ANALISIS DEL AGUA from raher31
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ORIGEN DE LA VIDA EN LA TIERRA
Orígen de la vida en la Tierra
 |
hipótesis :
La filosofía, la religión y la ciencia han tratado
de dar una explicación a una pregunta que se ha hecho el hombre desde sus
inicios: Qué es la vida y cual es su origen?
Christian de Duve, premio Nobel de Medicina, define
"la vida consiste en la habilidad de un sistema para mantenerse lejos del
equilibrio, crecer y multiplicarse, con la ayuda de un continuo flujo de
energía y de materia provistos por el medio ambiente". (El Mercurio,
Domingo 6 de Octubre 1996, Cuerpo E pags 28-29.)
La historia en los estudios acerca del origen de la
vida se inicia en la antiguedad, cuando se pensaba que la vida aparecía por
generación espontánea. Esta teoría decía que la vida se generaba por la sola
acción de sol, aire y agua; por ejemplo las moscas "aparecen" en la
carne...
El experimento que deshechó esta teoría fue
desarrollado por un médico florentino en 1688, Francesco Redi; este experimento
consistió en dejar dos trozos de carne, uno aislado y otro no. En el aislado no
se produjo generación espontánea de moscas, mientras que en el otro que tuvo
contacto con moscas aparecieron gusanos mas tarde.
Esta teoría recobró importancia al descubrirse los
microorganismos con la invención de la lupa, pero nuevamente hubo alguien que desbarató
la teoría de la generación espontánea. Esta vez fue L. Pasteur.
panespermia
En 1903 aparece una nueva teoría respecto al origen
de la vida, esta vez un sueco, Svante Arrehnius, propone lo que se conoce como
PANESPERMIA.
Según esta teoría la vida en la tierra provendría de otras partes del universo, no de la misma tierra. Sin embargo esta teoría no explica el origen de la vida, sino supone su existencia eterna y universal.
Según esta teoría la vida en la tierra provendría de otras partes del universo, no de la misma tierra. Sin embargo esta teoría no explica el origen de la vida, sino supone su existencia eterna y universal.
Actualmente se llevan a cabo investigaciones basadas
en componentes orgánicos encontrados en el universo o en meteoritos llegados a
nuestro planeta que intentan demostrar esta teoría.
La
oposición: La hipótesis materialista.
La teoría que se opone a la panespermia es la
hipótesis materialista del origen de la vida, la que postula la aparición de la
vida aquí en la Tierra .
Se basa en experimentos que consistieron en un ambiente de laboratorio que imitaba lo que se cree eran las primeras etapas de la Tierra. Bajo esas condiciones de presión, humedad, temperatura y existencia de ciertos elementos químicos fue posible la "aparición" de algunas biomoléculas a partir de gases simples.
Con experimentos más refinados se han logrado sintetizar azúcares, aminoácidos, bases nitrogenadas, etc.
Se basa en experimentos que consistieron en un ambiente de laboratorio que imitaba lo que se cree eran las primeras etapas de la Tierra. Bajo esas condiciones de presión, humedad, temperatura y existencia de ciertos elementos químicos fue posible la "aparición" de algunas biomoléculas a partir de gases simples.
Con experimentos más refinados se han logrado sintetizar azúcares, aminoácidos, bases nitrogenadas, etc.
Se estima que en un lapso de 1500 millones de años,
luego del enfriamiento de la corteza terrestre que permitió la formación de los
océanos, se generaron varios compuestos orgánicos, los que disueltos en estos
mares conforman lo que se ha llamado sopa prebiótica o sopa de Oparin (debido a
un cientifico ruso que en 1920 postulo la aparición de biomoléculas a partir de
las condiciones presentes en la Tierra al inicio de la vida...)
Características
de la Materia Viva:
Se ha encontrado que los elementos que componen la
materia viva no son para nada los más abundantes en la corteza terrestre, lo
que lleva a pensar en que los elementos elegidos tienen ciertas propiedades
únicas de adaptación y funcionamiento.
Por ejemplo el carbono con 4 electrones de valencia
es uno de los elementos mas versátiles a la hora de formar compuestos consigo
mismo y con otros elementos.
El silicio cumple la misma propiedad, además de ser 142 veces mas abundante en la corteza terrestre, pero los enlaces silicio-silicio son inestables en agua, lo que impide la formación de cadenas.
Combinado con oxígeno logra formar cadenas, pero esta vez son muy estables, lo que impide reacciones propias del metabolismo. El oxígeno es soluble en agua, es un gran oxidante (Receptor de electrones).
El silicio cumple la misma propiedad, además de ser 142 veces mas abundante en la corteza terrestre, pero los enlaces silicio-silicio son inestables en agua, lo que impide la formación de cadenas.
Combinado con oxígeno logra formar cadenas, pero esta vez son muy estables, lo que impide reacciones propias del metabolismo. El oxígeno es soluble en agua, es un gran oxidante (Receptor de electrones).
Fósforo y azufre, estos elementos forman compuestos
inestables en agua, que al romperse liberan gran cantidad de energía.
Por ejemplo el ATP (Adenosintrifosfato) tiene 3 enlaces de fósforo. Al romperse el primero se liberan 7000 calorías por mol.
Por ejemplo el ATP (Adenosintrifosfato) tiene 3 enlaces de fósforo. Al romperse el primero se liberan 7000 calorías por mol.
Los iones de sodio, potacio, calcio, magnesio juegan
otro papel, sirven para mantener el balance osmótico de la célula, formar
gradientes en la conducción nerviosa, etc.
Además estan los llamados trazas esenciales (cobre,
hierro, zinc) que son elementos que participan en muy pequeñas concentraciones
y que actuan como catalizadores biológicos, o como componentes estructurales de
algunas moléculas.
Todos estos elementos en forma separada son materia
inanimada, pero al organizarse conforman lo que conocemos como materia viva.
Las principales propiedades de la materia viva con
respecto a la inanimada se describen a continuación:
Propiedades
de la Materia viva:
·
AUTOORGANIZACIÓN:
Corresponde a lo que se conoce como metabolismo. Este es una serie de reacciones en cadena altamente específicas que toman unas pocas moleculas simples (aminoácidos, azúcares, etc) y las transforman en supramoléculas más complejas que son la base estructural y funcional del organismo vivo.
Corresponde a lo que se conoce como metabolismo. Este es una serie de reacciones en cadena altamente específicas que toman unas pocas moleculas simples (aminoácidos, azúcares, etc) y las transforman en supramoléculas más complejas que son la base estructural y funcional del organismo vivo.
·
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA:
Para que se pueda llevar a cabo la autoorganización es necesario el uso de energía.
Esta se obtiene de dos distintas maneras: los autotrofos son aquellos organismos que son capaces de ocupar energía solar y transformarla en energ´ia química aprovechable. Ejemplo de esto son las plantas, algas, etc.
El grupo opuesto son los heterotrofos, que son los que consiguen la energía en forma química (azúcares) del primer grupo.
Para que se pueda llevar a cabo la autoorganización es necesario el uso de energía.
Esta se obtiene de dos distintas maneras: los autotrofos son aquellos organismos que son capaces de ocupar energía solar y transformarla en energ´ia química aprovechable. Ejemplo de esto son las plantas, algas, etc.
El grupo opuesto son los heterotrofos, que son los que consiguen la energía en forma química (azúcares) del primer grupo.
Los dos grupos tienen en común que degradan la
glucosa a anhídrico carbónico y agua, liberando asi gran cantidad de energía
que es ocupada en los procesos del metabolismo.
·
AUTOREGULACIÓN:
Se refiere a la capacidad del organismo vivo para regular las reacciones propias del metabolismo.
Esto se logra mediante la liberación de enzimas (proteínas que actúan como catalizadores bilógicos de las reacciones), las que aparecen cuando la concentración del compuesto al que afectará su presencia es muy alta o muy baja.
Se refiere a la capacidad del organismo vivo para regular las reacciones propias del metabolismo.
Esto se logra mediante la liberación de enzimas (proteínas que actúan como catalizadores bilógicos de las reacciones), las que aparecen cuando la concentración del compuesto al que afectará su presencia es muy alta o muy baja.
·
AUTOREPLICACIÓN:
La autoreplicación implica una estructura encargada de dirigir y "copiar" la información necesaria para la formación de un nuevo organismo.
En nuestro planeta quien está encargada de esta funcion es el ADN, una molécula que codifica de igual forma en un elefante en un hombre o en un virus.
La información que guarda el ADN es copiada a distintos tipos de moléculas un tanto más simples, el ARN, que son las encargadas de expresar ciertas características en cada organismo. Para explicar como lo hacen es necesario conocer la estructura del ADN y el ARN.
La autoreplicación implica una estructura encargada de dirigir y "copiar" la información necesaria para la formación de un nuevo organismo.
En nuestro planeta quien está encargada de esta funcion es el ADN, una molécula que codifica de igual forma en un elefante en un hombre o en un virus.
La información que guarda el ADN es copiada a distintos tipos de moléculas un tanto más simples, el ARN, que son las encargadas de expresar ciertas características en cada organismo. Para explicar como lo hacen es necesario conocer la estructura del ADN y el ARN.
estructuras
del ADN y ARN
El ADN está formado por 4 subunidades, estas son
adenina, guanina, citosina y timina, estas son las bases nitrogenadas.Cada base
se complementa con otra (timina con adenina, y citosina con guanina). La
estructura del ADN es una doble hélice donde una hebra es una secuencia lineal
de las cuatro bases y la otra es la secuencia de las bases complementarias.
El ARN es similar al ADN pero más simple. Consta de
solo una hebra y la base timina se cambia por el uracilo.
La replicación del ADN se realiza de la siguiente forma: actúa una enzima que separa la doble hélice en dos hebras, a cada una de las bases de cada hebra se irán uniendo bases complementarias para asi formar una nueva molécula de ADN.
Al final del proceso cada molécula contará con una hebra nueva y una hebra madre.
La replicación del ADN se realiza de la siguiente forma: actúa una enzima que separa la doble hélice en dos hebras, a cada una de las bases de cada hebra se irán uniendo bases complementarias para asi formar una nueva molécula de ADN.
Al final del proceso cada molécula contará con una hebra nueva y una hebra madre.
El ADN es solo una "bodega de
información". La forma en que esta se expresa es mediante la acción de
varios tipos de ARN (de transcripción, mensajero y de traduccion).
La molécula de ARN se copia del ADN y finalmente se
traduce en proteínas.
Como cada proteína es una sucesión de los 20 aminoácidos, existe un código que identifica a cada uno de estos aminoácidos. Este código es una serie de tres bases.
Como cada proteína es una sucesión de los 20 aminoácidos, existe un código que identifica a cada uno de estos aminoácidos. Este código es una serie de tres bases.
Para codificar una proteína determinada el ARN de
traducción tiene la serie de bases que codifica la sucesión de aminoácidos,
estos van llegando desde el medio y se van acoplando para asi formar la
proteína finalmente.
EVIDENCIAS
EXPERIMENTALES SOBRE LA APARICION DE VIDA EN LA TIERRA.
Las principales evidencias que se tienen sobre la
existencia de la vida en el pasado son los fósiles.
Los más antiguos encontrados hasta ahora son unos microfósiles que tienen una edad aproximada de 3 mil 800 millones de años.
Los más antiguos encontrados hasta ahora son unos microfósiles que tienen una edad aproximada de 3 mil 800 millones de años.
Por las características de los fósiles encontrados
es posible que organismos procarióticos (que no tienen una membrana nuclear que
proteja al nucleo y al ADN) son más antiguos que los eucarióticos (si presentan
membrana nuclear), con una edad de 1500 millones de años.. Los fósiles
encontrados permiten sugerir que existió vida en la Tierra hace 3.800 millones
de años.
Técnicas
para el estudio de fósiles
Encontrar fósiles más antiguos y determinar la
existencia de vida antes de este periodo es complejo debido al estado de
conservación de los fósiles, a veces parcialmente desintegrados, de forma que
no permiten un análisis detallado.
Es posible encontrar compuestos orgánicos, lo que no
implica la existencia de vida, pues se ha visto que los compuestos de carbono
son posibles de producirse en forma totalmente abiótica.
Es por esto que se han desarrollado otras técnicas,
aparte de la óptica, para estudiar los fósiles.
Una de estas es la relación entre carbono 12 y
carbono 13 (C13/C12), pues se ha visto que los organismos fotosintéticos
incorporan mas selectivamente el Carbono 12 que el Carbono 13, presente en la
atmósfera.
Los índices encontrados en fósiles presentan un
valor muy similar que los compuestos orgánicos actuales, y puesto que no se
conoce ningún proceso no biológico que presente un indice similar al de la
materia viva es posible concluir que los fósiles orgánicos encontrados
provienen de un organismo vivo.
Para precisar aun más la fecha de la aparición de
vida en la Tierra, considerando un proceso evolutivo químico de la vida y de
que se encontraran fósiles de origen biológico mas antiguos, podría llegarse a
encontrar un fósil con un índice C12/C13 igual al del carbono inorgánico
proveniente del manto terrestre. Esto indicaría la existencia de un compuesto
orgánico de origen abiótico, luego, el punto de convergencia de las relaciones
C12/C13 de los carbonos orgánico e inorgánico de una misma edad en relación con
la de la Tierra permitiría precisar la época de la aparición de la vida en
nuestro paneta.
Si se acepta la teoría de que la vida es el
resultado de la evolución química de la materia y que apareció aquí en la
Tierra junto con el hecho de que organismos eucarióticos son dos veces má
nuevos que los procarióticos, podría pensarse que la aparición de vida en la
Tierra es un hecho mucho más simple que la evolución.
Si bien se ha comprobado experimentalmente que
compuestos orgánicos son posibles de sintetizar en condiciones totalmente
abióticas, no se ha demostrado el paso de estos compuestos a la
"vida".
A partir de
los experimentos..
Los experimentos realizados (experimentos) sugieren
como fue posible la síntesis abiótica de compuestos orgánicos, pero estos
experimentos parten de la suposición de que la atmósfera terrestre tenía cierta
composición.
Esta suposición entra en contradicción con
evidencias astronómicas y geológicas plantean.
Por ejemplo, alto contenido de amoníaco presente en la atmósfera, supuesto en que se basan los experimentos, sería poco probable ya que el amoníaco es altamente fotosensible lo que lleva a su degradació casi inmediata a nitrógeno.
Por ejemplo, alto contenido de amoníaco presente en la atmósfera, supuesto en que se basan los experimentos, sería poco probable ya que el amoníaco es altamente fotosensible lo que lleva a su degradació casi inmediata a nitrógeno.
Afortunadamente se han encontrado procesos por los
cuales sería posible convertir nitrógeno en amoníaco.
Estos procesos habrían sido posibles gracias a la presencia de un catalizador(óxido de titanio), que hoy en día se encuentra en grandes cantidades en algunas partes del planeta.
Estos procesos habrían sido posibles gracias a la presencia de un catalizador(óxido de titanio), que hoy en día se encuentra en grandes cantidades en algunas partes del planeta.
Así se han ido juntando nuevas evidencias que hacen
coincider lo planteado desde la geología, astronomía y bioquímica.
Con respecto a la presencia de oxígeno, se concuerda
en que su concentración era mínima en un comienzo, luego, cuando comienza la
aparición de organismos unicelulares, hace unos 1.500 millones de años, la
concentración comienza a aumentar, hasta que hace 600 millones de años se
produjo una "explosión de vida". Esta etapa coincide con la aparició
de los primeros organismos pluricelulares y el aumento de la concentració de
oxígeno a los valores actuales.
Los primeros
compuestos orgánicos sintetizados abióticamente
Anteriormente se ha visto que la formación de
compuestos orgánicos es posible en condiciones abióticas. Un experimento hecho
en 1969 por Fox mostró algo muy interesante. Al exponer a ciertas mezclas de
aminoácidos a determinadas condiciones de temperatura, estos formaron cadenas
de hasta 18 aminoácidos, las que fueron llamadas protenoides por su similitud
con las proteínas de origen bilógico.
Estas uniones son posibles gracias a la presencia de
los tioésteres, que acoplados a los aminoácidos posibilitan la unión de estos.
Estos protenoides presentan varias características:
actúan como catalizadores, como hormonas.
Gracias a la presencia de estos seudo-catalizadores fue posible la formación de compuestos más complejos. Es así como surgen los nucleóticos.
actúan como catalizadores, como hormonas.
Gracias a la presencia de estos seudo-catalizadores fue posible la formación de compuestos más complejos. Es así como surgen los nucleóticos.
Lo que significó un gran salto: una molécula capaz
de guardar la información necesaria para su reproducción y sobre la cual el
medio serí capaz de actuar, es decir una molécula sobre la cual actúa la
selección natural, en base a los errores cometidos al copiar la informació.
Se cree que el primero en surgir fue ARN, ya que
este es más reactivo que el ADN y para algunas reacciones no necesita de ningún
catalizador, actuando el mismo como sustrato.
Ejemplo de estas reacciones son la alineación y
unión de varias cadenas de ARN lo que permitió el aumento del tamaño de los
genes.
El ARN de
transferencia
Existe un tipo de ARN llamado de transferencia, que
actúa como traductor del ARN mensajero, permitiendo que este exprese su código
en la secuencia de aminoácidos para formar una proteína.
C. de Duve postula que en un comienzo sólo existió
el ARN de transferencia, y que por la acció de los tioésteres se permitió la
unió de los aminoácidos, luego, resultó más beneficioso copiar el código del
ARN mensajero resultando así unas estructuras autoperpetuantes.
Con el paso del tiempo este nuevo código permitió la
formación de proteínas específicas que catalizarían distintas reacciones, dando
paso así a un metabolismo, que superaría al protometabolismo propio de las
proteínas generadas por los tioésteres.
Surge entonces la pregunta :Hubo alguna relación
entre ambos tipos de catalizadores, o su desarrollo fue totalmente
independiente?
C. de Duve encuentra una relación entre los dos tipos atacando al dogma central de la biología molecular. (Este plantea que la información genética es siempre transmitida de ácido nucleico a proteína, nunca a la inversa).
C. de Duve encuentra una relación entre los dos tipos atacando al dogma central de la biología molecular. (Este plantea que la información genética es siempre transmitida de ácido nucleico a proteína, nunca a la inversa).
Dice que los multímeros protéicos sirvieron de molde
para la formación del ARN.
Mucho tiempo después apareció al ADN, que viene a diferenciar el proceso de simple expresión del ARN con uno de duplicación propiamente tal en el caso del ADN.
Además el ADN provee una mayor protecció de la información por su doble hebra, como tambié un sistema de copia mucho más fiel que el del ARN.
Mucho tiempo después apareció al ADN, que viene a diferenciar el proceso de simple expresión del ARN con uno de duplicación propiamente tal en el caso del ADN.
Además el ADN provee una mayor protecció de la información por su doble hebra, como tambié un sistema de copia mucho más fiel que el del ARN.
La estructura del ADN posibilita la expresió
selectiva del código, lo que resulta necesario posteriormente en la
diferenciación celular.
El siguiente paso en este proceso es la
compartimentación.
Según Oparin y S. Fox la primera instancia fueron los coacervados, pequeñas microesferas de proteínas que tienen la propiedad de agruparse, dividirse, fusionarse y además catalizar ciertas reacciones.
Según Oparin y S. Fox la primera instancia fueron los coacervados, pequeñas microesferas de proteínas que tienen la propiedad de agruparse, dividirse, fusionarse y además catalizar ciertas reacciones.
En este punto C. de Duve plantea que este tipo de
compartimentación tuvo lugar al final del mundo ARN (Cuando solo existía ARN),
cuando las condiciones lo permitieron. Esto fue posible cuando se
autoensamblaron ciertos lípidos con polipéptidos hidrofóbicos en
pseudomembranas que eran porosas para pequeñas moléculas, pero impermeables
para los ácidos nucleicos y proteínas.
Estas características habrían permitido que estas
estructuras evolucionaran hasta la célula.
VIDA
EXTRATERRESTRE:
El descubrimiento de una molécula de amonio en el
espacio en 1968 marca el inicio del estudio de la química del espacio
interestelar.
Desde esa fecha se han descubierto cerca de 100
especies moleculares diferentes, algunas con marcado interés bilógico.,br>
Pero existen moléculas mucho más complejas que no son fáciles de examinar por
la dificultad que existe en predeterminar correctamente la energía de la
radiofrecuencia a la cual una determinada molécula absorbe o emite.
Sin embargo el hecho de encontrar compuestos
orgánicos en el espacio interestelar nos dice que la formación de estos
compuestos es de caracter universal, luego, es posible pensar que la vida pudo
haber venido del exterior y asentarse en la Tierra.
De mucho interés resultan los estudios hechos a
materiales orgánicos encontrados en meteoritos.
Estudios radioactivos efectuados a rocas lunares indican que en el pasado la Luna fue bombardeada por gran cantidad de meteoritos, eventos similares pudieron haber ocurrido en la Tierra.
En la actualidad caen cerca de 100 toneladas métricas diariamente, siendo esta cantidad mucho mayor en la era prebiológica.
Estudios radioactivos efectuados a rocas lunares indican que en el pasado la Luna fue bombardeada por gran cantidad de meteoritos, eventos similares pudieron haber ocurrido en la Tierra.
En la actualidad caen cerca de 100 toneladas métricas diariamente, siendo esta cantidad mucho mayor en la era prebiológica.
Dentro de los meteoritos caídos a la Tierra se ha
encontrado que en los del tipo condritas carbonáceas, que son los objetos más
antiguos del sistema solar, más aun que la corteza terrestre, hay estructuras
fosilisadas que simulan una estructura algal y otras sin forma conocida, aunque
no es posible concluir nada respecto al origen de estos fósiles.
Un poco de historia
|
Una de las características más impresionantes de la
vida en la Tierra es su gran diversidad, con cerca de 5 millones de especies
distintas, sin considerar los ya extinguidos.
Una teoría que plantea solución a esta diversidad es
la propuesta por Lamarck. Segun el los organismos son capaces de cambiar su
forma, tamaño, color, etc, en respuesta a las influencias del medio. Además
estos cambios son heredables. Postula que este proceso es gradual, luego la
necesidad de largos tiempos para el establecimiento de especies complejas.
Más adelante vino Darwin con su libro "On the
origin of the Species" en el que plantea cuatro puntos miportantes. Los
dos primeros señalan que todas las especies están en cambio permanente y que
este proceso es gradual (Estas son las mismas hipótesis expuestas por Lamarck).
El tercer postulado es acerca del ancestro común. Según este todos los
organismos con algunas características comunes provienen de un mismo
antepasado. Así por ejemplo todos los mamíferos, provienen de un mismo
antepasado, todos los insectos,etc.
El cuarto postulado es el más importante aporte de
Darwin. Darwin propone que la evolución sería consecuencia de la selección
natural ejercida sobre los individuos con pequeñas diferencias dentro de una
misma especie. Postula que la selección natural actúa de forma que los
individuos con la mejor combinación de características para interactuar con el
medio serán los que sobreviven, ya que el alimento es siempre escaso.
Así, la selección de distintos rasgos va originando
nuevas especies a lo largo del tiempo.
Desde que Darwin publicó su libro se han producido
nuevos descubrimientos y avances que permiten explicar de mejor manera la
evolució. Por ejemplo la teorí genética, estudios de paleontología, etc.
Después de 100 años aún la mayoría de los postulados
de Darwin tienen validez. Lo que se pone hoy en duda es la gradualidad del
proceso y que la variabilidad genética es más acción del azar.
Con la ayuda de la genética y de la biología
molecular ha sido posible reformular las teorías de Darwin de buena forma.
La evolución en un año:
Si se representa la historia de la Tierra (Unos
4.600 millones de años)en una escala tal modo que todo, desde la formación de
la Tierra hasta nuestros días, suceda en un año terrestre (365 Días) se tendría
lo siguiente:
·
Solidificación del planeta: 19 de Enero.
·
Primeras formas de Vida: 23 de Febrero.
·
Aparición del sexo en los microorganismos: 22 de Junio.
·
Aparición de eucariontes: 27 de Junio.
·
Aparición de invertebrados: 16 de Noviembre.
·
Aparición de vertebrados: 23 de Noviembre.
·
Aparición de mamíferos: 15 de Diciembre.
·
Aparición de primates: 29 de Diciembre.
·
Aparición de Homínidos: 17:30 del 31 de Diciembre
·
Uso del fuego: 23:12.
·
Toda la Historia escrita de la humanidad: dos minutos antes del nuevo
año.
La vida en el Precámbrico:
El Precámbrico es el lapso de tiempo que comprende
los primeros 4.000 millones de años durante los cuales se desarrollaron solo
formas de vida simples (Por los restos fósiles encontrados).
Se han encontrado fósiles con características muy
similares a organismos que existen en la actualidad. Estos fósiles datan de
hace más de 3.800 millones de años.
De entre estos fósiles destaca uno de morfología muy
similar a un organismo encontrado en Gales (kakabekia umbellata), el cual
requiere de grandes cantidades de amoníaco para su desarrollo. Esto es bastante
significativo ya que se cree que en los inicios de la Tierra el amoníaco
abundaba en la atmósfera.
La alta concentración de oxígeno en la atmósfera se
debe a la actividad biológica.Algo importante de este período es la aparición
de la fotosíntesis que estaría destinada a cambiar la composición de la
atmósfera, desde reductora a oxidante. Además la fotosíntesis marca el inicio
de los organismos autotrofos, que son capaces de sintetizar elementos
necesarios para su desarrollo a partir de moléculas muy simples y energía solar
y liberando oxígeno a la atmósfera.
Este cambio en la concentración de los gases hizo
que algunos organismos perecieran, mientras que otros lograron adaptarse.
Aparición de los Eucariontes:
Eucariontes son las células más avanzadas. Estas
poseen un núcleo que protege al material genético, estructuras encargadas de la
producción de enrgía en base a moléculas químicas (Mitocondrias), otras
encargadas de transformar energía solar en energía química (cloroplastos), etc.
El origen de estos organismos no se conoce, pero se ha propuesto la teorí de la
simbiosis. Esta dice que los distintos organelos se originaron de la unión de
organismos independientes especializados en ciertas funciones.
Lo que si esta claro es que el carácter de la
atmósfera cambió radicalmente hace unos 2 mil millones de años. Esto obligó a
la colonización de la superficie terrestre pues la concentración de oxígeno era
mayor aquí que en el agua.
Este cambio trajo consigo una "explosión"
en la aparición de formas de vida. Esto caracteriza el inicio del Paleozoico.
(Hace unos 600 millones de años).
Diversidad Biológica después del Precámbrico.
A lo largo del tiempo, todos los rincones del
planeta han sido habitados por las más diversas formas de vida, que les han permitido
sobrevivir en las más variadas condiciones medioambientales.
Es interesante analizar los grupos de especies ya
extintas, pues nos muestran los efectos que tiene la desaparición de una
especie, que sucederá con el nicho ecológico vacante, etc.
Un caso particular es el de los dinosaurios. Estos,
durante el Mesozoico lograron ocupar todos los nichos en el planeta, poblaron
las aguas, algunos evolucionaron a formas capaces de volar (De los cuales
provienen las actuales aves), mantuvieron a raya el desarrollo de los
mamíferos, que solo lograron ocupar un lugar en el planeta luego de la abrupta
desaparición de estos animales.
Lo que sucedió con los nichos ecológicos dejados
vacantes por los dinosaurios fue que, una vez resablecidas las condiciones
geoclimáticas, los mamíferos poblaron la Tierra con una gran diversificación.
Esta diversificación exlposiva es la que caracteriza al período de la era
Terciaria.
Si hacemos un paralelo entre los dinosaurios y los
mamíferos, es posible pensar que los dinosaurios hubieran alcanzado grados de
inteligencia de haber tenido condiciones favorables. Las posibilidades de
desarrollo evolutivo son enormes, si el género humano se extinguiese, este
dejaría un lugar para que otra criatura se desarrollara hasta formas inimaginables...
Las Moléculas y la Evolución:
El trabajo de Mendel con respecto a los genes, la
explicación de la estructura del ADN por Watson y Crick y los descubrimientos
de Avery nos han llevado a una mejor comprensión del proceso evolutivo.
Cada característica de un organismo está
representada por una proteína. En general cada proteína cumlpe solo una función
específica. Desde las encargadas de llevar oxígeno a las células hasta las
encargadas de la mantención de la arquitectura celular, y las encargadas de
coordinar todos los elementos que en conjunto son lo que llamamos vida.
Cada proteína tiene una estructura determinada por
el tipo de aminoácidos, su cantidad y su ordenamiento. Dicha estructura es la
misma para todos los seres humanos (salvo excepciones patológicas), lo que
lleva a preguntarse que es lo que hace posible esta uniformidad. La respuesta
es que la estructura de cada proteína está codificada al interior del ADN.
La molécula de ADN guarda toda la información
necesaria para el desarrollo de un organismo, no sólo la información que atañe
a las caracteísticas estructurales del individuo, sino que también dice cuando
expresar ciertos rasgos (Desarrollo hormonal en la pubertad de los humanos), y
cuando autoreplicarse.
Además ultimamente se ha visto en experimentos de
laboratorio que la presencia de ciertas proteínas modificaría la conducta del
organismo. Esto se vió en ratas de laboratorio. Se tenían dos hembras rata, una
normal y otra modificada genéticamente de forma que no produjera la proteína FosB.
Se encontró que esta proteína modificaba el instinto materno de la rata. El
experimento fue el siguiente: Ambas ratas dieron a luz, luego se separaron las
crías recién nacidas. La rata normal rapidamente reunió a sus crías en el nido,
mientras que la otra demoró bastante en percatarse de lo sucedido. Como
consecuencia de esto algunas crías murieron. De análisis posteriores se vió que
la FosB actúa en cierta zona del cerebro, zona que en estudios anteriores
resultó ser la responsable del instinto materno. La proteína FosB ha sido
encontrada en humanos también.
Dependiendo de la complejidad del organismo, la
cantidad de ADN varía desde unos 10.000 pares de bases en un virus hasta 200
mil millones en una salamandra.
Se han hecho estudios tendientes a descifrar el
código genético, y lo que han reportado estos estudios es que la mayor parte
del ADN no codifica nada. Se han propuesto alternativas como que la porción de
ADN que no codifica sería un soporte estructural, o que guarda los errores
cometidos durante la evolución del organismo.
El código gen&ecutetico es el que forman las
bases nitrogenadas (guanina, citosina, adenina, timina). Se ha visto que una
secuencia de tres de estas bases codifica un aminoácido en particular. Esta
secuencia es conocida como triplete.
El sistema de duplicación del ADN asegura que la
copia sea en la mayoría de los casos 100% confiable. Los casos en que esto no
es así puede que una base se cambie por otra, proceso conocido como mutación,
teniendo diferentes efectos: Puede suceder que el cambio en el código no afecte
la zona activa de la proteína, o que la afecta produciendo graves trastornos, o
mejora la estructura de tal forma que el organismo es más apto para competir en
el medio, cosa poco probable.
Algunas conclusiones respecto al análisis de una
amplia gama de organismos son:
·
Todos los organismos en la Tierra ocupan el ADN, a excepción de algunos
que usan ARN, para guardar la información genética.
·
Todos los organismos en la Tierra poseen proteínas formadas por
aminoácidos que tienen la misma configuración L o levogira.
·
Los tripletes que codifican a los distintos aminoácidos son iguales en
todas las especies.
·
Las secuencias de los aminoácidos para proteínas similares en organismos
distintos son muy parecidas. Solo varía el orden de pocos aminoácidos.
·
Las reacciones para obtener energía son extremadamente similares en todos
los organismos.
De estas conclusiones es posible ver que la vida en
la Tierra tiene un plan bioquímico básico que es común a todas las formas de vida.
Esto indica que si bien durante la formación de la
vida pudieron existir distintos planes, sólo uno de ellos sobrevivió y logró
evolucionar hasta poblar el planeta con diversas formas de vida. Todas
provenientes de ese antepasado común.
La evolución de las especies es entonces el
resultado de mutaciones, que si resultan beneficiosas, en el sentido de que
permiten una mejor adaptación del organismo al medio, son perpetuadas, ya que
un individuo con mejores características tiene mejor posibilidad de que
sobreviva. Al contrario las mutaciones desfavorables no se perpetúan ya que el
organismo muere por efecto de la mala adaptación.
Evolución Humana
La diversificación de los mamíferos que se produjo
como consecuencia de la desaparición de los dinosaurios, generó varios grupos.
De entre ellos el que nos interesa es el de los Primates. Al analizar este
grupo es posible ver la similitud entre los humanos y otros integrantes del
grupo, esto mediante la comparación de distintas proteínas, que muchas veces son
idénticas. Si se compara el ADN, tenemos que el ADN de un chimpancé es un 98%
similar al humano, lo que indica un 98% de similitud entre ambas especies.
Sin embargo existen diferencias bastante marcadas
como: corteza cerebral de gran tamaño, bipedalidad, dentadura, comunicación con
lenguaje verbal simbólico, etc. La más sobresaliente es el voluminoso cerebro
humano, esto por medio de una relación peso corporal-volumen cerebral.
De entre todos los fódiles encontrados, la mayoría
proviene del Africa, lo que le ha valido el nobre de "Cuna de la
humanidad". A continuación una breve descripción de estos hallazgos.
Durante el mioceno (15-20 millones de años atrás)
existieron primates de la subfamilia Dryopithecinae que parecen ser los
antecesores de la línea evolutiva que incluye a los antropoides y homínidos. La
ciencia ha estado preocupada de buscar restos fósiles que demuestren el paso de
antropoides a humanos. Esta es la búsqueda del eslabón perdido.
Desde 1925 se han encontrado fósiles conocidos como
Australopithecus africanus. De su estudio se concluye que caminaban erguidos,
tenían dentadura similar a la humana, y su volumen craneal es relativamente
pequeño (450-600 cc). Vivieron entre 2-4 millones de años atrás. Aparentemente
usaban herramientas simples.
Se cree que el género homo apareció hace unos 2
millones de años. Gran cantidad de fósiles han sido encontrados en Africa y son
llamados Homo Habilis. Paralelamente a estos homo habilis existieron en Africa
los australopithecus robustus y los australopithecus boisei, los que eran más
toscos que los australopithecus africanus. Se cree que forman parte de una rama
lateral. Vivieron hace 1 millón de años.
Otros restos encontrados en China y a los que se han
llamado homo o pithecanthropus erectus, indican que estos eran bípedos, con
volúmenes craneales entre 850-900 cc., valor intermedio entre chimpancé y
humano. Vivió hace 800 mil años y ocupó fuego y toscas herramientas de piedra.
El hombre moderno aparece hace unos 80-100 mil años.
El hombre de Cro-Magnon es el más representativo. Son individuos con 2 metros
de estatura, volumen craneal entre 1.600- 1.800 cc., y sus huesos no son muy
distintos de los humanos actuales. Sus restos se han encontrado junto a objetos
bastante sofisticados (Agujas de hueso, collares, pulseras, etc.) Además se han
encontrado pinturas policromas en distintas cuevas.
No se sabe como ocurrió el paso de homo erectus a
homo sapiens. Se han encontrado restos a los que se ha llamado homo
neanderthalensis. Son de estatura baja (150 cm), su volumen craneal es similar
al del hombre actual, pero sus estructura osea era más tosca. Usaba
herramientas más finas que el homo erectus y realizaba sofisticados ritos
funerarios. Parece haber coexistido con el hombre de Cro-Magnon y haber sido
exterminado por estos, sin embargo el cruzamiento parece no desdeñable. En la
actualidad se cree que la rama evolutiva de los neanderthales es distinta a la
que dio origen al homo sapiens.
Los carácteres diferenciales anteriormente descritos
debieron desarrollarse paralelamente, pero no se sabe cual fue el paso más
importante en la evolución hacia lo intrínsicamente humano. Algunos creen que
fue la colonización de la pradera, pues aquí se necesitan grupos de caza,
centinelas, uso de comunicación, etc. Otros creen que fue el desarrollo en
torno al núcleo familiar, ya que el período de dependencia de las crías era muy
prolongado por lo que debió surgir un sistema de organización para su cuidado.
En todo caso el atributo más importante del hombre
es la inteligencia, pues esta le ha permitido desligarse de la evolución
biológica y permite que el hombre se adapte a cualquier nicho ecológico.
Hacia Dónde va la Evolución Humana?
La consecuencia inmediata de desligarse de la
evolución biológica, es que permite al hombre modificar a su antojo su
patrimonio genético. Las nuevas técnicas permiten el intercambio de genes,
haciendo al hombre más resistente a ciertas enfermedades, sanar otras, etc. Las
posibilidades son infinitas, pero lo que preocupa a cualquiera es la escala de
valores que presenta el hombre. Pueden suceder cosas insospechadas, como lo que
sucedía en la novela de Huxley, "Un mundo Feliz", en la que toda la
población no eran sino clones, cada uno con una tarea específica...
La evolución es absolutamente impredecible. No
sabemos que camino tomar y si cambiaran las condiciones galácticas, o si se
extinguiera la vida en la Tierra. Surgirían nuevas formas de vida?, Como serían
aquellas formas?. En efecto la evolución es impredecible e irrepetible.
Si miramos a otro lugar del Universo, y consideramos
la aparición de protobiontes en base a las mismas reacciones químicas, Dónde
conduciría el medio la evolución de aquellos seres?. Las posibilidades son
infinitas.
· LAS TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA.
· LAS TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN
DE LA VIDA.
El origen de la
vida es una de las incógnitas que ha dado lugar a numerosas doctrinas y teorías
a lo largo de la historia de la humanidad.
Las primeras
teorías preevolucionistas
Hasta mediados
delsiglo XVIII el origen de la vida estaba resuelto: Dios había creado al
hombre y a los organismos superiores, mientras que los insectos, gusanos,
reptiles y pequeños roedores surgían por generación espontanea en el fango o la
podredumbre. La edad de la tierra se consideraba por medio del estudio del
calendario hebreo y las distintas genealogías de la Biblia, de esta forma, en
1650, el arzobispo James Usher determinó que Dios había creado la tierra el
sábado 22 de octubre del año 4004 a.C. Mas tarde Hutton y Lyell realizaron
aportaciones sobre el tiempo que tardan en depositarse los sedimentos y la
erosión en modelar un paisaje. La edad de la tierra se empezó a estimar
entonces en cientos de millones de años, estos estudios dieron una idea de cuan
antigua era la tierra.
El evolucionismo
A partir de
entonces la Paleontología y la Estratigrafía adquieren un gran desarrollo. Es
entonces cuando la polémica sobre el origen de la vida y la edad de la tierra
adquiere un renovado interés. Ante el asombro de la comunidad defensora del
creaccionismo se descubren restos fósiles de los grandes reptiles del
Secundario.
De este modo,
formuladas por Erasmus Darwin, Buffon y Lamarck, comienzan a aparecer las
primeras teorías basadas en un origen evolutivo de las especies. En contra del
evolucionismo, Cuvier recurre a teorías catastrofistas que han ido acabando con
las distintas creaciones para la explicación de los hallazgos fósiles de
especies tan antiguas y distintas.
Hacia 1850, el
descubrimiento de las leyes genéticas por Gregor Mendel combinadas con la
teoría de la evolución dan lugar al neodarwinismo o teoría sintética de la
evolución, desarrollada principalmente por T. Dobzhansky, G Gaylord Simpson y
E. Mayr. Mientras Louis Pasteur, mediante técnicas de esterilización demostraba
que la vida no se generaba de la nada, sino que necesitaba de otro organismo
que la diese lugar.
Pero lo que estas
teorías explican es como unos seres derivan en otros por efecto de los
mecanismos de la evolución, dejando inconclusa la cuestión sobre el origen de
la vida, el primer organismo con capacidad de reproducirse dando lugar a otros
individuos que a su vez también se reproducen.
El problema del
primer organismo
Hacia comienzos de
nuestro siglo, esta lucha no solamente no amaina, sino que adquiere renovado
vigor; ello debido a que las Ciencias Naturales de
entonces eran
incapaces de encontrar una solución racional y científica al problema del
origen de la vida, a pesar de que en otros terrenos se habían logrado tan
brillantes éxitos. Se había entrado, por así decirlo, en un callejón sin
salida. Pero un tal estado de cosas no era fortuito. Su causa residía en el
hecho de que hasta la segunda mitad del siglo pasado todos, casi sin excepción,
se habían obstinado en resolver este problema basándose en el principio de la
generación espontánea. Es decir, con arreglo al principio según el cual, los
seres vivos podrían generarse no solamente a partir de los semejantes suyos,
sino también de una manera primaria, súbitamente, a partir de objetos
pertenecientes a la Naturaleza inorgánica, disponiendo además, ya desde el
primer instante, de una organización compleja y perfectamente acabada
El planeta
primitivo
Para entender como
pudo aparecer el primer ser que se autorreplicase debemos conocer las
condiciones tan distintas que tenían lugar en la tierra hace 3.500 millones de
años, epoca de la que datan los fósiles de unas estructuras redondeadas, los
restos más antiguos de vida encontrados.
La primera teoría
coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 el bioquímico
ruso Alexander Oparin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones
físico-químicas que reinaban en la Tierra hace 3.000 a 4.000 millones de años
. Parece ser que
una vez que la tierra se enfrió lo suficiente para mantener unos compuestos
estables de carbono la vida surgió casi espontaneamente. Cuando la
A.Oparin temperatura bajó de
100 ºC , las nubes de vapor se empezaron a condensar, y tras esas
precipitaciones se formaron los océanos, llenándose las zonas mas bajas de la
superficie terrestre. La atmósfera de entonces era muy distinta a la actual,
estaba compuesta por CO2, nitrógeno, metano, dióxido de azufre y ácido
clorhídrico, no habiendo trazas de oxígeno libre, siendo pues muy reductora
La aparición de
moléculas orgánicas
Oparin postuló que,
gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta
procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas,
las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H2O, CH4, NH3) dieron lugar a
unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más
complejas, eran aminoácidos (elementos primarios constituyentes de las
proteínas) y ácidos nucleicos. Según Oparin, estas
primeras moléculas
quedarían atrapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el
litoral del océano primitivo. Al concentrarse, continuaron evolucionando y
diversificándose.
Esta hipótesis
inspiró las experiencias realizadas a principios de la década de 1950 por el
estadounidense Stanley Miller, quien recreó en un balón de vidrio
la supuesta
atmósfera terrestre de hace unos 4.000 millones de años (es decir, una mezcla
de CH4, NH3, H, H2S y vapor de agua). Sometió la mezcla a descargas eléctricas
de 60.000 V que simulaban tormentas. Después de apenas una semana, Miller
identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos
aminoácidos, enzimas, purinas y pirimidinas (unidades que forman el ADNy el
ARN), urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares, lípidos
y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había
postulado Oparin.
Experimrnto de
Miller.
Estas experiencias
fueron retomadas por investigadores franceses que demostraron en 1980 que el
medio más favorable para la formación de tales moléculas es una mezcla de
metano, nitrógeno y vapor de agua.
Para otros
científicos, como Alfred Hoyle, la vida podía haber tenido un origen
extraterrestre, habiendo llegado a nuestro planeta por medio de los meteoritos.
La tierra ha estado sometida desde su formación al bombardeo de meteoritos.
Durante los primeros millones años de su existencia este
bombardeo debió ser
especialmente intenso. Mediante el análisis de estos meteoritos podemos conocer
la composición de otros astros distintos al nuestro. Pareció corroborar esta
teoría el estudio del meteorito Murchinson, que cayó en Australia en 1969 y
contenía proporciones equivalentes de materia biológica a las obtenidas en el
experimento de Miller.
2. Evolución
bioquímica.
Dado que no había
oxigeno libre para reaccionar con estas moléculas orgánicas y degradarlas a
sustancias simples, como el dióxido de carbono (tal como ocurriría hoy en día),
ellas tenderían a persistir. Algunas de estas moléculas podrían haber quedado
más concentradas en ciertos parajes por la desecación de un lago o por la
adhesión a superficies sólidas. Oparin publicaba esto en su hipótesis en 1922,
pero en ese momento los científicos estaban tan convencidos por la demostración
de Pasteur refutando la generación espontanea que la comunidad científica
ignoró sus ideas.
En los sistemas
modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los
agregados más estables tienden a sobrevivir, y las menos estables son
transitorios. De igual modo, los compuestos y agregados que poseían una
estabilidad química más grande en las condiciones prevalecientes en la tierra
primitiva habrían tendido a sobrevivir. Así, una forma de selección natural
desempeñó su papel, tanto en la evolución química como en la evolución
biológica. Aún así, desde una perspectiva bioquímica, tres características
distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos:
·
La capacidad de duplicarse generación tras generación;
·
La presencia de enzimas, las proteínas complejas que son esenciales para
las reacciones químicas de las que dependen la vida
·
Una membrana que separa la célula del ambiente circundante y le permite
mantener una identidad química distinta.
Las primeras
biomoléculas autorreplicantes
Qué característica
de estas apareció primero e hizo posible el desarrollo de las otras esta
continua siendo una cuestión discutible. Sin embargo, funciones del ARN
recientemente descubiertas sugieren que el punto de partida puede haber sido el
autoensamblaje de nucleótidos producidos por evolución química, formando
polímeros estables de ARN. Se cree que el ARN tiene la capacidad de dirigir su
autorreplicación, aunque se desconoce el proceso, además puede desarrollar
funciones enzimáticas; la ribonucleasa-p está formada por una proteína y una
forma de ARN con actividad enzimática. Por otra parte, se puede cambiar el
orden en el que se agregan las bases nitrogenadas, originándose distintos
mensajes biológicos. En su autorreplicación se producían con frecuencia cambios
o errores en el orden de sus bases nitrogenadas, estos errores se llaman
mutaciones, la fuente de variabilidad de los seres vivos. Estas mutaciones
provocarían un funcionamiento aparentemente normal, defectuoso o quizás una
mejor capacidad
de autorreplicación.
Entre estas tres variantes de descendencia, aquellas que se reproducían con
mayor eficacia daban lugar a copias de sí mismas, que heredaban esa
característica, de esta forma desplazaban a las menos eficaces. Había aparecido
la selección natural.
En otros estudios,
que simulaban las condiciones existentes durante los primeros millones de años
de la Tierra, Sidney W. Fox y sus colaboradores en la Universidad de Miami han
producido estructuras proteicas limitadas por membrana, las que pueden llevar a
cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas. Estas
estructuras son producidas mediante una serie de reacciones químicas,
comenzando con mezclas secas de aminoácidos. Cuando las mezclas se calientan a
temperaturas moderadas, se forman polímeros (conocidos como proteinoides
térmicos), cada uno de los cuales puede contener hasta 200 monómeros de
aminoácidos. Cuando estos polímeros se colocan en una solución salina acuosa y
se mantienen en condiciones adecuadas, forman espontáneamente microesferas
proteinoides. Las microesferas crecen lentamente mediante la adición del
material protinoide en solución y, finalmente, forman por gemación microesferas
más pequeñas. Estas microesferas no son células vivas, pero su formación
sugiere los tipos de procesos que podrían haber dado origen a identidades
proteicas con mantenimiento autónomo, distintas de su ambiente y capaces de
llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener su integridad
física y química.
3. La primera
célula.
El mensaje
codificado en una molécula de ARN fue evolucionando por la acumulación de
mutaciones y por la selección natural de las variantes con mayor éxito
reproductor. De todas esas variantes surgieron unas moléculas de ARN con
información para la síntesis de proteínas con las que posteriormente se podría
dirigir la construcción de una membrana formada por moléculas fosfolipídicas,
capaz de definir un espacio adecuado para acumular nutrientes y garantizar su
reproducción.Un paso evolutivo importante fue la aparición de nuevos seres en
los que la molécula de ARN, portadora de la información genética, se sustituyó
por el ADN, más estable. La membrana se reforzó con una pared celular compuesta
por peptidoglucanos.Este organismo poseía ya una informaciól lo bastante
sofisticadad para hacer copias de sí mismo. Así aparecieron las primeras
bacterias.
Las bacterias
Hace 2.500 millones
de años las bacterias poblaban los océanos. Las rocas de esta época muestran
abundantes restos fósiles de ellas. Son los seres de mayor éxito biológico,
capaces de ocupar todos los hábitats y sobrevivir a grandes
extinciones.
Durante cuatro quintas partes de la existencia de la tierra, el planeta ha
estado habitado exclusivamente por ellas.
En un principio,
las bacterias eran seres heterótrofos, se alimentaban de sustancias orgánicas
extrañas, de otras bacterias o de los nutrientes producidos en la atmósfera. La
competencia entre ellos hizo que algunas de ellas se especializasen en obtener
nutrientes a partir de moléculas inorgánicas simples, como el CO2 y la energía
desprendida de enlaces de compuestos que se rompían (quimiosíntesis), o bien de
la energía luminosa del sol (fotosíntesis).
4. La aparición de
la fotosíntesis y su repercusion sobre la atmófera
Las bacterias
autótrofas necesitaban también una sustancia que actuase como donante de
electrones para poder producir materia propia a partir de sustancias
inorgánicas. Algunas utilizaron el H2S, dejando azufre como residuo, y otras
utilizaron el H2O, liberando un residuo nuevo, el oxígeno.
En aquel momento el
hierro se encontraba disuelto en los mares en forma de catión ferroso, y
reaccionó con el oxigeno dando lugar a óxido de hierro. Este óxido precipitó
formando unos sedimentos especiales (hierro bandeado), que nos sirven para
datar el proceso hará 2.000 millones de años.
Una vez que el
oxígeno se hubo combinado con el hierro y otras sustancias, comenzó a
acumularse en la atmósfera en forma en forma de O2 libre. Entonces la atmósfera
pasó de reductora a oxidante, en las capas altas se formó ozono, que actuó como
filtro de la radiación ultravioleta del sol, haciendo apto el medio terrestre
para las bacterias aerobias (rodobacterias). Las anaerobias, no pudiendo
tolerar el oxígeno, se adaptaron a lugares donde era escaso. Hace 2.000 millones
de años ya se había alcanzado el nivel de oxígeno actual del 21%.
Tipos de bacterias
según su metabolismo
· Bacterias heterótrofas. (se alimentan de
materia orgánica del medio)
· Rodobacterias (respiración aerobia)
· Bacterias autótrofas.
· Quimiosintéticas (utilizan energía química
para transformar sustancias inorgánicas en sustancias orgánicas)
· Fotosintéticas (utilizan energía luminosa
para transformar sustancias inorgánicas en orgánicas)
· Tiobacterias (usan el H2S como donante de
electrones, dejando azufre como residuo)
· Cianobacterias (utilizan el H2O como donante
de electrones, dando O2 como residuo)
5. La célula
eucariota y la teoría endosimbionte.
La célula eucariota
La célula eucariota
apareció hace 2.000 millones de años. Su tamaño es unas 1.000 veces mayor al de
las bacterias, su ADN, más grande y complejo se encuentra rodeado por una
membrana nuclear, cuentan además con la presencia de orgánulos citoplamáticos.
Entre sus orgánulos destacan las mitocondrias y los cloroplastos, que en el
primer
caso les sirven
para realizar la respiración oxidando materia orgánica y en el segundo para
realizar la fotosíntesis, transformando la materia inorgánica en nutrientes con
el aporte energético de la luz del sol.
La teoría
endosimbionte
En 1967 Lynn
Margulis propuso que las mitocondrias proceden de un antepasado de las actuales
rodobacterias, que de alguna forma se introdujo en el interior de una célula
eucariota primitiva, siendo fagocitada por esta o bien para
defenderse del
ambiente hostil. La relacción fue beneficiosa para ambos, ya que la eucariota
obtenía energía de la antigua rodobacteria, obteniendo de esta forma la
capacidad de sintetizar ATP y la rodobacteria, de pequeño tamaño se encontraba
protegida frente al medio. En el caso de los cloroplastos, fue una célula con
la capacidad de realizar la fotosíntesis la que se introdujo en el interior de
la célula de mayor tamaño, dando a esta la ventaja de no tener que competir por
el alimento.
6. Tipos de
metabolismo celular para la obtención de energía.
El metabolismo es
conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de las células de los
organismos vivos, las cuales transforman energía, conservan su identidad y se
reproducen. Todas las formas de vida, desde las algas unicelulares hasta los
mamíferos, dependen de la realización simultánea de centenares de reacciones
metabólicas reguladas con absoluta precisión, desde el nacimiento y la
maduración hasta la muerte. Las células tienen una serie de enzimas o
catalizadores específicos que se encargan de activar, controlar y terminar
todas estas reacciones, cada una de las cuales está a su vez coordinada con
muchas otras que se producen en todo el organismo.
Dependiendo del
tipo de célula, existen diferentes metabolismos: El autótrofo, en la que es la
célula la que transforma materia inorgánica en orgánica para su nutrición
(obtención de energía y biomoléculas sencillas para la posterior síntesis de
biomoléculas complejas) utilizando un aporte de energía que puede ser bien de
la luz del sol o de la energía química liberada en la rotura de enlaces.
Aparte está el
metabolismo heterótrofo, en el que la célula obtiene la energía y las
biomoléculas necesarias para a partir de materia orgánica captada del medio. Si
la célula heterótrofa no tiene mitocondrias realizará la fermentación y si las
tiene realizara la oxidación, obteniendo un mayor balance energético.
7. Primeros
organismos pluricelulares.
Algunos protozoos
tienen la capacidad de formar una colonia en la que siguen juntos después de la
división celular, siendo esta cooperación beneficiosa para el conjunto, aunque
siguen siendo seres independientes. Las colonias degonium o pandorina son
también un ejemplo, pero en su caso, los miembros de las colonias
pueden diferenciar sus células. Esto se puede apreciar en las colonias de volvox, donde
hay individuos reproductores e individuos que no lo son. Por ese camino se
llegó a la constitución de un conjunto pluricelular de orden superior. El ser
pluricelular surge cuando un conjunto de células se agrupan irreversiblemente,
especializándose en funciones concretas para dar lugar a tejidos, organos y
aparatos. Se produce un fenómeno de altruismo biológico; la célula es capaz de
perder su función biológica más importante, la reproducción, en beneficio de
unas pocas células de cada organismo, los gametos. Los seres pluricelulares más
antiguos fueron los hongos (mohos en concreto) y las algas.
Los hongos son
organismos heterótrofos saprófitos, figuraban en las antiguas clasificaciones
como una división del reino Plantas (Plantae). Se pensaba que eran
plantas carentes de tallos y de hojas que, en el trascurso de su transformación
en organismos capaces de absorber su alimento, habían perdido la clorofila, y
con ello, su capacidad para realizar la fotosíntesis. Sin embargo, muchos
científicos actuales los consideran un grupo completamente separado de otros,
que evolucionó a partir de flagelados sin pigmentos. Ambos grupos se incluyen
dentro del reino Protistas, o bien se coloca a los hongos como un reino aparte,
debido a la complejidad de su organización. Hay unas cien mil especies de
hongos conocidas. Se cree que los grupos más complejos derivan de los tipos más
primitivos, los cuales tienen células flageladas en alguna etapa de su ciclo
vital.
Las formas
unicelulares de las algas eucarióticas, que tienen su núcleo rodeado por una
membrana, se incluyen en el reino Protistas, al igual que las
líneas filogenéticas con formas pluricelulares, aunque según ciertas
clasificaciones estas últimas se incluyen en el reino Vegetal.
8. Mecanismos de
evolución.
Son cuatro los
factores que alteran el equilibrio génico de las poblaciones y son las causas
de la evolución. Estos factores son: la mutación, la selección natural, las
migraciones y la deriva genética.
La mutación
Los mecanismos
bioquímicos que controlan la reproducción del material hereditario se
encuentran entre los procesos de mayor fidelidad de la naturaleza, pero siendo
tan grande el número de genes y de individuos de una población, las mutaciones
son un hecho irremediable que ocurre al azar. Las mutaciones suelen tener
consecuencias negativas o neutras, pero de vez en cuando sucede una mutación
beneficiosa que le da al individuo alguna ventaja sobre los demás. Sobre esta
fuente de variabilidad actúa la selección natural.
La selección
natural
Es un procedimiento
que actúa sobre las variantes presentes en las poblaciones. De todas ellas las
que muestren alguna ventaja se reproducirán más, y aumentarán sus frecuencias
genéticas en la generación siguiente. No se sabe qué factor desencadenará la
selección en una población, la resistencia a una enfermedad, un cambio
climático,... Además estos factores pueden actuar en un momento dado en
distinto sentido.
La deriva genética
Es el llamado efecto
fundador. En ocasiones un grupo muy pequeño de individuos de una
población puede encontrarse ante un territorio nuevo, no colonizado previamente
y llegar a establecer una población en él. En estos casos, no es raro que las
frecuencias génicas de la población difieran sustancialmente de las de la nueva
población establecida: por azar, los individuos colonizadores podrían presentar
unas frecuencias génicas muy diferentes a las de la población original de
partida. Tal es el caso de los Amish en Nortamerica, por la
practica de la endogamia, es frecuente un gen recesivo que causa una
combinación de enanismo y polidactilia. Un 13% de la población Amish presenta
ese gen.
La migración
Una migración es el
cambio de territorio de una fracción de una población, En la mayoría de los
casos, este nuevo territorio, puede estar colonizado por otra población, que
quizás tenga otras frecuencias génicas distintas por haber estado sometido a
otros mecanismos de selección. La aparición del nuevo conjunto de individuos
hará que se altere la frecuencia génica de las dos poblaciones, con la
consiguiente evolución de la población.
9. Evolución
pluricelular. Filogenia animal y vegetal.
Siendo físicamente
tan distintos un humano y una bactería, los avances de la biología molecular y
la genética, se ha evidenciado que:
·
Compartimos el mismo código genético
·
Compartimos también los ácidos nucleicos y los procesos básicos de
expresión del código genético.
·
Los planes metabólicos generales, es decir, las reacciones químicas
básicas para la asimilación y el procesamiento de los nutrientes son muy
semejantes.
Estos árboles
filogenéticos se obtienen comparando secuencias de ADN en ter especies
próximas. Se obtienen resultados muy semejantes con las técnicas de
secuenciación de proteínas, como el citocromo c.
10. Grandes
extinciones.
En la medida que la
paleontología fue teniendo registros más completos, y pudo determinarse con
mayor precisión las fechas de aparición y extinción de diversos grupos, comenzó
a hacerse evidente que en determinados momentos de la historia de la Tierra se
han producido extinciones simultáneas de grupos biológicos muy diversos. Se
reconoció que los fenómenos de extinción son de dos tipos: la extinción de
fondo, que afecta regularmente a pocas especies, y las extinciones masivas, que
esporádicamente afectan a un gran número de diversos organismos.
Los paleontólogos
actualmente aceptan que estas crisis pudieron tener causas terrestres o extraplanetarias,
con drásticas consecuencias sobre los ecosistemas de la Tierra en su conjunto,
y que no haberse producido esas grandes catástrofes, no habrían surgido y
evolucionado nuevos grupos biológicos, por lo tanto las extinciones son
fenómenos evolutivos importantes para la renovación y aparición de innovaciones
en la ecosfera. Algunos especialistas han reconocido veinte o más de dichos
procesos de extinción, pero algunos son más convincentes que otros.
Los paleontólogos
han definido cinco grandes extinciones masivas, en las que en cada caso
desapareció al menos el 65% de los organismos y entre un 20 y un 25% de las
familias, en un lapso geológico breve. La primera fue la ocurrida a fines del
período Ordovícico, hace 438 millones de años, que terminó con muchas familias
de braquiópodos y trilobites. La segunda extinción masiva ocurrió a fines del
Devónico, hace 367 millones de años, durante la cual desaparecieron numerosos
grupos de ammonitoideos, trilobites, braquiópodos, corales tubulados,
gasterópodos, estromatoporoideos y peces. La mayor extinción masiva fue la
tercera, en el límite Pérmico-Triásico (formando el límite entre las eras
Paleozoica y Mesozoica), hace 225 millones de años, que produjo la extinción
del 90% de las especies marinas, el 50% de las familias animales y cerca del
80% de los géneros, desapareciendo la mayoría de los vertebrados terrestres
dominantes, los trilobites y los corales primitivos. Sufrieron fuertes pérdidas
los ammonites, braquiópodos, equinodermos, briozoos, conodontes y peces. Le
siguió una extinción masiva al terminar el Triásico, hace 208 millones de años,
que eliminó al 60% de las especies, entre las cuales se cuentan las
pertenecientes a grupos como braquiópodos, moluscos, artrópodos y vertebrados
terrestres. La última es la que acabó con los dinosaurios, al final del
Cretáceo (transición Cretáceo-Terciario), hace 65 millones de años.
Otras fases o picos
de extinción masiva menos importantes en sus efectos ocurrieron en el Cámbrico
superior, en el límite Jurásico-Cretáceo, y en el Eoceno superior. Otros
episodios de extinción menos definidos aún se han reconocido en zonas
localizadas o han afectado a ciertos grupos restringidos. Las estadísticas
sobre grupos extinguidos y la duración de los acontecimientos producen polémicas,
por las características incompletas del registro fósil, la diferencia en las
probabilidades de fosilización de diferentes grupos, los criterios taxonómicos
diversos que se aplican para reconocer un mismo nivel taxonómico y los niveles
mínimos de extinción que deben considerarse como masivos.
11. El origen del
homo sapiens y su impacto en la biosfera
El género homo
Los fósiles más
antiguos adscritos al género Homo se han hallado en depósitos de Africa
oriental y de Sudáfrica, y han sido datados en el limite entre el Plioceno y el
Pleistoceno, hace entre 2,2 y 1,8 millones de años. Estas formas primitivas,
denominadas al principio Horno habilis por Louis Leakey.
Podían alcanzar los 1,3 metros, su capacidad craneana era aproximadamente de
600 a 700 cc. Junto a estos fósiles se han hallado utensilios, cosa que indica
claramente que estos homínidos se ocupaban en la fabricación de herramientas de
piedra siguiendo un patrón regular. Las herramientas se utilizaban
aparentemente para la caza y para el despiece de los animales, particularmente
pequeños reptiles, roedores, cerdos y antílopes, y probablemente eran
utilizados también para hurgar en restos de animales tan grandes como los
elefantes.
Hace unos 1,8
millones de años, aparecen nuevos grupos de homínidos fósiles más
altos que sus predecesores, pudiendo alcanzar los 1,6 metros. Estos individuos
se distinguen también por poseer cráneos más gruesos, arcos de las cejas más
prominentes, dientes más pequeños y volúmenes cerebrales mayores (de 750 a más
de 1.000 cc.). El primero de estos fósiles, denominado en la actualidad H.
Erectus, fue descubierto por Dubois en 1891 en Trinil, Java, y se han
encontrado otros ejemplares también en Africa, China y Europa.
Así, si es cierto
que H. sapiens evolucionó a partir de un grupo de H.
erectus, este cambio no es brusco, sino que se da a través de cambios
graduales que se pueden encontrar en varias poblaciones intermedias. Lo que se
sabe es que en la época en que aparecieron los Neanderthales europeos (y sapiens
neandenhalensis, junto con tipos similares hallados en Zimbawe
(Africa) y Shanidar (Irak), o sea, entre 50.000 y 100.000 años atrás, los
humanos habían alcanzado ya su volumen cerebral medio actual (1.300 a 1.500
cc), arcos de las cejas característicos, mandíbulas grandes y mejillas
pequeñas, junto con otras
reliquias anatómicas,
tanto social como en comportamiento eran bastante avanzados en muchos
aspectos: aparentemente eran expertos cazadores de grandes animales como el oso
de las cavernas o el mamut; fabricaban muchas herramientas de piedra complejas;
y aparentemente llevaban a cabo ceremonias rituales de tipo social, incluyendo
la colocación de flores sobre las tumbas de sus muertos. Muchos antropólogos
piensan que los Neanderthales merecen un puesto dentro de H. sapíens tanto
como las razas más evolucionadas, es decir, H. sapiens sapiens, que
comenzaron a sustituir a los Neanderthales en varios lugares del mundo hace
unos 40.000 años.
Aunque siguen sin
conocerse los sucesos transicionales exactos que tuvieron lugar entre estos
grupos, el punto final de esta fílogenia, las relaciones entre las razas
humanas actuales, puede actualmente ser analizado analizando las diferencias entre
los DNAs mítocondriales (mtDNA) para determinar una filogenia en la que la
secuencia ancestral de mtDNA, de la que supuestamente derivan todas las
secuencias de mtDNA de los humanos modernos, tenía probablemente un origen
africano, y dataría de un período comprendido entre los 140.000 y los 290.000
años.
La alteración del ecosistema
En apenas un
segundo de la historia geológica el hombre ha alterado por completo el medio
terrestre. Muy pocos lugares continúan hoy día vírgenes a la mano del hombre.
Hemos sido capaces de viajar fuera de nuestro planeta, de comunicarnos globalmente,
de utilizar la energía del átomo, de curar enfermedades con complicadas
técnicas, de comprender procesos que hasta ahora eran enigmas de la ciencia.
Parece ser que el progreso humano es imparable, pero que también puede traer
consecuencias nefastas. Hoy en día nos afectan problemas ecológicos y sociales
que nosotros mismos hemos creado. ¿Es este deterioro una consecuencia
inevitable del progreso humano?
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