Tema 2: origen y evolución de la vida






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Tema 2: origen y evolución de la vida

TEMA 2.- ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA VIDA.

1.- EL ORIGEN DE LA VIDA.
Hasta el momento actual la ciencia no ha sido capaz de dar una explicación sobre lo que es la vida, aparte de estudiar sus características y sus manifestaciones. Además de explicar lo que es la vida, ha habido otro problema que ha preocupado al hombre desde siempre, y es el origen de la vida: ¿de dónde viene?, ¿cómo se ha formado?

Para explicar esto han existido dos grandes corrientes de pensamiento, la generación espontánea, idea que perduró hasta finales del siglo XIX, cuando Pasteur la rebatió, y por otro lado, las teorías del origen químico y del origen extraterrestre.
1.1.- La generación espontánea.
Los primeros que se ocuparon de este tema fueron los pensadores de la antigua Grecia, entre los que destaca Aristóteles, que sostenía la idea de la generación espontánea, según la cual los seres vivos provenían directamente del barro, del estiércol y de otras materias inertes sin sufrir ningún tipo de proceso previo, simplemente aparecían. Aunque esta idea pueda parecer muy infantil se mantuvo durante muchos siglos hasta el final de la Edad Media, época en la que se alternaba la creencia en la generación espontánea con la idea del origen divino de la vida, llegándose incluso a tachar de herejes a aquellos que intentaban estudiar la cuestión. Así podemos destacar los trabajos de algunos pensadores que apoyaban la generación espontánea, como Van Helmont (1577-1644), que realizó muchos experimentos sobre aspectos tales como el origen de los seres vivos, la alimentación de las plantas, etc.

Fue a finales del s. XVII cuando comenzó a cuestionarse la idea de la generación espontánea, especialmente a partir de los trabajos de Francesco Redi (1626-1698), que ideó un experimento sencillo y concluyente que consistió en meter trozos de carne en frascos cerrados, y otros en frascos abiertos, viendo que la carne de los frascos cerrados no desarrollaba gusanos.



Con este experimento Redi demostró que los gusanos no aparecían por generación espontánea, y que su presencia estaba relacionada con la posibilidad que tenían las moscas de llegar a la carne y los pescados.
La fabricación del primer microscopio por Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) permitió descubrir los "animáculos" o seres microscópicos, que fueron al final los que ayudaron a rechazar la idea de la generación espontánea, gracias a los experimentos de Louis Pasteur (1822-1895), quien, entre otras cosas, demostró, por un lado, que los microorganismos se encontraban por todas partes y provocaban la descomposición de los alimentos y muchas enfermedades humanas, y por otro lado demostró que la generación espontánea no existía; para ello realizó el siguiente experimento:


"...Yo pongo en un frasco de vidrio uno de los siguientes líquidos, todos ellos muy alterables en contacto con el aire ordinario: agua de levadura de cerveza a la que se ha añadido azúcar, orina, jugo de remolacha, agua de pimiento. A continuación doblo el cuello del frasco, de forma que quede curvado en varias partes. Luego pongo a hervir el líquido durante varios minutos hasta que empieza a salir vapor por el extremo abierto; luego dejo enfriar el líquido. He de señalar que aún a pesar de sorprender a todos los que se ocupan de los delicados experimentos relacionados con la llamada generación espontánea, el líquido del frasco permanece inalterado definitivamente..."
A modo de curiosidad señalar que aún se conservan en el Instituto Pasteur de París algunos de los frascos que Pasteur utilizó en sus experimentos, que todavía permanecen inalterados más de 100 años después.
1.2.- El origen químico de la vida.
Hoy en día la teoría aceptada para explicar el origen de la vida es la que se basa en la hipótesis química expuesta por el ruso A. Oparin y el inglés Haldane en 1923.


Cuando la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, era una inmensa bola incandescente en la que los distintos elementos se colocaron según su densidad, de forma que los más densos se hundieron hacia el interior de la Tierra y formaron el núcleo, y los más ligeros salieron hacia el exterior formando una capa gaseosa alrededor de la parte sólida, la protoatmósfera, en la que había gases como el metano, el amoníaco y el vapor de agua.

Estos gases estaban sometidos a intensas radiaciones ultravioletas (UV) provenientes del Sol y a fuertes descargas eléctricas que se daban en la propia atmósfera, como si fueran gigantescos relámpagos; por efecto de estas energías esos gases sencillos empezaron a reaccionar entre sí dando lugar a moléculas cada vez más complejas; al mismo tiempo la Tierra empezó a enfriarse, y comenzó a llover de forma torrencial y estas lluvias arrastraron las moléculas de la atmósfera hacia los primitivos mares que se iban formando.
Esos mares primitivos estaban muy calientes y este calor hizo que las moléculas siguieran reaccionando entre sí, apareciendo nuevas moléculas cada vez más complejas; Oparin llamó a estos mares cargados de moléculas el caldo nutritivo o sopa primordial. Algunas de esas moléculas se unieron constituyendo unas asociaciones con forma de pequeñas esferas llamadas coacervados, que todavía no eran células.
Este proceso continuó hasta que apareció una molécula que fue capaz de dejar copias de sí misma, es decir, algo parecido a reproducirse; esta molécula sería algo similar a un ácido nucleico. Los coacervados que tenían el ácido nucleico empezaron a mantenerse en el medio aislándose para no reaccionar con otras moléculas, y finalmente empezarían a intercambiar materia y energía con el medio, dando lugar a primitivas células.
Estas primeras células se extenderían por los mares, dando comienzo un proceso que aún sigue funcionando hoy en día, el proceso de evolución biológica, responsable de que a partir de seres vivos más sencillos vayan surgiendo seres vivos cada vez más complejos, y que es la causa de la gran diversidad de seres vivos que han poblado y pueblan actualmente la Tierra, lo que hoy llamamos la biodiversidad.
1.3.- El origen extraterrestre de la vida.
Es una variante actual de la teoría Química del origen de la vida, que asume sus principios, pero con una diferencia: propone que ese ácido nucleico primitivo capaz de autocopiarse no surgió en los mares primordiales terrestres, sino que se originó en alguna nebulosa próxima a la Tierra o en la propia nebulosa que originó el Sistema Solar, y llegó a la Tierra en algún meteorito, integrándose en el proceso de evolución química que ya se daba en la Tierra. Esta teoría, defendida por científicos de la talla de Carl Sagan, se basa en el descubrimiento extraterrestre de numerosas moléculas bioquímicas, tales como agua y aminoácidos, en las nubes gaseosas de algunas nebulosas.
1.4.- Características comunes de los seres vivos.
Los seres vivos que han existido y existen en la actualidad son muy diferentes en cuanto a complejidad, aspecto, modo de vida, etc., independientemente de cuál haya sido el origen de la vida; sin embargo hay una serie de rasgos que son comunes a todos los seres vivos, extinguidos o vivientes; estos rasgos son:

  • Todos los seres vivos están formados por la misma materia: la materia orgánica.

  • Todos los seres vivos realizan las mismas funciones: la nutrición, la relación y la reproducción, más o menos igual.

  • Todos los seres vivos están formados por una (seres unicelulares) o varias células (seres pluricelulares).


El conjunto de todos los seres vivos que existen hoy en día junto con el medio donde viven forman lo que llamamos la biosfera, que abarca desde el suelo y parte de los océanos, hasta la zona más baja de la atmósfera.

2.- LA EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS.
Una vez que la vida surge sobre la Tierra, se nos plantea un nuevo interrogante: ¿cómo a partir de una sola célula han podido aparecer todas las especies tan diferentes que existen hoy día? Es evidente que la contestación a esta pregunta ha variado mucho de la época en que se aceptaba la teoría de la generación espontánea a cuando esta teoría fue rechazada.
2.1.- Teorías preevolutivas.
Hasta el s. XIX se pensaba que los seres vivos eran inmutables y que habían existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios, lo cual originó una corriente de ideas agrupadas bajo el término Fijismo.

Cuvier (1769-1832), estudiando una gran cantidad de fósiles dedujo que había especies que desaparecían, otras que se extinguían, etc., lo cual implicaba cambios que contradecían al fijismo. Como él era fijista, pensó que las especies aparecían sobre la Tierra y se mantenían durante mucho tiempo sin sufrir ningún cambio hasta que se producía una gran catástrofe que las hacía desaparecer, tras lo cual aparecían nuevas especies que volvían a desaparecer en otra catástrofe y así sucesivamente, surgiendo una variante de las ideas fijistas que constituyó el Catastrofismo.

2.2.- Teorías evolutivas.
En la misma época, Lamarck (1744-1829) estudiando también fósiles llegó a deducciones completamente opuestas al fijismo y que suscitaron gran controversia con Cuvier y la mayor parte de naturalistas de la época. Según Lamarck, las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibió el nombre de Evolucionismo. Para Lamarck, estas transformaciones se debían a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir mejor (adaptación al medio) y luego esos caracteres se transmitían a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la herencia de los caracteres adquiridos.

A finales de siglo, Darwin (1809-1882) y Wallace (1823-1913) mejoraron las ideas lamarckistas, rechazando la herencia de los caracteres adquiridos e introduciendo los conceptos de variabilidad de las poblaciones y selección natural, que son algunas de las ideas más importantes del proceso evolutivo: la variabilidad nos explica que en una población perteneciente a una determinada especie hay una gran variedad de individuos diferentes, cada uno de los cuales se adapta de diferente manera a un ambiente determinado, de tal forma que unos se adaptan mejor (viven mejor) que otros, y esto repercute en la cantidad de descendientes que pueden tener, de forma que los que viven mejor tienen más descendientes, es decir, son seleccionados por la naturaleza para vivir y tener más hijos. Esto lo podemos ver con el siguiente ejemplo:

Imaginemos que existe una especie de oso que tiene el pelo corto porque vive en un lugar cálido; entre los individuos de pelo corto también los hay que tienen el pelo largo y por lo tanto en ese medio cálido van a pasar mucho calor y van a estar en desventaja con respecto a los de pelo corto. Ahora bien, imaginemos que se produce un cambio climático, la temperatura se hace mucho más fría en cuestión de pocos años; este cambio ambiental va a provocar la desaparición de los osos de pelo corto, que morirán de frío, mientras que los de pelo largo que antes vivían mal se van a encontrar ahora con un ambiente al cual están mejor adaptados; al desaparecer los de pelo corto y quedar los de pelo largo lo que ha sucedido ha sido que los mejor adaptados a las nuevas condiciones han sido "seleccionados" por la naturaleza para seguir viviendo y reproducirse. Este proceso que permite prosperar a los mejor adaptados al tiempo que elimina a los inadaptados se llama selección natural.

La selección natural, ayudada por otras fuerzas evolutivas tales como las mutaciones genéticas, provocan cambios graduales en los individuos que terminan por dar lugar a la aparición de nuevas especies, pudiendo desaparecer la especie de la que provienen (recuerda por ejemplo que el Homo sapiens actual proviene del Homo antecessor que está extinguido). Este proceso de transformación gradual de una especie en otra nueva recibe el nombre de evolución biológica o darwiniana.

Darwin y Wallace se encontraron con el problema de explicar por qué existía esa variedad de individuos y por qué había rasgos que sí se heredaban, ya que cuando publicaron sus obras no se conocían aún los trabajos de Mendel sobre la herencia de los caracteres.

Hoy en día la teoría más aceptada es el Neodarwinismo, que es la idea de evolución darwiniana vista a la luz de la genética, lo cual permite explicar que la variedad de individuos en una especie se debe a que poseen diferente información genética, y por eso se pueden heredar ciertos caracteres, ya que se transmiten a través de los genes de una generación a otra.
2.3.- Pruebas de la evolución.

Podemos tener una mayor certeza de la existencia de la evolución en el pasado, ya que la evolución no se puede demostrar en la actualidad por su extremada lentitud; esta certeza, sin embargo, la podemos obtener a partir de una serie de hechos que nos van a probar su existencia.
2.3.1.- Pruebas biogeográficas.

Las encontramos repartidas por todo el planeta, y consisten en la existencia de grupos de especies más o menos parecidas, emparentadas, que habitan lugares relacionados entre si por su proximidad, situación o características, por ejemplo, un conjunto de islas, donde cada especie del grupo se ha adaptado a unas condiciones concretas. La prueba evolutiva aparece porque todas esas especies próximas provienen de una única especie antepasada que originó a todas las demás a medida que pequeños grupos de individuos se adaptaban a las condiciones de un lugar concreto, que eran diferentes a las de otros lugares.

Ej.- los pinzones de las islas Galápagos que fueron estudiados por Darwin, los Drepanidos, aves de las islas Hawaii, o las grandes aves no voladoras distribuidas por el hemisferio sur, los ñandúes sudamericanos, las avestruces africanas, el pájaro elefante de Madagascar (extinguido), el casuario y el emú australianos o el moa gigante de Nueva Zelanda (también extinguido). 




2.3.2.- Pruebas paleontológicas.

El estudio de los fósiles nos da una idea muy directa de los cambios que sufrieron las especies al transformarse unas en otras; existen muchas series de fósiles de plantas y animales que nos permiten reconstruir cómo se fueron adaptando a las cambiantes condiciones del medio, como las series de erizos de los acantilados ingleses, el paso de reptiles a aves a través del Archaeopterix, o la evolución de los caballos para adaptarse a las grandes praderas abiertas por las que corrían.






2.3.3.- Pruebas anatómicas.

En muchos seres vivos existen órganos atrofiados, no funcionales, que aparecen en antepasados antiguos perfectamente funcionales, pero que con el transcurso de las generaciones dejaron de ser útiles; a estos órganos se les denomina órganos vestigiales.

Por otro lado, el estudio de la anatomía de distintas especies nos enseña que existen muchas que se parecen mucho, ya que son especies evolutivamente próximas, separadas por una diferente adaptación a medios distintos, es decir, que poseen órganos y estructuras orgánicas muy parecidas anatómicamente ya que tienen el mismo origen evolutivo, son lo que denominamos órganos homólogos, como por ejemplo, la aleta de un delfín y el ala de un murciélago, son órganos con la misma estructura interna, pero uno es para nadar y otro para volar.



Al mismo tiempo, existen también especies muy separadas evolutivamente que se tienen que adaptar al mismo medio, y por lo tanto desarrollan estructuras similares, los llamados órganos análogos, que desempeñan la misma función, pero tienen una constitución anatómica diferente. Ej.- el ala de un insecto y el ala de un ave (figura de abajo).

 



Los órganos análogos representan un fenómeno llamado convergencia adaptativa, por el cual los seres vivos repiten fórmulas y diseños en su anatomía que han tenido éxito. Sin embargo, los órganos homólogos, que desempeñan funciones distintas pero tienen la misma anatomía interna, representan la divergencia adaptativa, por la cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en que están, etc.




2.3.4.- Pruebas embriológicas.

El estudio de los embriones de los vertebrados nos da una interesante visión del desarrollo evolutivo de los animales, ya que las primeras fases del desarrollo embrionario son iguales para todos los vertebrados. Según va avanzando el proceso, cada grupo de vertebrados tendrá un embrión diferente al del resto, siendo tanto más parecidos cuanto más emparentadas estén las especies. Esto es lo que Haeckel resumió diciendo que la "ontogenia resume a la filogenia".
2.3.5.- Pruebas bioquímicas.

Por último, las pruebas más recientes y las que mayores posibilidades presentan consisten en comparar ciertas moléculas que aparecen en todos los seres vivos de tal manera que esas moléculas son tanto más parecidas cuanto menores diferencias evolutivas haya entre sus poseedores, y al revés; esto se ha hecho sobre todo con proteínas (por ejemplo proteínas de la sangre) y con ADN.




2.4.- Funcionamiento de la evolución.

Los seres vivos somos así gracias a la información genética que poseemos almacenada en nuestras células; esta información ha sido más o menos modelada por el ambiente en el que vivimos, que puede modificar de manera natural la información genética a lo largo de la vida, pero las modificaciones que produce nunca se van a transmitir a nuestros descendientes, lo único que se transmite son los genes. Entonces, la información genética y el ambiente son la base de la evolución.

En un principio, los seres vivos de la misma especie y de la misma población debieron tener idéntica información genética. Todos los individuos estarían en principio igual de adaptados a su medio, salvo diferencias ambientales individuales (por ejemplo, el que se alimente más estará más fuerte); la cuestión es, ¿por qué con el tiempo surgen individuos diferentes dentro de las poblaciones?

En una población de osos, en un principio todos tendrían el pelo corto, no existirían osos de pelo largo, ¿cómo surgieron los de pelo largo?

La respuesta a estas cuestiones está en las mutaciones genéticas, que hacen que un gen cambie lo suficiente para seguir siendo el mismo gen, pero dé lugar a un carácter algo diferente, convirtiéndose entonces en lo que llamamos un alelo. Por ejemplo, los osos sólo tenían información para el pelo corto, pero por una mutación surge un alelo que lleva información para tener el pelo un poco más largo
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