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17.7: Biogeografía y distribución de especies - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  • Definir el término biogeografía y los factores abióticos que lo impactan.
  • Discutir cómo los factores abióticos afectan la distribución de las especies.

Biogeografia es el estudio de la distribución geográfica de los seres vivos y los factores abióticos que afectan su distribución. Los factores abióticos como la temperatura y las precipitaciones varían en función principalmente de la latitud y la elevación. A medida que estos factores abióticos cambian, también cambia la composición de las comunidades de plantas y animales. Por ejemplo, si comenzara un viaje en el ecuador y caminara hacia el norte, notaría cambios graduales en las comunidades de plantas. Al comienzo de su viaje, verá bosques tropicales húmedos con árboles de hoja perenne de hoja ancha, que son característicos de las comunidades de plantas que se encuentran cerca del ecuador. A medida que continuaba su viaje hacia el norte, vería que estas plantas de hoja perenne de hoja ancha eventualmente daban lugar a bosques estacionalmente secos con árboles dispersos. También comenzaría a notar cambios en la temperatura y la humedad. Aproximadamente a 30 grados al norte, estos bosques darían paso a desiertos, que se caracterizan por una baja precipitación.

Moviéndose más al norte, verá que los desiertos son reemplazados por pastizales o praderas. Eventualmente, los pastizales son reemplazados por bosques templados caducifolios. Estos bosques caducifolios dan paso a los bosques boreales que se encuentran en el subártico, el área al sur del Círculo Polar Ártico. Finalmente, llegaría a la tundra ártica, que se encuentra en las latitudes más septentrionales. Esta caminata hacia el norte revela cambios graduales tanto en el clima como en los tipos de organismos que se han adaptado a los factores ambientales asociados con los ecosistemas que se encuentran en diferentes latitudes. Sin embargo, existen diferentes ecosistemas en la misma latitud debido en parte a factores abióticos como las corrientes en chorro, la corriente del Golfo y las corrientes oceánicas. Si fueras a subir una montaña, los cambios que verías en la vegetación serían paralelos a los que avanzas a latitudes más altas.

Distribución de especies

Los ecologistas que estudian la biogeografía examinan los patrones de distribución de las especies. No existe ninguna especie en todas partes; por ejemplo, la trampa para moscas Venus es endémica de un área pequeña en Carolina del Norte y del Sur. Un endémico especie es aquella que se encuentra naturalmente solo en un área geográfica específica que generalmente tiene un tamaño restringido. Otras especies son generalistas: especies que viven en una amplia variedad de áreas geográficas; el mapache, por ejemplo, es originario de la mayor parte de América del Norte y Central.

Los patrones de distribución de las especies se basan en factores bióticos y abióticos y sus influencias durante los largos períodos de tiempo necesarios para la evolución de las especies; por lo tanto, los primeros estudios de biogeografía estuvieron estrechamente relacionados con el surgimiento del pensamiento evolutivo en el siglo XVIII. Algunos de los conjuntos más distintivos de plantas y animales se producen en regiones que han estado separadas físicamente durante millones de años por barreras geográficas. Los biólogos estiman que Australia, por ejemplo, tiene entre 600.000 y 700.000 especies de plantas y animales. Aproximadamente 3/4 de las especies de plantas y mamíferos vivos son especies endémicas que se encuentran únicamente en Australia (Figura 1).

A veces, los ecólogos descubren patrones únicos de distribución de especies al determinar dónde están las especies. no fundar. Hawaii, por ejemplo, no tiene especies nativas de reptiles o anfibios, y solo tiene un mamífero terrestre nativo, el murciélago canoso. La mayor parte de Nueva Guinea, como otro ejemplo, carece de mamíferos placentarios.

Mire este video para observar un ornitorrinco nadando en su hábitat natural en Nueva Gales del Sur, Australia. Tenga en cuenta que este video no tiene narración.

Se ha excluido un elemento de video de esta versión del texto. Puede verlo en línea aquí: pb.libretexts.org/fob1/?p=516

Las plantas pueden ser endémicas o generalistas: las plantas endémicas se encuentran solo en regiones específicas de la Tierra, mientras que las generalistas se encuentran en muchas regiones. Las masas de tierra aisladas, como Australia, Hawai y Madagascar, a menudo tienen un gran número de especies de plantas endémicas. Algunas de estas plantas están en peligro debido a la actividad humana. La gardenia del bosqueGardenia brighamii), por ejemplo, es endémica de Hawái; Se cree que sólo existen entre 15 y 20 árboles.


¿Qué es la biogeografía?

Se conoce a la biogeografía como la rama de la biología centrada en el estudio de la distribución de los seres vivos en un espacio geográfico. También se puede considerar como una especialización de la geografía que se orienta a los lugares que ocupan los organismos vivos en la Tierra.

La biogeografía combina conceptos, herramientas y técnicas de zoología, botánica y ecología, entre otras áreas del conocimiento. Su objeto de estudio es la distribución de especies en el planeta, dedicándose a analizar su origen y los cambios que se registran en él.

La evolución biológica, el cambio climático y los cambios en la estructura de los océanos y continentes por deriva continental y orogénesis son factores que inciden en la distribución geográfica de los seres vivos y, por tanto, forman parte de los intereses de la biogeografía.
El concepto de deriva continental, mencionado en el párrafo anterior, se refiere al movimiento de las masas continentales en relación con las demás. Ésta es una hipótesis desarrollada por un geofísico y meteorólogo nacido en Alemania en 1912 basada en varias observaciones. Cabe mencionar que pasaron unos cincuenta años antes de que este fenómeno pudiera explicarse adecuadamente, gracias a los avances realizados en el campo de la tectónica de placas, la teoría que define la estructura de la parte más rígida y fría de nuestro planeta.
La orogénesis, por su parte, es el proceso mediante el cual la corteza terrestre pierde extensión y se dobla en una porción alargada que surge como resultado de un empuje. En general, este fenómeno se acompaña de flexión y empuje, es decir, deformaciones y fallas. En este contexto hablamos de orógenos para dar nombre a las sierras, cuya creación tiene lugar cuando una placa tectónica es sometida a una presión que la empuja hacia la superficie.
Debido a que las condiciones terrestres son muy diferentes según el lugar, la biogeografía debe estudiar cada sistema en particular, ya que dos evoluciones nunca ocurren de la misma manera. Tampoco existen preceptos generales que permitan, por deducción, generar conocimiento sobre los diversos modos de distribución de los organismos vivos en la superficie terrestre.
En este contexto, es común distinguir entre biogeografía histórica y biogeografía ecológica. La biogeografía histórica estudia los cambios en la distribución de las especies en el tiempo, mientras que la biogeografía ecológica enfatiza los cambios tanto temporales como espaciales.

Se conoce con el nombre de área biogeográfica o de distribución al espacio geográfico en el que tiene lugar la distribución de especies y subespecies. Dentro de la biogeografía existe una ciencia auxiliar, una especialidad, denominada corología, que se centra en el estudio del área de distribución de los seres vivos.
Como se puede deducir, este campo es de gran importancia para el desarrollo del conocimiento humano, ya que nos caracterizamos por la sed de conocimiento sobre todo lo que nos rodea. Entre los temas que se relacionan con el área biogeográfica podemos destacar la demografía, la ciencia encargada de estudiar las poblaciones humanas y sus diferentes propiedades, así como las posibilidades que tienen los diferentes taxones para sobrevivir.
Por otro lado, está la biología de la conservación, la ciencia que, desde la década de 1980, ha estudiado las causas del marcado declive de la biodiversidad en todos sus estratos, desde la genética hasta los ecosistemas. Uno de los principales objetivos de esta disciplina científica es encontrar la forma de reducir al mínimo esta pérdida.


BIOGEOGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DE LA ISLA: RESOLVER UN ROMPECABEZAS FILOGENÉTICO UTILIZANDO LA GENÉTICA MOLECULAR

El punto fuerte de la actividad es su profundidad e interdisciplinariedad. Esta actividad refuerza el carácter interdisciplinario de la ciencia moderna. Los estudiantes utilizan datos reales de científicos reales. Los estudiantes aplican los principios de la evolución en su razonamiento para hacer uso de estos datos de la geología y la ciencia biológica. Esta actividad se originó en la Universidad de Princeton en el verano de 1995 mientras yo participaba en el Instituto de Biología de la Fundación Nacional Woodrow Wilson. Aunque ahora modificado, fue escrito como parte de un módulo de biología sobre la evolución llamado & # 8220 Evolución: un contexto para la biología & # 8221. Mi intención original era escribir una actividad similar sobre los pinzones de Galápagos, pero resultó ser demasiado complejo y el ADN Los datos cartográficos aún no se habían publicado.

Para los propósitos de esta publicación, he colocado la actividad del estudiante al principio, seguida de la información del maestro y mi discusión de las posibles soluciones.

BIOGEOGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DE LA ISLA: RESOLVER UN ROMPECABEZAS FILOGENÉTICO CON GENÉTICA MOLECULAR

Fondo & # 151 La Figura 1 (izquierda) ilustra una de las muchas poblaciones de lagartos que viven en las Islas Canarias. Las Islas Canarias forman un archipiélago de siete islas volcánicas al oeste del continente africano (Mapa 1). La cadena de islas comienza a unos 85 km (50 millas) al oeste del continente, siguiendo una línea de falla de las montañas del Atlas en el norte de África. Los geólogos teorizan que un punto caliente geológico de magma ascendente se ha estado desplazando hacia el oeste durante los últimos 20 millones de años, formando gradualmente las islas a medida que se mueve. Así, la isla más oriental, Lanzarote, es la más antigua, mientras que la isla occidental más pequeña, Hierro, es la más joven, de unos 0,8 millones de años. Las islas volcánicas son laboratorios particularmente buenos para la ciencia evolutiva porque se pueden fechar con precisión utilizando la desintegración de isótopos radiactivos y porque comienzan como masas de roca sin vida que emergen del mar.

El desarrollo de ecosistemas en islas volcánicas es algo impredecible. Sin embargo, la sucesión ecológica ocurre primero con organismos pioneros que alteran gradualmente el medio ambiente hasta que se establece una comunidad clímax estable. Lo que es impredecible es qué especies de plantas y animales colonizarán estos nuevos entornos. Mucho de esto se deja al clima, la proximidad a otras masas de tierra y, por supuesto, al azar. Esta investigación se ocupa de tres especies de lagartos del género Gallotia, y dentro de una de estas especies, Gallotia galloti, cuatro poblaciones insulares separadas. La llegada del Gallotia Lagartijas probablemente fue en rafting (Ver Mapa 1). Las balsas de vegetación natural a menudo son arrastradas al mar cuando los altos niveles de los ríos hacen que las orillas del río se derrumben, llevándose tanto plantas como animales aferrados. Las corrientes oceánicas en esta región varían con las estaciones. La colonización por organismos transportados por el aire, como insectos y aves, suele ocurrir durante las tormentas. En cualquier caso, existen algunos principios generales de colonización de islas:

1) Cuanto más cerca esté la isla de otra masa de tierra, mayor será la probabilidad de colonización.
2) Cuanto más antigua sea la isla, es más probable que sea colonizada.
3) Cuanto más grande sea la isla, es probable que se establezcan más especies.
4) El aislamiento geográfico reduce el flujo de genes entre poblaciones.
5) Con el tiempo, las poblaciones coloniales se vuelven genéticamente divergentes de su población parental debido a la selección natural, mutación y / o deriva genética.
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Problema & # 151 Los biólogos de la evolución se han enfrentado a un problema interesante. ¿Cuál es la historia filogenética de las tres especies y siete poblaciones de Gallotia lagartijas en las Islas Canarias? ¿La presencia de cuatro poblaciones morfológicamente diferentes de G. galloti en las cuatro islas más occidentales (Mapa 2) implica una evolución continua? En esta investigación, utilizará datos de geografía, historia geológica, morfología (tamaño corporal) y genética molecular para desarrollar respuestas a estas preguntas.

1) ¿Qué isla es más probable que haya sido colonizada primero y cuál última? Di por qué piensas eso.

2) Usando el Mapa 2 (descargue una versión en pdf & # 8212incluye la Tabla 1 a continuación) y su razonamiento geográfico, dibuje en una página separada un árbol filogenético (familiar) hipotético de las tres especies y las tres poblaciones adicionales de G. galloti. Tu maestro demostrará cómo dibujar un árbol filogenético. Etiquete sus ramas finales con los siguientes nombres de población:

Atlantica Stehlini galloti
Tenerife
galloti
Palma
galloti
Gomera
galloti
Hierro

Tabla 1. Edad máxima de Canarias en millones de años. (Anguita et al., 1986)

Lanzarote y
Fuerteventura
Gran Canaria Tenerife Gomera Palma Hierro
24.0 17.1 15.1 5.3 2.0 0.8

1) Explique cómo los datos en la Tabla 1 (arriba) apoyan su diagrama de filogenia. ¿O qué cambios debería hacer y por qué?
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Compare sus dos tablas de filogenia. Describe en qué se diferencian.

Thorpe y sus colegas utilizaron enzimas de restricción para cortar el ADN y electroforesis en gel para separar los fragmentos. El marcado de radioisótopos finalmente condujo a la secuenciación de las muestras de ADN para cada una de las siete poblaciones. Thorpe probó dos poblaciones en Tenerife para ver si las diferencias ecológicas eran parte de la historia. Sintió que debido a que Tenerife es húmedo y exuberante en el norte, mientras que el sur es árido y estéril, las poblaciones de esa isla podrían tener algunas diferencias genéticas. Además, se preguntó si Tenerife estaba suministrando lagartos colonizadores desde dos direcciones diferentes. Los resultados de las pruebas de Thorpe & # 8217s aparecen en las dos últimas páginas de esta investigación.
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Su tarea es contar las diferencias entre todos los pares de las siete poblaciones y usar esos datos para construir un árbol filogenético final basado en similitudes y diferencias genéticas.

Procedimiento & # 151 Hay 21 combinaciones de pares diferentes posibles usando siete poblaciones. Deberías trabajar en un equipo de cuatro. Cada persona será responsable de contar todas las diferencias de base para cinco de los 21 pares (consulte el cuadro a continuación). Los emparejamientos se enumeran en la Tabla 2 (descargue una versión en pdf). Tenga en cuenta que se ha contado el primer emparejamiento. Registre sus resultados en la Tabla 2. Cuando todos los equipos hayan terminado, se verificará la conformidad de los datos. La forma más fácil de realizar recuentos precisos es cortar el papel en cuatro tiras y pegarlas de un extremo a otro en el orden correcto, de la A a la D. Luego comparará pares de tiras una al lado de la otra para contar las diferencias.

Hay 21 emparejamientos posibles, cada miembro del equipo selecciona cinco emparejamientos distintos de 1/2.

Estudiante # 1 Estudiante # 2 Estudiante # 3 Estudiante # 4
1/3 1/4 1/5 1/6
1/7 2/3 2/4 2/5
2/6 2/7 3/4 3/5
3/6 3/7 4/5 4/6
4/7 5/6 5/7 6/7

INTERPRETACIONES Y CONCLUSIONES

Los números bajos expresan más similitud genética e implican un ancestro común más reciente. Se dice que las parejas con números altos tienen una mayor distancia genética entre ellas. En otras palabras, un gran número implica que son menos parecidos genéticamente, tienen una ascendencia más distante y han estado separados por más tiempo. En un árbol filogenético, la ascendencia temprana se expresa mediante ramas bajas, mientras que las de evolución más reciente se encuentran en las ramas superiores. Las ramas que están muy separadas implican una mayor distancia genética.
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1) En la Tabla 2, un gran número implica que los pares de poblaciones están menos relacionados. ¿Por qué es esto?
2) Entre las seis poblaciones, hay tres especies. ¿Cuántas diferencias de pares de bases es el mínimo para separar dos especies de estos lagartos? (Recuerde, no confunda poblaciones con especies). Dé un ejemplo para respaldar su respuesta.
3) ¿Qué dos poblaciones están más estrechamente relacionadas? Justifica tu respuesta.
4) ¿Por qué debería esperar que las poblaciones S. Tenerife (ST) y N. Tenerife (NT) tengan menos diferencias que otros emparejamientos?
5) ¿Qué población está menos relacionada con el resto? ¿Por qué lo dices?
Consulte su último cuadro de filogenia utilizando las similitudes y diferencias genéticas que se encuentran en la Tabla 2. Compárelo con el cuadro de filogenia que dibujó en función de las distancias geográficas y la edad geológica de las islas.
6) ¿Qué diferencia hay entre las dos filogenias?
7) Qué especie, G. stehlini o G. atlantica, es el antepasado del otro? Explica tu razonamiento.
8) Predecir lo que es probable que suceda con las cuatro poblaciones de G. galloti en las cuatro islas más occidentales. Indique qué condiciones respaldarán esta predicción.

Tabla 3. Secuencias de pares de bases del genoma mitocondrial para el citocromo b de Gallotia especies y poblaciones. Los códigos de isla entre paréntesis son P = Palma, NT = norte de Tenerife, ST = sur de Tenerife, G = gomera y H = Hierro. Cada secuencia consta de cuatro líneas, por ejemplo, 1a + 1b + 1c + 1d es la secuencia para Gallotia stehlini. (Datos de Thorpe et al., 1994). Descargue una versión en pdf.
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INFORMACION DEL PROFESOR

La actividad final será utilizar los resultados de los emparejamientos para comparar las diferencias y utilizar esta información para desarrollar una tabla de filogenia final. Las soluciones se proporcionan a continuación. Los diagramas parecen ser cladogramas, pero técnicamente no lo son. Su similitud con los cladogramas está más relacionada con su facilidad para dibujar. El esquema básico es que un número bajo de diferencias de pares de bases implica relaciones evolutivas más estrechas. Las tablas de filogenia están destinadas a estimular el pensamiento de los estudiantes sobre los problemas de comprensión de la evolución pasada y futura. Hay muchas variaciones de filogenias que los estudiantes pueden idear, algunas mejores que otras. El criterio debería ser realmente: ¿se puede explicar y justificar la solución de manera lógica? Solo la última filogenia basada tanto en la genética molecular como en la biogeografía tiene menos variaciones y necesita una discusión seria para cerrar el tema. Por último, la mayoría de las preguntas de esta tarea no se pueden responder sin una explicación del alumno. Debe enfatizar que las respuestas pueden variar, pero se requiere lógica para todas las soluciones.
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La información que sigue está destinada a ser una guía para las soluciones a las filogenias basadas en diferentes tipos de datos. Estas son mis interpretaciones y de ninguna manera son definitivas.

A la izquierda hay una posible solución (descargue una versión en pdf de las tres soluciones que se muestran aquí) basada en distancia geográfica y de isla en isla. No tiene en cuenta las corrientes reales que varían con el tiempo. Puede haber otras soluciones razonables. La idea aquí es hacer que el estudiante piense en la lógica del problema, no en su respuesta final. Luego, los números indican la secuencia cronológica.
A la izquierda hay una posible solución usando island distribución y morfología. Al utilizar el tamaño corporal, uno se siente tentado a adivinar que los lagartos medianos de Palma podrían haber sido los antepasados ​​inmediatos de Gomera y los pequeños lagartos de Gomera son antepasados ​​de los pequeños lagartos de Hierro. Esto podría contradecir el argumento basado en la distancia. Una vez más, no hay una respuesta perfecta. Los ecologistas y genetistas han debatido varias hipótesis durante años. Los números implican cronología.
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La solución de la izquierda usa evidencia de ADN de la Tabla 2 (tabla completa a continuación y # 8212 o descargue una versión en pdf) para deducir distancia genética. Se considera el criterio más confiable para establecer el parentesco evolutivo. Todos los pares de bases tienen la misma probabilidad de mutación y la tasa de mutación es relativamente constante, aunque la tasa de evolución no lo es. Tenga en cuenta que las poblaciones del norte y sur de Tenerife se enumeran como una. Cualquiera puede ser una fuente de nueva colonización. La verdadera sorpresa aquí no es la evolución de las formas más pequeñas, es que Stehlini en Gran Canaria parece tener la ascendencia más antigua, aunque Atlantica en realidad está más cerca de África. Esta inesperada sorpresa podría apoyar la hipótesis de que el Gallotia ¡El antepasado del lagarto es europeo! Como extensión, haga que los estudiantes investiguen las corrientes a lo largo de la costa de Portugal.

RESPUESTAS A INTERPRETACIONES Y CONCLUSIONES 1) En la Tabla 2, un gran número implica que los pares de poblaciones están menos relacionados. ¿Por qué es esto? Un gran número implica ascendencia lejana porque cuanto más tiempo se han separado dos poblaciones, más oportunidades ha habido de mutaciones.

2) Entre las seis poblaciones, hay tres especies. ¿Cuántas diferencias de pares de bases es el mínimo para separar dos especies de estos lagartos? (Recuerde, no confunda poblaciones con especies). Dé un ejemplo para respaldar su respuesta. G. galloti en S. Tenerife tiene solo 19 diferencias de pares de bases de G. atlantica.

3) ¿Qué dos poblaciones están más estrechamente relacionadas? Justifica tu respuesta. los G. galloti las poblaciones de Gomera y Hierro deben ser las más estrechamente relacionadas porque solo hay cuatro pares de bases que son diferentes.

4) ¿Por qué debería esperar que las poblaciones S. Tenerife (ST) y N. Tenerife (NT) tengan menos diferencias que otros emparejamientos? El sur de Tenerife y el norte de Tenerife son poblaciones diferentes en la misma isla, por lo que esperaría que ocurriera algún flujo de genes, reduciendo así las diferencias entre ellos.

5) ¿Qué población está menos relacionada con el resto? ¿Por qué lo dices? G. stehlini es la población menos relacionada con el resto. La evidencia es que G. stehlini tenía más diferencias genéticas de todos los demás, ¡de 36 a 49!

Consulte su último cuadro de filogenia utilizando las similitudes y diferencias genéticas que se encuentran en la Tabla 2. Compárelo con el cuadro de filogenia que dibujó en función de las distancias geográficas y la edad geológica de las islas.

6) ¿Qué diferencia hay entre las dos filogenias? La gran diferencia es qué población es la más antigua. La última filogenia sugiere G. stehlini, no G. atlantica, que está más cerca de África.

7) Qué especie, G. stehlini o G. atlantica es el antepasado del otro? Explica tu razonamiento. G. stehlini es el antepasado de G. atlantica porque Stehlini tiene más diferencias genéticas con los demás que Atlantica. También es posible que ambos vinieran de África de forma independiente en diferentes momentos o incluso de Europa.

8) Predecir lo que es probable que suceda con los acervos genéticos de las cuatro poblaciones de G. galloti en las cuatro islas más occidentales. Indique qué condiciones respaldarán esta predicción. Espero que la población de cada isla continúe evolucionando para convertirse en una especie separada porque están geográficamente aisladas y las mutaciones continuarán acumulándose hasta que también se aislen reproductivamente.

REFERENCIAS

Thorpe, R.S. y R.P. Brown. 1989. Variación microgeográfica del patrón de color del lagarto canario, Gallotia galloti dentro de la isla de Tenerife: distribución, patrón e hipótesis. Revista Biológica de la Sociedad Linneana 38:303�.

Thorpe, R.S., D.P. McGregor y A.M. Cumming. 1993. Evolución de la población de lagartijas canarias, Gallotia galloti: restricción de endonucleasas de cuatro bases de polimorfismos de longitud de fragmentos del ADN mitocondrial. Revista Biológica de la Sociedad Linneana 49:219– 227.

Thorpe, R.S., R.P. Brown, M. Day, A. Malhotra, D.P. McGregor y W. Wuster. 1994. Prueba de hipótesis ecológicas y filogenéticas en estudios microevolutivos. Páginas. 189 & # 8211206 en E.P. Eggleton y R. Vane-Wright (eds.), Phylogenetics and Ecology. Prensa académica, Londres.

Thorpe, R.S., D.P. McGregor, A.M. Cumming y W.C. Jordán. 1994. Evolución del ADN y secuencia de colonización de lagartos isleños en relación con la historia geológica. Evolución 48:230�.
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EXPRESIONES DE GRATITUD

Mapa 1 redibujado a partir del Revista de vulcanología e investigación geotérmica 30: 155 & # 8211162: F. Anguita y F. Hernan. 1986. Geocronología de algunos enjambres de diques canarios: contribución a la evolución volcano-tectónica del archipiélago. Con el amable permiso de Elsevier Science-NL, Sara Burgerhartstraat 25, 1055 KV Amsterdam, Países Bajos.


1. INTRODUCCIÓN

Las actividades humanas han cambiado rápidamente la distribución de la biota a una escala sin precedentes (McKinney & Lockwood, 1999) y continúan haciéndolo. Los seres humanos transportan un número cada vez mayor de especies a áreas fuera de sus áreas de distribución naturales (van Kleunen et al., 2015), lo que resulta en cambios profundos de los patrones biogeográficos (Capinha, Essl, Seebens, Moser y Pereira, 2015). Estas especies exóticas impactan en la biodiversidad nativa debido a la competencia, depredación e hibridación y actúan como vectores de patógenos y enfermedades peligrosas tanto para los humanos como para otros animales salvajes (Hof, Araújo, Jetz y Rahbek, 2011). Las especies exóticas también tienen importantes impactos económicos y sociales que afectan directa e indirectamente el bienestar humano (Kumschick et al., 2015 Vilà et al., 2011). Aunque la investigación sobre invasiones biológicas se ha intensificado en las últimas décadas, aún quedan importantes lagunas de conocimiento taxonómico y geográfico, y aún faltan análisis globales de patrones de invasión para algunos grupos de organismos. Esto limita una comprensión integral de los mecanismos y patrones de invasiones a gran escala (Pyšek et al., 2008 Richardson & Ricciardi, 2013) y, a su vez, impide la implementación de acciones de respuesta preventiva sólidas.

A continuación, presentamos la base de datos Global Alien Herptile recientemente completada, una base de datos completa de distribuciones de reptiles y anfibios alienígenas en países, estados federales e islas o archipiélagos separados biogeográficamente en todo el mundo. Nos enfocamos en especies exóticas establecidas, definidas como aquellas que no ocurren naturalmente en una región y forman poblaciones introducidas autosostenibles en esa región (Blackburn et al., 2011). Se excluyeron los sucesos casuales (es decir, no establecidos permanentemente). Nuestra base de datos contiene la distribución de anfibios y reptiles alienígenas establecidos en 359 regiones. En un paso posterior, utilizamos este conjunto de datos para analizar: (1) la distribución global de anfibios y reptiles exóticos establecidos, (2) los flujos de especies exóticas establecidas entre sus rangos nativos y exóticos, (3) la dinámica temporal de las invasiones durante los últimos siglos y (4) los impulsores clave que dan forma a la riqueza de especies exóticas establecidas de anfibios y reptiles a escala mundial.


Evolución genética de las especies | Biología Celular

El concepto de & # 8216 evolución orgánica & # 8217 prevé que todas las formas vivas de hoy se desarrollaron a partir de un ancestro común. Es decir, las diversas formas de vida están relacionadas por descendencia, lo que explica las similitudes entre ellas. La idea de la evo y shylution orgánica no fue ampliamente aceptada hasta 1859 cuando Darwin publicó su obra clásica & # 8216 The Origin of Species & # 8217.

Este trabajo contenía una gran cantidad de evidencia a favor de la idea de que la evolución continua y proporcionó una hipótesis atractiva para explicar el modo de evolución.

Posteriormente, se desarrollaron varios conceptos sobre el mecanismo de la evolución Haldane, Fischer, Wright y varios otros, Se han recopilado información y # 8217s de diversas áreas de estudio, tales como, geología, paleontología, taxonomía, genética de poblaciones, bioquímica, genética molecular y otras. y resintetizado para comprender la evolución.

Estado actual de Evolución genética de las especies:

La modalidad de evolución de las especies en el reino vegetal implica una combinación de procesos y fenómenos en la naturaleza. Los procesos abarcan todos los cambios inherentes a los conceptos de Drawin, de Vries y últimamente de Stebbins.

Los materiales básicos que provocan cambios en el individuo de una población son los genes y sus alteraciones. De hecho, los cambios genéticos aleatorios proporcionan materias primas básicas en el proceso evolutivo.

Dichos cambios pueden ser mayores o menores e implican alteraciones en la estructura y el número de genes, así como de cromosomas y segmentos cromosómicos. En resumen, las alteraciones genéticas y cromosómicas que ocurren al azar en los individuos de una población, proporcionan los materiales básicos para la evolución.

El siguiente paso en el proceso evolutivo a nivel poblacional es la recombinación de genes entre diferentes individuos. La hibridación aleatoria entre diferentes individuos que contienen diferentes cambios genéticos conduce al origen de nuevos individuos con nuevas combinaciones de genes. En este paso, la población puede representar una masa heterogénea de individuos que contienen diferentes combinaciones de genes.

El siguiente paso en la evolución es la operación de la selección natural en la lucha por la existencia entre las recombinaciones heterogéneas, por la utilización óptima de los recursos en sus entornos específicos. En última instancia, a través de la selección natural, ciertos individuos con complementos genéticos alterados ocupan el nicho ambiental con la exclusión gradual de otros.

A través del cruce y la timidez entre ellos, dicha población finalmente se vuelve estable con combinaciones específicas de genes alterados y se convierte en un genotipo estable.

La población estable caracterizada por una combinación de genes particular, se distingue de la especie parental a la que pertenecía inicialmente la población. A menudo se considera que una población tan estabilizada, que caracteriza un genotipo que difiere en fenotipo de sus predecesores, alcanza un nivel de especie incipiente.

Una especie tan incipiente puede incluso cruzarse con individuos de la población parental y perder su identidad.

Especiación alopátrica:

Como tal, el logro de un estatus de especie a partir del nivel de especies incipientes, requeriría una barrera de compatibilidad entre las poblaciones nuevas y antiguas. Sin esta barrera, a pesar de las diferencias fenotípicas, no se puede mantener la identidad de la nueva población.

Existe toda la posibilidad de que se fusione con las especies parentales a través de la reproducción en ausencia de una barrera que conduzca al origen de una serie de fenotipos graduados. La barrera a la compatibilidad, esencial para alcanzar el estatus de especie, se puede lograr a través de diferentes medios.

El método sin involucrar ningún cambio genio que conduzca a una barrera de compatibilidad es la migración. La migración de la nueva población a un nuevo entorno, muy alejado del original, conduce al aislamiento geográfico. Este aislamiento geográfico permite que una población desarrolle su propia característica fenotípica adaptada al entorno cambiado, muy alejada del original.

Estas especies también se denominan especies alopátricas.

Especiación simpátrica:

El método común, además de la migración y el consiguiente aislamiento geográfico, son los cambios genéticos o mutaciones que conducen a una barrera para la fertilización.

Dicha barrera a la fertilización entre especies que ocupan la misma área geográfica, también denominadas especies simpátricas, se puede lograr mediante el aislamiento marino y shysonal, es decir, la floración en diferentes estaciones causada por cambios genéticos en el individuo.

No necesariamente estacional, pero la barrera puede estar presente incluso entre dos especies que mantienen su individualidad, ocupan el mismo hábitat y florecen en la misma estación. La barrera compatible entre las dos especies, original y derivada, también puede deberse a la incompatibilidad de la línea germinal, el polen y el óvulo.

Tal esterilidad del genio puede manifestarse en ausencia de fertilización o en una barrera para el desarrollo embrionario y timónico posterior a la fertilización. Tal barrera de esterilidad a nivel de genio es el factor principal en la estabilización y, como tal, la evolución de las especies.


Distribuciones geográficas de abundancia de invertebrados costeros: uso de rangos unidimensionales para probar hipótesis biogeográficas

A menudo se asume que las especies generalmente alcanzan sus densidades más altas en el centro de su área de distribución y declinan en abundancia hacia los límites de su área de distribución. Se han propuesto varios mecanismos que podrían apoyar teóricamente este patrón, y se han desarrollado varias teorías ecológicas basadas en el supuesto de que este patrón ocurre en la naturaleza. Sin embargo, pocos estudios han cuantificado los patrones geográficos de abundancia de especies en todas las áreas de distribución de especies. Esto se debe en gran parte a los desafíos logísticos del muestreo en las grandes áreas espaciales de la mayoría de los rangos de especies. Usamos invertebrados intermareales, que tienen rangos lineales relativamente bien definidos, para probar la hipótesis de que las especies son más abundantes en los centros de sus rangos.

Localización

Our sampling programme covered all or most of the ranges of twelve intertidal invertebrate species along the Pacific coast of North America, from Cabo San Lucas (Baja California, Mexico) to Shelikof Island (AK, USA).

Método

We sampled invertebrate density at forty-two field sites using quadrat and transect methods. We used a shape fitting procedure to find idealized range shapes that best fit the sampled distributions of abundance. The idealized range shapes represented both a distribution where abundance was highest at the range centre and distributions where abundance was highest at one or both of the range edges.

Resultados

Overall, this suite of species did not show the expected pattern of high abundance near the range centre. Six of the species showed patterns indicative of high densities near one of their range edges, whereas only two showed patterns with high densities near their range centres. Furthermore, nine of the twelve species had sites near the range edges in which density ranked in the top 20% of all sites.

Main conclusions

The hypothesis that species are most abundant in the centre of their ranges cannot be generalized to this diverse suite of intertidal organisms. The diversity of distribution shapes that we found suggest that evolutionary and ecological theories that assume high abundance at range centres should be re-examined with consideration of alternative abundance distributions. We suggest that sampled geographical distributions of abundance can be combined with demographic and physical factor data taken at the same scale to test hypotheses related to the causes of range boundaries and the responses of species ranges to climatic change.


5 Conclusions

Overall, we provided clarity regarding phylogenetic relationships, biogeography, and ecological niche evolution in Diapensiaceae. A phylogenetic understanding of Diapensiaceae could be improved by increased sampling within species, as we sampled only one to three individuals per species. The resolution of questions of species monophyly may require greater sampling. Additional molecular data could also improve the phylogenetic inference of Diapensiaceae. We did not include subspecies within the family due to specimen limitations. Likewise, two recently described species, Shortia rotata (Gaddy & Nuraliev, 2017 ) and S. brevistyla (Gaddy et al., 2019 ), segregates of S. sinensis y S. galacifolia, respectively, were not included because (i) we were unable to obtain specimens for S. rotata, and (ii) S. brevistyla had not been recognized when we collected samples for this study. In addition, herbarium specimens of neither S. rotata ni S. brevistyla have been annotated as distinct from S. sinensis y S. galacifolia, respectively the digitized herbarium specimen records for S. sinensis y S. galacifolia may, thus, represent lumped entities. Por lo tanto, S. rotata y S. brevistyla could not be included as separate species in our analyses.

Many questions remain unanswered regarding the evolution of Diapensiaceae. Scott & Day ( 1983 ) noted the low chromosome number for the family—most members of Diapensiaceae have norte = 6 (2norte = 12), with Galax urceolata having 2norte = 12, 18, or 24 (Reynolds, 1968 )—however, chromosome numbers across the complete range of most species in Diapensiaceae are unknown, and chromosome evolution within the family has not been thoroughly investigated. Scott & Day ( 1983 ) also suggested that further attention should be paid to the factors governing range size, given that dispersal appears to be limited in the majority of taxa analyzed. Although we identified that temperature shifts may have allowed D. lapponica y D. obovata to expand their ranges, much is still unknown about the persistence of the taxa through climate oscillations. Also, the effect of climate change on the family should be investigated. For example, climate change is predicted to greatly decrease the range of G. urceolata (Gaynor et al., 2018 ), and similar analyses and projections would be useful for other species in the family. We hypothesize that other species of Diapensiaceae, given their general dependence on cool temperatures, may be similarly impacted by a rapidly changing climate.

The current distributions of species of Diapensiaceae are shaped by both climatic and biogeographic factors. Disjunctions between clades recognized as genera are most likely due to ancient vicariance events. On the basis of our inferences, the disjunction between ENA and EA in Diapensiaceae can be traced to two vicariance events—(i) Pyxidanthera versus the clade of Berneuxia, Shortia, Schizocodon, y Diapensia at 49.9 Mya (95% HPD: 44.82–53.8 Mya) and (ii) a split between Shortia galacifolia and all other Shortia species around 24.1 Mya (95% HPD: 18.33–30.16 Mya). These findings clearly provide further examples of pseudocongruence across the well-known ENA–EA disjunction. Although all species of the family occupy generally similar habitats, as seen by analysis of specific ecological variables as well as ecological niche models, niche shifts have accompanied some divergences, such as the origin of Schizocodon and, more recently, between species of Schizocodon and among EA species of Shortia. Overall, the diversification in Diapensiaceae appears to have been shaped by both large-scale biogeographic factors, such as vicariance, and divergence in ecological niche among closely related species.


17.7: Biogeography and Species Distribution - Biology

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Taxonomy, Biology, Biogeography, Evolution and Conservation of the Genus Erikssonia Trimen (Lepidoptera: Lycaenidae)

A.J. Gardiner, 1,* R.F. Terblanche 2

1 1Organization for Tropical Studies, School of Animal Plant and Environmental Sciences, University of
2 2School of Environmental Sciences and Development, North-West University, Potchefstroom Campus, Priv


Biogeography: Polar Bears and Penguins

Polar bears live in the Arctic, but not the Antarctic. For penguins, the picture is reversed. The pattern of organisms around the globe -- the absence of some species from environments that would suit them, and closer relationships between species that are geographically near each other than between species that inhabit similar environments -- is persuasive evidence of the evolutionary origin of biodiversity.

Créditos: Courtesy of Animation Factory and STARLab Very Low Frequency Research Group

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Evidence for Evolution

Darwin, Wallace and the other 19th century naturalists who traveled widely were fascinated by the distribution of animals and plants in their habitats around the world. Why do the Galapagos Islands of South America and the Cape Verde Islands off Africa have strikingly different fauna and flora, despite having similar environments? Why does the Arctic have polar bears and Antarctica penguins?

These patterns impressed Darwin deeply. To him, they argued that species arose in single centers by descent with modification from existing species, and that their geographic range was limited by their ability to migrate to other suitable environments.

The distribution of flora and fauna of the oceanic islands provided Darwin with some of his strongest arguments. The islands contain a small number of species because immigration from the mainland was difficult, he said. Some categories of life are absent altogether, such as batrachians -- frogs, toads, and newts -- even though they would seem to be adapted for such habitats. The reason? They are killed by saltwater, so could not reach the islands by migration. Terrestrial mammals aren't found on oceanic islands more than 300 miles from the mainland. But bats, with their long-distance flying ability, are plentiful.

Another point: Most of the species on islands, while distinct from other species, are most closely related to species on the nearest mainland. Therefore, Darwin said, the island inhabitants must have migrated from the original, mainland area where the species originated. That explains why the species on the Galapagos Islands most closely resemble those on the nearby South American mainland, and those in the Cape Verdes resemble those of west Africa.

Aside from the islands, Darwin was intrigued by unusual distributions of animals and plants across the continents. He concluded that changes in locations of climatic zones over time -- the advance and retreat of glaciers, for example -- could explain some of the patterns in animals' habitats.

Just as intriguing to Darwin, and even more apparent now, is the fact that fossils of possible ancestors of living species are often found in the same parts of the globe where their descendants live today. Darwin observed this in the South American fossils he collected, relatives of today's capybaras and armadillos. Apes today live only in Africa and Asia, and that is where the fossils most resembling modern apes are also found. There are no apes, fossil or living, known from anywhere in the Americas.

These same patterns are just as impressive today. And since Darwin's day, advances in scientific understanding have shown how accurate his conclusions were. For example, plate tectonics, undreamed of when Darwin was forming his ideas, fits elegantly into Darwin's theory as another major influence on dispersal, helping to produce the patterns in the distribution of both fossils and living organisms seen around the world in modern times.


Ver el vídeo: Species distribution (Febrero 2023).