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Evolução e biodiversidade Objetivos instrucionais • Ao final dessa aula, você deverá ser capaz de: 1. Compreender como a evolução por seleção natural pode ocorrer e gerar novas espécies 2. Identificar os principais componentes da biodiversidade como parte do capital natural The entangled bank “Estou tentado a dar mais de um exemplo mostrando como as plantas e animais mais remotos na escala da natureza estão vinculados por uma rede de complexas interações” (Darwin, 1859) Humanos modernos (Homo sapiens) aparecem aprox. 2 segundos antes da meia noite A história humana que se tem registro parece ¼ de segundo antes da meia noite Origem da vida (3,6 e 3,8 bilhões de anos atrás) Evolução química – compostos inorgânicos simples da atmosfera produzindo aminoácidos, açucares e outras moléculas orgânicas simples Evolução MICROEVOLUÇÃO Conjunto de genes sofrem alterações com o passar do tempo à medida que mudanças no DNA são passada para descendentes MACROEVOLUÇÃO Mudanças evolutivas de larga escala e de longo prazo (espécies surgindo a partir de ancestrais e desaparecendo) Microevolução • Conjunto de genes (gene pool): conjunto de genes de uma população • Variabilidade genética pode ser gerada por mutações • O DNA pode sofrer alterações que levam a diversas mudanças genotípicas • Consequência: mudanças na expressão de características • Mutações: mudanças ALEATÓRIAS no DNA • Causas internas e externas • Adaptações estruturais, fisiológicas, comportamentais, etc. A luta pela sobrevivência • O caso do bacalhau do Atlântico • Aproximadamente 99% dos ovos morrem no primeiro mês de vida • Dos sobreviventes, 90% morrem antes de adultos A luta pela sobrevivência • Em média, apenas 2 indivíduos/fêmea são bem sucedidos – Reprodução depende de dois indivíduos – Mais do que 2 aumento exponencial da população e menos leva ao declínio populacional • Fato: todos as espécies produzem uma prole maior do que o N° de indivíduos que vai sobreviver. Por que? R: Recursos são limitados e não sustentam toda a prole Conclusão... Os organismos produzem uma prole maior do que é capaz de sobreviver Recursos são limitados na natureza Apenas os competidores mais eficientes são capazes de sobreviver Seleção natural Seleção natural • Mudança na frequência de alelos de uma população, ao longo das gerações, devido a reprodução e sobrevivência diferenciados Valor adaptativo / aptidão (fitness) • Contribuição média de um genótipo para a próxima geração (em comparação com outros) • Alguns componentes: – Capacidade de acasalamento – Fertilidade – Fecundidade – Sobrevivência • Quanto maior o valor adaptativo maior a probabilidade de ser passado para a geração seguinte, desde que... Sobrevivência e reprodução O caso dos tentilhões de Darwin Condições para a seleção natural 1. Variabilidade genética 2. Reprodução diferencial: novas gerações e reproduz mais que a média da população (caractere adaptativo) 3. Hereditariedade: caracteres mantidos ao longo das gerações Condições para a seleção natural Variação entre caracteres Variação na aptidão dos caracteres Reprodução diferenciada = aumento da frequência Caracteres adaptativos herdáveis Seleção natural gerou ADAPTAÇÃO Evolução em pequena escala • Mariposa Biston betularia – Formas melânicas e serapintadas – Na revolução industrial o padrão mudou – Valores adaptativos diferentes para ambientes distintos – Mudança na frequência gênica Evolução em pequena escala • Resistência de insetos a inseticidas • Resistência de doenças a medicamentos • Plantas transgênicas e áreas de refúgio Reprodução experimental da evolução • Seleção forçada na agricultura • Características desejáveis • Vídeos: skin color evolution: https://www.youtube.com/watch?v=_r4c2NT4naQ&index=66 &list=LLc0U47p_gDlyPOevuOqoA3g • What fruits and vegetables looked like before we domesticated them: https://www.youtube.com/watch?v=EkJnOWGCejQ&index=62 &list=LLc0U47p_gDlyPOevuOqoA3g Seleção artificial Macroevolução • Os processos microevolutivos geram adaptações • Acúmulo de diferenças ao longo do tempo • Seleção natural atua sobre os indivíduos • Seleção de adaptações a partir de pressões seletivas distintas e conjuntas • Evolução da população • Então como novas espécies surgem? Por que temos tantas espécies? Macroevolução e Especiação “Evolução do isolamento reprodutivo entre duas populações” Quais os mecanismos que podem levar a especiação? Como podem ocorrer? Ancestral comum Pennisi 2003 Science 300: 1692-1697 • Os nomes não são relevantes nesse momento • Quais os pontos em comum? • Quais as principais diferenças? • Como aplicar? Modelos de especiação Especiação - exemplo • Isolamento geográfico que leva ao isolamento reprodutivo 25 Dispersão em direção ao norte e ao sul Raposa do ártico Raposa cinza Adaptada ao frio: pelagem mais espessa, orelhas e pernas curtas, focinho pequeno coloração branca (camuflagem) Adaptada ao calor: pelagem leve, orelhas, pernas e focinhos longos que dispersam mais calor Condições ambientais diferentes levaram a pressões de seleção diferentes e evolução em duas espécies diferentes. População do norte População do sul População raposa ancestral Laurásia e Gondwana Fragmentação dos continentes atuais Índia começa o deslocamento para o norte Formação do Oceano Atlântico Formação das cadeias montanhosas atuais Mar Mediterrâneo Fecha Surgimento da América Central Índia no seu local atual Especiação - exemplo Anthoxanthum odoratum • Solo contaminado (minas): genótipo tolerante a metais pesados • Plantas em solo não contaminado • Populações contínuas • Períodos distintos de floração Extinção • Desaparecimento total de uma espécie • Limites de adaptação • A maioria das espécies (mais de 90%) que já existiram, não existem mais • Lenta e gradual: mudanças nas condições ambientais (1-5 sp ano / milhão de sp na Terra ) • Em massa: muitos organismo extintos ao mesmo tempo • Causadas pelo homem Até o momento... Pressões seletivas (bióticas e abióticas) podem gerar evolução por seleção natural Processos em microescala afetam processos em macroescala e esse conjunto deu origem a biodiversidade atual e passada Atividades humanas são pressões seletivas que podem comprometer a biodiversidade e o capital natural - extinção Mas o que é biodiversidade? Como as espécies coexistem? Biodiversidade • Edward Osborne Wilson • (1986): “Papers from the National Forum on Biodiversity” • Muitas definições • “Variedade da vida em todos níveis da organização biológica” “Biodiversidade é a variabilidade dentre organismos vivos de várias formas, incluindo, entre outras coisas, terrestres, marinhos, e outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos” CDB, 1992 Dimensões da biodiversidade / espécies Diversidade ecológica Diversidade genética Diversidade genética Variação da quantidade de DNA em Eucariota Diagrama de espécies – Tamanho dos organismos é proporcional ao número de espécies descritas (Wheeler, 1990). Nicho ecológico • Elton (1933) – modo de vida da espécie • Não é um lugar (habitat) e sim uma ideia! • Um habitat pode possuir diversos nichos • Teoria do nicho multidimensional de Hutchinson “Limites nos quais as tolerâncias e requerimentos interagem para definir os recursos e condições necessários para queum indivíduo ou espécie possa desempenhar seu modo de vida” (Evelyn Hutchinson, 1957) Limite inferior de tolerância Limite superior de tolerância TemperaturaBaixa Alta Abundância dos organismos Poucos organismos Poucos organismos Nenhum organismo Nenhum organismo Zona de intolerância Zona de stress fisiológico Intervalo ideal T a m a n h o p o p u la c io n a l Zona de stress fisiológico Zona de intolerância Organismos, populações e limites de tolerância - Cada organismo tem um intervalo de condições ótimas - Nicho ecológico - Impactos no crescimento da população • Nicho fundamental e realizado • Hutchinson e MacArthur (década de 50) Nicho ecológico Amplitude do nicho • Generalista • Dieta variada • Distribuição pode ser mais ampla • Mais tolerantes • Especialista • Distribuição pode ser mais restrita • Faz mais com menos Separação do nicho Espécie especialista Com nicho estreito Espécie generalista Com nicho amplo Amplitude do nicho Região de sopreposição Uso do recurso N ú m e ro d e i n d iv íd u o s Nicho e disponibilidade de recursos Talha do mar – peixes na superfície Flamingo – moluscos na lama Patos de mergulho – moluscos, crustáceos e plantas Pelicano marrom – mergulha para pegar o peixe Alfaiate – varre a lama – insetos, crustáceos e sementes Garça – pequenos peixes Ostraceiro – mariscos, melxilhões e outros que prendem no bico Maçarico – afunda o bico na lama – moluscos, vermes e pequenos crustáceos Maçarico 2 – pequenos invertebrad os deixados pela maré Gaivota - varredora Vira pedras – revira conchas e pedras Batuíra – pequenos insetos e crustáceos na praia • Distribuição cosmopolita: presente em todos os continentes por definição • Relaxamento do termo • Distribuição endêmica: distribuidas em apenas uma área geográfica restrita • Distribuição disjunta: distribuidas em mais de uma região com um vazio entre as áreas de ocorrência Distribuição das espécies Algumas classificações úteis • Nativas • Exóticas • Exóticas invasoras • Espécies-chave • Espécie bandeira • Bioindicadoras Interações + + - - Mutualismos Competição (intra ou interespecífica) Relações de consumo (predação, parasitismo, herbivoria, etc.) Relações de consumo (predação, parasitismo, herbivoria, etc.) Teias tróficas • Relações entre formas de consumo de recursos • Fluxo de energia entre níveis tróficos • Relações de alimentação • As interações entre as espécies afetam parâmetros da comunidade • Efeitos na riqueza de espécies • Efeitos na produtividade • Efeitos na estabilidade • Etc. Tipos de teias tróficas Teias e cascatas tróficas • Peixes • Predam larvas de libélula • Reduzem o recrutamento de adultos de libélulas • Libélulas • Quanto mais larvas mais adultos • Adultos predam polinizadores • Polinizadores • Afetados pelas libélulas • Efeito positivo dos peixes • Plantas • Beneficiadas pelos polinizadores • Peixes aumentam polinização indiretamente Vídeo – how wolves change rivers Sucessão • Mudanças na composição de espécies ao longo do tempo • Geralmente após uma perturbação ou formação de uma nova área • Sucessão primária e secundária • Modificação do ambiente por cada espécie, possibilitando o estabelecimento de outras • Perturbação: evento que remove espécies, alterando a disponibilidade de recursos e as condições
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