Aula 3_Seleção natural

Prévia do material em texto

AULA 3
VARIAÇÃO E SELEÇÃO NATURAL
Seleção natural
▪ Darwin: taxa de descendentes das espécies é maior do que a taxa de 
sobrevivência.
▪ Competição intraespecífica e interespecífica pela sobrevivência: 
mecanismo em que opera a seleção natural. 
▪ Observações foram base para a dinâmica ecológica populacional.
▪ Recursos naturais limitados + predação, parasitismo e fatores abióticos 
regulam o tamanho das populações.
▪ Crescimento exponencial:
Crescimento de uma população de 
bactérias (Escherichia coli) em 
laboratório
Crescimento de Populações
Dinâmica de Populações
• Crescimento logístico:
• Equação de Verhulst-Pearl (1920)
• Curva em forma de S – curva sigmóide
Crescimento de Populações
Onde:
dN/dt = taxa do aumento da população;
N = tamanho da população;
r = capacidade para o aumento dadas 
as condições ambientais vigentes
(taxa natalidade – taxa de 
mortalidade)
K = capacidade de suporte logístico
dN/dt= rN(1-N/k)
• Crescimento logístico: Equação de Verhulst-Pearl 
(1920)
Crescimento de Populações
Onde:
dN/dt = variação da população no 
tempo;
N = tamanho da população;
r = capacidade para o aumento dadas 
as condições ambientais vigentes
(taxa natalidade – taxa de 
mortalidade)
dN/dt= rN(1-N/k)
Seleção natural
▪ Bacalhau-do-Atlântico (Gadus 
callarias)
▪ Fêmea grande pode produzir mais de 
5 milhões de ovos. 
▪ Predados por invertebrados 
planctônicos e outras espécies de 
peixes. 
▪ Nascidos após a eclosão dos 
poucos ovos não predados, a 
maioria irá morrer antes de 
completar um ano de vida. 
▪ De 5 milhões de ovos liberados 
apenas dois descendentes atingirão 
a fase adulta e se reproduzirão.
Filhotes de tartarugas marinhas – a cada mil somente um chega 
à idade adulta
Fonte: http://ineam.com.br/wp-
content/uploads/2016/02/tartarugas.jpg
Seleção natural – condições para ocorrência
▪ Variabilidade: indivíduos diferentes entre si. Não há intencionalidade ou 
consciência na seleção ambiental.
▪ Hereditariedade: variabilidade deve ser reflexo de variação genética.
▪ Fenótipos definidos por genótipos: prole mais parecida com os pais
▪ Aptidão evolutiva ou fitness: características individuais que são favoráveis à 
sobrevivência e à reprodução em circunstâncias ambientais específicas
▪ Chance de um organismo reproduzir-se e passar adiante seus caracteres
▪ Pode-se avaliar o fitness pelo número relativo de descendentes deixados 
pelo indivíduo
Seleção natural – condições para ocorrência
▪ Aptidão evolutiva ou fitness: 
▪ A seleção natural favorece organismos que apresentam certa 
característica (herdável) que lhes confira maior fitness.
▪ O maior fitness determinado por uma característica é associado a 
condições ambientais específicas.
▪ Exemplo: 
▪ Antílope africano: variabilidade quanto à agilidade no momento da fuga;
▪ Depende da musculatura e do controle neural: expressão de seus genes;
▪ Com leões, os mais lentos serão mais predados. Ao longo de gerações, 
os antílopes mais ágeis sobreviverão e se reproduzirão mais, 
repassando essa característica a seus descendentes;
▪ ao longo de várias gerações de antílopes, a população desses animais 
será constituída basicamente de indivíduos ágeis e velozes.
Melanismo por 
atividade 
industrial: 
seleção natural 
por agentes 
ambientais.
Mudanças 
ambientais 
alteram fitness 
ou valor 
adaptativo
Variações na coloração de mariposas – escurecimento de troncos favorece 
indivíduos escuros.
Fonte: Raven, P.H.; Johnson, G.B. Biology. 6 ed. McGraw-Hill, 2001
Seleção natural – mudança ambiental e 
alteração de fitness
Fonte: Ricklefs. A economia da Natureza
Variabilidade populacional em diferentes níveis biológicos
▪ Variabilidade populacional: principal 
elemento com atuação direta pela seleção 
natural.
▪ Morfológica: 
▪ Animais: variações em tamanho (altura, 
bico, asa, pata), forma, coloração, pelos 
etc
▪ Plantas: altura, DAP, cor, floração, 
frutificação, forma etc.
Variação morfológica intraespecífica em espécie de besouro
Fonte: 
https://beetlesinthebush.files.wordpress.com/2009/01/metaxymorpha-
nigrofasciata.jpg
Variabilidade populacional em diferentes níveis biológicos
▪ Bioquímica: variações em moléculas 
(proteínas).
▪ Humanos: cadeias proteicas da 
hemoglobina (betaglobina) 
hemoglobina A (HbA) ou hemoglobina S 
(HbS) – anemia falciforme
▪ Anemia falciforme e malária
▪ DNA: trechos de DNA podem apresentar 
composição variável de nucleotídeos.
▪ Sítios de restrição: sequências de 
bases nitrogenadas reconhecidas por 
enzimas de restrição
▪ Enzimas de restrição usadas em 
exames de paternidade
Variação morfológica intraespecífica em espécie de besouro
Fonte: 
https://beetlesinthebush.files.wordpress.com/2009/01/metaxymorpha-
nigrofasciata.jpg
Tipos de seleção para características quantitativas
▪ Vários fenótipos diferentes
▪ Números na população se distribuem de 
acordo com uma curva normal. 
▪ Exemplos: tamanho total do organismo, 
o peso corporal, a pigmentação e os 
traços comportamentais.
▪ Herança resultante da interação de 
diversos genes entre si e com o 
ambiente.
▪ Pode ser: direcional, estabilizadora ou 
disruptiva
Fonte: https://3.bp.blogspot.com/-
ZiUeUO33F4Y/VnLluUydNmI/AAAAAAAAA9s/SXqqAdUTSe0/s
1600/Sem%2Bt%25C3%25ADtulo.png
Seleção direcional
▪ Favorece uma das classes 
extremas de fenótipos 
quantitativos em um grupo de 
organismos.
▪ Coloração: mais claros ou 
mais escuros.
▪ Um dos extremos tendem a 
deixar mais descendentes.
Fonte: https://3.bp.blogspot.com/-
ZiUeUO33F4Y/VnLluUydNmI/AAAAAAAAA9s/SXqqAdU
TSe0/s1600/Sem%2Bt%25C3%25ADtulo.png
Seleção direcional
▪ Exemplo: salmões-rosa América do Norte
▪ Pesca, diâmetro da malha seleciona indivíduos maiores.
▪ Peixes adultos menores sobrevivem mais do que peixes adultos maiores.
▪ Um dos extremos tendem a deixar mais descendentes.
Seleção direcional do salmão-rosa no Alto Estreito de Johnston, Canadá. O gráfico registra o decréscimo do peso dos peixes adultos 
pescados ao longo dos anos. Anos ímpares peixes pescados possuem maior peso, consistente com ciclo reprodutivo de dois anos da espécie 
(5 libras = 2,2 kg)
Fonte: RIDLEY, M. Evolução . 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. p. 108.
▪ Tipo de seleção que favorece 
fenótipos intermediários.
▪ Reduz chance de sobrevivência dos 
indivíduos com características 
extremas.
▪ Ex.: camundongos com pelos nem 
muito claros nem muito escuros 
sobrevivem.
Fonte: https://3.bp.blogspot.com/-
ZiUeUO33F4Y/VnLluUydNmI/AAAAAAAAA9s/SXqqAdUTSe0/s1
600/Sem%2Bt%25C3%25ADtulo.png
População após 
seleção
População 
original
Seleção estabilizadora
▪ Exemplo: tamanho de 
recém-nascidos 
humanos (peso ao 
nascer)
Seleção estabilizadora
Seleção estabilizadora sobre o peso de recém-nascidos humanos. Bebês pesando 
em torno de 6 a 8 libras (2,7 a 3,6 kg) têm menos chance de morrer e são a maioria 
ao nascimento que aqueles mais pesados ou mais leves
Fonte: RAVEN. p. H.; JOHNSON, G. B. Biology . 6. ed. Massachusetts: McGraw-Hill, 
2001. p. 435. Adaptado.
▪ Fenótipos intermediários são 
desfavorecidos.
▪ Aumenta chance fenótipos extremos
▪ Contrário da seleção estabilizadora.
▪ Intermediários: poucas chances na 
competição.
Fonte: https://3.bp.blogspot.com/-
ZiUeUO33F4Y/VnLluUydNmI/AAA
AAAAAA9s/SXqqAdUTSe0/s1600/
Sem%2Bt%25C3%25ADtulo.png
Seleção disruptiva
▪ Exemplo: populações de tentilhão africano (Pyrenestes ostrinus).
▪ Alimentam-se de plantas da família Cyperaceae, que produzem sementes duras 
ou macias
▪ Indivíduos com bicos maiores e bicos pequenos são favorecidos a quebrar 
sementes duras e macias. Intermediários: poucas chances na competição.
Seleção disruptiva
(a) Ave de bico grande (à esquerda) e de bico pequeno (à direita). (b) A distribuição dos tamanhos de bico não ocorre como uma curva 
normal típica: há duas médias, uma para bico grande e outra para bico pequeno
Fonte: RIDLEY, M. Evolução . 3. ed.Porto Alegre: Artmed, 2006. p. 94.
Seleção natural: evolução e adaptação
▪ Variações ambientais podem favorecer processos de seleção natural.
▪ Processo evolutivo graças a adaptações
▪ Espécimes melhores adaptados a mudanças e variações ambientais 
tendem a ter maior taxa de sobrevivência e reprodução.
▪ Adaptação já existente nas populações ancestrais, selecionada por um 
agente ambiental
▪ Não possui finalidade em si, não há intencionalidade
▪ Exemplo: pica-pau, bico adaptado. Ele não evolui para isso mas adaptação 
resultante de seleção natural é um exemplo de evolução. 
- Flutuações na população 
de Tentilhões no 
Arquipélago de Galápagos
- Mudanças no tamanho do 
bico em resposta à 
dureza das sementes
- Seleção estabilizadora, 
direcional ou disruptiva? 
Seleção natural
Fonte: Ricklefs. A economia da Natureza
Insetos cochonilha em 
pomares da Califórnia
-Fumigação de gás 
cianeto
- Mudança evolutiva para 
resistência ao gás
Seleção natural
Fonte: Ricklefs. A economia da Natureza
Grilos cantantes X grilos calados – Havaí
- Teleogryllus oceanicus
- Mosca parasitóide exótica: Ormia ocharacea
- Mosca depositam larvas atraídas pelo canto
- Número de indivíduos calados, predomina sobre cantantes
Seleção natural
Fonte: Ricklefs. A economia da Natureza
▪ Influência da herbivoria/predação na estrutura de 
comunidades:
▪ Efeito da predação: 
Seleção natural - Coevolução
✓Populações de duas ou mais espécies interagem:
✓Cada uma pode desenvolver uma resposta àquelas
características da outra que afetam o ajustamento individual;
✓ Fitness
✓As respostas desenvolvidas são recíprocas;
✓Adaptações numa população promovem a evolução de
adaptações na outra;
Seleção natural - Coevolução
Seleção natural: novas variantes fenotípicas
▪ Mutações: fenômenos responsáveis 
por gerar mudanças genéticas nas 
espécies.
▪ Eventos aleatórios que podem 
ocorrer em qualquer parte do 
genoma. Não há finalidade!
▪ Induzida ou não por agentes 
ambientais.
▪ Pode comprometer sobrevivência do 
indivíduo mutante.
Fonte: http://www.ib.usp.br/evosite/evo101/images/dna-
mutation.gif 
http://farm4.static.flickr.com/3443/3975629232_746e5779db.jp
g
Seleção natural: resistência bacteriana
▪ Antibióticos: compostos químicos 
usados no combate a infecções.
▪ Agem em diversos locais da célula 
bacteriana (parede celular, 
ribossomos etc.) 
▪ Criados e aplicados em larga 
escala: fim da guerra às infecções 
bacterianas?
Fonte: http://imcf.com.br/wp-
content/uploads/2014/12/lainfo.es-5832-
bacteria2.jpg
Seleção natural: resistência bacteriana
▪ Bactérias: ocorrências de mutações aleatórias originaram resistência à 
antibióticos.
▪ Milhares de novos indivíduos em horas
▪ Bactérias mutantes não necessariamente se sobressaem as não mutantes
▪ Agente ambiental, antibióticos, cria mudança que favorece as mutações
▪ Mutantes passam a ter maior fitness
▪ Hereditariedade: características mutantes são passadas aos descendentes.
▪ Resistência bacteriana a antibióticos resulta de um processo adaptativo.
▪ É comum dizer que a bactéria adquiriu resistência ao medicamento. O que 
significa adquirir algo? A bactéria, de fato, contraiu resistência? 
Seleção natural: recombinação genética e variabilidade
▪ Fenótipos morfológicos: diferentes possibilidades de mistura de alelos 
(recombinação).
▪ Características morfológicas são quantitativas: seu mecanismo de herança 
é poligênico
▪ Diferentes possibilidades de mistura de alelos contribuintes e não 
contribuintes nos gametas, ou seja, da recombinação genética
Seleção natural: recombinação genética e variabilidade
▪ Exemplo: estatura humana.
▪ Filhos de um mesmo casal podem 
apresentar grandes diferenças na 
estatura.
▪ Combinação de alelos paternos e 
maternos nem sempre é a mesma.
▪ Em condições seletivas, 
combinações favoráveis tornam-se 
bem mais frequentes na população 
do que antes da seleção.
Fonte: 
http://www.abc.es/Media/201009/29/altura1--
478x340.JPG
Seleção natural: aleatoriedade das mutações e recombinação genética
▪ Surgimento de novas variedades biológicas são aleatórias, não previsíveis, 
seleção natural incidente sobre as populações não!
Fonte: livro-texto
Adaptação e evolução adaptativa
▪ Adaptação: diferentes significados 
em biologia.
▪ Contexto fisiológico: ajustes nos 
indivíduos em resposta a variações 
ambientais.
▪ Plasticidade fenotípica
▪ Ex.: alterações volumétricas na 
musculatura em resposta ao 
exercício físico.
▪ Adaptabilidade: resposta orgânica 
ou comportamental a uma situação 
de estresse ambiental.
▪ Adaptações não herdáveis.
Processo de hipertrofia muscular
Fonte: http://bioecoesportes.com.br/wp-
content/uploads/2016/02/masa-muscular.jpg
Adaptação e evolução adaptativa
▪ Exemplo: ajuste que ocorre no corpo de pessoas recém-chegadas a uma 
região de altitude muito elevada. 
▪ Nas grandes altitudes, a pressão atmosférica é baixa e baixa a 
quantidade de oxigênio disponível no ar. 
▪ Policitemia: aumento da produção de hemácias no organismo 
▪ Com o aumento da quantidade de hemácias no sangue, eleva-se 
também a taxa de hemoglobina e, com isso, há uma maior capacidade 
de transporte de oxigênio pelo sangue.
▪ Adaptabilidade: flexibilidade biológica. As modificações fisiológicas 
decorrentes da interação do organismo com o ambiente deixam de existir 
quando o estresse ambiental é interrompido - Aclimatação
Adaptação no contexto genético-evolutivo
▪ Em biologia evolutiva, adaptação pode 
assumir tanto o significado de 
processo quanto o de estrutura.
▪ Processo evolutivo: desenvolvimento 
de características que implicam 
maiores chances de sobrevivência por 
seleção natural.
▪ Estrutura: característica biológica em 
si, como o bico de uma ave ou a 
camuflagem de um inseto: implica 
maior chance de sobrevivência.
Fonte: http://metropolerevista.com.br/wp-
content/uploads/2014/01/louva_a_deus_orquidea_01.jpg
http://floresrinaldi.com.br/wp-content/uploads/2013/10/Mini-
Orqu%C3%ADdeas-1000x380.jpg
▪ Mimetismo: adaptação que torna um 
organismo semelhante a outro ou aspectos 
do ambiente.
▪ Nem todas as espécies de louva-a-deus 
terão a coloração idêntica à da orquídea 
(variações).
▪ Outras estruturas como pernas raptoriais
potentes para captura de presas.
▪ Processo evolutivo guiado por variabilidade 
genética, seleção natural e adaptação.
Fonte: 
http://www.newsmax.com/Newsmax/files/a5/a549d09d
-cda0-4349-93f9-97d9e7a8cfa4.jpg
Adaptação no contexto genético-evolutivo
✓ Mimetismo
✓ Espécie se parece com outro de espécie diferente
✓ Estratégias para defesa ou ataque
Imitam os olhos de um predador 
(Coruja)
Aranha imita uma formiga
Adaptação no contexto genético-evolutivo
✓Disfarce em relação ao meio em que vive
✓Homocromia: 
✓O ser vivo imita a cor do meio em que vive para se 
esconder ou atacar uma presa.
Louva-deus
Camaleão ou Sinimbu (Iguana 
iguana)
Adaptação no contexto genético-evolutivo
✓Disfarce em relação ao meio em que vive
✓Homotipia: 
✓O ser vivo se assemelha à forma apresentada pelo meio 
em que vive (disfarce)
Bicho-pauLagarto Stenocercus fimbriatus
Adaptação no contexto genético-evolutivo
✓Aposematismo:
✓Produzem químicos nocivos ou os acumulam a partir dos alimentos, e
anunciam o fato com um padrão de cor notável;
✓Colorações de advertência para possíveis predadores;
Cobra coral verdadeira Dendrobatídeo Adelphobates 
quinquevittatus
Adaptação no contexto genético-evolutivo
▪ Alelopatia: é o tipo de adaptação apresentado por algumas espécies 
vegetais
▪ Caracterizado pela liberação de compostos químicos que impedem 
outras plantas de crescerem ao seu redor. 
▪ Redução da competição com outras plantas pelos mesmos recursos do 
solo. 
▪ O eucalipto é um exemplo de planta que possui esse tipo de adaptação.
▪ Antibiose/antagonismo/amensalismo
Adaptação no contexto genético-evolutivo
▪ Antibiose/antagonismo/amensalismo
Adaptaçãono contexto genético-evolutivo
▪ Ecolocalização: adaptação que permite a alguns animais explorar o ambiente 
pela captação dos ecos produzidos pela emissão de sons agudos. 
▪ Os morcegos são animais que dependem da ecolocalização para, por exemplo, 
capturar pequenas presas, como insetos.
▪ Existe alguma evolução que não seja adaptativa????
Fonte: SADAVA, D. E.; et al . Life : the science of biology. 10. ed. Sunderland: Sinauer 
Associates, 2014. p. 472.
Adaptação no contexto genético-evolutivo
Evolução sem processos adaptativos
▪ Exaptação: característica sem função 
original ou que evoluiu com uma 
determinada função mas que exerce 
outra função atualmente.
▪ Cooptada para nova função
▪ Ex.: penas de aves.
▪ Atual voo, origem penas não
▪ Logo, pena não é uma adaptação 
quanto ao voo, mas uma exaptação
Folhas de Dionaea muscipula adaptadas para captura de 
presas também realizam fotossíntese
Fonte: http://giardino-piante-fiori.lacasagiusta.it/wp-
content/img/dionea01.jpg
Evolução sem processos adaptativos
▪ Adaptacionismo: visão em que todas as características de um
organismo se estabelecem por processos adaptativos. Perdura até
déc. de 1970.
▪ Neutralismo: algumas características não tem relação com seleção
natural, portanto, com evolução: cor do sangue, variações em
aminoácidos de algumas enzimas etc