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Tema 2: Evidencias evolutivas

• Reconocer zonas de observación y tipos de fósiles considerando fenómenos geológicos ocurridos en Chile.

• Especificar la antigüedad de los fósiles en diferentes estratos de rocas sedimentarias.

• Comparar la anatomía, morfología e información molecular de los organismos para determinar los niveles de parentescos.

• Analizar, a partir de modelos, características de seres vivos según evidencias fósiles.

La evolución

evidencias proceso de cambio

millones de años

es unse demuestra con

que se obtienen de

restos o huellas

rocas sedimentariasfósiles

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origen evolutivo

análogas

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deriva continental

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biogeografía

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biología molecular

paracompara

Objetivos

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Aprender AprenderTema 2: Evidencias evolutivas2.1 Paleontología y registro fósilEl cambio en las especies a lo largo del tiempo se ha estudiado bajo el concepto de evolución, el que se entiende como los cambios de un conjunto de individuos a lo largo del tiempo durante varias generaciones. La confirmación de que la vida en el planeta ha experimentado un constante proceso evolutivo se genera a partir de la información que se ha obtenido de la paleontología, la anatomía comparada, la embriología, la biogeografía y la biología molecular, conocidas como eviden-cias evolutivas.

Una de las principales evidencias de la evolución biológica son los fósiles, que co-rresponden a restos o huellas de seres vivos que vivieron en el pasado. El registro fósil corresponde a todo lo que se ha descubierto en torno a fósiles.

Los fósiles se encuentran principalmente en rocas sedimentarias, las que se forman por la acumulación de sedimentos que se compactan en diferentes capas o estratos. A través de la distribución de los fósiles en los estratos de las capas sedimentarias es posible determinar la aparición y abundancia de un organismo dominante en una era geológica determinada. Para la formación de un fósil es necesario que se cumplan condiciones extremadamente favorables que permitan la preservación del orga-nismo o sus vestigios.

Los recursos fósiles, los cuales son utilizados para la producción energética a nivel global, se formaron bajo condiciones excepcionales de presión, temperatura y tiem-po de descomposición.

Los fenómenos geológicos ocurridos desde el paleozoico, como los plegamien-tos, los levantamientos y las deformaciones del terreno, dan cuenta del estado y distribución de los fósiles documentados en Chile. La gran mayoría de los fósiles en-contrados en Chile están desarticulados y fragmentados; sin embargo, hay algunas zonas del país donde se han encontrado en buen estado.

2.2 Anatomía comparadaLa anatomía comparada es la ciencia que estudia las semejanzas y las diferencias anatómicas de los organismos con relación a un ancestro en común. Con la ayuda de los fósiles y organismos actuales es posible determinar las funciones y similitudes de las estructuras o sus diferencias.

Las estructuras homólogas corresponden a estructuras de los organismos que son similares en su forma, pero que no cumplen la misma función. Esto se debe a la existencia de un ancestro común entre los individuos.

Las estructuras análogas, también conocidas como homoplásicas, son aquellas que cumplen la misma función, pero sus estructuras anatómicas son diferentes de-bido a que poseen distintos ancestros comunes.

Las estructuras vestigiales son estructuras u órganos que eran funcionales en los antepasados, pero que en la actualidad han perdido sus funciones iniciales.

Húmero

Húmero

Húmero

Cúbito

Cúbito

Cúbito

Radio

Radio

Radio

Falanges

Falanges

Falanges

Carpos

Carpos

Metacarpos

Metacarpos

Metacarpos

Resumen del tema

� El registro fósil ayuda a determinar la forma, las dimensiones y el tipo de desplazamiento de un dinosaurio.

� El que haya vertebrados que poseen huesos similares significa que presentan un ancestro en común.

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2.3 BiogeografíaLa disciplina biológica actual que estudia la distribución geográfica de los seres vivos y sus causas se conoce como biogeografía. Esta ciencia explica la similitud que existe entre las especies actuales y las fósiles de una misma zona y las diferencias con los fósiles de otro lugar.

La teoría de la deriva continental describe que las porciones de corteza terrestre fueron cambiando de posición y que no siempre estuvieron dispuestas como ahora. La distribución de las especies depende de factores ambientales actuales, pero también de eventos geológicos pasados.

2.4 EmbriologíaLa observación y comparación de embriones de organismos vertebrados llevó a la conclusión de que en sus primeras etapas de desarrollo sus morfologías eran si-milares. Sin embargo, en etapas posteriores estos organismos se diferencian hasta adoptar su forma adulta.

Los cambios durante el desarrollo embrionario están regulados por genes que se conservan en las especies a lo largo del tiempo, por lo tanto en sus primeras etapas de desarrollo estos genes están activos para todos los organismos; luego pueden ser regulados por otros procesos celulares que desencadenan los cambios morfo-lógicos visibles.

La similitud del desarrollo embrionario en estadios iniciales en vertebrados evidencia, al igual que el registro fósil, la existencia de un ancestro común en estos organismos.

2.5 Biología molecularLas pruebas de biología molecular consisten en pruebas bioquímicas que se basan en la comparación de la estructura molecular de diferentes organismos. Cuanto más parecidas sean dos especies a nivel molecular, mayor será el parentesco evo-lutivo y viceversa.

Actualmente, los métodos más utilizados para comparar organismos se basan en el estudio de las secuencias de ADN de genes específicos y de los aminoácidos de algunas proteínas. Con ellos se han elaborado árboles filogenéticos en los que que-dan representadas las relaciones de parentesco entre diversos seres vivos.

Inicialmente los científicos reconstruyeron la historia evolutiva de algunos organis-mos a partir de la información obtenida de los registros fósiles y de los organismos actuales. Sin embargo, con el desarrollo de las técnicas moleculares se evidenció que algunas especies habían sido clasificadas en clados a los que no pertenecen porque no comparten secuencias proteicas o genéticas similares al ancestro común sugerido. A causa de esta situación, se construyeron nuevas filogenias donde estas especies están en un clado junto a su ancestro común más reciente, ya que con-cuerdan en gran parte con sus secuencias genéticas.

Oso pardo

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de

años

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20

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Oso andino Panda rojo Perro

Oso malayo MapachePanda gigante

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Resumen del tema

� Los osos de estos continentes provienen de un ancestro común, pero al separarse los continentes diferentes poblaciones quedaron aisladas, se adaptaron y evolucionaron de manera independiente.

� Las etapas iniciales del desarrollo embrionario en vertebrados están reguladas por genes.

� Construcción de árbol filogenético con la información homóloga que tienen sus genes.

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Aprender Aprender

Recordar y describir • Anatomía comparada1. En el esqueleto de una ballena actual se encuentran dos extremidades óseas (aletas) que son necesarias para

su desplazamiento en el océano. Sin embargo, también se hallan huesos como la pelvis e isquion, cuya función es soportar el peso de un organismo cuando está de pie.

Isquion

Pelvis

¿Cómo se explica la presencia de pelvis e isquion si este mamífero nada para desplazarse?

Inferir y explicar • Paleontología y registro fósil2. En Chile se descubrió un cementerio de ballenas fosilizadas en pleno desierto de Atacama, en el cerro Ballena, a

un kilómetro de distancia del océano Pacífico. También se han encontrado fósiles de dinosaurios en la Patagonia y moluscos en la cordillera de la zona norte-centro del país.

Adaptado de BBC Mundo (26/02/2014)

a. ¿Cómo se explica que existan fósiles de cetáceos tan lejos del actual océano?

b. ¿Cómo explicas esta distribución de fósiles?

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La presencia de pelvis se explica porque este hueso es una estructura vestigial. Un antepasado evolutivo de

la ballena usaba este hueso para desplazarse por tierra firme, sin embargo, el proceso evolutivo de este linaje

tuvo como resultado que la ballena se desplazara por el océano, pero mantuviera el hueso de la pelvis.

La explicación que permite explicar este hecho es que eventos geológicos que duran millones de años,

provocaron el levantamiento, desplazamiento y deformación de zonas que formaban parte del fondo

marino, con sus respectivos fósiles, hacia zonas que actualmente son un desierto.

Desde la formación de Pangea, el territorio chileno estuvo bajo el océano, sin embargo, producto del

choque de las placas tectónicas y de los movimientos que esto provocó, se desencadenó el levantamiento

del terreno en algunos sectores, como la zona norte-centro de Chile y la Patagonia, lo que explicaría por

qué en esos lugares se han encontrado los fósiles más antiguos que se hayan registrado en Chile.

Identificar y deducir • Paleontología y registro fósil3. A continuación, se representan los estratos (A, B, C… Z) de dos sitios diferentes. Observa la información que

entrega la imagen y responde.

Sitio 1

Sitio 2

Trilobite

Ave

Amonite

Pez

Molusco

Planta

Dinosaurio

Mamífero

Extrusiva

IntrusivaA

B

C

D

E

F

G

Z

Y

X

W

V

a. ¿En cuál de los estratos buscarías restos fósiles más antiguos? Fundamenta.

b. ¿En qué estrato(s) encontrarías los fósiles más recientes en ambos sitios? Justifica.

c. ¿Qué estratos del sitio 1 podrían haberse formado al mismo tiempo que en el sitio 2? Fundamenta.

d. ¿Cómo contribuye el proceso representado en las imágenes al entendimiento de la evolución de los organismos? Fundamenta.

Tema 2: Evidencias evolutivas L

ibro

de

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En los estratos más profundos, ya que la sedimentación del material se va depositando constantemente.

Por lo tanto, los fósiles más antiguos se deben buscar en el estrato A del sitio 1, y en el estrato W del sitio 2.

Los fósiles más recientes se encontrarían en las capas superficiales, ya que en ellas no se ha acumulado gran

cantidad de sedimentos. Por lo tanto, los fósiles más recientes se deben buscar en el estrato G del sitio 1, y

en el estrato Z del sitio 2.

Los estratos que pudieran haberse formado al mismo tiempo son: los estratos B del sitio 1 con el estrato W

del 2; el estrato F del sitio 1 con el estrato Y del sitio 2 y el estrato G del sitio 1 con el estrato Z del sitio 2.

Esto se debe a que cada pareja de estratos comparten los mismos tipos de fósiles.

El estudio del registro fósil de la evolución, ya que demuestra la presencia de seres vivos en tiempos pretéritos que

hoy no existen. Desde esta perspectiva, la paleontología proporciona información sobre el origen de estos, de sus

cambios en el tiempo, de las relaciones entre ellos y con su entorno, de su distribución espacial y migraciones, de

las extinciones, y de los procesos de fosilización y datación de las rocas que los contienen.

Aprender Aprender

Unidad 1: Evolución de los seres vivos

Comprender y argumentar • Anatomía comparada4. Observa las siguientes estructuras y responde las preguntas.

Ser humano Perro Delfín Murciélago Mariposa

a. Las estructuras representadas corresponden a distintos organismos. ¿Qué tienen en común?

b. ¿Qué funciones cumplen las estructuras representadas en cada uno de los organismos?

c. ¿Se puede decir que la estructura del perro es homóloga a la de la mariposa?, ¿por qué?

d. De todos los animales, ¿cuáles tienen estructuras análogas? Justifica.

e. Un científico mencionó que los huesos del ser humano y los del delfín son estructuras vestigiales. Argumenta por qué esta posición es errada y menciona dos pruebas de ello.

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La imagen muestra las estructuras de la extremidad de cuatro mamíferos y un insecto que se han diferenciado

por procesos evolutivos, y cuya función es permitir la movilización y el desplazamiento.

En el ser humano la mano permite manipular objetos. La pata de perro permite correr y caminar. La aleta de

delfín facilita nadar. El ala de murciélago y de la mariposa permite volar.

Para que las estructuras fueran homólogas, debieran presentar estructuras anatómicas similares, lo que no

sucede en este caso, por lo que estos organismos no cuentan con un antepasado en común.

Las estructuras análogas de la imagen corresponden al ala de la mariposa con la del murciélago pues ambas

cumplen la misma función, volar. Sin embargo, sus estructuras anatómicas son diferentes. Evolutivamente

están muy distantes entre sí, por lo que no comparten un ancestro reciente.

Si fueran estructuras vestigiales, el brazo humano y la aleta del delfín habrían perdido su funcionalidad y solo

serían un “residuo” evolutivo, lo que no es cierto. Ambas son estructuras homólogas ya que presentan los

mismos componentes óseos.

Comparar y analizar • Embriología5. Observa las siguientes etapas del desarrollo de distintos animales y luego responde las preguntas.

Pez Salamandra Tortuga Gallina Conejo Ser humano

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

* Imágenes de referencia

a. De la etapa 1, ¿qué diferencias se aprecian entre el pez, la tortuga y la gallina?

b. Observa los embriones de tortuga y del ser humano en sus distintas etapas. ¿Se puede afirmar que tienen un ancestro común? ¿En qué te basas para fundamentar tu respuesta?

c. A continuación, se muestran los embriones que faltan de la etapa 2. Asigna cada embrión al organismo correspondiente. Justifica y valida tu elección.

d. A partir de tus conocimientos, ¿el desarrollo embrionario constituye una evidencia evolutiva? Fundamenta.

Tema 2: Evidencias evolutivas

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En las primeras etapas, el pez, la tortuga y la gallina son tan semejantes que es difícil establecer diferencias

entre ellos.

A partir de la observación de las etapas tempranas del desarrollo embrionario del ser humano y la tortuga,

se puede inferir que poseen un ancestro en común ya que comparten aspectos anatómicos.

Lo es, porque las semejanzas en los estadios iniciales del desarrollo indica que evolutivamente las especies

descienden de un ancestro primitivo. Asimismo, la evidencia molecular comprueba que los genes de estos

organismos son conservados, es decir, que se encuentran activos en las primeras etapas.

1: conejo; 2: salamandra; 3: tortuga y 4: pez.

Las elecciones se justifican al comparar, por ejemplo, el tamaño y la

forma del globo ocular, del encéfalo y de la cola.

Aprender Aprender

Unidad 1: Evolución de los seres vivos

Aplicar y evaluar • Biología molecular 6. La secuencia de ADN permite determinar la homología molecular que tienen los organismos. Las secuencias de

la siguiente tabla corresponden a una sección de la secuencia de la proteína hemoglobina de distintas especies. Las letras corresponden a las bases nitrogenadas que componen el material genético: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T).

Secuencia de hemoglobina

Especie Secuencia de ADN

Ser humano 5’ AAACAACATATT 3’

Caballo 5’ CGTAAACATAAA 3’

Gorila 5’ AAACAACATAAA 3’

Chimpancé 5’ AAACAACATATT 3’

Cebra 5’ CGTAAACATCGT 3’

Analiza la tabla y responde las preguntas a continuación:

a. Compara las secuencias de ADN de las siguientes parejas y luego anota el número de similitudes que encuentras entre ellas. Indica cuál tiene mayor similitud.

• Caballo-Cebra:

• Hombre-Gorila:

• Caballo-Chimpancé:

• Hombre-Chimpancé:

• Caballo-Gorila:

• Mayor similitud:

b. ¿Qué información entrega la comparación que realizaste en a. respecto de la similitud de las especies? Justifica tu respuesta.

c. A partir de esta actividad y tus conocimientos, ¿cuál es la importancia de la biología molecular?

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9 11

6 ser humano - chimpancé

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Que las especies similares evolutivamente tienen una secuencia de ADN semejante, en comparación con

aquellas que están más alejadas. En conclusión, mientras más emparentadas están las especies, más

similitud habrá en la secuencia de ADN.

La información que otorga la biología molecular permite comparar las especies a nivel genético y molecular,

lo que contribuye a establecer su nivel de parentesco evolutivo de manera más certera. Esta información

permite crear árboles filogenéticos más específicos.

Taller de desarrollo de habilidades disciplinares

Observar evidencias

La observación es un procedimiento en el que se emplean todos los sentidos para obtener información de-tallada de un cuerpo o de un fenómeno; se puede emplear la simple vista y también dispositivos como lupa o microscopio. A partir de la observación se puede conseguir información cualitativa y cuantitativa. La cualitativa es producto de las sensaciones percibidas por los órganos de los sentidos, como el color, la forma, la aspereza, el olor, el sabor, entre otras. La cuantitativa permite expresar y describir las características de lo observado en cantidades utilizando unidades de medida, como el volumen, el largo y la temperatura de un cuerpo. A partir del registro de las observaciones realizadas es posible interpretar los datos y con ello plantear hipótesis o extraer conclusiones de los hechos evidenciados.

Las siguientes imágenes muestran dos fósiles encontrados en diferentes circunstancias. Observa con detención cada una de ellas y la información que entregan para luego responder las preguntas.

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60 [c

m]

43 [cm]

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Aprender Aprender

Unidad 1: Evolución de los seres vivos

a. Identifica, según lo observado, a qué tipo de evidencia fósil corresponde cada imagen.

b. Describe en forma detallada cada fósil. Utiliza toda la información que puedas obtener de las imágenes.

• Fósil 1

• Fósil 2

c. Compara la descripción que realizaste para cada fósil. ¿En cuál obtuviste mayor información? Explica y fundamenta.

d. ¿Qué criterio de observación utilizaste para describir cada fósil? Justifica tu respuesta.

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Imagen 1: petrificación.

Imagen 2: impronta.

Tiene cuatro extremidades y una cola. Se observan estructuras óseas que determinan que esta especie se

desplazaba en un medio terrestre. Por la distribución de sus huesos y su forma se asemeja a un lagarto. Sus

dimensiones son 43 x 60 cm.

Posee la forma de una hoja. Se ven detalles de las nervaduras secundarias, el peciolo y el limbo.

El fósil 1 otorga mayores detalles, sobre todo porque se observa en forma tridimensional, a diferencia del fósil 2 que

es más plana.

El criterio de observación en ambos fósiles fue cualitativa, sin embargo, en el fósil 1 se agrega una información

cuantitativa. En el primer fósil es posible realizar descripciones sobre la forma, disposición y características

observables. Como de los fósiles solo poseemos las imágenes, entonces la descripción es bastante básica.