ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

Transcripción

1 ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS 1. Hipótesis sobre el origen de la vida Hasta el siglo XIX el origen de la vida se explicaba de dos formas muy distintas. Por una parte estaban las creencias basadas en el origen divino de la vida, llegándose incluso a tachar de herejes a aquellos que intentaban estudiar la cuestión. De otro lado estaba la teoría de la generación espontánea, la cual sostenía que los organismos provenían directamente del barro, del estiércol y de otras materias inertes sin sufrir ningún tipo de proceso previo. Los experimentos de Louis Pasteur ( ) permitieron demostrar la falsedad de la idea clásica de que los seres vivos se originaban por generación espontánea. De esta manera, se hacía necesaria otra explicación más acertada del origen de los primeros seres vivos. Según los conocimientos científicos actuales basados en el análisis de fósiles, los primeros organismos vivos aparecieron en la Tierra hace aproximadamente millones de años. Sin embargo, hoy día aún no está del todo claro cuál fue el origen de la vida en nuestro planeta. Según las pruebas geológicas de las que disponemos, las condiciones ambientales de esa época eran muy distintas a las actuales. La actividad volcánica era intensa y los gases liberados por las erupciones fueron generando una atmósfera primitiva compuesta sobre todo de vapor de agua, dióxido de carbono (CO 2 ), nitrógeno, amoníaco (NH 3 ), sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y metano (CH 4 ) y carente de oxígeno (O 2 ). A todo ello hay que añadir las frecuentes descargas eléctricas de las tormentas y la presencia de luz ultravioleta debido a la ausencia de la actual capa de ozono. El primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida en la Tierra fue propuesto en 1924 por Oparin y en 1929 por Haldane, quienes trabajaban de forma independiente. Sus estudios se basaban en que la idea de que las condiciones de la atmósfera primitiva permitieron la llamada evolución química. Evolución química La evolución química, llamada también evolución prebiótica, es la teoría que sostiene que la vida apareció, a partir de materia inerte, en un momento en el que las condiciones de la Tierra eran muy distintas a las actuales. Consta de distintas fases. La teoría de la evolución química de Oparin se resume las siguientes etapas: Los rayos UV y las descargas eléctricas de las tormentas, transformaron los compuestos inorgánicos en las primeras moléculas orgánicas en la atmósfera primitiva. Estas moléculas se disolvieron en los océanos formando el llamado caldo primitivo, en el cual las moléculas se transformaron químicamente y poco a poco originaron los primeros componentes de la materia viva: aminoácidos y nucleótidos.

2 Estos primeros componentes aumentaron su concentración y reaccionaron uniéndose unos con otros dentro del caldo primitivo, dando lugar a moléculas biológicas más grandes, las macromoléculas. Las macromoléculas se organizaron en estructuras coloidales esféricas más complejas llamadas coacervados, los cuáles permitieron niveles mayores de organización. Dentro de los coacervados se formaron los primeros ácidos nucleicos con capacidad para autocopiarse e intercambiar materia y energía con el medio. Estos coacervados dieron lugar a las células primitivas. SABÍAS QUE? Al hipotético primer organismo procariota que se supone fue el primer antepasado común a todos los seres vivos se denomina LUCA (del inglés, Last Unicellular Common Ancestor) y constituye el ancestro común de las células modernas. De esta célula surgieron los distintos reinos de seres vivos. Con el fin de tratar de validar la teoría de la evolución química, en 1950 Stanley Miller recreó en un balón de vidrio las condiciones de la atmósfera primitiva. Sometió la mezcla a descargas eléctricas de V que simulaban tormentas. Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparin. Los experimentos de Miller permitieron la demostración de algunas de las etapas de la evolución química de la teoría de Oparín.

3 SABÍAS QUE? La panspermia es otra de las teorías propuestas para explicar el origen de los seres vivos. Esa teoría defiende que las condiciones de la atmósfera primitiva no eran en absoluto tan favorables para la aparición de las biomoléculas, y que estas llegaron a la Tierra a bordo de los meteoritos que caían de forma habitual sobre el planeta. La teoría de la panspermia supone un origen extraterrestre de la vida 2. Teorías fijistas y evolucionistas Actualmente se dispone de numerosas pruebas que avalan la idea de que todos los seres vivos proceden de un antepasado común. Sin embargo, la enorme biodiversidad existente en la Tierra nos plantea la cuestión de cómo a partir de una célula original se han desarrollado todas las especies que conocemos hoy día. Aunque hoy día se admite la teoría de la evolución como la causa de dicha diversidad, esta idea no siempre ha sido admitida por la comunidad científica a lo largo de la historia. Hasta el siglo XIX se pensaba que los seres vivos eran inmutables y que habían sido creados tal y como los conocemos actualmente. Estos organismos permanecían siempre de la misma manera sin sufrir cambios, es decir, eran fijos, lo cual originó una corriente de ideas agrupadas bajo el término fijismo. Se denomina fijismo o creacionismo a la teoría que sostiene que las especies han permanecido inmutables desde el momento de su creación por un ser superior. Los seres vivos son diferentes porque así han sido creados y no hay ninguna relación entre ellos. Actualmente esta teoría no está científicamente aceptada. En el mismo siglo, Jean Baptiste de Monet, caballero de Lamarck ( ), estudiando también fósiles, llegó a conclusiones completamente opuestas al fijismo, lo cual le valió una gran controversia con Cuvier y la mayor parte de los naturalistas de su época. Según Lamarck las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas. Además, a finales del siglo XIX, Charles Darwin ( ) y Alfred Wallace ( ), introdujeron los conceptos de variabilidad de poblaciones y de selección natural de los individuos mejor adaptados. Todo ello apoyaba la idea del evolucionismo. Al contrario que el fijismo, el evolucionismo intenta explicar los procesos mediante los que se produce la evolución, es decir, la transformación de unas especies en otras a lo largo del tiempo. Las especies pueden cambiar y generar nuevas especies. Actualmente, para la comunidad científica el evolucionismo es un hecho comprobado.

4 2.1. Lamarckismo El lamarckismo o transformismo es la teoría de los caracteres adquiridos desarrollada por Lamarck, según la cual las especies sufren un impulso interno, el cual permite a los seres vivos desarrollar caracteres nuevos que les ayudan a adaptarse al medio y sobrevivir. Estos cambios podían transmitirse a los descendientes apareciendo especies nuevas. La idea central del lamarckismo es la función crea al órgano, por lo que a esta teoría se la conoce como la del uso y desuso de los órganos y se resume en tres puntos: Los organismos tienden a la perfección y la complejidad: los organismos evolucionan de formas sencillas hacia formas complejas. El uso repetido de un órgano provoca su desarrollo: los cambios en el medio ambiente hace que los seres vivos fortalezcan o atrofien determinados órganos según su frecuencia de uso. La función crea al órgano y su desuso produce degeneración. De esta manera los caracteres originales de una especie pueden ser sustituidos por otros caracteres adquiridos según su adaptación para sobrevivir. Los caracteres adquiridos por una especie pueden ser heredables: las modificaciones alcanzadas por un organismo durante su vida pueden ser transmitidas a la descendencia. Los ejemplos utilizados por Lamarck para defender su teoría fueron muy diversos. Quizás, el más clásico es el del estiramiento del cuello de las jirafas debido a que su alimento se iba encontrando en ramas cada vez más altas. El hecho de que escasearan las ramas bajas debido al gran número de jirafas, forzaba a estos animales a estirar sus cuellos para llegar a ramas más altas. Progresivamente, las jirafas tenían que llegar más y más arriba por lo que tenían que estirar aún más su cuello. Así es como las jirafas alargaban su cuello por necesidad. Las jirafas que tenían cuellos alargados daban como descendientes a jirafas con cuello más largo. Otros ejemplos empleados por Lamarck eran los de los cuernos de algunos rumiantes, como alces o venados, que a fuerza de darse topes con la cabeza cuando los machos peleaban por una hembra, fueron desarrollando cornamentas más grandes. También las patas de las aves acuáticas constituían según el lamarckismo un ejemplo de evolución. Las aves al encontrarse en un lago necesitaban nadar, para lo cual abrían los dedos de las patas a fin de impulsarse mejor, de manera que se estiraba la piel entre

5 los dedos hasta que se desarrollaba una pata membranosa, como la de los gansos o los patos. Actualmente, las principales críticas al lamarckismo surgen de la evidencia de que los cambios que sufre un organismo durante su vida no son heredables por su descendencia. Sólo se heredarán las modificaciones si la información necesaria para ellas reside en los genes de sus células reproductoras. Así pues, si una persona pierde un brazo por accidente o desarrolla su musculatura o inteligencia por encima de la media, no significa que sus descendientes carezcan de un brazo y tengan una musculatura e inteligencia excepcionales. SABÍAS QUE? El biólogo alemán Auguste Weismann ( ) defendía que la base material de la herencia se hallaba en los cromosomas de los gametos, los cuáles transmitían las características genéticas de una generación a otra con independencia de los cambios en el resto del cuerpo. Para demostrarlo realizó un famoso experimento en el que cortó la cola a un grupo de ratones, y siguió su descendencia durante 22 generaciones sin encontrar ninguno que naciera sin ella Darwinismo El darwinismo es la teoría de la evolución desarrollada por Darwin y Wallace de manera independiente, según la cual las especies no tienen tendencia a evolucionar en una dirección concreta, sino que existe una variabilidad de individuos dentro de la misma especie y es el ambiente el que selecciona a los organismos mejor adaptados y por tanto con mayor probabilidad de sobrevivir. Estos organismos serán los que se reproduzcan con mayor éxito. La idea central del darwinismo es que sólo sobreviven los individuos mejor adaptados, por lo que a esta teoría se la conoce como de la selección natural y se resume en cuatro puntos: Existe variabilidad entre las poblaciones de la misma especie: todos los individuos no son iguales dentro de una misma población, por lo que existen diferencias entre ellos en cuanto a los mismos caracteres. Los organismos luchan por la supervivencia: los recursos del medio son limitados por lo que todos los organismos que nacen no pueden sobrevivir y por tanto no llegan a reproducirse. El medio selecciona a los organismos mejor adaptados: aquellos individuos que posean un determinado carácter que les otorgue una mejor adaptación, tendrá mayor probabilidad de sobrevivir y por tanto de de reproducirse. Las especies evolucionan: los individuos supervivientes originan la siguiente generación y así se seleccionan las variaciones ventajosas generación tras generación. Los cambios en las poblaciones se acumulan de forma gradual y con el tiempo aparece una nueva especie.

6 Como ejemplos clásicos para explicar su teoría, Darwin explicaba el caso del cuello de las jirafas de una forma muy distinta a la de Lamarck. En este caso, era el ambiente el que seleccionaba a las jirafas de cuello más largo debido a que estas podían alimentarse mejor y por tanto reproducirse más. Poco a poco, dentro de la población es mayor el número de jirafas de cuello más largo. Otro ejemplo empleado por Darwin para exponer su teoría era el de los picos de los pinzones que habitan en las islas Galápagos. En sus investigaciones determinó que, en diferentes zonas geográficas, las mismas aves tenían diferentes tipos de picos adaptados al tipo de alimento que ingerían. Así pues, donde se alimentaban de frutos con cáscara dura los pinzones tenían picos cortos y fuertes, mientras que en las islas donde comían insectos, estas aves tenían picos largos y finos. Para explicar este hecho, Darwin propuso que cada tipo de pájaro había sido seleccionado por el ambiente, debido a que los que no disponían del tipo de pico adecuado para el alimento del lugar no podían alimentarse, y morían sin dejar descendencia. La principal crítica al darwinismo surge de la falta de explicación de esta teoría acerca del origen de la variabilidad genética de las poblaciones de una misma especie, sobre la que se asienta el principio de selección natural. Así pues, cuando fue enunciada, la teoría de Darwin no aclaraba la aparición de la diversidad dentro de una especie sobre la que actuaba después el ambiente. SABÍAS QUE? Tras graduarse en Cambridge en 1831, el joven Darwin se enroló a los 22 años en el barco de reconocimiento HMS Beagle como naturalista sin paga, para emprender una expedición científica alrededor del mundo. La expedición duró cinco años y recogió datos hidrográficos, geológicos y meteorológicos en Sudamérica y otros muchos lugares. Las observaciones de Darwin le llevaron a desarrollar su teoría sobre la evolución de las especies.

7 3. Evolución de las especies Como ya has estudiado, el evolucionismo es una teoría plenamente aceptada por la comunidad científica. Esto se debe fundamentalmente a la enorme cantidad de pruebas y evidencias que se han ido aportando desde su publicación. Algunas de estas pruebas ya fueron aportadas en su momento por Charles Darwin, y muchas otras se han ido incorporando posteriormente gracias a los avances científicos. La evolución biológica de las especies se apoya en un conjunto de pruebas procedentes de campos tan distintos como la paleontología, la anatomía comparada, la embriología, la biogeografía y la biología molecular Resultado del proceso evolutivo: diversidad biológica Como sabes, todos los seres vivos tuvieron un hipotético antepasado común, del cual por mecanismos evolutivos han surgido todas las formas de vida que habitaron o habitan el planeta. Gracias a la capacidad de adaptación de los seres vivos a las distintas condiciones ambientales de la Tierra a lo largo del tiempo, hoy día existe una enorme diversidad de seres vivos (biodiversidad). Se define biodiversidad, o diversidad biológica, como la amplia variedad de seres vivos que viven sobre la Tierra, resultado de miles de millones de años de evolución. Esta evolución es el resultado de los procesos naturales, pero también es influenciada por las actividades del ser humano. La biodiversidad de la Tierra es tan grande que aunque actualmente se conocen más de 1,5 millones de especies de seres vivos, es muy probable que existan muchas más, ya que se supone que hay millones de especies aún por descubrir. Las distintas especies se agrupan actualmente en cinco reinos: Monera, Protoctista, Fungi, Plantae y Animalia. Además, gracias a las distintas pruebas biomoleculares basadas en el análisis de ácidos nucleicos, estos cinco reinos pueden agruparse a su vez en tres dominios: Bacteria (eubacterias), Archaea (arqueobacterias) y Eukarya (organismos eucariotas).

8 Los organismos actuales evolucionaron desde un antepasado procariota común Reinos de seres vivos Monera Protoctista Fungi Plantae Animalia Unicelulares procariotas. Autótrofos o heterótrofos. Unicelulares o pluriceluares eucariotas. Autótrofos (algas) y heterótrofos (protozoos) Unicelulares o pluricelulares eucariotas. Heterótrofos. Pluricelulares eucariotas. Autótrofos. Pluricelulares eucariotas. Heterótrofos. Las especies se relacionan entre sí y con el medio en el que habitan, por lo que cuando una especie desaparece, pueden verse afectados el resto de seres con los que coexiste, poniéndose en peligro la supervivencia de otras especies. La actuación del ser humano sobre el medio ambiente está provocando desequilibrios biológicos debido a la extinción de muchas especies por causas antrópicas: contaminación del medio, incendios, sobreexplotación de recursos, destrucción de hábitats, etcétera. Se denomina extinción al proceso por el que una especie deja de existir porque no puede adaptarse y reproducirse con éxito en las nuevas condiciones del medio. 4. Evolución humana Los seres humanos (Homo sapiens) pertenecemos, desde el punto de vista de la clasificación biológica, al orden de los primates. En la actualidad, se distinguen dos subórdenes dentro del orden primates: los Estrepsirrinos o Prosimios y los Haplorrinos Antropoideos, formado por todos los simios. La forma de la nariz sirve como distintivo

9 de los grupos. En el grupo de los prosimios se incluyen principalmente los lémures, cuya principal característica es su nariz húmeda con membranas en los orificios nasales y su labio hendido. Sin embargo, el grupo de los Antropoideos incluye entre otros a los monos catarrinos, con orificios nasales sin membranas y labio recto. En este grupo están incluidos los hominoideos, o monos sin cola, que agrupa a gibones, orangutanes, chimpancés, gorilas y humanos.. El conjunto de los hominoideos se distingue, además de por la nariz y la pérdida de la cola, por una serie de adaptaciones a su peculiar forma de desplazarse por los árboles colgando de los brazos, la braquiación, a lo cual contribuye el hecho de que puedan oponer el pulgar a los otros cuatro dedos para poder cogerse a las ramas. La especie humana comparte características comunes al resto de los primates, aunque nuestro tipo de locomoción bípeda es única y ha requerido una serie de adaptaciones esqueléticas que nos singularizan. También somos peculiares por la extraordinaria duración de nuestra infancia, por la extrema inmadurez de nuestros recién nacidos, nuestro desarrollado cerebro y nuestro complejo comportamiento, que incluye una peculiaridad tan notable como es el lenguaje. Los datos procedentes de la paleontología y de la biología molecular coinciden en señalar que todos los hominoideos compartimos un antepasado común que vivió hace unos 24 millones de años. La línea evolutiva de los gibones fue la primera en separarse del tronco común, hace cerca de 20 millones de años. Posteriormente se separó la estirpe del orangután, hace alrededor de 14 millones de años. El último antepasado común exclusivo de los hominoideos africanos (gorilas, chimpancés y personas) vivió hace unos 7 millones de años, momento en que se originó el linaje del gorila. Finalmente las líneas evolutivas de chimpancés y humanos se separaron hace poco más de 5 millones de años. Según las relaciones evolutivas de los primates más próximos a los seres humanos, se puede deducir que el chimpancé es nuestro pariente más próximo pero no nuestro antepasado. Nuestro siguiente pariente es el gorila, y después el orangután. Por último, los gibones son los parientes más lejanos del resto de los hominoideos. Antepasados del género Homo Los restos del primer homínido son unos fósiles de la especie Ardipithecus ramidus encontrados en Etiopía. Se trataba de una especie parecida al chimpancé que vivió hace unos 4,4 m.a. Aunque no está del todo claro, se cree que este homínido originó evolutivamente al Australopithecus anamensis, cuyos primeros fósiles son de hace unos 4 millones de años. A su vez, esta especie evolucionó para dar lugar a un pequeño homínido totalmente bípedo y que tal vez empezó a carroñear por los espacios abiertos de sabana africana, el Australopithecus afarensis. Los australopitecos se extendieron por toda África oriental en los ecosistemas abiertos de sabana, diversificándose y originando aparentemente dos líneas evolutivas. Una de esas líneas, la de los parantropos, eran homínidos de gran tamaño, vegetarianos, con cráneo muy robusto y huesos anchos.

10 Sin embargo, la otra línea evolutiva, la de Australopithecus africanus, más grácil, cazador y carnívoro, representa la línea de mayor éxito ya que dio lugar a la aparición de los homínidos del género Homo. Los primeros representantes de nuestro propio género pertenecieron a Homo habilis, capaces de fabricar utensilios manipulando ciertas materias primas. Es de destacar que su cerebro aumentó considerablemente con respecto a otros antepasados, iniciando un proceso que acabará con la aparición de nuestra especie. La siguiente especie en nuestro árbol evolutivo es Homo ergaster, el primer homínido que salió de África hace un millón de años. Tenía un gran cerebro y una estatura y proporciones corporales parecidas a las de los humanos posteriores. A continuación, los registros fósiles sitúan a Homo erectus como la especie que se dispersó por Europa a través de Gibraltar, y por Oriente Próximo y Asia a través del Cáucaso. Se han encontrado restos en España, China y hasta en la isla de Java, en Indonesia. Eran cazadores eficaces y especializados que fabricaban utensilios más elaborados y conocían el fuego. Por otra parte, a partir de H. ergaster evolucionó en África una nueva especie que ha sido descrita en el yacimiento de Atapuerca (Burgos) como Homo antecessor, cuyos fósiles más antiguos tienen años. Esta especie pasó a Europa, siguiendo dos caminos evolutivos diferentes en ambos continentes. En Europa, en plena época glacial, dio lugar primero al Homo heidelbergensis y luego al Homo neanderthalensis (hombre de Neanderthal), una especie adaptada al frío considerada como el primer humano verdadero. Eran expertos cazadores que cuidaban a sus hijos y ancianos, enterraban a sus muertos y eran capaces de construir herramientas mucho más precisas. Por otra parte, H. antecessor dio lugar en África, en un ambiente radicalmente diferente, a otra especie de humanos con encéfalos grandes y con muchos detalles anatómicos próximos a nosotros. A este grupo humano le corresponde el nombre de Homo rhodesiensis y puede considerarse nuestra especie ancestral más cercana que habitó en África hace entre y años. De esta especie surgió el Homo sapiens, que en unos pocos miles de años se extendió por todos los continentes. Durante esta expansión ocupó todos los ecosistemas, y se cree que desplazó a las otras especies con las que coexistió, tal vez a H. erectus en Asia, y a H. neanderthalensis en Europa. Los últimos reductos del hombre de Neanderthal se han encontrando en el sur de la península Ibérica.

11 SABÍAS QUE? Evolución de los homínidos del género Homo Todos los fósiles tienen un nombre científico que es su código de registro en los museos. Sin embargo, algunos fósiles humanos tienen el privilegio de tener nombre propio. Buen ejemplo de ello son los fósiles conocidos como Dear Boy (un adolescente de la especie Paranthropus boisei), Madame Pless (una hembra adulta de Australopithecus africanus), o Turkana Boy (un niño de Homo ergaster). Quizás el más conocido y emblemático de todos los fósiles sea Lucy (hembra adulta de Australopithecus afarensis) que debe su nombre a una canción del conocido grupo de los Beatles. El hecho que los fósiles de homínidos tengan nombre propio no es solo una anécdota divertida, sino que implica que los paleoantropólogos están seguros del sexo y de la edad que tenía el individuo representado por el fósil.