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Biología AP: contenido adicional del curso · Selección natural y genética de poblaciones

Selección natural y selección artificial

Brócoli, col rizada, repollo, coliflor y coles de Bruselas parecen plantas muy distintas, pero todas vienen de una misma mostaza silvestre. ¿Cómo se pasa de una planta a cinco verduras? ¿Y qué tiene que ver eso con las bacterias que resisten un antibiótico? En esta página verás que ambas historias usan el mismo mecanismo, y que la diferencia está en quién elige.

Las condiciones de la selección natural

Imagina un grupo de ratones en un campo. Algunos son más oscuros y otros más claros. El suelo del campo es oscuro, así que los ratones oscuros se camuflan mejor y un búho cazador ve con más facilidad a los claros. Con el tiempo, quedan más ratones oscuros. Nadie "decidió" nada: el ambiente filtró la población.

Para que esto ocurra se necesitan cuatro condiciones:

  1. Variación: los individuos de la población difieren en algún rasgo.

  2. Heredabilidad: al menos parte de esa variación se transmite de padres a hijos (depende de los genes).

  3. Sobreproducción y competencia: nacen más individuos de los que el ambiente puede sostener, así que compiten por comida, refugio o pareja.

  4. Supervivencia y reproducción diferencial: los individuos con ciertos rasgos sobreviven y dejan más descendientes que otros.

Una población con ratones claros y oscuros: los oscuros sobreviven más y la siguiente generación tiene más ratones oscuros Generación 1 el búho caza más claros Generación 2 Oscuro = relleno oscuro; claro = relleno gris. Los oscuros pasan más copias de sus genes a la siguiente generación.
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Enumera las cuatro condiciones que deben cumplirse para que ocurra la selección natural en una población. Explica brevemente por qué la variación heredable es esencial.

Enumera las cuatro condiciones que deben cumplirse para que ocurra la selección natural en una población. Explica brevemente por qué la variación heredable es esencial.

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Aptitud biológica (fitness)

En biología, aptitud biológica (fitness) no significa ser el más fuerte ni el más grande. Es la cantidad de descendientes fértiles que un individuo deja en la siguiente generación, comparada con los demás.

Una adaptación es un rasgo heredable que aumenta esa aptitud en un ambiente dado. Un rasgo que ayuda en un ambiente puede perjudicar en otro.

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Define aptitud biológica* (fitness) en el contexto de la evolución. Luego decide cuál de dos conejos tiene mayor aptitud: el conejo 1 vive 9 años y deja 2 crías que…

Define aptitud biológica (fitness) en el contexto de la evolución. Luego decide cuál de dos conejos tiene mayor aptitud: el conejo 1 vive 9 años y deja 2 crías que sobreviven, o el conejo 2 vive 3 años y deja 6 crías que sobreviven. Explica tu razonamiento.

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Cálculos con supervivencia y tipos de selección

Cómo cambia una población

Cuando un fenotipo sobrevive más, su frecuencia sube. Veamos cómo calcularlo.

Tres patrones de selección

La selección actúa sobre la distribución de un rasgo (por ejemplo, la profundidad del pico). Se distinguen la selección direccional (directional selection), la estabilizadora (stabilizing selection) y la disruptiva (disruptive selection):

Tres gráficas: selección direccional desplaza la curva, estabilizadora la estrecha, disruptiva la separa en dos picos DireccionalEstabilizadoraDisruptiva un extremo favorecidoel promedio favorecidoambos extremos favorecidos
Tipo Qué se favorece Efecto en la distribución
Direccional Un extremo La media se desplaza
Estabilizadora El valor intermedio Se estrecha, misma media
Disruptiva Ambos extremos Dos picos, el medio disminuye

El ejemplo clásico de selección estabilizadora es el peso al nacer en humanos. El de direccional, los picos de los pinzones de las Galápagos en una sequía.

Variación al azar y resistencia a antibióticos

Las mutaciones ocurren al azar, antes de que haya presión selectiva. En una población grande de bacterias, algunas ya son resistentes por casualidad. Si se aplica un antibiótico, mueren casi todas las susceptibles y las resistentes se reproducen sin competencia. Así surgen bacterias como el MRSA. Las bacterias no "aprenden" ni "deciden": el antibiótico solo selecciona una variante que ya existía.

Heredabilidad y diferencial de selección

El diferencial de selección es la media de los que se reproducen menos la media de toda la población. La respuesta a la selección es el cambio de la media entre la generación de los padres y la de las crías. La heredabilidad ($h^2$) es la razón entre la respuesta y el diferencial: $R = h^2 S$, es decir, $h^2 = R/S$. Si la respuesta se acerca al diferencial, $h^2$ se acerca a 1 y el rasgo tiene alta heredabilidad.

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Una población de 1,000 escarabajos tiene 500 escarabajos verdes y 500 marrones, y el color es heredable. Las aves encuentran con más facilidad a los escarabajos verdes…

Una población de 1,000 escarabajos tiene 500 escarabajos verdes y 500 marrones, y el color es heredable. Las aves encuentran con más facilidad a los escarabajos verdes sobre la corteza marrón de los árboles. Solo el 30% de los verdes sobrevive para reproducirse, frente al 60% de los marrones. (a) ¿Cuántos escarabajos verdes y marrones sobreviven para reproducirse? (b) Suponiendo que cada sobreviviente deja el mismo número de descendientes, ¿qué porcentaje de la siguiente generación será verde? (c) Predice qué ocurre con la frecuencia del fenotipo verde a lo largo de muchas generaciones si esta presión continúa.

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Una población de $10^9$ bacterias contiene, en promedio, 1 célula resistente por cada $10^6$ células, debido a mutaciones al azar ocurridas antes de usar cualquier…

Una población de $10^9$ bacterias contiene, en promedio, 1 célula resistente por cada $10^6$ células, debido a mutaciones al azar ocurridas antes de usar cualquier antibiótico. (a) ¿Cuántas células resistentes se esperan antes del tratamiento? (b) Después de que un antibiótico mata a casi todas las células susceptibles, explica por qué la población pasa a ser mayormente resistente. (c) Explica por qué es incorrecto decir que las bacterias "decidieron" o "aprendieron" a ser resistentes.

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Clasifica cada situación como selección direccional, estabilizadora o disruptiva y describe cómo cambia la distribución del rasgo: (a) durante una sequía, solo los…

Clasifica cada situación como selección direccional, estabilizadora o disruptiva y describe cómo cambia la distribución del rasgo:

(a) durante una sequía, solo los pinzones con picos grandes y profundos pueden romper las semillas duras que quedan;

(b) los bebés humanos con peso al nacer muy bajo o muy alto tienen menor supervivencia que los de peso intermedio;

(c) en una población de aves que comen semillas, las aves con picos muy pequeños o muy grandes se alimentan eficientemente de las semillas disponibles, pero las aves con picos medianos lo hacen mal.

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En un estudio hipotético de una población de pinzones en una isla, la profundidad media del pico antes de una sequía severa era 9.0 mm. La profundidad media del pico de…

En un estudio hipotético de una población de pinzones en una isla, la profundidad media del pico antes de una sequía severa era 9.0 mm. La profundidad media del pico de las aves que sobrevivieron y se reprodujeron fue 9.8 mm. La profundidad media del pico de sus crías fue 9.7 mm. (a) Calcula el diferencial de selección (sobrevivientes menos la población original) y el cambio en la media de la generación de los padres a la de las crías. (b) Explica qué sugieren estos valores sobre la heredabilidad de la profundidad del pico. (c) Después de varios años de lluvias abundantes, abundan las semillas pequeñas y blandas. Predice cómo podría cambiar la selección y explica si la evolución siempre se mueve en una sola dirección.

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Selección artificial

La selección artificial (artificial selection) ocurre cuando las personas eligen qué individuos se reproducen, según rasgos que les interesan. Es el mismo proceso (variación heredable + reproducción diferencial) pero con un "seleccionador" humano.

El ejemplo más famoso: la mostaza silvestre (Brassica oleracea). Los agricultores eligieron:

  • las yemas laterales grandes → coles de Bruselas (Brussels sprouts)

  • las hojas grandes → col rizada (kale)

  • las flores → brócoli (broccoli) y coliflor (cauliflower)

  • la yema terminal → repollo (cabbage)

Otros ejemplos: razas de perros, maíz con más aceite, vacas lecheras, manzanas más dulces.

Selección natural Selección artificial
¿Quién determina quién se reproduce? El ambiente (depredadores, clima, competencia) Las personas
¿Qué favorece? Aptitud en ese ambiente Rasgos útiles o atractivos para los humanos
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La mostaza silvestre ha sido modificada por las personas mediante cruzamiento hasta producir brócoli, col rizada, repollo y coliflor. Define selección artificial* e…

La mostaza silvestre ha sido modificada por las personas mediante cruzamiento hasta producir brócoli, col rizada, repollo y coliflor. Define selección artificial e indica una diferencia con la selección natural en cuanto a qué determina cuáles individuos se reproducen.

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En un experimento hipotético de cruzamiento a largo plazo, los agricultores seleccionaron en cada generación solo las plantas de maíz con mayor contenido de aceite. El…

En un experimento hipotético de cruzamiento a largo plazo, los agricultores seleccionaron en cada generación solo las plantas de maíz con mayor contenido de aceite. El contenido medio de aceite subió de 4.5% en la generación 0 a 12% en la generación 50 y a 17% en la generación 100, pero el aumento por generación se hizo más lento. (a) Explica cómo es un ejemplo de selección artificial que actúa sobre variación heredable. (b) Propón dos razones por las que la tasa de aumento se redujo. (c) Compara este proceso con la selección natural en una población silvestre de plantas, considerando quién o qué selecciona, qué rasgo se favorece y el efecto sobre la diversidad genética. (d) Argumenta un riesgo de un sistema agrícola que depende de una sola variedad de cultivo genéticamente uniforme.

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Vuelve al principio: de la misma mostaza silvestre salen cinco verduras porque las personas eligieron generación tras generación qué plantas se reproducían. En el MRSA, el antibiótico es el "criador" que elimina a las susceptibles. En ambos casos hay variación heredable y reproducción diferencial; solo cambia quién elige.

Resumen

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