Tema 3 CMC - ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA VIDA Conceptos Tema 3 Aerobios o aeróbicos: Organismos que necesitan oxígeno para vivir. Respiración celular: Metabolismo aerobio o aerobiosis: proceso que usa el oxígeno para obtener energía. Anaerobios o anaeróbicos: Organismos que no utilizan oxígeno en su metabolismo. Fermentación: Se trata de un proceso anaeróbico (no utiliza oxígeno), en el que tienen lugar reacciones químicas que dan lugar a un compuesto orgánico. La fermentación es típica de levaduras y de algunas bacterias. El tipo de compuesto final caracteriza los diferentes tipos de fermentación (alcohólica, láctica o acética). Organismos autótrofos: Se alimentan de sustancias inorgánicas (no necesitan nutrirse de otros seres vivos): por ejemplo, las plantas (las plantas utilizan la fotosíntesis). Organismos heterótrofos: Deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos vivos: por ejemplo, multitud de bacterias y los animales. Polimeración: Proceso químico por el que varias moléculas se unen para formar un polímero. Polímero: Molécula de gran peso, macromolécula (generalmente orgánica), formada por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Catálisis: Proceso por el cual se incrementa la velocidad de una reacción química. Implica la presencia de una sustancia, llamada catalizador, que acelera el proceso. Catalizador: sustancia que promueve las reacciones químicas. Células eucariotas: Células con núcleo. Núcleo: Un compartimento en el interior de la célula que alberga el material genético. Células procariotas: Células sin núcleo. Casi sin excepción se trata de organismos unicelulares (formados por una sola célula). El ejemplo típico son las bacterias. Citoplasma: En una célula eucariota, el citoplasma es la parte que se encuentra entre el núcleo y la membrana. Ácido nucleico: Molécula de gran tamaño (polímero) formada por la unión de moléculas más sencillas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido se compone de tres moléculas: un azúcar, una base nitrogenada y un ácido fosfórico. Si el azúcar es ribosa, tendremos ácido ribonucleico (ARN); si es desoxirribosa, tendremos ácido desoxirribonucleico (ADN). Aminoácido: Un tipo de molécula orgánica. El encadenamiento de aminoácidos constituye las proteínas. Existen 20 aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas de los seres vivos.
Filogenia: Rama de la biología que estudia el origen de las especies, investigando sus antecesores y sus relaciones en el transcurso del tiempo. Fósil: Resto mineralizado de seres vivos (animales o vegetales) o las huellas (pisadas, madrigueras y rastros) que han quedado de su actividad biológica. Fotosíntesis: Conjunto de reacciones químicas que transcurren en plantas, algas y algunas bacterias, mediante las que obtienen materia orgánica a partir de luz y materia inorgánica. En la fotosíntesis oxigénica, que es la que realizan las plantas, las algas y las cianobacterias, se desprende oxígeno. Cianobacterias: Son un tipo de bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica (en la que se desprende oxígeno). Son los únicos organismos procariotas que llevan a cabo ese tipo de fotosíntesis. Metabolismo: Conjunto de reacciones y procesos por los que los alimentos se degradan, absorben y transforman en productos complejos o en otros más simples, con liberación de energía. Mutación: Alteración en la información genética de un organismo, que produce un cambio en sus características, un cambio que se puede transmitir a la descendencia. Visión estereoscópica: Visión con dos ojos, que produce la sensación de una imagen en tres dimensiones, pues las dos imágenes captadas son procesadas a la vez por el cerebro. Requiere unos ojos en posición más o menos frontal. TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA - Teorías religiosas: Un ser supremo creó la vida en la Tierra. - Teoría de la generación espontánea: La vida aparece de forma espontánea, cuando las condiciones son las adecuadas. Así, insectos o gusanos surgen no sólo de sus progenitores, sino de sustancias como la materia orgánica en descomposición o el fango. Louis Pasteur demostró que los seres vivos sólo proceden de otros seres vivos (la generación espontánea es falsa). - Teoría del origen cósmico de la vida: La vida llegó a la Tierra por microorganismos provenientes del espacio e impulsados por la radiación proveniente de las estrellas. - Teoría de la evolución química de la vida: La vida es el resultado de una evolución química, previa al desarrollo biológico. Las moléculas químicas necesarias para generarse vida son agua, metano, amoníaco, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, etc., que en condiciones adecuadas (distancia adecuada entre la Tierra y el Sol, atmósfera terrestre que permite un eficaz efecto invernadero y una temperatura suave) generaron compuestos orgánicos más complicados, (aminoácidos, componentes de los nucleótidos, hidratos de carbono, etc.) y posteriormente los polímeros de interés biológico como proteínas y ácidos nucleicos y, por último, las primeras células primitivas. - Teoría de la génesis mineral: Las moléculas sencillas se depositaron sobre arcilla, en donde reaccionaron formando moléculas más grandes (polimeración), facilitando las reacciones químicas posteriores.
- Teoría del origen de la vida 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. Las erupciones volcánicas en estas zonas emiten las moléculas químicas básicas y la temperatura adecuada favorece las reacciones químicas posteriores. LAS MOLÉCULAS DE ARN Y ADN El ácido ribonucleico (ARN) fue el primer polímero con propiedades estructurales, con capacidad de archivo de información genética y capacidad catalítica. Se formó en los mares primitivos ricos en aminoácidos y proteínas. Con la posterior evolución apareció el ácido desoxirribonucleico (ADN), molécula más estable, y que contiene hoy en día la información biológica de los seres vivos. EVOLUCIÓN DE LAS CÉLULAS La aparición en las células de una membrana que separó el medio ambiente del medio interno fue decisiva en la evolución celular. Esto favoreció la existencia de un metabolismo que permitió a las primeras células obtener la energía, mediante la nutrición, para evolucionar y reproducirse. Las primeras células fueron bacterias heterótrofas anaeróbicas, capaces de obtener alimento y energía de su propio ambiente. Posteriormente las primeras células evolucionaron originándose las cianobacterias, desarrollando su propio mecanismo de obtención de energía: la fotosíntesis (que utiliza la energía solar convirtiéndose dióxido de carbono en hidratos de carbono, desprendiéndose oxígeno). La atmósfera se fue cargando de oxígeno, que resultó perjudicial para los organismos anaeróbicos (como si fuera un veneno), eliminándose gran cantidad de ellos, si bien algunos subsistieron pues se refugiaron en lugares donde no hay oxígeno. Entonces aparecieron las bacterias heterótrofas aeróbicas, las cuales usan el oxígeno de la atmósfera para obtener energía de los nutrientes mediante la respiración celular, desprendiéndose dióxido de carbono. Posteriormente las células eucariotas evolucionaron a partir de la asociación de células bacterianas con organización procariota más simple. EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS - Teoría del fijismo y creacionismo: Cada especie fue creada independientemente y no cambian (se mantienen invariables a lo largo del tiempo). Esta teoría antigua era contraria a la evolución y hoy se ha demostrado falsa. - Teoría del catastrofismo: La Tierra ha sufrido desastres geológicos, tales como el diluvio bíblico, que destruyeron las especies existentes, produciéndose después la aparición de nuevas especies. Esta teoría antigua también se ha demostrado falsa. - Teoría evolucionista de Lamarck: Las especies evolucionan transformándose gradualmente unas en otras. Las especies se adaptan al medio, desarrollando los órganos que más usan y atrofiándose los órganos que menos utilizan (la función crea el órgano). Estas modificaciones son heredadas por sus descendientes (herencia de los caracteres adquiridos), transformándose gradualmente unas especies en otras. Hoy se sabe que esta teoría es incorrecta (los caracteres adquiridos no se heredan). - Teoría evolucionista de Darwin-Wallace: Dada la elevada capacidad reproductora de los seres vivos, normalmente nacen más descendientes de una especie que los que mueren, pero sólo los mejor adaptados al medio sobreviven (selección natural). Éstos transmiten los cambios de su organismo a la siguiente generación, con lo que las especies evolucionan, pues las variaciones se van acumulando gradualmente. Con el tiempo se originan nuevas especies.
- Teoría sintética de la evolución: Es una síntesis de la teoría de Darwin y la genética de Mendel. Aunque la mayoría de los genes son comunes a todos los individuos, existe un gran número de genotipos diferentes. Esto es debido a un proceso al azar debido a las mutaciones (cambios genéticos en la información genética almacenada en el ADN, transmitiéndose a la descendencia) y por la combinación genética durante la reproducción sexual. Por otro lado, la selección natural varía la proporción de los genes en cada población, eliminando los genotipos menos ventajosos y beneficiando la combinación genética de los individuos mejor adaptados a su ambiente, evolucionando poco a poco los individuos. - Teoría neutralista: No es la selección natural sino el azar, el que hace que varíen las poblaciones, en las que un gen mutado puede dispersarse sin tener ninguna ventaja selectiva. - Teoría saltacionista: El cambio evolutivo no se produce de forma gradual, sino que en muchos momentos avanza rápidamente. Hay periodos de estabilidad en la evolución y otros momentos en los que ésta se produce a gran velocidad. La evolución se produce a saltos. PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN - Evidencias morfológicas: Se basan en la comparación de las semejanzas y diferencias del mismo órgano en especies diferentes. Los órganos homólogos de especies diferentes, como las extremidades de los vertebrados, son el resultado de la evolución divergente de un órgano ancestral común, al adaptarse a funciones diferentes. Los órganos análogos, como el ala de una mariposa y el ala de un ave, tienen su origen en un proceso diferente de adaptación a una función equivalente como el vuelo (convergencia evolutiva). - Evidencias paleontológicas: El estudio de los fósiles nos permite comparar especies del pasado con especies actuales, y apreciar la evolución. - Evidencias embriológicas: Aunque la forma inicial de los embriones de diferentes especies se parecen, a medida que se desarrollan se van diferenciando, resumiéndose en esta transformación el desarrollo evolutivo. - Evidencias taxonómicas: La agrupación de organismos con características semejantes en categorías taxonómicas resulta la consecuencia de un proceso evolutivo común. - Evidencia de la Bioquímica comparada y biología celular: Existe una unidad química de todos los seres vivos. El código genético es universal, con sólo algunas variaciones. Hay muchos procesos metabólicos y fisiológicos comunes, como, por ejemplo, la respiración. - Evidencias de secuencias de proteínas y de ADN: Las secuencias de nucleótidos de un mismo gen o las secuencias de aminoácidos de una proteína, son semejantes para diferentes especies. - Evidencia cromosómica: Similitudes cromosómicas entre especies cercanas evolutivamente. LA BIODIVERSIDAD La biodiversidad es la consecuencia del proceso evolutivo, apareciendo una gran diversidad de especies. Una especie es un conjunto de organismos que tienen semejanzas morfológicas, se pueden reproducir entre sí dando lugar a una descendencia fértil y no pueden reproducirse con otras especies. EL PROCESO DE ESPECIACIÓN Si se produce un aislamiento geográfico (separación por barreras físicas, tales como cordilleras, ríos u océanos) entre grupos de individuos de la misma especie, éste favorece el aislamiento reproductivo (provocado por cambios anatómicos, fisiológicos, etc., que impiden que se pueda llevar a cabo la reproducción entre individuos de ambos grupos), lo que puede dar lugar a la aparición de dos o más especies diferentes a partir de una inicial.
LA CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS La clasificación de los seres vivos la realiza la taxonomía, que es una rama de la biología. Se utiliza el sistema binomial; el nombre de una especie consta de dos palabras latinas, la primera de las cuales corresponde al género. ORIGEN DE LA ESPECIE HUMANA. LOS PRIMATES El ser humano, Homo sapiens homo indica el género es la única especie viva de la familia de los homínidos, dentro del orden de los primates. Los primates son mamíferos y se remontan a unos 75 millones de años. Sus características son las siguientes: - Extremidades anteriores con gran movilidad, dedos prensiles y dedo pulgar oponible. - Visión estereoscópica frontal, que permite calcular las distancias. - Sistema digestivo poco especializado, lo que permite que la alimentación sea variada. - Número de descendientes muy limitado, y muy dependientes de la madre tras el nacimiento. EL PROCESO DE HOMINIZACIÓN Las características de nuestra especie son consecuencia de un proceso evolutivo biológico (hominización), y de otro proceso de evolución cultural (humanización). El proceso de hominización se vio favorecido por un gran cambio climático, con la sustitución de muchas zonas de selva africana por la sabana. Este cambio obligó a los homínidos a abandonar la vida arborícola y modificar sus hábitos alimenticios. Cambios que caracterizan el proceso de hominización: - Se adquiere una postura bípeda y se utilizan las manos con una movilidad mayor, pasando a ser una especie de pinzas de precisión. - Las extremidades inferiores se hacen más largas, la articulación de la rodilla se modifica para facilitar la posición erecta, el dedo pulgar del pie deja de ser oponible, los pies sólo se usan para caminar y la columna vertebral adquiere forma de S. - Desarrollo del cerebro, reducción de la zona facial. - La dieta se diversifica. - Desarrollo del lenguaje, y de las actividades sociales. EL CEREBRO HUMANO Es el responsable de las funciones relacionadas con la inteligencia. Tiene dos hemisferios, derecho e izquierdo, cada uno con 4 lóbulos: frontal, temporal, parietal y occipital. La parte más externa del cerebro es la corteza cerebral o córtex, formada por un enorme número de neuronas interconectadas. Está dividida en el paleocórtex (relacionado con la recepción de estímulos olfativos) y el neocórtex (en la especie humana está muy desarrollado por medio de circunvoluciones y surcos, que aumentan su superficie). El hemisferio izquierdo rige las funciones del lenguaje, los movimientos de la mano derecha y la capacidad de análisis. El derecho controla el movimiento de la mano izquierda, la visión espacial y la expresión de las emociones. El lóbulo frontal controla funciones motrices, capacidades intelectuales, etc. LA EVOLUCIÓN DE LOS HOMÍNIDOS El origen de los homínidos se supone en África hace 6 o 7 millones de años. Antecesores del Homo sapiens son el Australopithecus, Homo habilis, Homo erectus, hombre de Neandertal, etc.