Evolução e Seleção Natural

Natureza encoraja sem folgas, perdões não há erros
– Ralph Waldo Emerson

eu tenho chamado esse princípio, por que cada uma ligeira variação, se útil, é preservada, pelo termo Seleção Natural.,
– Charles Darwin, A Origem das Espécies

nesta lição, queremos perguntar:

• Como fez observações na natureza levam à formulação da teoria da evolução?
• quais são os principais pontos da teoria da evolução de Darwin?,
• como funciona o processo de seleção natural?
• que provas temos para a adaptação local?
• Como Pode a seleção natural afetar a frequência de traços ao longo de gerações sucessivas?

A (R)evolução da teoria

a teoria da evolução é uma das grandes revoluções intelectuais da história humana, mudando drasticamente a nossa percepção do mundo e do nosso lugar nela., Charles Darwin apresentou uma teoria coerente da evolução e acumulou um grande corpo de evidências em apoio a essa teoria. Na época de Darwin, a maioria dos cientistas acreditava plenamente que cada organismo e cada adaptação era obra do criador. Linneu estabeleceu o sistema de classificação biológica que usamos hoje, e o fez no espírito de catalogar as criações de Deus., em outras palavras, todas as semelhanças e diferenças entre grupos de organismos que são o resultado do processo de ramificação criando a grande árvore da vida (ver Figura 1), foram vistas por filósofos e cientistas do início do século XIX como uma consequência do design onipotente.

No entanto, no século XIX, uma série de historiadores naturais estavam começando a pensar na mudança evolutiva como uma explicação para padrões observados na natureza. As seguintes ideias faziam parte do clima intelectual do tempo de Darwin.

• ninguém sabia a idade da terra, mas os geólogos estavam começando a fazer estimativas de que a terra era consideravelmente mais velha do que explicado pela criação bíblica. Geólogos estavam aprendendo mais sobre estratos, ou camadas formadas por períodos sucessivos da deposição de sedimentos., Isto sugeriu uma sequência temporal, com estratos mais jovens sobrevoando estratos mais antigos.
• um conceito chamado uniformitarismo, em grande parte devido ao influente geólogo Charles Lyell, comprometeu-se a decifrar a história da Terra Sob a hipótese de trabalho de que as condições e processos atuais são a chave para o passado, investigando processos observáveis em curso, como a erosão e a deposição de sedimentos.
• descobertas de fósseis foram acumulando-se durante os séculos XVIII e XIX., No início, os naturalistas pensaram que estavam a encontrar restos de espécies desconhecidas, mas ainda vivas. Como fósseis encontrados continuaram, no entanto, tornou-se evidente que nada como dinossauros gigantes era conhecido de qualquer lugar do planeta. Além disso, já em 1800, Cuvier apontou que quanto mais profundos os estratos, menos fósseis semelhantes eram às espécies existentes.
• similaridades entre grupos de organismos foram consideradas evidência de parentesco, que por sua vez sugeriu mudança evolutiva., Os antecessores intelectuais de Darwin aceitaram a ideia de relações evolutivas entre organismos, mas não conseguiram fornecer uma explicação satisfatória para como a evolução ocorreu.
• Lamarck é o mais famoso destes. In 1801, he proposed organic evolution as the explanation for the physical similarity among groups of organisms, and proposed a mechanism for adaptive change based on the inheritance of acquired characteristics., Ele escreveu a girafa:

“Nós sabemos que este animal, o mais alto dos mamíferos, habita no interior de África, em locais onde o solo, quase sempre árida e sem pastagem, obriga-lo a navegar em árvores e de se esforçar-se continuamente para alcançá-los. Este hábito sustentado por muito tempo, teve o resultado em todos os membros de sua raça que as patas dianteiras têm crescido mais do que as patas traseiras e que o seu pescoço tornou-se tão esticado, que a girafa, sem pé sobre as patas traseiras, levanta a cabeça de uma altura de seis metros.,”

em essência, Isto diz que os pescoços de girafas tornaram-se longos, como resultado de um contínuo alongamento para chegar a alta folhagem. Larmarck estava incorreto na hipótese de mecanismo, é claro, mas seu exemplo deixa claro que os naturalistas estavam pensando sobre a possibilidade de mudança evolutiva no início de 1800.

• Darwin foi influenciado pelas observações feitas durante sua juventude viagem como naturalista no levantamento do navio Beagle., Nas ilhas Galápagos, ele notou as ligeiras variações que fizeram as tartarugas de diferentes ilhas reconhecidamente distintas. Ele também observou uma série de tentilhões únicos, os famosos tentilhões de Darwin, que exibiam pequenas diferenças de ilha para ilha. Além disso, todos eles pareciam assemelhar-se, mas diferem de, o tentilhão comum no continente do Equador, 600 milhas a leste. Padrões na distribuição e semelhança de organismos tiveram uma influência importante no pensamento de Darwin., A imagem no topo desta página é dos próprios esboços de tentilhões de Darwin em seu diário de pesquisas.

• em 1859, Darwin publicou seu famoso sobre a origem das espécies por meio da seleção Natural, um tomo de mais de 500 páginas que marshaled extensas evidências para sua teoria. A publicação do livro causou um furor-cada cópia do livro foi vendida no dia em que foi lançado. Membros da comunidade religiosa, bem como alguns colegas científicos, ficaram indignados com as ideias de Darwin e protestaram., A maioria dos cientistas, no entanto, reconheceu o poder dos argumentos de Darwin. Hoje, os conselhos escolares ainda debatem a validade e adequação da teoria de Darwin nos currículos científicos, e um corpo inteiro de debate cresceu em torno da controvérsia (veja a conversa do site WWW.Origens para um diálogo contínuo). Não temos tempo para cobrir todas as evidências e argumentos de Darwin, mas podemos examinar as ideias centrais. O que diz esta teoria da evolução?

A Teoria de Darwin

a teoria da evolução de Darwin implica as seguintes ideias fundamentais., As três primeiras ideias já estavam em discussão entre os naturalistas contemporâneos que trabalhavam no “problema das espécies” quando Darwin começou sua pesquisa. As contribuições originais de Darwin foram o mecanismo de seleção natural e abundantes quantidades de evidências de mudança evolutiva de muitas fontes. Ele também forneceu explicações ponderadas das consequências da evolução para a nossa compreensão da história da vida e da diversidade biológica moderna.

• espécies (populações de organismos cruzadores) mudam ao longo do tempo e do espaço., Os representantes das espécies que vivem hoje diferem daqueles que viveram no passado recente, e as populações em diferentes regiões geográficas hoje diferem ligeiramente em forma ou comportamento. Estas diferenças se estendem ao registro fóssil, que fornece amplo apoio para esta afirmação.todos os organismos partilham antepassados comuns com outros organismos. Ao longo do tempo, as populações podem dividir-se em diferentes espécies, que partilham uma população ancestral comum. Longe o suficiente no tempo, qualquer par de organismos compartilha um ancestral comum., Por exemplo, os humanos compartilhavam um ancestral comum com chimpanzés há cerca de oito milhões de anos, com baleias há cerca de 60 milhões de anos, e com cangurus há mais de 100 milhões de anos. Ancestralidade compartilhada explica as semelhanças de organismos que são classificados juntos: suas semelhanças refletem a herança de traços de um ancestral comum.

• a mudança evolutiva é gradual e lenta na visão de Darwin., Esta afirmação foi apoiada pelos longos episódios de mudança gradual de organismos no registro fóssil e pelo fato de que nenhum naturalista tinha observado o aparecimento súbito de uma nova espécie no tempo de Darwin. Desde então, biólogos e paleontólogos têm documentado um amplo espectro de baixas a rápidas taxas de mudança evolutiva dentro das linhagens.

o principal mecanismo de mudança ao longo do tempo é a seleção natural, elaborada abaixo. Este mecanismo provoca alterações nas propriedades (características) dos organismos dentro das linhagens de geração em geração., o processo de seleção Natural de Darwin tem quatro componentes.

1. variação. Organismos (dentro das populações) exibem variação individual na aparência e comportamento. Estas variações podem envolver o tamanho do corpo, cor do cabelo, marcas faciais, propriedades vocais, ou número de descendentes. Por outro lado, alguns traços mostram pouca ou nenhuma variação entre os indivíduos—por exemplo, número de olhos em vertebrados. herança. Alguns traços são consistentemente passados de pais para filhos., Tais características são hereditárias, enquanto outras características são fortemente influenciadas pelas condições ambientais e mostram baixa hereditariedade.taxa elevada de crescimento da população. A maioria das populações tem mais filhos a cada ano do que os recursos locais podem suportar levando a uma luta por recursos. Cada geração experimenta mortalidade substancial.sobrevivência diferencial e reprodução. Os indivíduos que possuem traços bem adaptados para a luta pelos recursos locais contribuirão com mais descendência para a próxima geração., de geração em geração, a luta pelos recursos (o que Darwin chamou de “luta pela existência”) favorecerá os indivíduos com algumas variações sobre os outros e, assim, mudará a frequência dos traços dentro da população. Este processo é a seleção natural. Os traços que conferem uma vantagem aos indivíduos que deixam mais filhos são chamados adaptações.

   para que a seleção natural funcione em um traço, o traço deve possuir variação hereditária e deve conferir uma vantagem na competição por recursos., Se um destes requisitos não ocorrer, então o traço não experimenta a seleção natural. (Sabemos agora que tais características podem mudar por outros mecanismos evolutivos que foram descobertos desde o tempo de Darwin.)

   seleção Natural opera por vantagem comparativa, não um padrão absoluto de design. “…como a seleção natural age por competição pelos recursos, ela adapta os habitantes de cada país apenas em relação ao grau de perfeição de seus associados ” (Charles Darwin, sobre a origem das espécies, 1859).,durante o século XX, a genética foi integrada com o mecanismo de Darwin, permitindo-nos avaliar a seleção natural como a sobrevivência diferencial e reprodução de genótipos, correspondendo a fenótipos particulares. A seleção Natural só pode trabalhar na variação existente dentro de uma população. Tais variações surgem por mutação, uma mudança em alguma parte do código genético para uma característica. Mutações surgem por acaso e sem previsão para a potencial vantagem ou desvantagem da mutação. Por outras palavras, as variações não surgem porque são necessárias.,

   Evidence of Natural Selection

   Let’s look at an example to help make natural selection clear.

   O melanismo Industrial é um fenômeno que afetou mais de 70 espécies de traça na Inglaterra. Foi melhor estudado na Mariposa, Biston betularia. Antes de 1800, a traça típica da espécie tinha um padrão de luz (ver Figura 2). As mariposas de cor escura ou melânica eram raras e, portanto, objetos de colecionador.

   
   Figura 2., Image of Peppered Moth

   During the Industrial Revolution, soot and other industrial wastes darkened tree trunks and killed off lichens. O morph de cor clara da traça tornou-se raro e o morph escuro tornou-se abundante. Em 1819, o primeiro morfo melânico foi visto; em 1886, era muito mais comum — ilustrando uma rápida mudança evolutiva.

   eventualmente Morfes leves eram comuns em apenas alguns locais, longe de áreas industriais., A causa desta mudança foi pensado para ser predação seletiva por aves, que favoreceu a coloração de camuflagem na Mariposa.

   In the 1950’s, The biologist Kettlewell did release-recapture experiments using both morphs. Um breve resumo de seus resultados são mostrados abaixo. Ao observar a predação de aves das persianas, Ele poderia confirmar que a conspicuidade da traça influenciou grandemente a chance de ser comido.,

   Recapture Success

   	light moth	dark moth
   non-industrial woods	14.6 %	4.,7 %
   industrial madeiras	13 %	a 27,5 %

   a Adaptação Local – Mais Exemplos

   até agora na palestra de hoje temos enfatizado que a seleção natural é a pedra angular da teoria da evolução. Ele fornece o mecanismo para a mudança adaptativa., Qualquer mudança no ambiente (como uma mudança na cor de fundo do tronco da árvore que você guarda) é provável que leve à adaptação local. É provável que qualquer população alargada venha a ter condições ambientais diferentes em diferentes partes da sua gama. Como consequência, em breve consistirá numa série de sub-populações que diferem ligeiramente, ou mesmo consideravelmente.

   os exemplos que se seguem ilustram a adaptação das populações às condições locais.,

   • A serpente de rato, Elaphe obsoleta, tem populações reconhecidamente diferentes em diferentes localidades do leste da América do Norte (ver Figura 3). Se estes devem ser chamados de “raças” geográficas ou subespécies é discutível. Estas populações compreendem todas uma espécie, porque o acasalamento pode ocorrer entre populações adjacentes, fazendo com que a espécie partilhe um conjunto genético comum (ver a palestra sobre especiação).,

   

   Figura 3: Subespécie do rato cobra seja pantherophis obsoleta, que cruzaram-se onde os seus intervalos de atender.

   • os tentilhões de Galápagos são o famoso exemplo da viagem de Darwin. Cada ilha das Galápagos que Darwin visitou tinha seu próprio tipo de tentilhão (14 Ao todo), não encontrado em nenhum outro lugar do mundo., Alguns tinham bicos adaptados para comer sementes grandes, Outros Para sementes pequenas, alguns tinham bicos semelhantes a papagaios para se alimentar de rebentos e frutas, e alguns tinham bicos delgados para se alimentar de pequenos insetos (ver Figura 4). Um usou um espinho para sondar larvas de insectos na madeira, como alguns pica-paus fazem. (Seis eram ground-dwellers, e oito eram Tree finches.) (Esta diversificação em diferentes papéis ecológicos, ou nichos, é considerada necessária para permitir a coexistência de várias espécies, um tema que examinaremos em uma palestra posterior., Para Darwin, parecia que cada um foi ligeiramente modificado a partir de um colonizador original, provavelmente o tentilhão no continente da América do Sul, a cerca de 600 milhas a leste. É provável que a radiação adaptativa levou à formação de tantas espécies porque outras aves eram poucas ou ausentes, deixando nichos vazios para preencher; e porque as numerosas ilhas das Galápagos proporcionaram amplas oportunidades para o isolamento geográfico.,

   
   Figura 4

   a Estabilizar, Direcional, e a Diversificação de Seleção

   Finalmente, vamos olhar para um estatístico forma de pensar sobre a seleção. Suponha que cada população pode ser retratada como uma distribuição de frequência para alguma característica — Tamanho do bico, por exemplo. Note novamente que a variação em um traço é a matéria-prima crítica para a evolução ocorrer.

   como será a distribuição de frequência na próxima geração?,

   
   Figuras 5a-c

   Primeiro, a proporção de indivíduos com cada valor do traço (tamanho do bico, ou peso corporal) pode ser exatamente o mesmo. Segundo, pode haver mudança de Direção em apenas uma direção. Em terceiro lugar (e com tal raridade que sua existência é discutível), pode haver mudança simultânea em ambas as direções (por exemplo, bicos maiores e menores são favorecidos, à custa daqueles de tamanho intermediário). As figuras 5a – c abrangem estas três grandes categorias de selecção natural.,

   
   Figura 6

   Sob a estabilização de seleção, de extrema variedades de ambas as extremidades da distribuição de freqüência são eliminados. A distribuição de frequência parece exatamente como na geração anterior (ver Figura 5a). Provavelmente esta é a forma mais comum de seleção natural, e muitas vezes confundimo-la com NENHUMA seleção. Um exemplo da vida real é o do peso do nascimento de bebês humanos (ver Figura 6).,

   Sob o direcional seleção, os indivíduos em uma extremidade da distribuição de tamanhos de bico fazer especialmente bem, e assim a distribuição de freqüência do traço na geração subseqüente é deslocado de onde ele foi na geração parental (ver Figura 5b). Isto é o que geralmente pensamos como seleção natural. O melanismo Industrial foi um exemplo.

   
   Figura 7

   fósseis linhagem do cavalo oferece uma notável demonstração de direcional sucessão., A linhagem completa é bastante complicada e não é apenas uma linha simples do pequeno cavalo do amanhecer Hyracotherium do início do Eoceno, até o Equus familiar de hoje. No geral, porém, o cavalo evoluiu de um ancestral pequeno construído para mover-se através de florestas e espessos para o seu descendente de pernas longas construído para a velocidade na pradaria aberta. Esta evolução envolveu mudanças bem documentadas nos dentes, comprimento da perna e estrutura do dedo (ver Figura 7).,

   sob seleção diversificada (disruptiva), ambos os extremos são favorecidos à custa de variedades intermediárias (ver Figura 5c). Isto é incomum, mas de interesse teórico porque sugere um mecanismo para a formação de espécies sem isolamento geográfico (ver a palestra sobre especiação).

   resumo

   a teoria da evolução de Darwin mudou fundamentalmente a direção do pensamento científico futuro, embora tenha sido construída sobre um corpo crescente de pensamento que começou a questionar ideias anteriores sobre o mundo natural.,

   O núcleo da teoria de Darwin é a seleção natural, um processo que ocorre ao longo de gerações sucessivas e é definido como a reprodução diferencial de genótipos.

   seleção Natural requer variação hereditária em uma determinada característica, e sobrevivência diferencial e reprodução associada com a posse dessa característica.

   Exemplos de seleção natural são bem documentados, tanto pela observação e pelo registro fóssil.,

   Selection acts on the frequency of traits, and can take the form of stabilizing, directional, or diversifying selection.

   Leituras Sugeridas

   o Darwin, C. 1959. Sobre a origem das espécies por meio da seleção Natural, ou, a preservação das raças favorecidas na luta pela vida. London: J. Murray.

   O Futuyma, D. J. 1986. Biologia Evolutiva. Sunderland, Mass: Sinauer Associates, Inc.

   O Dawkins, r. 1989. O Gene Egoísta. Oxford: Oxford University Press.,