Información

El pez espinoso - Una historia de evolución moderna - Biología

El pez espinoso - Una historia de evolución moderna - Biología



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Esta actividad utiliza un laboratorio virtual creado por HHMI Biointeractivo. Además, asegúrese de que su navegador permita ventanas emergentes.

Información de contexto

Ir a: biol.co/stickfish-bg y lea la información de fondo sobre el pez espinoso.

1. Resuma lo que le sucedió a los peces en el lago Loberg, incluya una explicación de POR QUÉ sucedió.

Laboratorio de evolución de espinosos

Ir a: biol.co/stickfish

2. Defina "organismo modelo".

3. ¿Cuál es el propósito de las espinas?

4. ¿Cómo llegaron las poblaciones ancestrales de peces que habitan en el océano a vivir en los lagos de agua dulce?

5. Ver el vídeo sobre la reducción pélvica del espinoso de agua dulce. ¿La pérdida de las espinas pélvicas es similar a la pérdida de qué partes del cuerpo en otros vertebrados de cuatro patas?

6. Ver el vídeo con biología evolutiva Dr. Michael Bell. ¿Por qué el espinoso de las tres espinas es un organismo modelo para los estudios de la evolución? Enumere al menos dos razones.

7. Haga clic en el enlace en la parte superior de la página para ir a la "descripción general", luego haga clic en el pez interactivo. Describe la ubicación de la espina espinosa.

8. Ver el vídeo sobre la armadura de pez espinoso. Además de las espinas, ¿cuál es otro componente de la armadura de un pez espinoso?

Tutorial 1

9. ¿Cuál es la diferencia entre una pelvis completa y una pelvis reducida?

10. Inicie el tutorial haciendo clic en la bandeja de pescado, practique puntuar el pescado hasta que sienta que ha dominado la técnica. ¿Cuál crees que es la mejor vista (lateral o ventral) para determinar el tipo de pelvis?

Experimento 1

11. Haga clic en Experimento 1 para leer el objetivo. Resuma, en sus propias palabras, el objetivo del experimento 1.

12. Clic en el enlace al mapa de Alaska, y luego haga clic en el pin azul "A" para ver un mapa más grande. Notará que hay muchos lagos pequeños en esta área. Un lago que estudiarás es Bear Paw Lake. Nombra otros dos lagos en esta región.

13. Ver el vídeo del paisaje alrededor de Cook Inlet. ¿Qué otros tipos de animales están presentes en este entorno (como se ve en el video)?

14. Haga clic en "Parte 1"en el menú en la parte superior y ver el vídeo sobre cómo se capturaron los peces. Describe el método que usan los biólogos para atrapar peces.

15. Haga clic en "Parte 2"en el menú en la parte superior y ver el vídeo en poulation espinoso en los lagos Bear Paw y Frog. Describe las principales diferencias entre estos dos lagos.

16. Click para leer más sobre la importancia del muestreo aleatorio. ¿Por qué se utilizan muestras aleatorias en lugar de toda la población? Dé un ejemplo de sesgo de muestreo.

17. Vaya al experimento por haciendo clic en los guantes azules en la ventana del laboratorio. Haga clic en "Omitir la parte 1: Tinción. "Pasará directamente a puntuar los peces, tal como lo hizo en el tutorial. El programa hará un seguimiento de sus puntuaciones de peces.

Después de haber puntuado todos los peces de Bear Paw Lake, indique el número que fue:

Ausente _____ Reducido _____ Completo _____

Después de haber puntuado todos los peces de Frog Lake, indique el número que fue:

Ausente _____ Reducido _____ Completo _____

18. Usa una gráfica de barras para representar gráficamente tus datos. Asegúrese de etiquetar todos sus ejes.

Análisis

____1. ¿Cómo llegaron algunas poblaciones ancestrales de espinosos marinos a vivir exclusivamente en agua dulce?

  1. Quedaron atrapados en lagos que se formaron al final de la última edad de hielo.
  2. En realidad, no viven exclusivamente en agua dulce; solo viven en agua dulce en ciertas etapas de sus vidas.
  3. Desarrollaron rasgos que los hicieron mejor adaptados al agua dulce y, como resultado, tuvieron que mudarse a un ambiente de agua dulce para sobrevivir.

____2. ¿Qué pasó con estos peces cuando se adaptaron a vivir exclusivamente en agua dulce?

  1. Durante muchas generaciones, las poblaciones de peces cambiaron de muchas formas diferentes, incluso en sus esqueletos.
  2. Adquirieron nuevas características al aparearse con peces que vivían en estos lagos.
  3. Los nuevos entornos hicieron que los peces individuales cambiaran durante su vida.

____3. ¿Por qué algunas poblaciones de espinosos carecen de espinas pélvicas?

  1. En el agua de mar, las espinas pélvicas ayudan a los peces a nadar más rápido, pero no en agua dulce.
  2. Las espinas pélvicas son homólogas a las patas de los animales de cuatro patas. Debido a que los peces no necesitan extremidades traseras para caminar, muchas poblaciones de peces evolucionaron para carecer de espinas pélvicas.
  3. En los lagos donde no hay peces depredadores, no hay ninguna ventaja en tener espinas pélvicas.

____4. En este laboratorio virtual, ¿por qué comparó las estructuras pélvicas de las poblaciones de espinosos de dos lagos diferentes?

  1. Tener un mayor número de muestras para puntuar, aumentando la precisión de los resultados.
  2. Comparar el rasgo en poblaciones de espinosos que viven en dos entornos potencialmente diferentes.
  3. Un lago representa la población de control y la otra población es la que podemos comparar con la de control.

____5. ¿Cuál de las siguientes es una definición del proceso de selección natural?

  1. En cada generación, algunos individuos pueden, por casualidad, tener más descendencia que otros individuos y sus rasgos se volverán más comunes en esa población.
  2. Los rasgos más ventajosos en un entorno particular permiten que los individuos con esos rasgos tengan más descendencia; como resultado, sus rasgos hereditarios se vuelven más comunes en las generaciones venideras de la población.
  3. Las mutaciones ocurren al azar en una población, lo que hace que las poblaciones cambien con el tiempo a medida que esas mutaciones se heredan de una generación a la siguiente.

6. Considere que la evolución del espinoso ha seguido patrones similares en otros lagos de todo el mundo. Haga una predicción sobre lo que sucedería en un lago aislado con pocos depredadores si los humanos introdujeran peces depredadores como la trucha. Respalde su predicción con evidencia del laboratorio virtual.

7. "Fuerza de selección" se refiere a la cantidad de presión que el entorno ejerce sobre un organismo para que cambie. Se mide en las tasas de supervivencia de aquellos organismos que tienen (o no tienen) un rasgo particular. Cuanto mayor sea la fuerza de selección, se producirá una evolución más rápida. ¿Cómo podrían los biólogos en un ambiente controlado aumentar la velocidad de evolución del pez espinoso? Explica tu respuesta.


Pez espinoso & # 8211 Una historia de evolución

HHMI Biointeractive tiene miles de recursos de calidad para enseñar la evolución. Este laboratorio virtual les pide a los estudiantes que examinen Bear Paw y Frog Lake y comparen los tipos de peces en cada uno. A medida que los estudiantes avanzan en la actividad, aprenden cómo se forman los lagos glaciares y por qué las espinas pueden ser una ventaja en algunos tipos de lagos pero no en otros. Los estudiantes aprenden cómo se atrapan los peces y cómo miden la presencia de una pelvis completa, reducida o ausente.

La actividad utiliza datos e imágenes reales de la investigación que se encuentra actualmente en curso. La hoja de trabajo que hice se modificó de la versión descargable en Stickleback Virtual Lab. Este folleto es más corto y está diseñado para completarse en aproximadamente un período de clase, con tiempo adicional necesario para la discusión. También agregué preguntas de análisis para clases avanzadas que les piden a los estudiantes que hagan predicciones sobre otros lagos.

Nivel de grado: 9-12 | Tiempo requerido 1 & # 8211 1,5 horas

HS-LS4-4 & # 8211 Construya una explicación basada en la evidencia de cómo la selección natural conduce a la adaptación de las poblaciones.


Evolución del espinoso

Este es un rasgo que se desarrolla entre dos grupos que son similares. Tienen una ascendencia común, descienden de la misma especie. Digamos que las gallinas y los patos provienen del mismo antepasado. Pero por alguna razón, ambos evolucionan con manchas. Luego rayas oscuras. Aunque se dividen en especies separadas, evolucionan de manera similar en respuesta a la necesidad de adaptación. Su filogenia los tiene en ramas separadas, pero aún se dirigen en la misma dirección, paralelos.

No confunda esto con la evolución convergente. Los peces se simplificaron para adaptarse a la vida del océano, al igual que los delfines, pero aunque ambos hicieron lo mismo, no procedían del mismo lugar. No tienen una ascendencia muy reciente juntos, un mamífero o un pez.

Paralelo se aplica cuando hay un ancestro común del que se separaron las dos especies.

Respuesta:

Un gran ejemplo de especiación que ocurre en un corto período de tiempo geológico.

Explicación:

Los peces espinosos pueden sufrir modificaciones en sus genes y evolucionar (a través de varias generaciones) dependiendo del entorno del lago que sea favorable para las especies evolucionadas.

En este caso, los genes son el gen PITX1 que está involucrado en la fabricación de placas de blindaje (con picos). El entorno principal en el que viven contiene diferentes depredadores.

Un entorno contiene larvas de libélula que pueden atrapar a los peces aferrándose a las púas. Por lo tanto, el entorno permite que el espinoso evolucione sin blindaje.

Otro entorno contiene peces grandes como las truchas que pueden consumir espinosos sin blindaje. Por lo tanto, el espinoso sin blindaje sobrevive en este entorno.



Los genomas del espinoso revelan el camino de la evolución

Los peces han utilizado la variación genética preexistente para colonizar el agua dulce muchas veces.

Los científicos han identificado mutaciones que pueden ayudar a un pequeño pez blindado a evolucionar rápidamente entre formas de agua salada y agua dulce.

Desde que terminó la última edad de hielo hace unos 10.000 años, los espinosos de tres espinas que habitan en los océanos han colonizado repetidamente arroyos y lagos en todo el mundo. En tan solo diez generaciones, un parpadeo evolutivo de un ojo, los espinosos marinos pueden cambiar sus placas blindadas y espinas defensivas por una forma de agua dulce más liviana y suave.

David Kingsley, biólogo evolutivo de la Universidad de Stanford en California, y sus colegas ahora han identificado las diferencias de ADN que distinguen a los espinosos del océano y de agua dulce en todo el mundo. Aunque el cambio ha ocurrido en múltiples ocasiones distintas, parece involucrar muchos de los mismos cambios genéticos cada vez.

Para rastrear las diferencias clave en el ADN, los investigadores secuenciaron el código genético completo de 21 espinosos de fuentes oceánicas y de agua dulce en tres continentes. Los resultados se publican en Naturaleza hoy 1.

Los investigadores encontraron que, en la mayoría de los genomas, los espinosos de agua dulce eran más similares a sus vecinos oceánicos más cercanos. Pero en aproximadamente 150 secuencias de ADN, las poblaciones de agua dulce y salada se parecían más a sus contrapartes en los mismos entornos en todo el mundo. Estas secuencias incluían genes que afectan el crecimiento de la armadura y el procesamiento de la sal en el riñón.

"Es una serie de adaptaciones que afectan muchos aspectos del organismo: la forma del pez, su comportamiento, dieta y preferencias de apareamiento", dice el biólogo evolutivo Greg Wray de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, que no participó en el estudio. .

Las similitudes entre las poblaciones de agua dulce en todo el mundo sugieren que los peces no desarrollan nuevas características desde cero cada vez, dice Kingsley. Más bien, algunos peces que habitan en el océano pueden conservar antiguas adaptaciones genéticas a la vida de agua dulce que les permiten colonizar nuevos sitios. Las primeras generaciones muestran características mixtas o intermedias, pero eventualmente dominan los genes que permiten que los peces se adapten al agua dulce.

"En una escala de todo el genoma, hemos encontrado un conjunto completo de regiones que se utilizan una y otra vez para adaptarse a nuevos entornos", dice Kingsley. "Podemos estudiar la base molecular de la evolución de los vertebrados".

Las adaptaciones de agua dulce del espinoso se habían cartografiado previamente en amplias regiones del genoma 2. Pero se habían identificado mutaciones adaptativas solo para unos pocos genes.

Los investigadores han debatido sobre los tipos de mutaciones que podrían permitir a las especies adaptarse a nuevos entornos. Algunos han defendido la importancia de los cambios regulatorios, mutaciones que afectan cuándo y dónde se expresan los genes existentes. Otros han destacado el papel de los cambios de codificación, mutaciones que alteran las proteínas producidas a partir de los genes.

El grupo de Kingsley descubrió que alrededor del 80% de las adaptaciones de agua dulce probablemente se encuentran en el ADN regulador, y el 20% restante afecta al ADN codificante.

Los cambios regulatorios podrían acelerar la adaptación del espinoso al controlar la expresión génica en múltiples tejidos con cada mutación. El estudio también muestra que la evolución del espinoso se acelera mediante el uso de variación genética preexistente, en lugar de esperar a que surjan nuevas mutaciones aleatorias, explica Wray.

"Creo que el artículo es realmente bueno y estoy convencido por los datos", dice Hopi Hoekstra, biólogo evolutivo de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts. Sin embargo, agrega, "podría ser muy diferente, en términos de la fracción de mutaciones que son codificantes o reguladoras, en un organismo que tiene un genoma mucho más simple o que se adapta mucho más lentamente".

El mismo método podría aplicarse a otros organismos que han evolucionado varias veces a cambios ambientales similares, dice Wray. Los ratones, por ejemplo, han desarrollado diferentes colores de piel para desiertos, bosques y praderas en todo el mundo. "Supongo que veremos toda una serie de artículos", dice.


La selección natural en acción

Mirando más allá del bombo publicitario de los investigadores y rsquo afirma que esto es & ldquorapid evolution & rdquo, 9 de hecho es un ejemplo clásico de & ldquostrong natural selección actuando sobre la variación que fue llevada por los 11 peces anádromos que colonizaron el lago & rdquo. 9 Nótese que la selección natural actuó variación existente en la población colonizadora de espinosos. En otras palabras, la llamada & ldquorapid evolution & rdquo no resultó en la adición de ninguna nuevo características, sino más bien la reducción o incluso la pérdida completa de existente Características y placas óseas y espinas pélvicas.

Los investigadores han hecho varias sugerencias razonables sobre por qué la presión de selección debería ser tan fuerte, es decir, favoreciendo la rápida pérdida de espinas y placas en el hábitat de agua dulce:

  • Como compensación por la armadura voluminosa, los espinosos probablemente ganen en velocidad y agilidad, por lo que, como los lagos suelen tener lugares para esconderse, los peces pueden escapar de los depredadores más grandes que acechan, asumiendo que los espinosos pueden lanzarse hacia & lsquohiding hoyos & rsquo lo suficientemente rápido. 2
  • Como muchos lagos carecen de los grandes peces depredadores típicos de las aguas oceánicas, la presión de selección para la armadura ya no se aplica, por lo que los peces que carecen de espinas pélvicas y / o con una capa de placa menos ósea sobreviven. Además, debido a que el agua dulce carece de las ricas reservas de calcio del agua de mar, la fabricación de una armadura ósea podría ser "muy costosa". 2 Respaldando esto, los biólogos han documentado que los espinosos con armadura reducida son significativamente más grandes en tamaño. Uno de los investigadores explicó: "Si los peces no están gastando recursos en el cultivo de huesos", lo que puede ser mucho más difícil en agua dulce debido a la falta de iones, pueden dedicar más energía a aumentar la biomasa. Esto, a su vez, les permite reproducirse antes y mejora la tasa de supervivencia durante el invierno. & Rdquo 12
  • En el fondo del lago, en ausencia de una amenaza de depredadores más grandes, las espinas pélvicas no solo pierden su valor defensivo, sino que se vuelven una desventaja cuando hay larvas de libélula y otras larvas de depredadores que habitan en el fondo. El biólogo de la Universidad de Utah, Michael Shapiro, explicó: “Las larvas de mosca ragon pueden agarrar espinosos por las espinas [del vientre], enrollarlos y comérselos. Esperan que los espinosos pasen nadando y los agarren. & Rdquo 13,14

También se ha informado de una disminución de las armaduras en las poblaciones de espinosos en otras ubicaciones de agua dulce.

Por ejemplo, cuando los investigadores trasladaron 200 espinosos marinos a estanques de agua dulce en la Universidad de Columbia Británica y el campus de rsquos Vancouver, pronto observaron en la descendencia que la "selección ldquonatural favorece una armadura reducida en agua dulce". 12 A partir de ese y otros estudios, los genetistas han identificado ahora que un interruptor genético mutado es responsable de la pérdida de la armadura. Específicamente, afecta la expresión de la Pitx gene. En la región pélvica, el interruptor genético dañado evita que se formen espinas en esa área. En otros lugares, puede afectar a todo un conjunto de caracteres óseos, no solo a las placas óseas externas, sino también a la forma de la mandíbula y los huesos asociados con la protección de las branquias.

Por lo tanto, esto ahora nos da una mejor comprensión de los factores genéticos que sustentan la gran variación morfológica en los espinosos de agua dulce, 7 incluso diferencias tales como la forma de la mandíbula, sobre las cuales puede actuar la selección natural. (Tenga en cuenta que los estudios han encontrado que la base genética de la escasez de placas está presente en las poblaciones de espinosos oceánicos, aunque en bajas frecuencias). 15

Tenga en cuenta que en la raíz aquí está quebrantamiento o corrupción& mdashright en línea con la Biblia & rsquos relato de la Creación siendo corrupto, en & ldquobondage to decay & rdquo (Romanos 8:19 & ndash22). Ciertamente no es un apoyo para la evolución de pez a filósofo, ya que aquí no hay nueva información genética, más bien la mutación (es decir, roto) interruptor genético simplemente previene la expresión de un gen.

Eso de ninguna manera evsolución sino más bien Delawarevolution & mdashsee El tren de la evolución & rsquos a-comin (Lo sentimos, vamos y rsquo & mdashin en la dirección equivocada) y Mutaciones: ¡el motor de la evolución y los rsquos se convierte en la evolución y el final de los rsquos! Incluso el principal defensor de la evolución Jerry Coyne (Universidad de Chicago) ha admitido con franqueza lo siguiente: "Estos ejemplos representan la pérdida de rasgos, más que el origen de novedades evolutivas". 16

A pesar de que Coyne y otros evolucionistas reconocen esto, no se están alejando de su creencia en la evolución. El prominente evolucionista Sean Carroll (con dos colegas), escribiendo en Científico americano del espinoso y rsquos desapareciendo la columna pélvica bajo el título & ldquoA beneficioso Pérdida& rdquo (énfasis añadido), sin embargo afirma que & rdquo ofrece otro ejemplo vívido de adaptación a través de la evolución de una secuencia potenciadora reguladora de genes. & rdquo 17.

Pro-evolución similar & ldquospin & rdquo sobre la pérdida de la columna pélvica proviene de Neil Shubin y Randall Dahn, escribiendo en Naturaleza: & ldquoSorprendentemente, algunas de las novedades más significativas en la historia de la vida no están asociadas con la evolución de nuevas estructuras, sino con la pérdida o reducción de estructuras primitivas. & rdquo 18 Increíblemente, ellos (y otros evolucionistas) 17,19 se refieren al enganche y rsquos la columna pélvica como una extremidad y, por lo tanto, la "reducción de quolimb" observada en las poblaciones de espinosos de agua dulce puede equipararse con la "pérdida de las extremidades posteriores" en ballenas y manatíes. 20 (Se presume que las ballenas y los manatíes, mamíferos acuáticos, a lo largo de decenas de millones de años de supuesta historia de la tierra han evolucionado a partir de cuadrúpedos terrestres. Sin embargo, como hemos escrito anteriormente (ver, por ejemplo, Nada como una ballena), tales La narración de historias (con, necesariamente, su línea argumental en constante cambio para adaptarse a cada nuevo descubrimiento de evidencia contradictoria) carece por completo de una base creíble).


Evolución rápida en peces: cambios genómicos en una generación

Se pueden encontrar dos ecotipos de peces espinosos de tres espinas en el lago de Constanza y sus alrededores. Cada uno se ha desarrollado bajo la influencia de su hábitat específico: lago espinoso a la izquierda y río espinoso a la derecha. Los dos ecotipos difieren en numerosos rasgos morfológicos y de comportamiento, los más llamativos son las diferencias en el tamaño corporal y en la coloración reproductiva de los machos (fila inferior). Crédito: Universidad de Basilea, Daniel Berner

Investigadores de Basilea han identificado la base genética de la adaptación rápida utilizando una especie de pez nativa. Compararon peces espinosos de tres espinas de diferentes hábitats en la región del lago de Constanza. Su estudio revela que los cambios en el genoma se pueden observar dentro de una sola generación. Los resultados fueron publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

La evolución generalmente se ve como un proceso lento, con cambios en los rasgos que surgen solo a lo largo de miles de generaciones. Sin embargo, en los últimos años, las investigaciones han indicado que la adaptación en rasgos específicos puede ocurrir más rápidamente. Sin embargo, muy pocos estudios fuera de los microorganismos pudieron demostrar empíricamente la rapidez con la que la selección natural da forma a todo el genoma.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Daniel Berner en el Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad de Basilea ahora ha proporcionado evidencia de una evolución rápida dentro de una sola generación, utilizando peces espinosos de tres espinas como organismo modelo. El estudio de cinco años combinó trabajo de laboratorio, experimentos de campo, modelado matemático y análisis genómico.

Diferentes hábitats: lagos y ríos.

En la zona del lago de Constanza, el espinoso se ha adaptado a hábitats ecológicamente diferentes: lagos y ríos. Para examinar la rapidez con la que se produce la adaptación a través del genoma, se cruzaron peces que habitan en ríos y lagos en el laboratorio durante varias generaciones. Los genomas de los dos ecotipos se mezclaron, dando como resultado una población experimental genéticamente diversa.

Los investigadores liberaron 3000 peces experimentales en un hábitat natural de río sin espinosos, exponiéndolos a la selección natural. Después de un año, los peces restantes fueron recapturados y examinados genéticamente. Crédito: Universidad de Basilea, Dario Moser

En un segundo paso, los investigadores liberaron miles de estos peces experimentales en un hábitat fluvial natural sin espinosos residentes, exponiéndolos a la selección natural. Después de un año, los peces restantes fueron recapturados y examinados genéticamente.

"La hipótesis de este experimento fue que en el hábitat fluvial en el que los animales experimentales tenían que sobrevivir, las variantes genéticas de la población original del río aumentarían en frecuencia", dice Berner. "Sin embargo, no teníamos idea de si esto podría medirse en una sola generación".

El análisis genómico confirma la hipótesis

Para registrar los cambios potenciales en el genoma, los investigadores primero tuvieron que identificar las regiones de ADN con más probabilidades de ser el objetivo de la selección natural. Para hacerlo, compararon las poblaciones originales de lagos y ríos basándose en datos de secuencia de ADN. Esto reveló cientos de regiones en el genoma probablemente importantes para adaptarse a las condiciones del lago y el río. Precisamente en estas regiones, se compararon los datos de la secuencia de ADN de la población experimental antes y después del experimento de campo para identificar cambios en la frecuencia de las variantes genéticas.

El resultado apoyó la hipótesis: en promedio, la frecuencia de las variantes del río aumentó alrededor de un 2,5% a expensas de las variantes del lago. "Esta diferencia puede parecer pequeña a primera vista, pero es realmente sustancial cuando se extrapola a unas pocas docenas de generaciones", dice Berner. El experimento demuestra que la evolución puede ocurrir muy rápidamente frente a nuestros ojos, y no solo en los microorganismos. "Una evolución tan rápida puede ayudar a algunos organismos a hacer frente a los rápidos cambios ambientales actuales causados ​​por los humanos", concluye Berner.


Ver el vídeo: La Síntesis Evolutiva Moderna HD-REM (Agosto 2022).