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Evidências da evolução ! Criacionismo: defende a criação divina dos seres vivos ⁃ Fixismo: os seres não mudam ao longo do tempo ⁃ Essencialismo: os seres vivos são caracterizados por uma essência própria, imutável e universal "As variações entre os indivíduos de uma espécie são entendidas como acidentais ou imperfeições #$%%&'%( ! Indícios da presença de organismos que viveram em tempos remotos na Terra ⁃ Impressões deixadas: pegadas de animais extintos e impressões de folhas, de penas de aves extintas e da pele dos dinossauros ⁃ Corpos fossilizados (encobertos por camadas de sedimento) ・Qualquer estrutura que sobrou do organismo após sua morte Fossilização ! Morte de um organismo: deposição sobre o solo + decomposição + fossilização ! As camadas de sedimento depositam-se sobre as outras ⁃ Camadas mais inferiores: são se formaram primeiro e são mais antigas = os fosseis nelas correspondem a organismos que viverem em tempos mais remotos ⁃ Inversão das camadas: devido a movimentação da crosta terrestre, podem sofrer dobramento, quebras ou ser removidas pela ação erosiva dos ventos e da água = as camadas e os fosseis mais antigos acabam ficando na parte superior Importância ! Conhecer organismos que viverem em épocas remotas da Terra, sob condições ambientais distintas da atualidade ! Comprova que o planeta foi habitado por organismos diferentes dos atuais ! Comprova que os organismos tem semelhança com espécies recentes, fornecendo indícios de parentesco evolutivo ! Considerados testemunhos da evolução )*+*,*-'.( ! Atenção: nos estudos de parentesco evolutivo, devem ser considerados nas comparações apenas caracteres homólogos Divergência evolutiva e irradiação adaptativa ! Irradiação adaptativa: formação de varias espécies, adaptadas a ambientes diferentes, sendo todas originarias de um ancestral comum = parentesco evolutivo ! Estruturas ou órgãos homólogos: derivam de estruturas já existentes em um ancestral comum exclusivo = mesma origem embrionária ⁃ Podem ou não estar modificadas para exercer a mesma função ・ Ao longo do tempo o ancestral comum originou espécies que se modificaram profundamente, mas que mantiveram uma semelhança anatômica ‣ Exemplo: \ Derivam dos ossos dos membros anteriores presentes no grupo ancestral que deu origem aos mamíferos, mas não desempenham a mesma função Evolução convergente e convergência adaptativa ! Convergência adaptativa: ancestrais diferentes, vivendo em um mesmo ambiente, passam por processos semelhantes de seleção natural = com o tempo, tornam-se semelhantes em alguns aspectos ! Estruturas ou órgãos análogas: não derivam de modificações de estruturas semelhantes já existentes em um ancestral comum exclusivo = origem embrionária diferente, mas desempenham a mesma função ⁃ Semelhantes apenas quanto à função devido à adaptação a uma condição ecológica semelhante ‣ Exemplos: nadadeiras do peixe e da baleia, asas do inseto e do pássaro, espinho do limoeiro e acúleo da roseira \ Ambas desempenham a função do voo, mas não são derivadas das mesmas estruturas presentes em um ancestral comum exclusivo entre aves e insetos /0-1*%(2&%3'-'.'%( ! Em alguns organismos, são de tamanho reduzido ou atrofiado, mas em outros organismos, são maiores ou mais desenvolvidos ‣ Exemplo: o apêndice vermiforme ou apêndice cecal \ Homem e animais carnívoros: tamanho reduzido \ Animais herbívoros: estrutura bem desenvolvida; é importante no processo de digestão da celulose, realizada por microrganismos que vivem no apêndice 42'5678'.%(+*,&89,.0&%( ! Genes: trechos de moléculas de DNA que são transcritos em moléculas de RNA, que podem ser traduzidas em proteínas : DNA + RNA + proteínas = moléculas presentes em todos os seres vivos ! Grau de proximidade evolutiva entre as espécies: estabelecido ao comparar as sequencias de bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos ou as proteínas de diferentes espécies de seres vivos 4+;0'*,*-'.(8*+<.0.5.( ! Grande semelhança no padrão de desenvolvimento inicial na embriologia de diversos vertebrados ⁃ À medida que o embrião se desenvolve, surgem características individualizantes e as semelhanças diminuem → Conclusão: quanto mais diferentes são os organismos, menor é a semelhança no desenvolvimento embrionário Adaptação ! Capacidade dos indivíduos de se adequarem as mudanças ambientais ou até um novo ambiente ! Conjunto de características estruturais, fisiológicas e comportamentais que podem determinar a sobrevivência e a reprodução de uma espécie em seu ambiente ='<*%(5&(.5.<3.>?&%( Mimetismo ! Capacidade de uma espécie de se assemelhar a outra, animal ou vegetal → Vantagem: proteção contra predadores para um ou ambos os organismos e na predação e em ação de parasitismo, confundindo-se com o ambiente ou se passando por uma espécie que não oferece perigo → Mimetismo batesiano: o mimetismo é inofensivo, sendo protegido contra predadores pela sua similaridade com o modelo ⁃ Apenas uma das espécies é prejudicial, impalatável → Mimetismo Mulleriano: ambas as espécies são impalatáveis aos predadores e ganham mutualmente por terem a mesma coloração de aviso, uma vez que os predadores aprendem a evitá-las após saborear uma delas Camuflagem ! Adaptação que dificulta o risco de detecção: o animal confunde- se com o ambiente em que vive ! Vantagem: se proteger contra predadores e não ser detectado por potenciais presas Coloração de advertência ! Coloração intensa e diversificada ! Os predadores os evitam, pois pode ser uma advertência de que podem ser perigosos As teorias evolutivas @.+.08A'%+*( ! Defende que as espécies são descendentes de outras espécies Lei do uso e desuso ! Uso de partes do corpo = faz com que elas se desenvolvam ! Desuso de partes do corpo = faz com que elas se atrofiem ‣ Exemplo: estruturas de um coelho ・Mais utilizadas: orelhas e patas traseiras = fuga de predadores ・Pouco/nada empregadas: dentes caninos = dieta a base de plantas Lei da herança dos caracteres adquiridos ! As mudanças do organismo através do uso e desuso seriam transmitidas aos descendentes \ Ao longo de várias gerações, haveria um aumento gradual das orelhas e patas traseiras dos coelhos, enquanto seus dentes caninos desapareceriam ! Se um organismo tivesse a vontade ou a necessidade de mudar ao longo da vida, e mudasse para se adaptar ao ambiente, essas mudanças seriam transmitidas para sua prole (descendentes) \ Exigência ambiental ⇢ necessidade de adaptação (o meio causa a variação) ! Exemplos: ⁃ Girafa: adquiriu pernas anteriores mais longas que as posteriores e o pescoço alongado para alcançar alimentos no alto das arvores, além de enxergar os predadores a distância ⁃ Aves aquáticas: se tornaram pernaltas devido ao esforço que faziam para esticar as pernas e evitar molhar as penas durante a locomoção na água ‣ Na época, os conhecimentos de genética eram rudimentares ・Lamarck não explicou como ocorreria o processo da herança ‣ Com o desenvolvimento da genética, foi esclarecido que não se dá a transmissão de características adquiridas durante a vida \ Uma pessoa que pratica atividade física terá a musculatura mais desenvolvida, mas essa condição não é transmitida aos descendentes \ Se um homem tiver um órgão amputado, seu filho não virá sem esse órgão B.0C'7'%+*(D(3&*0'.(5.(%&,&>1*(7.390.,( Ideias de Darwin com base em Malthus ! As populações têm maior capacidade de crescer por reprodução do que o meio tem de sustentar esse aumento no numero de indivíduos ⁃ Consequência: muitos não conseguem sobreviver, pois não há recursos necessários para todos ⁃ Solução: crescimento controlado por limites impostos pelo meio ・O ambiente seleciona naturalmente os indivíduos com características que lhes conferem maiores chances de sobrevivência e sucesso reprodutivo em uma condiçãoambiental 1. Falta de recursos 2. Competição 3. Fator limitante do ambiente 4. Indivíduos com características mais vantajosas para determinado ambiente tem mais chances de sobreviver 5. Indivíduos se reproduzem e passam as características vantajosas aos descendentes A origem das espécies por meio da seleção natural ! Todos os organismos descendem, com modificações, de ancestrais comuns ! A seleção natural atua sobre as variações individuais, favorecendo as mais aptas a diferentes modos de vida ! Seleção artificial: seleção de indivíduos, para a reprodução, que tenham características vantajosas para determinado proposito humano, e que devem ser mantidas na prole (reprodução seletiva) \ Surgimento de raças de animais e variedades de plantas pelo ser humano Observações sobre a seleção natural ! Mecanismo evolutivo: não tem finalidade ou intensão ⁃ O processo é uma descendência com modificação, e não uma evolução, progresso ou aperfeiçoamento : As mudanças de um individuo ao longo da vida não tinham relação com os seus desejos e vontades ! Não ocorre aleatoriamente: as variedades fenotípicas que são positivamente selecionadas são aquelas que aumentam a chance de sobrevivência e de sucesso reprodutivo \ Diferente da mutação e da recombinação ! Organismos da mesma espécie podem ser diferentes, e essas variações os ajudariam a sobreviver no ambiente em que vivem ‣ Exemplo: ・Elefantes que possuíssem troncos longos sobreviveriam e se reproduziriam, transmitindo os caracteres aos descendentes ・Elefantes de tronco curto morreriam, sem transmitir esse traço a prole Tipos de seleção natural ! Estabilizadora: favorecimento do fenótipo intermediário, com eliminação dos extremos (ex. indivíduos com anemia falciforme em áreas em que a malária está presente) ! Direcional: favorecimento de 1 fenótipo extremo em detrimento dos outros, que são eliminados (ex. resistência a antibióticos e o melanismo industrial) ! Disruptiva: favorecimento dos fenótipos extremos, com diminuição progressiva dos intermediários E&*5.0C'7'%+*F(.(3&*0'.(%'73G3'8.(5.(&2*,9>1*( ! Seleção natural + contribuições da genética, da paleontologia e da sistemática Mutação ! Uma das fontes primarias de variabilidade ! Ocorrem por acaso (favoráveis, desfavoráveis ou indiferentes) ! Por seleção natural, tendem a ser mantidas quando adaptativas (seleção positiva) ou eliminadas em caso contrário (negativa) ⁃ As características são determinadas por genes ⁃ Inicialmente, uma população apresenta uma maior frequência ou porcentagem de determinado gene; no final, pode passar a ter maior frequência de outro gene ・“A evolução corresponde a uma alteração na frequência dos genes de uma população” ! Melanismo industrial – as mariposas de Manchester: ⁃ Variabilidade: existência de mariposas claras e escuras ⁃ Seleção natural: pássaros + troncos claros ou escuros "Bosques abrigam pássaros predadores de mariposas "Antes da industrialização: bosques com aspecto claro (troncos de arvores recobertos por liquens) "Industrialização: a poluição matou os liquens e escureceu os bosques (fuligem liberada na queima do carvão) ⁃ Adaptação: em ambiente claro, as mariposas claras são menos predadas e predominam na população; quando o ambiente se torna escuro pela poluição, as mariposas escuras são menos visíveis e tornam-se mais abundantes ! Bactérias resistentes a antibióticos: ⁃ Uma indústria farmacêutica lança um novo tipo de antibiótico para tratar uma doença bacteriana ⁃ Entre as bactérias, surgem indivíduos mutantes que são resistentes aos antibióticos e, com o tempo, passam a predominar ⁃ O produto apresenta alta eficiência durante um tempo e, posteriormente, acaba perdendo sua eficácia Recombinação genética ou crossing-over ! Maneira pela qual a variabilidade genética de uma população pode aumentar sem adição de genes novos, produzidos por mutação ou por imigração de indivíduos de outras populações ! Gametogênese: a célula germinativa diploide sofre meiose, produzindo quatro gametas haploides, que contem um cromossomo de cada par de homólogos ⁃ Os cromossomos segregam-se independentemente, possibilitando grande número de combinações entre eles, dando origem a vários tipos de gametas "Numero de tipos diferentes de gametas produzidos por um individuo haploide = 2n (n = lote haploide de cromossomos) \ Espécie humana: n = 23 \ Número de gametas diferentes produzidos por um individuo: 223 = 2388608 \ Número de encontros possíveis entre os gametas na fecundação: (2388608)2 = 70 trilhões ⁃ Conclusão: a probabilidade de dois irmãos gerados de zigotos distintos serem iguais é praticamente nula ! Permutação: troca de segmentos entre cromossomos homólogos na meiose ⁃ A variabilidade genotípica aumenta, pois podem-se estabelecer novas combinações entre os genes e há aumento do número de gametas diferentes \ Atenção: translocação é a troca de segmentos entre cromossomos não homólogos (não confundir!) ! Autofecundação: união de gametas masculinos e femininos produzidos pelo mesmo individuo ! Fecundação cruzada: união entre gametas de indivíduos diferentes, mas da mesma espécie ⁃ Maiores possibilidades de aumentar a variabilidade genética sem adição de genes novos por mutação genica ou imigração ! Vantagem do aumento da variabilidade genética: maior chance de sobrevivência da população em caso de modificações do meio ⁃ Ao longo da evolução dos hermafroditas surgem mecanismos que dificultam a autofecundação e favorecem a fecundação cruzada, possibilitando o aumento da variabilidade genética Migração ! Processos de entrada (imigração) ou saída (emigração) de indivíduos de uma população, geralmente associada à busca por melhores condições de vida ! Permite que se estabeleça fluxo gênico entre populações distintas, diminuindo as diferenças genéticas entre elas ! Imigração: chegada de novos indivíduos pode introduzir novos genes na população, aumentando a sua variabilidade genética ⁃ Populações grandes: geralmente não apresentam alterações significativas nas frequências de alelos ⁃ Populações pequenas: pode alterar significativamente a frequências de alelos ! Emigração: saída de novos indivíduos pode reduzir a variabilidade genética da população Seleção natural ! Atua sobre fenótipos (interação entre genótipos e o meio) ! O ambiente não é estável: diferentes pressões seletivas na população = a variabilidade genética sofre menor redução ⁃ Evita a eliminação de fenótipos que, em um ambiente constante e estável, não seriam mantidos por serem pouco adaptativos ! Exemplo: ⁃ Anemia falciforme ou siclemia: um alelo condiciona a formação de moléculas anormais de hemoglobina ・Condições normais: a anemia falciforme sofre forte efeito seletivo negativo, ocorrendo com baixa frequência nas populações ・Regiões da África: vantagem adquirida pelos indivíduos heterozigotos para a anemia falciforme, pois essa condição os torna mais resistentes a malária (o organismo que causa essa doença não completa o ciclo em hemácias falciformes) \ Os heterozigóticos apresentam, sob essas condições ambientais, vantagem adaptativa, propiciando alta taxa de um alelo letal na população Deriva genética ! Processos aleatórios que reduzem a variabilidade genética de uma população sem relação com a adaptabilidade dos indivíduos ⁃ Populações pequenas: efeitos mais evidentes, pois, em algumas gerações, certas variações podem sumir e outras podem aumentar de frequência ! Efeito gargalo: redução de uma população inicial a uma ou mais populações pequenas devido a um efeito catastrófico ⁃ A variabilidade genética das populações resultantes provavelmente não será a mesma da população original ‣ Exemplo: 1. Em uma população inicial grande, os alelos A e a ocorrem em igual porcentagem (50% cada um) 2. A população, por algum fator ambientalao acaso, é dividida em três populações menores 3. Nas populações resultantes há diferenças nas proporções entre os alelos ! Principio do fundador: estabelecimento de uma nova população por pouco indivíduos que emigram de uma população original ⁃ Os indivíduos são portadores de pequena fração da variabilidade genética da população de origem e/ou de uma amostra não aleatória dos genes da população original ⁃ Novos alelos podem surgir por mutação ou por uma nova onda imigratória ⁃ Essa pequena população sofre efeitos da seleção natural, podendo dar origem a uma nova espécie Especiação ! Espécie: conjunto de organismos semelhantes, com capacidade potencial de se reproduzir em condições naturais, gerando descendentes férteis = capacidade potencial de trocar genes Anagênese X Cladogênese ! Anagênese: progressiva evolução de caracteres que surgem ou se modificam, alterando a frequência genética de uma população ⁃ Inovação orgânica, favorável ou desfavorável, selecionada e adaptada ao ambiente ! Cladogênese: ramificação filogenética, ocasionando a ruptura na coesão de uma população ⁃ Em função de contínuas transformações anatômicas e funcionais, em resposta a condições ambientais, resultam na dicotomia (separação) da população, estabelecendo diferenças capazes de originar clados não compatíveis 4%<&8'.>1*(.,*<H30'8.(*9(-&*-0HI'8.( \ Prefixo “alo” = diferente, separadp ! Isolamento geográfico em territórios diferentes, graças ao isolamento físico provocado por barreiras geográficas/ecológicas ⁃ Refúgio: quando as barreiras são muito grandes e as áreas de sobrevivência são relativamente muito pequenas ! A permanência de indivíduos da população inicial fica impossível ! Cruzamentos entre os membros deixam de ocorrer: as barreiras ecológicas impedem a troca de genes entre os indivíduos das populações por elas separadas ⁃ Tendencia: progressiva diversificação do conjunto gênico das populações distintas ・Novos alelos surgidos em uma das populações não são transmitidos para a outra ・As condições do ambiente nas áreas separadas determina diferentes pressões seletivas ! Barreiras deixam de existir e as populações entram em contato: ⁃ Espécies distintas: as diferenças acumuladas foram suficientes para impedir o cruzamento entre os indivíduos das populações ⁃ Mesmas espécies: as diferenças acumuladas não foram suficientes para impedir o cruzamento entre os indivíduos das populações = há fluxo gênico entre as populações Etapas da especiação ! Isolamento geográfico: população dividida em dois grupos através de uma barreira física (rio, deserto, cadeia de montanhas), impedindo a troca de genes entre os dois grupos ! Diferenças no ambiente (umidade, relevo, vegetação): surgem diferentes tipos de mutantes em cada grupo, que sofrem atuação da seleção natural especifica em cada local ⁃ Mutantes com características favoráveis sobrevivem e se reproduzem e, depois de muitas gerações, o gene mutante pode predominar no grupo ! Formação de novas raças ou subespécies: apesar das diferenças, os organismos apresentam ainda capacidade potencial de cruzamento e de formação de descendentes férteis ! Aumento das diferenças com mais mutações submetidas à seleção natural própria de cada ambiente ! Isolamento reprodutivo: as populações entram em contato, mas são incapazes de gerar descendentes férteis Especiação peripátrica ! Tipo especial de especiação alopátrica ! Uma das populações isoladas é bastante menor do que a outra ! Principio fundador: importante já que trata-se de uma população pequena (as populações sofrem frequentemente o efeito gargalo) 4%<&8'.>1*(%'+<H30'8.( \ Prefixo “sim” = junto ! Aparecimento da nova espécie no mesmo território da espécie ancestral = gradativamente sem isolamento geográfico ! Duas populações de mesma espécie vivem em uma mesma área, mas não há cruzamento entre as duas, resultando em diferenças que levarão a especiação \ Pode ocorrer pelo fato de os indivíduos explorarem outros nichos ! A espécie se modifica em função das mudanças das variações de frequências genicas para adaptar-se as mudanças ambientais, ate gerar uma nova espécie que passa a conviver no mesmo ambiente \ Uma modificação genética faz com que alguns indivíduos passem a explorar um nicho diferente ! Seleção disruptiva: favorecimento de indivíduos com fenótipos extremos para uma característica leva a diferenciação de conjuntos gênicos distintos dentro da mesma população ⁃ Eventualmente, provoca o isolamento reprodutivo Poliploidia ! Autopoliploidia: acréscimo de cromossomos da própria espécie ⁃ Mitoses anômalas na primeira divisão do zigoto ou ⁃ Meiose anômala na formação dos gametas = gametas diploides "Fecundado por gameta haploide = individuo triploide "Fecundado por gameta diploide = individuo tetraploide ⁃ Autopoliploides com número ímpar de lotes de cromossomos: geralmente estéreis = problemas de emparelhamento na meiose ⁃ Autopoliploides com número par de lotes de cromossomos: em geral, são férteis ‣ Plantas: os autopoliploides normalmente apresentam fenótipos mais desenvolvidos que os indivíduos diploides ! Alopoliploidia: fecundação entre gametas de espécies diferentes ⁃ Origina híbridos geralmente estéreis por problemas de emparelhamento na meiose "Ocasionalmente, pode apresentar uma mitose anômala: o numero de cromossomos é duplicado sem ocorrer divisão celular = cada cromossomo terá um homologo originado de sua autoduplicação e o individuo formado deixará de ser estéril Especiação parapátrica ! Em uma área geográfica contínua na qual as espécies divergentes apresentam distribuições adjacentes ! Nichos neste habitat podem estar diferenciados ao longo de um gradiente ambiental, impedindo fluxo gênico ⁃ Indivíduos mais distantes: não se reproduzem entre si ⁃ Indivíduos “intermediários”: geram híbridos inférteis J%*,.+&73*(0&<0*593'2*( ! Presente em indivíduos pertencentes a espécies diferentes Mecanismos pré-zigóticos ! Não se cruzam : Isolamento estacional: diferenças nas épocas reprodutivas : Isolamento de habitat ou ecológico: ocupação diferencial de habitats : Isolamento etológico: diferentes padrões de comportamento de acasalamento (produção e recepção de estímulos que levam os machos e as fêmeas à reprodução) : Isolamento mecânico: diferenças nos órgãos reprodutores, impedindo a copula (incompatibilidades anatômicas) : Mortalidade gamética: fenômenos fisiológicos que impedem a sobrevivência de gametas masculinos de uma espécie no sistema genital feminino de outra espécie Mecanismos pós-zigóticos ! Cruzam-se, mas não geram descendentes viáveis ou férteis \ Exemplo: cruzamento entre jumento e égua, podendo ter descendentes estéreis machos (burros) ou fêmeos (mulas), constituindo híbridos interespecíficos : Mortalidade do zigoto: desenvolvimento embrionário irregular : Inviabilidade do hibrido: é menos eficiente na obtenção de recursos e no sucesso reprodutivo : Esterilidade do hibrido: presença de gônadas anormais ou problemas decorrentes de meiose anômala Genética de populações ! População em evolução: a frequência genica sofre alteração (alguns genes aumentando e alguns desaparecendo) \ Pool gênico: patrimônio genético de uma população ⁃ Fatores que alteram a frequência genica: mutações, crossing- over, migração, seleção natural e deriva genética Frequências alélicas e frequências genotípicas ! Composição genética de uma população: conhecida a partir do calculo de frequências de alelos e frequências de genótipos ! Exemplo: : Calculando a frequência dos alelos A ou a nessa população: "Calculando a frequência dos alelos A: \ O número total de alelos na população para esse loco é 24000, pois são 12000 indivíduos diploides, cada um com dois alelos para o loco em questão "Calculando a frequência relativa dos alelosA: "Calculando a frequência dos alelos a: "Calculando a frequência genotípica: Teorema Hardy-Weinberg ! Equilíbrio genético: as frequências alélicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações ! O teorema é valido para as populações: ⁃ Infinitamente grandes ⁃ Com cruzamento ao acaso (panmítica) ⁃ Isentas de fatores evolutivos (mutação, seleção natural, migrações e deriva) ! É possível estimar frequências alélicas e genotípicas ao longo das gerações e compará-las com as obtidas na pratica ⁃ Se os valores observados são significativamente diferentes dos valores esperados, os fatores evolutivos estão atuando sobre essa população e ela está evoluindo ⁃ Se os valores não diferirem significativamente, a população está em equilíbrio e não está evoluindo ! Exemplo: ⁃ p: frequência de gametas portadores do alelo A ⁃ q: frequência de gametas portadores do alelo a ⁃ Genótipos possíveis: AA, Aa e aa ⁃ Frequências genotípicas em cada geração: "AA: a probabilidade de um ovulo portador do alelo “A” ser fecundado por um espermatozoide portador do alelo “A” é pxp=p2 "aa: a probabilidade de um ovulo portador do alelo “a” ser fecundado por um espermatozoide portador do alelo “a” é qxq=q2 "Aa: a probabilidade de um ovulo portador do alelo “A” ser fecundado por um espermatozoide portador do alelo “a” é pxq=pq "Aa: a probabilidade de um ovulo portador do alelo “a” ser fecundado por um espermatozoide portador do alelo “A” é qxp=qp
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