La Tiierra y lla viida La receta de la vida De los 90 elementos químicos naturales, unos 20 forman parte de los seres vivos, los más abundantes son C, H, O, N, S, P. El agua y el carbono constituyen el 98% de nuestro organismo. Por qué el agua? Es una molécula polar, por lo que es un buen disolvente de moléculas polares, como son la mayoría de las biomoléculas. Es líquida en el rango de temperaturas apropiado para la vida, por lo que puede actuar como disolvente en reacciones metabólicas y ser el principal componente de los fluidos corporales. Es más densa en estado líquido que en sólido, por lo que el hielo flota en el agua líquida. Por qué el carbono? Tiene posibilidad de formar cuatro enlaces y dar lugar a moléculas muy variadas y de naturaleza polimérica, muy largas. Es el esqueleto de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Qué es la vida? El origen de la vida No existe una única definición de vida. Para un químico la vida es una reacción metabólica que toma elementos químicos del entorno, los procesa y los devuelve. Para un biólogo, la vida es una estructura autorreplicativa sujeta a evolución. Sintetizando, la vida es un sistema que se vale de un entorno persiguiendo su perpetuación y reproducción (funciones de nutrición, relación y reproducción). Pero cómo se originó la vida? 1 Creacionismo. Muchas religiones (cristianismo, judaísmo, islamismo, hinduismo ) afirman que el Universo y los seres vivos provienen de actos de creación divina. 2 Generación espontánea: Es el pensamiento que predominó en el mundo de la ciencia desde la época de los filósofos griegos: la vida surge, sin mediación divina, de la combinación de los cuatro elementos que forman el cosmos: agua, aire, fuego y tierra. Implica la creencia de que el origen de la vida se halla en la materia inerte. Tanto es así, que Aristóteles, sostenía que los animales y las plantas se generaban por generación espontánea, es decir, de modo natural a partir de seres vivos en proceso de descomposición, ya sea en el barro o en la basura.
Luis Pasteur refutó definitivamente esta teoría en 1863 con su famoso experimento en el que demostró que en el aire hay microorganismos y que en ausencia de éstos, no hay posibilidad de vida espontánea. 3 Síntesis prebiótica o química (Oparin y Haldane, 1922): Se basa en el conocimiento de las condiciones físico químicas que reinaban en la Tierra hace unos 3500 millones de años. A partir de las sustancias inorgánicas presentes en la atmósfera primitiva (hidrógeno, metano, amoniaco, vapor de agua) y en las condiciones ambientales que reinaban entonces (tormentas, vulcanismo) se crearon las primeras moléculas orgánicas que se concentraron en los océanos formando la sopa primordial. Estas moléculas se combinarían entre sí formando estructuras cada vez más complejas y dando origen a los primeros microorganismos. Experimento de Miller Con objeto de comprobar si la teoría de Oparin Haldane era cierta, Stanley Miller ideó en 1953 un experimento de laboratorio en el que reproducía las condiciones ambientales de la atmósfera primitiva, haciendo reaccionar la mezcla mediante descargas eléctricas de 60 000 voltios. Al cabo de algunos días, había logrado sintetizar diversos aminoácidos. Hasta la realización de este experimento solo se podía obtener materia orgánica a partir de los seres vivos. 4 Hipótesis metabólica: El experimento de Miller dio lugar a una teoría que explicaba cómo se formaron las primeras células: pequeñas moléculas sencillas se aislaron del medio con una membrana iniciando una serie de procesos químicos de complejidad creciente hasta que esa unidad aislada se reprodujo. 2
Inicialmente, las esas células serían procariotas y se alimentarían de materia orgánica que existía en el agua, es decir, eran heterótrofas. Con el paso del tiempo esta materia orgánica empezó a escasear y algunas de estas bacterias aprendieron a fabricar su propia materia orgánica a través de la fotosíntesis que liberaría oxígeno en el proceso, así aparecieron las primeras bacterias fotosintéticas autótrofas. Las células más complejas o eucariotas vendrían después. 5 Panspermia: La panspermia, palabra proveniente del griego que significa ''semilla de todo'', es la teoría que sugiere que la vida pudo desarrollarse en cualquier otro lugar del Universo y no proceder de la Tierra únicamente, sino que se habría formado en otros planetas o en la cola de los cometas, y estos, al romperse en fragmentos, pudieran haber colisionado con la Tierra, esparciendo sus restos por todo el planeta, como si se tratase de una siembra cósmica. Ésta teoría surgió al encontrarse moléculas orgánicas en meteoritos venidos desde los confines del espacio. En el meteorito Murchison, caído en Australia en 1969, se encontraron más de 90 aminoácidos, de los cuales tan solo 19 están presentes en la Tierra. Ese hallazgo hizo plantearse a los científicos esta teoría, porque quizá las condiciones para la vida fuesen en esa época más adecuadas en otros planetas que en la Tierra. Pero la panspermia cobró verdadera fuerza hace unos años, cuando se analizó el meteorito marciano ALH 84001, aparecieron bacterias fósiles que databan de millones de años atrás, aunque no se puede averiguar con certeza si esas bacterias estaban allí cuando colisionó o aparecieron más tarde. 6 Origen hidrotermal: Una de las teorías del origen de la vida que indica que esta se originó en el fondo de los océanos: La vida se originó en las fuentes hidrotermales situadas en el fondo de los océanos, en las dorsales oceánicas, donde las erupciones volcánicas en estas zonas emiten las moléculas químicas básicas y la temperatura adecuada de las dorsales oceánicas favorece las reacciones químicas posteriores. Hoy día sabemos que hay bacterias extremófilas en fuentes hidrotermales submarinas que sobreviven gracias a la energía geotérmica que aumenta la temperatura y acelera las reacciones. La evolución biológica La evolución biológica es el proceso de cambios sucesivos que acontecen a los seres vivos a lo largo de las generaciones. Teorías fijistas: Sostienen que el mundo es estático y las formas vivientes son inmutables. El creacionismo es una teoría fijista. Como los fósiles nos muestran seres vivos diferentes a los actuales surgen las teorías catastrofistas (Georges Cuvier fue uno de sus más fervientes defensores), según las cuales, los fósiles son los animales que no sobrevivieron a cataclismos (diluvio universal, volcanes, asteroides ). Era lo que se creía hasta el siglo XIX. 3
Teorías evolucionistas: Lamarck: Teoría de la herencia de los caracteres adquiridos Los organismos reaccionan frente a un cambio ambiental desarrollando, creando o potenciando un órgano determinado. Este cambio se transmite a su descendencia. A pesar de ser errónea, la teoría de Lamarck introduce el concepto de adaptación al medio como mecanismo de los seres vivos para resistir las variaciones del medio en el que viven. Darwin y Wallace: Teoría de la evolución por selección natural Explica la gran diversidad de especies y se apoya en tres pilares fundamentales: Variación al azar. Entre los individuos de una población hay diferencias entre los caracteres (forma del pico, pigmentación de la piel, color en las polillas) Selección natural. Mecanismo que escoge los caracteres que confieren ventaja adaptativa a los individuos que los portan. Se transmiten a la siguiente generación. Gradualismo. Con el paso del tiempo los individuos portadores se irán haciendo mayoritarios en la población. Neodarwinismo: Las fuentes de variación de los organismos son las mutaciones y la combinación genética en el momento de la reproducción (cada ovulo y cada espermatozoide es portador de una carga genética diferente y cada combinación es única). La selección natural es el principal agente evolutivo favoreciendo la reproducción de los mejor adaptados al ambiente. La selección natural actúa sobre poblaciones y no sobre individuos. Actualmente es la teoría que se considera más válida. La evolución y sus pruebas Las teorías evolucionistas se basan en diferentes pruebas: Pruebas anatómicas: Basadas en el estudio de organismos actuales, por ejemplo, los huesos de las extremidades de organismos muy diferentes como el murciélago, el delfín y el ser humano tienen una disposición y estructura similares lo que lleva a pensar que son 4
adaptaciones de una única extremidad, la del antepasado común. Es lo que se denomina órganos homólogos. Otra prueba es la existencia de órganos vestigiales, partes del cuerpo sin ninguna utilidad en el organismo actual, como el apéndice, las vértebras del coxis o las muelas del juicio. Todos los organismos vivos poseen el mismo sistema de transmisión de la información genética, el ADN, y comparten proteínas similares y similares reacciones metabólicas, demasiada casualidad si toda la vida no estuviese emparentada. Pruebas paleontológicas: Los hallazgos fósiles sugieren organismos cuyos rasgos han evolucionado a lo largo del tiempo. Pruebas moleculares: Se basan en la suposición de que las mutaciones (cambios en los genes) suceden a un ritmo constante. Si esta afirmación es cierta, estudiando las diferencias entre genes de distintas especies podremos saber su grado de parentesco e incluso el momento de su separación. Pruebas biogeográficas: La existencia de seres vivos de especies similares pero muy diferentes en territorios que se separaron hace millones de años es una prueba evolutiva La evolución humana La evolución humana u hominización es el proceso de evolución biológica de la especie humana desde sus ancestros hasta el estado actual. El estudio de dicho proceso requiere un análisis interdisciplinar en el que se aúnen conocimientos procedentes de ciencias como la genética, la antropología física, la paleontología, la arqueología, la lingüística, etc. El término humano, en el contexto de su evolución, se refiere a los individuos del género Homo. Sin embargo, los estudios de la evolución humana incluyen otros homínidos, como Ardipithecus, Australopithecus, etc. Los científicos han estimado que las líneas evolutivas de los seres humanos y de los chimpancés se separaron hace 5 a 7 millones de años. A partir de esta separación, la estirpe humana siguió ramificándose, originando nuevas especies, todas extintas actualmente a excepción del Homo sapiens. a) Era de los mamíferos Se calcula que hace 180 millones de años, cuando aún dominaban los reptiles el planeta, aparecieron los primeros mamíferos sobre la Tierra. La multitud de especies de mamíferos que comenzaron a desarrollarse a partir de entonces eran muy diferentes a las que actualmente conocemos y muchas de ellas han desaparecido por completo. Las cerca de 5000 especies de mamíferos conocidos en la actualidad se agrupan en órdenes, como son: cetáceos, carnívoros, marsupiales, roedores, desdentados, entre otros. De los 5
distintos órdenes, los seres humanos, así como sus ancestros más lejanos, pertenecen al de los primates. b) Los primates Para los paleontólogos el punto de inicio de la historia de la humanidad empezó con la aparición de los primates, hace unos 65 millones de años. Los primeros de ellos eran unos pequeños seres que empezaron a vivir en los árboles en lugar de permanecer en el suelo, como la mayoría de los mamíferos. Entre las especies que pertenecen a los primates están, además del ser humano, los simios, monos y musarañas. Durante su desarrollo evolutivo, estos primates se hicieron de ciertos rasgos especiales: buena visión manos con las que se pueden sujetar firmemente objetos y un cerebro relativamente grande. Por pertenecer a la misma familia, las diferentes especies de primates, en especial monos y simios, guardan similitud con el ser humano. Según algunos estudiosos, el último ancestro común entre el ser humano y el chimpancé, nuestro primo más cercano, existió hace 6 ó 7 millones de años. Después de esta separación apareció el primer homínidos, el llamado Australopithecus, que posteriormente dio lugar al Homo habilis, el primer especímen del género Homo, al que pertenecemos los seres humanos modernos. Los cambios en la biología de los primates que desembocaron en los primeros homínidos se dieron en África: en el Este y en el Sur. El cañón de Olduvai, en Tanzania, el noreste de África, es uno de los lugares donde se han encontrado los fósiles más antiguos que aportan datos sobre la historia evolutiva del ser humano. c) Homínidos Los límites que señalen el comienzo de los distintos homínidos no son exactos, se calcula que pudieron aparecer hace 4,5 millones de años. Tampoco es clara la línea evolutiva que fueron siguiendo; durante mucho tiempo debieron coexistir diferentes tipos, y el final de una especie se entremezcló con las generaciones de otra en el transcurso de miles de años. 6
Los científicos distinguen entre varias especies de homínidos. Todos ellos comparten algunas características básicas: Pueden mantenerse erguidos y caminar en dos pies Tienen un cerebro relativamente grande en relación con el de los monos Su mano tiene un dedo pulgar desarrollado que les permite manipular objetos. Australopithecus El Australopithecus es el homínido más antiguo que se conoce. Australopithecus quiere decir "simio sudafricano" y se estima su antigüedad hasta en 4 millones de años. En 1925, el paleontólogo Raymond Dart descubrió el cráneo de un Australopithecus en Taung, al sur de África. El descubrimiento de este fósil, ancestro del ser humano e íntimamente relacionado con el mono, provocó polémica porque se encontró en África y hasta entonces se había fundado el origen del ser humano en Europa. En lugares cercanos a este descubrimiento se encontraron otras especies de Australopithecus, que confirmaron el origen del hombre en África. Sus restos demostraron que estos homínidos medían más de un metro de estatura y que sus caderas, piernas y pies se aparecían más a los de los seres humanos que a los de los simios. El cerebro se asemejaba al de estos animales y tenía un tamaño similar al del gorila. La mandíbula era grande y el mentón hundido. Caminaban erguidos y podían correr, a diferencia de los simios. Sus largos brazos acababan en manos propiamente dichas, con las yemas de los dedos planas, como las de los seres humanos. Al igual que los chimpancés los Australopithecus eran fructívoros, comían fruta que recogían de los árboles, además, ocasionalmente comían ciertos animales pequeños (tal y como hacen los chimpancés) que les servía como un aporte extra de proteínas en sus dietas. Algo necesario para desarrollar el cerebro. Pero la diferencia entre los Australopithecus y los chimpancés fue que al poder caminar de una manera bípeda empezaron a salir de la selva a las sabanas de África para, caminando, recorrer largas distancias y recolectar su alimento. Los Australopithecus según su antigüedad se clasifican en diferentes subespecies. Australopithecus Anamensis, Afarensis, Africanus, Garhi, Sediba. Muy parecidos entre sí y con pequeñas diferencias: los molares se hacían más planos, o aumenta un poco su capacidad craneal, mayor peso, etc... 7
Quizá la especie más famosa de Australopithecus es la Australopithecus afarensis, gracias al descubrimiento, en 1974 en Hadar, Etiopía, de los restos de Lucy, una joven mujer de la que se encontraron 52 huesos de un esqueleto semicompleto, con una edad aproximada de 3,2 millones de años. Esta especie trepaba árboles pero también podía caminar en dos pies. Durante mucho tiempo se pensó en Lucy como la abuela de la humanidad. Sin embargo, esta especie pudo haberse extinguido sin que a partir de ella se continuaran las ramas de la evolución humana. d) El género Homo La mayoría de los científicos aceptan que hay dos grandes grupos, o géneros, de homínidos en los últimos 4 millones de años. Uno de ellos es el género Homo, que apareció hace 2,5 millones de años y que incluye por lo menos tres especies: Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens. Uno de los grandes misterios de los estudiosos de la prehistoria es cuándo, cómo y dónde el género Homo remplazó a los Australopithecus. Homo habilis, Homo ergaster y Homo erectus En zonas del este de África se encontraron restos de otros homínidos que existieron al mismo tiempo que los Australopithecus, lo que viene a demostrar que esta especie de homínidos no era la única sobre la Tierra hace dos o tres millones de años. Como los homínidos que se encontraron parecen mucho más "hombres", se les ha puesto el nombre de Homo. La primera especie del género Homo apareció hace 2,5 millones de años. Las distintas especies se dispersaron gradualmente por África, Europa y Asia. En sus primeras manifestaciones se le conoce como Homo habilis, y tenía una capacidad craneana de 680 cm 3 y su altura alcanzaba el metro y 55 cm. Era robusto, ágil, caminaba erguido y tenía desarrollada la capacidad prensil de sus manos. Sabía usar herramientas y se protegía en cuevas. Vivía de recolectar semillas, raíces, frutos y ocasionalmente comía carne, hecho que le permitió tener una capacidad craneana superior a sus antecesores. El Homo habilis todavía no conocía el uso del fuego ni estaría en posesión de un lenguaje articulado. Tras el habilis, probablemente aparece el Homo ergaster, primera especie que pudo abandonar África hace unos 2 millones de años. Dentro de las hipótesis probables, se considera que los Homo ergaster pueden haber sido los primeros homínidos en establecer relaciones sociales complejas, precisamente facilitadas por los preludios de lenguaje oral articulado. La especie que se desarrolló posteriormente a esta se denomina Homo erectus, hace 1,5 millones de años. La diferencia fundamental del Homo erectus y los homínidos que lo antecedieron radica en el tamaño, sobre todo del cerebro. Su cuerpo es la culminación de la evolución biológica de los homínidos: era más alto, más delgado, capaz de moverse rápidamente en dos pies, tenía el pulgar más separado de la mano y su capacidad craneana llegó a ser de 1250 cm 3. También fabricó herramientas, como el hacha de mano de piedra, y aprendió a conservar el fuego, aunque no podía generarlo. Los científicos creen que esta especie se propagó hacia el Norte, por Europa (hasta Francia) y Asia, durante 4000 años. Esta especie duró diez veces más 8
tiempo de la que lleva sobre la Tierra el ser humano moderno. Entre los Homo erectus que se han encontrado restos están el "Hombre de Java" (700 mil años) y el "Hombre de Pekín" (400 mil años). Homo neanderthalensis Una o más subespecies del Homo ergaster evolucionaron hasta llegar al Homo neanderthalensis, un nuevo tipo físico. En el camino evolutivo quedaron otras como el homo heidelbergensis y el homo antecesor, especies emblemáticas del yacimiento de Atapuerca, en España. Los restos más antiguos del Homo neanderthalensis u hombre de Neanderthal tienen una edad entre 250 mil y 50 mil años. Recibe este nombre por el lugar dónde se encontró el primer cráneo que demostraba la existencia de su especie, en el valle de Neander, en Alemania. Los hombres de Neanderthal tenían el cerebro de mayor tamaño y el cráneo distinto que sus antecesores. Su mentón estaba hundido y su constitución era muy gruesa. Esta especie se encontró desde Europa occidental y Marruecos hasta China, pasando por Irak e Irán. Los neanderthales estaban más capacitados y eran mentalmente más avanzados que ningún otro ser que hubiera habitado en la Tierra anteriormente. Esta especie humana vivió la última glaciación y se adaptó a ella construyendo hogares excavados en el suelo o en cavernas y manteniendo hogueras encendidas dentro de ellos. Los neanderthales que vivían en las zonas del norte de Europa fueron cazadores y se especializaron en atrapar a los grandes mamíferos árticos: el mamut y el rinoceronte lanudo, cuyos restos llevaban arrastrando hasta la entrada de sus cuevas, en donde los cortaban en pedazos. Los hombres de Neanderthal se cubrían con pieles y disponían de mejores útiles de piedra que sus antepasados. Además realizaban una actividad novedosa: enterraban a sus muertos con gran esmero (en Asia se encontró un niño de Neanderthal enterrado entre un círculo de cuernos de animales). Los muertos no sólo eran enterrados cuidadosamente, sino que también el muerto era provisto de utensilios y comida. Es posible que los enterramientos y los vestigios de rituales en los que aparecen animales señalen los inicios de la religión. Tal vez creían ya en una especie de continuación de la vida después de la muerte. El hombre de Neaderthal desapareció bruscamente, su lugar fue ocupado por los hombres modernos, hace unos 35 mil años. Homo sapiens Después del Neanderthal vino el Homo sapiens, etimológicamente hombre sabio, que es la especie a la cual pertenecemos los seres humanos modernos. No se sabe con certeza si fueron coetáneos un tiempo o si se llegaron a cruzar. Investigaciones recientes hablan de que un 1% de nuestro material genético pudiera ser neardenthal. 9
Se han encontrado restos de los primeros miembros de esta Homo sapiens, en el Cercano Oriente y los Balcanes, fechados entre el 50 000 y el 40 000 antes de Nuestra Era. Quizá avanzaron hacia el norte y occidente a medida que retrocedía el hielo. Estos seres humanos también cruzaron el estrecho de Bering, penetrando así en el continente americano y llegaron a Australia hace unos 25 mil años. Los Homo sapiens se extendieron por la Tierra más que ninguno de los homínidos anteriores. En muchas ocasiones, al Homo sapiens se le denomina hombre de Cromagnon, debido al nombre de una cueva francesa donde fueron hallados uno de los primeros restos óseos. Los Cromagnones vivieron la última glaciación y aunque su cerebro no era mayor que el del hombre de Neanderthal, le dieron nuevos usos pues, entre otras cosas, hicieron y mejoraron muchos instrumentos y armas. Son también los artistas más antiguos: son autores de las pinturas rupestres, los adornos corporales y rituales de enterramiento. El hombre actual no difiere básicamente ni en capacidad cerebral, ni en postura, ni en otros rasgos físicos, del modelo que la evolución había logrado en el hombre de Cromagnon. Para los biólogos, todos los seres humanos actuales procedemos de un mismo grupo familiar original y formamos parte de la misma especie (Homo sapiens) aunque hay distintas razas. Las líneas generales de distribución racial se iniciaron en la Prehistoria. Desde el punto de vista físico se pueden reconocer por lo menos cuatro categorías raciales fundamentales: negroide, caucasoide, mongoloide, australoide. Lo que dio al hombre moderno su control sobre la Tierra no fue su físico, sino su capacidad de aprovechar y transmitir a sus descendientes la información cultural por medio de su inteligencia. 10
GLOSARIO Creacionismo. El creacionismo es el conjunto de creencias, inspiradas en doctrinas religiosas, según las cuales el Universo y los seres vivos provienen de actos de creación divina. Biogénesis. El término biogénesis es la aquella teoría según la cual todo ser vivo procede de otro ser vivo; ésta teoría se opone a la teoría de la generación espontánea o abiogénesis. Generación espontánea o abiogénesis. Implica la creencia de que el origen de la vida se halla en la materia inerte. Este pensamiento predominó en el mundo de la ciencia desde la época de los filósofos griegos. Tanto es así, que Aristóteles, sostenía que los animales y las plantas se generaban por generación espontánea, es decir, de modo natural a partir de seres vivos en proceso de descomposición, ya sea en el barro o en la basura. Panspermia. Teoría que atribuye un origen extraterrestre a la vida en la Tierra. Se cree que las primeras formas de vida pudieron llegar a la Tierra en un meteorito. Fuentes hidrotermales. Las fuentes hidrotermales son grietas en el fondo de los océanos situadas a lo largo de cadenas montañosas de volcanes (dorsales oceánicas) a miles de metros de profundidad las cuales albergan unas condiciones de vida primitivas e incluso tóxicas similares a las de hace 3500 millones de años. Organismos procariotas. Se llama procariota a las células sin núcleo celular definido, es decir, cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Las procariotas constituyen microorganismos unicelulares de vida muy simple. Como ejemplos de este tipo están las arqueobacterias, las bacterias y las algas verde azuladas llamadas cianobacterias. Organismos eucariotas. Las células eucariotas poseen una membrana nuclear que encierra a un núcleo, en cuyo interior se localiza el material genético. Además, dentro del citoplasma tienen numerosos orgánulos que cumplen funciones específicas. Las eucariotas son células evolucionadas y de estructura más compleja que las procariotas. En general, las eucariotas tienen un tamaño diez veces más grandes que las procariotas. Organismos autótrofos. Organismos que son capaces de fabricar su propio alimento, a partir de la luz (fotosíntesis) o de productos químicos. Organismos heterótrofos. Son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos. ADN. Acido desoxirribonucléico, también conocido por sus siglas en inglés DNA. Es una macromolécula capaz de autorreplicarse que contiene la información genética de un ser vivo. 11
Genes. Fragmentos de ADN (o ARN en determinados virus y bacterias) que contienen unidades de almacenamiento de la información genética. Cada gen posee la información necesaria para producir una determinada molécula, generalmente una proteína. Mutación. Alteración en la secuencia de bases de un gen. Órganos vestigiales. Órganos cuya función original se ha perdido con la evolución de la especie. Órganos análogos. Los órganos análogos son aquellos que realizan una misma función, pese a que tienen estructuras diferentes. Por ejemplo, las alas de una mosca y las alas de una paloma son órganos análogos. Órganos homólogos. Los órganos homólogos son aquellos que tienen la misma o parecida estructura interna, pese a que pueden estar adaptados a realizar funciones muy distintas. Así, por ejemplo, son órganos homólogos las alas de un ave y los brazos de un hombre. Homínido. Se consideran homínidos a todos aquellos primates bípedos que son antepasados del hombre, además de incluirlo también a él. 12