ESTRATEGIAS ADAPTATIVAS EN POBLACIONES VEGETALES

  • View
    225

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • ESTRATEGIAS ADAPTATIVAS EN POBLACIONES VEGETALES

  • AJUSTE DE LAS PLANTAS A FLUCTUACIONES AMBIENTALES (factores fsicos y biticos) DURANTE SU VIDA (ACLIMATACIN) PLASTICIDAD FENOTPICA: origen y consecuencias

  • AMBIENTE ACTUALGENOTIPO (S)FENOTIPOSFUNCIONES BSICASASIGNACIN DE RECURSOSFITNESSSUPERVIVENCIAFECUNDIDADXDESCENDENCIA(Seleccin natural)PLASTICIDAD

  • La plasticidad fenotpica es la habilidad de los organismos para que un genotipo pueda cambiar y producir diferentes fenotipos debido a la exposicin a factores biticos y abiticos. Esta propiedad individual se expresa en algunos casos como cambios morfolgicos discretos y contrastantes; en otros casos, una norma de reaccin continua describe la interrelacin funcional entre un rango ambiental y un rango de fenotipos (interacciones genotipo x ambiente)

  • EVOLUCIN BIOLGICA: teora de evolucin por seleccin natural (Darwin 1859, El origen de las especies)

  • TEORAS EVOLUTIVASIntentan explicar el origen de las adaptaciones (aptitud o ajuste al ambiente)Adaptacin: cambio heredable en caractersticas morfolgicas y/o fisiolgicas de los organismos que aumenta su probabilidad de producir descendencia viable, en un ambiente dado.Fitness (eficacia biolgica)= grado relativo de adaptacin de un fenotipo dentro de una poblacin o de una poblacin dentro de una comunidad.Los organismos no estn diseados o especialmente acondicionados a las circunstancia ambientales actuales o futuras, sino que son reflejo del xito o el fracaso de sus antepasados en su relaciones con el medio: sus propiedades actuales son consecuencia evolutiva de ese pasado. (Begon et al 1999)

  • TEORA DE EVOLUCIN POR SELECCIN NATURAL (Darwin 1859)1. En un ambiente dado (rgimen de seleccin), los individuos pertenecientes a una misma especie (poblacin) presentan diferencias fenotpicas en algn (algunos) caracteres.2. Existe asociacin (correlacin) positiva entre la expresin de algn carcter y la supervivencia y/o fecundidad (componentes del fitness).3. Algunas de las diferencias fenotpicas relacionadas con el fitness tienen base gentica (son transmisibles a la descendencia o heredables).

  • PREDICCIONES1. Los fenotipos con mayor fitness relativo en determinado ambiente tienen mayor probabilidad de dejar descendencia viable y transmitir genticamente sus propiedades a la poblacin.2. Dado que la seleccin natural opera sobre la variabilidad gentica disponible en un ambiente dado, es muy poco probable la aptitud (fitness ptimo) mxima o perfeccin evolutiva.3. Cuanto mayores sean la variabilidad gentica y la tasa reproductiva de una poblacin, mayor la probabilidad de ajuste adaptativo. 4. A igualdad de otras condiciones, a mayor presin de seleccin mas rpido ser el curso de la evolucin.

  • FUERZAS DE SELECCIN NATURALCualquier factor fsico o biolgico que interacta con los miembros de una poblacin no fenotpicamente idnticos, afectando diferencialmente (discriminacin) su supervivencia y/o fecundidad.Ambientes homogneos y estables Seleccin estabilizante: discrimina positivamente los fenotipos promedio para alguna caracterstica que aumenta su aptitud.Ambientes heterogneos (mosaicos) y estables Seleccin disruptiva: discrimina positivamente los fenotipos con mayor aptitud para cada sitio.Ambientes con cambios temporales direccionalesSeleccin direccional

  • ESTRATEGIA ADAPTATIVADentro de una poblacin establecida en un ambiente dado, la seleccin natural acta discriminando fenotipos como sistemas de transmisin gnica con diferente eficacia biolgica (fitness) para dejar descendencia viable.El individuo (fenotipo) como sistema de reproduccin genticaHistoria de vida: produccin y distribucin de progenie en el tiempoCiclo de vida: fases activas (uso de recursos) y pasivasEconoma de recursos: teora de optimizacinESTRUCTURA GENTICA POBLACIONALFSEficacia biolgica o fitness

  • TEORA DE ASIGNACIN PTIMA DE RECURSOSLA PLANTA FUNCIONA COMO UN SISTEMA ABIERTO Y AUTORREGULADO LA MAXIMIZACIN DEL FITNESS REQUIERE OPTIMIZAR LA ASIGNACIN DE RECURSOS LIMITANTES ENTRE ESTRUCTURAS Y FUNCIONES BSICASLAS ESTRATEGIAS DE ASIGNACIN DE RECURSOS (Y SU FLEXIBILIDAD), DEBEN SER OBJETO DE LA SELECCIN NATURAL.PrediccinTRADE-OFFALOMETRASPLASTICIDAD FENOTPICA

  • RELACIN ENTRE CARACTERSTICAS AMBIENTALES Y LAS ESTRATEGIAS ADAPTATIVAS: la bsqueda de patronesClasificacin del ambiente (fuerzas de seleccin) desde la perspectiva de los organismos (Southwood, 1977)Variabilidad temporalHeterogeneidad espacialConstanteEstacionalErrtico o impredecibleEfmeroUniforme o continuoEn mosaico o parchesAisladoCualidades relativas a la vida media de los organismos, su tamao, movilidad y capacidad de dispersin

  • TEORA DE SELECCIN r KMcArthur y Wilson (1969)

  • SELECCION rMortalidad juvenildenso - independiente e impredecibleMortalidad de adultos denso - independiente e impredecibleGrandes fluctuaciones en ambientes abiertosBajo amortiguamiento de los efectos ambientales. Alta tasa intrnseca rER alto; precocidad; semelparidadTamao reducidoTiempo generacional cortoProgenie numerosa de individuos pequeos.

  • SELECCION KTamao grandePoblaciones estacionarias y muy densas, en ambientes estables y comunidades cerradasIntensa competencia regula la supervivencia juvenilIntensa competencia regula la fecundidad de adultosCuidado parentalPocos descendientes de gran tamaoAlta capacidad amortiguadora. Flucta cerca de KCiclo de vida largoBajo ER; madurez retrasada; iteroparidad

  • ESTRATEGIAS r : crecimiento exponencialESTRATEGIAS K: crecimiento logstico (autorregulado por la competencia)K

  • Principales fuerzas de seleccin natural operando sobre poblaciones de plantas vasculares terrestres, segn J.P. Grime (1979).

  • Disturbios(intensidad-frecuencia)Estrs(limitacin crnica de recursos)BAJOALTOBAJOCOMPETITIVATOLERANTE ALTORUDERALNO ES POSIBLE LA VIDA

  • Intensidad de competenciaIntensidad-frecuencia de disturbiosIntensidad de estrsPoblaciones dominantes de bosque y pajonalPoblaciones xerfilas y escifilasPoblaciones de lotes cultivadosCTRTeora de GRIME (1979)

  • DOMESTICACIN Y MEJORAMIENTO AGRONMICOEstrategia adaptativaMximo fitness (individual)Estrategia agronmicaMxima productividad (poblacional)ideotipos

  • Ideotipo comunal de Donald

  • Infrutescencias con raquis tenaces y semillas o frutos retenidos a madurez sobre la planta. Fenmeno de condensacin (ej. maz, girasol, sorgo) < DispersinReduccin de estructuras de proteccin de los frutos y semillas (ej.cubiertas seminales, glumas y espinas)Aumento de tamao de frutos y semillas mayor vigor de plntulas.< Supervivencia de propgulos.Menor dormicin y/o auto inhibicin aleloptica. Sin requerimientos especficos de luz o temperaturas.Germinacin ms rpida y uniforme (cohortes uniformes; sincronizacin fenolgica)COSTOS ADAPTATIVOS DE LA DOMESTICACIONSeleccin agronmicaConsecuencias

  • Mayor sensibilidad a fluctuaciones del ambiente fsico, enfermedades y plagas.Menor habilidad competitiva y tolerancia a la competenciaEnraizamiento y rganos almacenantes mas superficiales (ej. papa, remolacha, rabanos, mandioca, etc.)Reduccin de la floracin o esterilidad en cultivos vegetativos

    Reduccin o prdida de metabolitos secundarios (aleloqumicos)Aumento de az cares y aceites a expensas de protenasAcortamiento de ciclos de vida y de fase vegetativa en cultivos de produccin reproductivaAumento en el esfuerzo reproductivo (ndice de cosecha).Menor tamao y longevidad

  • Infrutescencias con raquis tenaces y semillas o frutos retenidos a madurez sobre la planta. Fenmeno de condensacin (ej. maz, girasol, sorgo) < DispersinReduccin de estructuras de proteccin de los frutos y semillas (ej.cubiertas seminales, glumas y espinas)Aumento de tamao de frutos y semillas mayor vigor de plntulas.< Supervivencia de propgulos.Menor dormicin y/o auto inhibicin aleloptica. Sin requerimientos especficos de luz o temperaturas.Germinacin ms rpida y uniforme (cohortes uniformes; sincronizacin fenolgica)COSTOS ADAPTATIVOS DE LA DOMESTICACIONSeleccin agronmicaConsecuencias

  • Mayor sensibilidad a fluctuaciones del ambiente fsico, enfermedades y plagas.Menor habilidad competitiva y tolerancia a la competenciaEnraizamiento y rganos almacenantes mas superficiales (ej. papa, remolacha, rabanos, mandioca, etc.)Reduccin de la floracin o esterilidad en cultivos vegetativos

    Reduccin o prdida de metabolitos secundarios (aleloqumicos)Aumento de az cares y aceites a expensas de protenasAcortamiento de ciclos de vida y de fase vegetativa en cultivos de produccin reproductivaAumento en el esfuerzo reproductivo (ndice de cosecha).Menor tamao y longevidad

  • Ejemplo: Evolucin de Resistencia a Biocidas: el caso de las malezas.

  • COSTO DE DESARROLLO DE NUEVOS HERBICIDAS

    Grfico1

    30

    50

    70

    150

    250

    Anos desde 1980

    Millones de U$S

    y = 28,53e0,11xR2 = 0,99

    Hoja1

    030

    550

    1070

    15150

    20250

    Hoja1

    Anos desde 1980

    Millones de U$S

    y = 28,53e0,11xR2 = 0,99

    Hoja2

    Hoja3

  • 4 a > 20 aosEVOLUCIN DE RESISTENCIA A HERBICIDA: aumento de la tolerancia (poblacional supervivencia) por seleccin direccional, a dosis de un herbicida que puede causar plena mortalidad en una poblacin no seleccionada.Mortalidad por herbicida

    Grfico2

    99.9999000001100100

    99.9992000064100100

    99.987501562399.9999999979100

    99.900099900199.9999998656100

    5099.865753424799.9999901696

    11.111111111192.090794451599.9899347258

    1.538461538516.806632124490.6915641757

    0.46082949313.507692307717.3486538385

    0.19493177392.27177382234.8652455513

    0.09990009992.07138995674.0936585366

    DOSIS

    % BIOMASA O DENSIDAD

    dinamic