EVOLUCIÓN Y ORIGEN DE LA VIDA

Transcripción

1 EVOLUCIÓN Y ORIGEN DE LA VIDA Mª PILAR GARCÍA MADRUGA MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 1

2 SERES VIVOS ORIGEN COMÚN ESPECIES FIJISMO EVOLUCIÓN PRUEBAS LAMARCK HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS DARWIN SELECCIÓN NATURAL NEODARWINISMO OTRAS TEORÍAS EVOLUTIVAS ACTUALES MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 2

3 El origen de la vida La ciencia todavía no ha respondido a una de las grandes preguntas que el ser humano siempre se ha planteado cómo surgió la vida en nuestro planeta? Las respuestas que proporciona la ciencia a esta Las respuestas que proporciona la ciencia a esta pregunta se basan en una teoría científica que fue invalidada por Louis Pasteur en el s. XIX: La generación espontánea. Según esta teoría la vida puede surgir, sin más, de manera espontánea, allí donde se den las condiciones más favorables MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 3

4 Durante el s. XIX la teoría de la generación espontánea proponía que los microorganismos (incluso insectos y pequeños mamíferos) podrían surgir de manera espontánea sobre materia nutritiva. La evidencia experimental que se proponía era que sobre un simple trozo de carne comenzaban a proliferar espontáneamente larvas de moscas Francesco Redi intentó refutar esta idea tapando simplemente la carne con una gasa que impedía la proliferación de larvas de mosca. Lo cierto es que incluso con el trapo los partidarios de la generación espontánea demostraban que era posible la aparición de microorganismos MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 4

5 Spallanzani consiguió demostrar que si la carne era tapada herméticamente y sin estar en contacto con el aire no generaba espontáneamente ningún tipo de microorganismo. Los detractores de sus ideas argumentaron que la ausencia de vida se debía precisamente a la ausencia de aire para respirar por lo que no admitieron sus resultados MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 5

6 Louis Pasteur utilizó en sus experimentos unos matraces ideados por él denominados en cuello de cisne y que le permitieron rechazar la teoría de la generación espontánea. Es estos matraces se podían mantener las condiciones de esterilidad de caldos nutritivos con el aporte de aire externo necesario para la vida, tenían un cuello largo y tortuoso que evitaba el contacto de sus caldos esterilizados con partículas de polvo, esporas y microorganismos presentes en el aire. Su hipótesis se podía hacer falsa ya que si se rompe el cuello del matraz, sus caldos se contaminan. Todavía hoy se conservan en el museo Louis Pasteur del Instituto Pasteur de Paris MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 6

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8 cómo surgió la vida? El Universo se formó hace m.a., la edad de la Tierra es de 4550 m.a. El calendario de Carl Sagan compara la historia del Universo con un año (1 s serían 500 años), en agosto surgió el planeta Tierra. Que aún estuvo 800 m.a. sin vida (mediados de agosto), el ser humano apareció 1 min antes de la medianoche del 31 de diciembre Nuestro planeta comparte un origen común con el Sol, al principio la Tierra mantenía unas condiciones físico-químicas que nada tienen que ver con las de la Tierra actual. Ni la litosfera, ni los mares ni el aire eran como los que hoy conocemos Para empezar la atmósfera primitiva no tenía O 2 y contenía CH 4, NH 3, CO 2, H 2 y H 2 O (algunos no está tan claro que formaran parte de ella). Además en la superficie terrestre se producía una intensa actividad volcánica y eléctrica (de tipo tormentoso); y era sometida al bombardeo de meteoritos MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 8

9 En estas condiciones de la Tierra primitiva se produjeron las condiciones idóneas para los procesos de evolución prebiótica Según esta teoría en los océanos primitivos abundaban biomoléculas y moléculas orgánicas sencillas que se formaron espontáneamente a partir de los compuestos químicos existentes en la atmósfera, hidrosfera y litosfera, gracias al ambiente físico-químico presente, formando lo que se ha denominado el caldo de cultivo MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 9

10 Miller demostró que era posible sintetizar este tipo de compuestos en el laboratorio partiendo de una mezcla de gases y agua si se les calentaba y se les sometía a una fuerte corriente eléctrica MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 10

11 A partir de estos precursores (aa, nucleótidos, etc.) es posible formar compuestos más complejos (proteínas, ADN, etc.) La formación de la primera célula se produjo de manera espontánea cuando se agruparon las biomoléculas suficientes para proporcionar a este primer ser vivo la capacidad de reproducción y de nutrición; además esta agrupación debió quedar aislada del medio por una membrana. La hipótesis de los coacervados explica que en primer lugar se formaron asociaciones de estas moléculas mucho más sencillas que una célula y que podían nutrirse y reproducirse Quizás después de todo la generación espontánea tuvo lugar alguna vez o no! Lo cierto es que se han conseguido sintetizar en el laboratorio este tipo de asociaciones, no realizan ninguna actividad vital MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 11

12 Septiembre 2008 MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 12

13 Mayo 2010 Científicos en EE UU anuncian la creación de la primera vida artificial Craig Venter diseña una primera versión de célula y presagia un futuro Silicon Valley del diseño de organismos vivos La bacteria que acaba de salir de los laboratorios de Craig Venter es casi pura química: su genoma ha sido sintetizado en el tubo de ensayo de la primera a la última letra. La primera "célula sintética" se llama Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0, para distinguirla del Mycoplasma mycoides a secas, que es la bacteria natural en quien se inspira. El uno punto cero lleva el sello Venter: denota que la célula es solo una primera versión y connota, o presagia, un futuro Silicon Valley del diseño de organismos vivos. MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 13

14 Hay otras hipótesis alternativas que sólo modifican el escenario donde tuvo lugar la evolución prebiótica y la aparición de las primeras células Una de ellas supone que la vida surgió en ambientes oceánicos extremos como las chimeneas hidrotermales submarinas. Aquí las temperaturas de los gases de origen volcánico pueden alcanzar los 300 ºC, en estas condiciones extremas sobreviven las bacterias termófilas que además no dependen de la energía solar para producir su alimento. Podían haber sido el primer laboratorio natural donde se experimentó con las primeras formas de vida MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 14

15 Otras teorías que explican el origen de los seres vivos a partir de materia orgánica procedente del espacio exterior: Panspermia de Arrhenius desde entonces se busca la confirmación de la presencia de materia orgánica en meteoritos (a pesar de fundirse debido al rozamiento con la atmósfera dicha fusión sólo afectaría a las capas más externas). Ya se han encontrado aa y trazas de microorganismos fósiles similares a bacterias terrestres en el meteorito de origen marciano ALH84001? MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 15

16 Los primeros seres vivos fueron procariotas anaerobios, más adelante la aparición del oxígeno en la atmósfera permitió la diversificación de la vida y la aparición de las células eucariotas que surgieron por endosimbiosis entre dos células una capaz de aprovechar el oxígeno y otra no Al primer ser vivo que surgió en el planeta los científicos le han llamado LUCA (last universal common ancestor) MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 16

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18 FIJISMO FRENTE A EVOLUCIONISMO Sobre el origen de la variedad de seres vivos que hay hoy en el planeta, existen dos tipos de teorías: TEORÍAS FIJISTAS TEORÍAS EVOLUCIONISTAS MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 18

19 TEORÍAS FIJISTAS Linneo, Cuvier S. XIX Especies son inmutables e inalterables, fueron creadas especialmente para ocupar un determinado lugar en la naturaleza, por eso se les llama también creacionistas. Explicaban la existencia de fósiles según el catastrofismo MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 19

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21 TEORÍAS EVOLUCIONISTAS Según las cuáles los seres vivos se han modificado progresivamente dando lugar a distintas especies TEORÍA EVOLUTIVA DE LAMARCK TEORÍA EVOLUTIVA DE DARWIN MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 21

22 TEORÍA EVOLUTIVA DE LAMARCK S. XIX Interpretaba el registro fósil como una progresión desde los seres vivos más sencillos a los más complejos La evolución se produce por dos fenómenos: Herencia de los caracteres adquiridos: un órgano se desarrolla en función de su uso, en respuesta a un cambio ambiental y los cambios producidos en el órgano se transmiten de generación en generación (ej. Evolución de la jirafa) Fuerza interna que impulsa hacia la perfección y a aumentar la complejidad MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 22

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24 Hoy día su teoría ha sido invalidada. La T. de Darwin y por otro lado la genética Mendeliana y Molecular predice que los caracteres adquiridos por un individuo sólo se transmiten a la descendencia si afectan a las células reproductoras (por más que estudie mis hijos no van a heredar mis conocimientos, y por más que ejercite mi musculatura del brazo izquierdo no voy a conseguir tener hijos con un brazo izquierdo más musculoso y potente). Explican mejor cómo es posible que hayamos heredado características incómodas: el parto con dolor, el apéndice, las muelas del juicio, o los dolores de espalda Si a pesar de estas características consigues aparearte y tener descendencia has triunfado evolutivamente MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 24

25 TEORÍA EVOLUTIVA DE DARWIN S. XIX Concibió su teoría después de un viaje alrededor del mundo a bordo del Beagle que duró varios años y en el cual observó la enorme biodiversidad del planeta y que se producían una serie de cambios graduales en las características de los seres vivos de distintas especies que se situaban en distintas zonas geográficas (por ejemplo entre especies costeras e insulares) La misma teoría también fue propuesta por A. Wallace en la misma época y es un ejemplo de colaboración científica sin precedentes MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 25

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28 Escribió el libro El origen de las especies donde propuso su teoría evolutiva que se basa en tres principios: Las especies con características similares han evolucionado a partir de un antepasado común Los cambios evolutivos son lentos, continuos y graduales, culminando con la aparición de nuevas especies El mecanismo que hace evolucionar a las especies es la Selección Natural MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 28

29 ESPECIE: Categoría taxonómica de clasificación de los seres vivos en la que se incluyen organismos con las mismas características anatómicas y fisiológicas, y que pueden aparearse entre sí, originando descendencia fértil MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 29

30 El hombre desciende del mono Una mona tuvo una vez un mono sin pelo y más guapo que su padre? Hombre y mono comparten antepasados comunes, igual que mono y caballo o ser humano y pez Todos procedemos por evolución de una célula primitiva formada hace unos 3800 m.a. ( qué somos microbios venidos a más ) MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 30

31 La selección natural La selección artificial de distintas especies de plantas y animales han reducido drásticamente la variedad de seres vivos del planeta. En este caso el ser humano elige los especímenes que le interesa en función de unas características: mayor producción, sabor, aspecto En la naturaleza es el medio ambiente (las condiciones de temperatura, humedad, radiación, presencia de alimento ) quien elige que individuos sobreviven y se reproducen de entre la variabilidad genética de las poblaciones MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 31

32 Aquellos individuos con los genes apropiados para sobrevivir en unas determinadas condiciones transmitirán esta información a su descendencia y los que no sobrevivan no aportarán genes a la población La acumulación lenta y progresiva de las diferencias entre individuos de una misma especie puede originar con el paso del tiempo distintas especies MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 32

33 Según Darwin las jirafas no adquirieron la capacidad de hacer más grande el cuello al estirarlo, simplemente, aquellas que tuvieran el cuello un poco más alto por cuestiones genéticas, tenían más probabilidades de sobrevivir y de transmitir estos genes de cuello alto a su descendencia. Aquellas jirafas que no poseen esos genes simplemente desaparecen MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 33

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35 La especiación se puede producir de forma muy sencilla cuando una población se separa, al quedar aislada geográficamente, una parte en una isla por ejemplo MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 35

36 Incluso se puede conseguir en el laboratorio MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 36

37 Darwin no supo explicar la parte genética de la evolución, no sabía por qué había individuos tan diferentes, hoy sí que sabemos las causas de la variabilidad son genéticas Fue duramente criticado ya que la Iglesia se opuso a desplazar a la especie humana de su pedestal de especie superior, admitir la evolución supone admitir que somos una especie más que desciende del mono MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 37

38 La evolución en la actualidad Darwin no supo explicar la parte genética de la evolución, no sabía porque había individuos tan diferentes. Hoy sabemos que la variabilidad genética se origina por: Mutaciones Mecanismos de transmisión genética por reproducción sexual: reparto al azar de cromosomas en meiosis y recombinación MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 38

39 El NEODARWINISMO combina la teoría de la evolución de Darwin con los nuevos conocimientos sobre genética y considera que la selección natural no actúa sobre el individuo aislado sino sobre la población a la que pertenece, al modificarse las poblaciones y acumularse muchos cambios, evolucionan y originan nuevas especies MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 39

40 Otras teorías evolutivas TEORÍA DEL EQUILIBRIO PUNTUADO O PUNTUALISMO Niles Eldrege y Stephen Jay Gould, han propuesto una hipótesis según la cual el proceso evolutivo no se lleva a cabo de forma lenta y gradual, sino que podrían aparecer nuevas especies de forma rápida (está basada en el registro fósil en el que no siempre aparecen formas previas o antecesoras Se explicaría con la aparición de macromutaciones que afectarían a genes reguladores de otros genes en un medio ambiente favorable MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 40

41 TEORÍA NEUTRALISTA Motto Kimura propone que la mayor parte de las mutaciones no son ni beneficiosas ni perjudiciales sino neutras, por lo que la selección natural no actuaría sobre ellas, pero si se produce un aislamiento de estos individuos que acumulan mutaciones neutras podrían originar una nueva especie. Según esta teoría el ritmo de la evolución sería más regular EL GEN EGOÍSTA Richard Dawkins propuso una teoría similar a la neodarwiniana, pero considerando la unidad evolutiva al gen no a la población, surgiendo la competitividad entre genes no entre individuos, que serían meros receptores y transmisores de genes (la gallina es la forma que tiene el huevo de crear otro huevo) MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 41

42 Las pruebas de la evolución Anatómicas: que permiten emparentar individuos según sus relaciones evolutivas Órganos homólogos, tienen: El mismo origen, estructura interna y fisiología Distintas formas y funciones (extremidad de mamíferos: ala murciélago y aleta de delfín) Órganos análogos, tienen: Distinto origen, estructura interna y fisiología Las mismas formas y funciones (ala de ave y de mariposa) Órganos vestigiales, restos evolutivos que tienden a desaparecer por carecer de función (alas de aves corredoras, muelas del juicio) MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 42

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44 Paleontológicas: existen evidencias fósiles de antepasados comunes a distintos tipos de seres vivos, que se consideran eslabones intermedios, hoy en día extinguidos MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 44

45 FÓSIL IDA DE 47 m. a. (entre lemur y humano el eslabón perdido?) MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 45

46 Biogeográficas: distinta distribución de especies en función de las áreas geográficas con parecidos más que razonables (llama en Sudamérica y camello en África o puma en Sudamérica y león en África MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 46

47 Embriológicas: el desarrollo de las primeras etapas es similar en organismos emparentados MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 47

48 Genéticas y Moleculares: existen homologías ya no entre órganos sino entre proteínas, se pueden rastrear genes que comparten secuencias entre muchos seres vivos, cuanto más próximos están desde un punto de vista evolutivo, mayor es el parecido genético (compartimos con el chimpancé el 99 % de nuestros genes) % de diferencias entre el ADN del Ser humano y del resto de primates MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 48

49 Darwin de cine Son innumerables las referencias a la evolución o a Darwin, en series de entretenimiento como Friends, Big Bang, Los Simpsons En cuanto al cine la última película sobre Darwin se titula:la duda de Darwin, es una película de Jon Amiel inspirada en el libro Annie's Box: Charles Darwin, His Daughter and Human Evolution, escrito por Randal Keynes, el tataranieto de Darwin. Quien da vida al científico es Paul Bettany, que ya adoptó esa misma pose en Master and Commander. En realidad, había mucho de Darwin en el médico del HMS Surprise, empeñado en recorrer las islas Galápagos en busca de iguanas y tortugas gigantes. El choque entre creacionistas y evolucionistas se puede ver en la película: La herencia del viento (Inherit the wind, 1960), de Stanley Kramer. Su guión se basa en un famoso juicio, el llamado "juicio del mono" ("Scopes Monkey Trial"), que tuvo lugar en 1925 cuando un profesor, B.T. Cates, fue acusado por enseñar a sus alumnos los descubrimientos de Darwin MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 49

50 Evolución en Friends Evolución según los Simpson s La herencia del viento basada en el juicio del mono Creacionismo en Big Bang Theory Basada en un libro del tataranieto de Darwin El dilema evolutivo en Master and Commander MARÍA PILAR GARCÍA MADRUGA 50