Evolución y selección de cultivos: El futuro de la agricultura Nombre: ___________ Fecha: _______ Clase: _________ ## Contexto Para el año 2050, se espera que la población humana mundial alcance casi los 10 mil millones. Para alimentar a esta creciente población, la producción mundial de alimentos deberá aumentar significativamente. Sin embargo, los agricultores se enfrentan a grandes desafíos: el cambio climático está alterando las condiciones de cultivo y nuevas cepas de plagas agrícolas están devastando los cultivos. Usted es un científico agrícola encargado de desarrollar una nueva cepa de trigo que pueda producir altos rendimientos a la vez que resiste una plaga recientemente surgida y altamente destructiva. Utilizará una simulación computacional para investigar tres métodos diferentes de desarrollo de cultivos: Selección natural, Selección artificial (mejora selectiva) y Modificación genética CRISPR. Su objetivo es determinar la estrategia más eficaz para adaptar la población de cultivos para sobrevivir al brote de plagas y mantener la seguridad alimentaria. ## NGSS Alineación * Expectativa de desempeño: HS-LS4-4. Construir una explicación basada en evidencia de cómo la selección natural conduce a la adaptación de las poblaciones. * Práctica científica y de ingeniería (SEP): Construir explicaciones y diseñar soluciones; analizar e interpretar datos * Idea central disciplinaria (DCI): LS4.C: Adaptación; LS4.B: Selección natural * Concepto transversal (CCC): Causa y efecto — ## Parte 1: Datos de referencia - Selección natural Primero, observemos cómo responde la población de cultivos a la plaga sin intervención humana. 1. Abra la Simulación de Evolución y Selección de Cultivos. 2. Establezca el Modo de Selección en “Selección Natural”. 3. Establezca la Presión de Plagas en 50. 4. Haga clic en Reproducción Automática y permita que la simulación se ejecute durante 10 generaciones. Pause la simulación. Preguntas de Análisis: 1. Analice los Datos: Observe el gráfico “Promedios de Rasgos de la Población a lo Largo del Tiempo”. Describa la tendencia del Rendimiento del Cultivo y la Resistencia a las Plagas a lo largo de las 10 generaciones. Proporcione puntos de datos específicos de la Generación 0 y la Generación 10. 2. Causa y Efecto: Con base en las reglas de la selección natural, explique por qué la resistencia promedio a las plagas cambió de la manera en que lo hizo. ¿Cuál fue la presión selectiva y cómo contribuyó la variación genética en la población inicial a este resultado? 3. Construye una explicación: ¿Por qué disminuyó el rendimiento promedio de los cultivos a pesar de que aumentó la resistencia a las plagas? (Sugerencia: Considera el costo biológico de producir químicos/estructuras defensivas). — ## Parte 2: Selección artificial (mejora selectiva) Los agricultores han utilizado la selección artificial durante miles de años para mejorar los cultivos. Veamos si puedes guiar a la población hacia un mejor resultado. 1. Haz clic en Reiniciar campo. 2. Cambia el Modo de selección a “Selección artificial”. 3. Mantén la Presión de plagas en 50. 4. Ejecuta la simulación durante 10 generaciones, pero esta vez, debes seleccionar activamente las mejores plantas (las que tienen el mayor rendimiento y resistencia) para que sean los padres de la siguiente generación. * Nota: Puedes hacer clic en ‘Siguiente generación’ manualmente para observar el proceso de selección paso a paso. Preguntas de análisis: 4. Compara los resultados: Compara los promedios de rasgos de la Generación 10 de tu ensayo de Selección artificial con el ensayo de Selección natural. ¿Fue la selección artificial más eficaz para mantener un alto rendimiento de los cultivos al tiempo que aumentaba la resistencia a las plagas? Utilice datos para respaldar su respuesta. 5. Mecanismo: ¿En qué se diferencia el mecanismo de la selección artificial de la selección natural? ¿Quién o qué determina qué individuos sobreviven y se reproducen en cada escenario? 6. Limitaciones: ¿Observó algún límite en la rapidez con la que los rasgos podían mejorar utilizando la selección artificial? Explique por qué la selección artificial está limitada por la variación genética existente en la población. — ## Parte 3: Modificación genética CRISPR La biotecnología moderna permite a los científicos editar directamente el ADN de los organismos utilizando herramientas como CRISPR-Cas9. 1. Haga clic en Restablecer campo. 2. Cambie el Modo de selección a “Modificación genética CRISPR”. 3. Mantenga la Presión de plagas en 50. 4. En los controles CRISPR, establezca el Rendimiento objetivo en 90 y la Resistencia objetivo en 90. 5. Haga clic en Aplicar ediciones CRISPR. 6. Ejecuta la simulación durante 10 generaciones. Preguntas de análisis: 7. Analiza los datos: ¿Cómo cambiaron los promedios de los rasgos de la población inmediatamente después de aplicar CRISPR (Generación 1)? ¿Cómo cambiaron los rasgos durante las siguientes 9 generaciones? 8. Causa y efecto: Explica cómo CRISPR permite a los científicos eludir las limitaciones de la selección natural y artificial. ¿Por qué el cambio en los rasgos es casi instantáneo en comparación con los otros métodos? 9. Impacto evolutivo: Considera la diversidad genética de la población después de la edición con CRISPR en comparación con la selección natural. Si un tipo de plaga diferente apareciera repentinamente en la Generación 11, ¿qué población (selección natural o CRISPR) crees que tendría una mayor probabilidad de contener individuos que pudieran sobrevivir? Explica tu razonamiento basándote en el concepto de variación genética. — ## Parte 4: Recomendación final y síntesis 1. Construye un argumento: Basándote en los datos de tu simulación, construye una recomendación final para el consejo agrícola mundial. ¿Qué método (selección natural, selección artificial o CRISPR) debería priorizarse para desarrollar cultivos capaces de alimentar a la población futura ante el aumento de las plagas? * Su argumento debe incluir una afirmación. * Debe proporcionar evidencia de sus ensayos de simulación (datos específicos). * Debe proporcionar un razonamiento que conecte su evidencia con los conceptos biológicos de selección natural, adaptación y variación genética. Analice las ventajas y desventajas (beneficios y riesgos) del método elegido.