosensors:

Whole cell biosensors are particularly useful for multi-step or cofactor requiring reactions. These biosensors may employ live or dead microbial cells. A selected list of some organisms along with the analytes and the types of biosensors used is given in Table 21.8

Advantages of microbial cell biosensors:

The microbial cells are cheaper with longer half-lives. Further, they are less sensitive to variations in pH and temperature compared to isolated enzymes.

Limitations of microbial cell biosensors:

The whole cells, in general, require longer periods for catalysis. In addition, the specificity and sensitivity of whole cell biosensors may be lower compared to that of enzymes.

Immuno-Biosensors:

Immuno-biosensors or immunochemical bio­sensors work on the principle of immunological specificity, coupled with measurement (mostly) based on amperometric or potentiometric bio­sensors. There are several possible configurations for immuno-biosensors and some of them are depicted in Fig. 21.18, and briefly described hereunder.

1. An immobilized antibody to which antigen can directly bind (Fig. 21.18A).

2. An immobilized antigen that binds to antibody which in turn can bind to a free second antigen (Fig. 21.18B).

3. An antibody bound to immobilized antigen which can be partially released by competing with free antigen (Fig. 21.18C).

4. An immobilized antibody binding free antigen and enzyme labeled antigen in competition (Fig. 21.18D).

For the biosensors 1-3, piezoelectric devices can be used. The immuno-biosensors using enzymes (4 above, Fig. 21.18D) are the most commonly used. These biosensors employ thermometric or amperometric devices. The activity of the enzymes bound to immuno-biosensors is dependent on the relative concentrations of the labeled and unlabeled antigens. The concentration of the unlabeled antigen can be determined by assaying the enzyme activity.


The Making of the Fittest: Natural Selection and Adaptation

1. Is the following statement true or false? Justify your answer in one or two sentences: “The appearance of dark-colored volcanic rock caused the mutation for black fur to appear in the rock pocket mouse population.” This is false because the pocket rock mice adapted to the black rock by breeding with the randomly mutated black genes.

2. Near the end of the video, Dr. Sean Carroll states that “While mutation is random, natural selection is not.” In your own words, explain how this is possible. This is accurate as widespread mutations can originate from singular gene mutations, however, if this mutation is beneficial to the environment and survival then the gene will spread to the population further and become a more prominent trait.

3. You are studying a recently discovered population of rock pocket mice with dark-colored fur that lives on a volcanic rock. You take a DNA sample from a member of this new population and determine the DNA sequence of a gene known to play a role in fur color. The sequence you get is identical to that of the same gene in another rock pocket mouse population with dark-colored fur that lives on a different patch of volcanic rock. Which of the following could explain this observation?

(a) The mice in the two populations evolved from the same ancestral population.

(b) The volcanic rock caused the same mutation in each rock pocket mouse population, resulting in dark coloration.

(c) The same mutation spontaneously arose in the two different populations.

(d) Both a) and c) are possible.

(e) All of the above are possible.

4. You are studying a new population of rock pocket mice in Arizona. These mice live on a recently discovered patch of dark-colored volcanic rock. This environment does not have nearly as many visual predators as in previously studied areas in New Mexico. You observed the following numbers of light- and dark-colored mice on this new patch of rock:

a) In one or two sentences, summarize the data presented in the graph.

The population of light mice has been inconsistently falling and rising while the population of dark mice has stayed consistent throughout the presented years. However, the population has remained approximatley the same.

b) Provide one possible hypothesis that would explain the observed data. Be sure to include the following keywords in your answer: selection (or selective), fitness (or fit), survival (or survive). The selective nature of the survival of the dark mice is constant as on the rock, the trait of dark fur is fit for the best survival over the light colored mice, however, when visual predators are decreased then the populations remain equallt fit.

5. You next decide to move 160 of these newly discovered light-colored rock pocket mice from Arizona to a colony in New Mexico (Graph A) that also lives on the dark-colored volcanic rock. You also move 160 dark-colored mice from the New Mexico colony to the Arizona colony (Graph B). You monitor the populations for five years and observe the following:

a) In one or two sentences, summarize the data presented in the graphs above.

In Graph A the data shows that dark mice have had a positive increase of population in New Mexico in comparison to the population of light colored mice. In Graph B the population of dark-colored mice has consistently stayed larger than the light colored population in Arizona.

b)Provide an explanation for these observations. Be sure to include the following keywords in your answer: selection (or selective), fitness (or fit), survival (or survive). These observations of mice on dark, volcanic rock in separate environments are an example of how dark-colored mice have been bred selectively as the fittest example of survival when visual predators are present. In Graph A this is present as balck mice eventually overtake the light mice based on visual predators hunting patterns. However, in Graph B fur plays no dominance on mortality rates of mice populations.

6. Prior to your experiment above, you take a DNA sample from one dark-colored mouse in each population and sequence a gene known to play a role in making mice dark colored. You discover that the dark-colored mice from Arizona have a different allele of this gene than the dark-colored mice from New Mexico. ¿Cómo es esto posible? This difference in allele is a result of the fact that separate genes are able to modify the color of fur and that separate populations of mice have developed separate genes to modify. In short, there is more than one mutation that results in dark fur.

7. CONSIDER: How would you design an experiment to test which population of dark-colored mice is more evolutionarily fit in an environment of your choice? You may want to use the above experiments as a guide. Be sure to state your hypothesis, as well as what type of data you will record.

I would design an experiment that would test the mice’s ability to find safety based completely on their ability to use their given useful camouflage to hide from predators. I would do this by placing both populations in an environment which was separated into a third of dark, rocky and mountainous terrain, a third light and sandy strip, and a third sandy dark flat area. By dumping these two populations in the middle (the light sandy area) and introducing an airbron predator one can gather what population is more likely to survive based on survival skills and given camouflage. Since both groups are equally dark colored they have the same camouflage, however, one can infer that after a set time for the predator to hunt, the population of the more successful environment will be substantially greater. Therefore by creating a discerning “fittest” survival trait that is based on survival, the two groups can be surveyed. The data would then be collected following the number from each group to hide in each environment. The environment with the greatest survival rate would then be subdivided to discern which group of dark-colored mice was in fact fittest to survive in the dark colored environment.


Ver el vídeo: Clase 19 Biología 2014: Hematología y Salud inmunológica (Septiembre 2022).


Comentarios:

  1. Bressal

    Simplemente no pasa

  2. Kagrel

    ¡Debe quedar claro!



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