Rodolfo Dirzo - Stanford University

1. Estudios sobre Selección Natural
en el Contexto de las
Interacciones Bióticas
Rodolfo Dirzo
Stanford University

2. 7 años, 1816
31 años, 1840
45 años, 1854
65 años 1874 71 años, 1880

3. El viaje en “El Beagle” (1831-36)

4. Latino América
y alrededor del mundo

5. Darwin en el viaje del Beagle
Naturalista
Galápagos (tortugas gigantes, pinzones)
- La diversidad: proceso orgánico de
“descendencia con modificación” (Ev)
- Selección natural es el mecanismo

6. I. Ideas sobre evolución:
- Observaciones de fósiles
- Distribución de especies
1. Sucesión en el tiempo
2. Sucesión en el espacio
3. Especies cercanas

7. Sucesión de “formas” en el tiempo:
armadillos y parientes
Glyptodonte extinto Armadillo
moderno

8. Sucesión de formas en el espacio: Rhea spp.
Ñandú en Patagonia Norte
Ñandú en Patagonia Sur

9. - El proceso de selección natural
- Conducente a la adaptación
II. Ideas sobre los mecanismos
de la evolución:

10. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución: tortugas
Preservación de variaciones favorables,
dependiendo del ambiente

11. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución: pinzones
Preservación de variaciones favorables,
dependiendo del ambiente

12. Ideas sobre los mecanismos de la Evolución
Selección bajo domesticación en palomas

14. Estudios sobre Selección Natural
en el Contexto de las
Interacciones Bióticas

16. Interacciones bióticas como
presión de selección
Los tres requisitos de la Selección Natural
• Variación intraespecífica en alguna característica
del fenotipo
• Que tal variación esté relacionada con diferencias
en la “aptitud” (ER y S)—Adecuación
• Que la variación inter-individual, conducente
a las diferencias en adecuación, esté determinada
genéticamente (heredable)

17. I. Variación intraespecífica

18. II. Variacion relacionada con la adecuación

19. RO1 RO1 RO1 RO2
RO1RO1AZ AZ
III. Variación heredable

20. El Ambiente Biótico
Efectos de los animales sobre las plantas

22. EFECTOS DE LOS ANIMALES SOBRE LAS PLANTAS
we wish in imagination to give a plant the pow
of increasing in numbers
We should have to give it some advantage
Over its competitors or
Over the animals which prey on it……”
Charles Darwin’s Origin
Chapter 3 - Struggle For Existence

23. “...on a piece of ground three feet long
and two wide, dug and cleared, and
where there could be no choking from
other plants, I marked all the
seedlings of our native weeds as they
came up, and out of 357 no less than
295 were destroyed, chiefly by slugs
and insects ...”
Charles Darwin’s Origin
Chapter 3 - Struggle For Existence

24. LA HERBIVORIA:
FACTOR QUE OPERA
COMO PRESION SELECTIVA?

25. El caso de Trifolium repens, el trébol blanco

26. EL TREBOL BLANCO
Trifolium repens
•Planta cosmopolita, probablemente originaria
del Mediterráneo
• Presente en praderas y hábitats manejados
• En Inglaterra, es consumida por varios herbívoros:
• Agriolimax caruanae
• Agriolimax reticulatus
• Arion ater
• Helix aspersa

27. Agriolimax
Arion ater Helix aspersa
Agriolimax

28. HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA?
I. LA VARIACION ENTRE INDIVIDUOS

29. La variación en el daño por herbívoros
Intacto Probado < 25% 25-50% 50-75% 75-100%

30. Variacion en la herbivoría de Trifolium
- Promedio de ataque/planta: 28.5%
- Ambito: 0-76%
Frecuencia(%)
Area foliar consumida/planta (%)
0 <5 <25
0
10
20
30
40
50
25-50 50-75 75-100

31. HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA?
II. LA VARIACION EN HERBIVORIA
AFECTA LA ADECUACION?

32. Plantas experimentales:
- Trasplantadas en campo (12 meses)
- o crecidas en el invernadero (2 meses)
¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?

33. Herbivoría (%) Herbivoría (%) Herbivoría (%)
Hojas/planta Supervivencia (%) Inflores/planta
0
5
10
15
0
50
100
0
2
4
6
0 50 100 0 50 100 0 50 100
Plantas trasplantadas en campo (12 meses)
¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?

34. Campo Laboratorio
Producción hojas * ***
Supervivencia * **
Producción inflores * **
Plantas experimentales:
- Trasplantadas en campo (12 meses)
- o crecidas en el invernadero (2 meses)
¿Herbivoría afecta el desempeño de la planta?

35. ¿HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA?
II. LA VARIACION EN HERBIVORIA
¿AFECTA LA ADECUACION? — SI!!!

36. ¿HERBIVORIA COMO PRESION SELECTIVA?
III. TIENE LA VARIACION EN HERBIVORIA
(QUE AFECTA LA ADECUACION)
UNA BASE GENETICA?
RO1 RO1 RO1 RO2
RO1RO1AZ AZ

37. DEFENSAS ANTIHERBIVORO EN LAS PLANTAS

38. CIANOGÉNESIS:
LA CAPACIDAD DE PLANTAS DE LIBERAR HCN
EL TREBOL: UNA ESPECIE CIANOGENICA
DEFENSAS ANTIHERBIVORO EN LAS PLANTAS

39. ¿SE EXPLICA LA VARIACION OBSERVADA
POR VARIACION EN LA CAPACIDAD
CIANOGENICA DEL TREBOL?
EL TREBOL: UNA ESPECIE CIANOGENICA

40. Compuesto químico Reacción
Glucósidos cianogénicos
y enzima cianogénica
Sin enzima, sin glucósidos
cianogénicos no cianogénica
LA VARIACION DEL TREBOL:
CIANOGÉNESIS

41. cy
CY

42. Selección de plantas de Trifolium en el laboratorio
Arion ater
CY cy
I P < 50%
Categorías de Daño
Hojuelas(%)
0
20
40
60
80
50-100%

43. 0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5
100
80
60
20
40
0 1 2 3 4 5
Relación herbivoría-cianogénesis
de Trifolium en laboratorio
Hojuelasconsumidas(%)
A. caranuae A. reticulatus Helix aspersa Arion ater
Intensidad de la cianogénesis

44. Selección de plantas de Trifolium en el campo
0
10
20
30
40
50
I P 25%
Categorías de Daño
Hojuelas(%)
CY cy
50% 75% 100%

45. Genes Compuesto quimico Reacción
CY Glucósidos cianogénicos
y enzima cianogénica
cy Sin enzima, sin glucósidos
cianogénicos no cianogénica
LOS GENES RESPONSABLES DE VARIACION GENETICA
EN EL TREBOL PARA LA CIANOGÉNESIS

46. Los CY tienen ventaja sobre los cy
debido a su defensa contra herbívoros

47. SIN EMBARGO……
En Inglaterra, las poblaciones de Trifolum
presentan una proporción
similar de plantas
cianogénicas y no cianogénicas
Los CY tienen ventaja sobre los cy
debido a su defensa contra herbívoros

48. Mantenimiento de Polimorfismos en la Naturaleza
• Los CY tienen ventaja sobre los cy
debido a su defensa contra herbívoros
• ¿Por qué la Selección Natural no elimina
a las plantas cy?

49. Mantenimiento de Polimorfismos en la Naturaleza
• Los CY tienen ventaja sobre los cy
debido a su defensa contra herbívoros
• ¿Por qué la Selección Natural no elimina
a las plantas cy?
Mecanismos de mantenimiento
de los polimorfismos
• La selección dependiente de la frecuencia
• La ventaja de los heterócigos
• La heterogeneidad del hábitat

50. Distribución de plantas de Trifolium en el campo
y abundancia de moluscos

51. Distribución de plantas de Trifolium
en el campo, en relación a la densidad de moluscos
0
20
40
60
80
100
Muy alta + alta Baja Muy baja
Densidad de los Moluscos
Plantas(%)
Ac Li ac li

52. Experimentos de competencia
entre plantas de los dos tipos
• Experimentos de competencia entre
plantas CY y plantas cy
• En el invernadero
• Con y sin herbivoría

53. EXPERIMENTO GANADOR
Experimentos de competencia
entre plantas de los dos tipos

54. Experimentos de competencia
entre plantas de los dos tipos
Conclusión: La heterogeneidad ambiental podría
ser el mecanismo del mantenimiento del polimorfismo
EXPERIMENTO GANADOR

55. “Nothing in biology makes sense
except in the light of evolution”
Theodosius Dobzhanski
(The American Biology Teacher, March,1973)

56. The day has past delightfully. Delight itself, however,
is a weak term to express the feelings of a naturalist who,
for the first time, has wandered by himself in a rainforest

57. Fragmentación del Hábitat: Los Tuxtlas
Patrones actuales de uso de la tierra
Deforestación y Fragmentación (Dirzo & García 1992)
• Grandes extensiones de
pastizales
• Matriz de vegetación
altamente
transformada.
• Aparición de gran
cantidad de “islas” de
vegetación remanente
• 1005 fragmentos,
80%<10 ha
(Mendoza et al. 2003)

58. Los ambientes cambiantes
Impactos humanos: fragmentación, defaunación
v v

59. Evolucion contemporánea (EC):
¿Los humanos como una fuerza evolutiva?
• EC puede ocurrir en escalas de tiempo contemporáneo
• Factores conocidos: Explotación, Biocidas, Invasiones,
Modificaciones del habitat y…
Extinción de interacciones de especies!!??

61. Evolución contemporánea (EC):
¿Impacto humano como fuerza evolutiva?
• EC puede ocurrir en escalas de tiempo contemporáneas?
• Controles conocidos: Sobreexplotación, Biocidas, Invasiones,
Modificaciones del habitat.
• Gradientes de selección: mediana ~0.16; h2
~0.25,
cambios evolutivos de 1 DE pueden ocurrir en ~ 25 generaciones
• Factores determinantes: N, G2
, h2
, Flujo génico, s
• [Dados algunos impactos humanos] SI people need to become
“fluent” in language of conservation biology and CE!