TEMA 1: EL ORIGEN DE LA VIDA Y EVOLUCIÓN
1- CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
No hay definición para saber que es la vida, la ciencia cuando no define un suceso no sabe que es la materia pero si sabe cuales acotar por sus propiedades (masa, inercia y lugar que ocupa en el espacio). Con la vida pasa lo mismo tiene ciertas propiedades vitales (funciones vitales):
- Nutrición: capacidad de captar materia del exterior y utilizarla para sí mismo (necesitamos energía para funcionar y convertirla en materia propia).
- Relación: capacidad de captar estímulos (un estímulo es una variación en los factores físicos o químicos del medio) y responder a los estímulos. Normalmente las respuestas son movimientos en busca del placer y huida del dolor, también se responde con secreciones que permiten realizar otras funciones como alimentarse (ni la función de nutrición ni la de reproducción son necesarias para la supervivencia del individuo). La mayoría de la energía que consumimos (60%) la gastamos en la función de reproducción ya que es la capacidad de los seres vivos de producir descendencia (perpetuación de la especie = gen egoísta que utiliza para pasar de una generación a otra). El conjunto de las funciones permite a los seres vivos ser "autónomos", capaces de valerse por sí mismo.
La 3ª característica de los seres vivos es su composición química, no hay nada que en el universo tenga nuestra misma proporción química, ¿cuál es la peculiaridad?
- Las moléculas más características de los seres vivos "materia orgánica": lípidos, glúcidos, proteínas, ácidos nucleicos. Toda la materia en el universo es materia inorgánica (minerales).
- Si comparamos la materia orgánica con la inorgánica, el tamaño de las moléculas de la materia orgánica es extraordinaria y compleja, un ácido nucleico tiene 10 mill, de átomos (macremoléculas). Son grandes porque son polímeros, una molécula grande formada por otras más pequeñas monómeros. Ej: Proteínas - aminoácidos.
- Otra diferencia es la estructura molecular de la materia orgánica y materia inorgánica, la estructura es la ordenación interna de la materia que determina la forma externa. La estructura de un mineral (cristalina o amorfa), todos los minerales quieren ser cristalinos donde todos los átomos están ordenados, amorfos salen porque no tienen tiempo de ordenarse (sin forma). La estructura de la materia orgánica es extremadamente compleja.
Los seres vivos estamos formados de células, es la unidad estructural y funcional, son las unidades más pequeñas en las que se puede dividir un ser vivo que contiene y conserva sus propiedades como ser vivo (el átomo es capaz de comportarse como ser vivo fuera de nosotros).
Los seres vivos somos como máquinas que funciona con reacciones químicas, todo lo que hacen los seres vivos (movernos, alimentarnos, sentimientos...). El conjunto de reacciones químicas que se hacen en el cuerpo es el metabolismo.
2. ORIGEN DE LA VIDA
2.1- TIERRA, ATMÓSFERA Y OCÉANOS PRIMITIVOS
La vida apareció en la Tierra aproximadamente 4000 mill. de años. La Tierra apareció hace 4.500 mill. de años era un planeta semifundido que se había originado igual que el sol a partir de una nebulosa por acreción gravitacional y no alcanzó la temperatura suficiente para fundir el hidrógeno no se encendió (no ardió por sí misma). Entonces cuando terminó la acreción gravitacional se termina de unir toda la materia comienza a enfriarse haciéndose sólida y cuando la temperatura baja suficientemente esto permite la condensación del vapor de agua que provenía de las erupciones volcánicas, de algunos cometas que se estrellaron en la Tierra. El agua se hace líquida y ocupa las partes más bajas de la Tierra formando el océano primitivo.
La Tierra era el planeta ideal para sostener la vida, ni demasiado cerca ni lejos del sol con una temperatura que es compatible con los seres vivos y permite que la existencia de agua líquida. Además la Tierra tiene la masa suficiente que le permite tener una gravedad capaz de impedir que se escapen sus gases conservando la atmósfera protectora (la luna no tiene atmósfera)-
La atmósfera primitiva es a lo que se le llama una atmósfera protectora, estaba formada de hidrógeno, metano, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua. Se dice que es reductora porque tiene mucho hidrógeno y poco oxígeno. A partir de esta atmósfera reductora es como se va a originar la vida, está expuesta directamente a los rayos UVA (ya que no había ozono) y que son altamente energéticas, continuamente había erupciones volcánicas y también fuerte tormentas eléctricas. La atmósfera reductora es altamente energética, esto hizo que empezara a llover materia orgánica en el océano (monómeros esenciales para producir a los polímeros orgánicos). Esto está comprobado por laboratorio (Miller). Esto dio a lugar a que los océanos se enriqueciera de materia orgánica dando lugar a los polímeros (esto no esta demostrado) formándose antes de que aparezca el primer ser vivo (Océano primitivo= Gran caldo o Sopa primogénica).
Para que se forme la primera célula se tiene que formar una membrana (burbuja de lípidos) para separar el agua que contuviera ácido nucleico, capaces de expresarse formando proteínas que realiza reacciones químicas que es el metabolismo. Así tenemos una célula que es capaz de independizarse del medio y ya es autónoma. Así apareció la 1ª célula (1 de millones de combinaciones) el primer ser vivo que apareció mas o menos 3500 mill. de años que fue una bacteria que son prácticamente iguales que las actuales (reproducción asexual) por eso no han cambiado, se comportaba en ese comento como un animal que comía la abundante materia orgánica que había en el océano. Como lo hacen actualmente se alimentan por fermentación, esto es un despilfarro de energía y son tóxicas para el medio.
Los monómeros empezaron a escasear cuando terminaron las condiciones en las que se habían formado, la vida desaparecía (1ª crisis energética). Esta escasez iba a actuar como "selección natural", los que eran capaz de mantenerse se formaron al azar y los que se mantuvieron eran porque eran estables. Era necesario otra forma de nutrirse para asegurar la permanencia de vida en la Tierra. La selección natural no inventa nada (elige entre todos y favorece algo ya existente). Las bacterias que se fabricaban su propio alimento (la primera bacteria planta) ya existía antes de la escasez y ahora tiene ventaja, se estaba favoreciendo las bacterias fotosintéticas (utilizaban el sulfuro de hidrógeno que era abundante en la atmósfera) transformándolo en monómeros para alimentarse (el problema volvería cuando este elemento se acabara). Durante la fotosíntesis de las bacterias se desechaba azufre.
Otro tipo de organismo las algas cianofíceas, estas si son las que inventaron la verdadera fotosíntesis sin sulfuro de hidrógeno que sustituyeron por agua, sacando el hidrógeno del agua que se aseguraban de producir monómeros siempre produciendo oxígeno como desecho de la fotosíntesis, Había aparecido el oxígeno que no existía. El oxígeno actualmente ocupa el 20% de nuestra atmósfera (todo formado por las plantas) son capaces de cambiar el medio. Los organismos que existían antes eran anaerobias (porque no había oxígeno) empieza a aparecer el oxígeno y es tóxico para ellos, vuelve la selección natural (con el oxígeno mueren casi todas) quedando las anaerobias en los fondos de los océanos, lodos marinos donde hay ausencia de oxígeno. Solo permanecerán los microorganismos capaces de vivir con oxígenos (aerobios) y que además son capaces de utilizarlo para quemar monómeros (en vez de fermentar los puede quemar) aprovechando el 100% de los monómeros sin desechos (respiración celular) es lo que hacemos todos.
Todo esto lo ha hecho la selección natural, la naturaleza va moldeando lo existente. La selección natural crea a los monómeros, los polímeros, 1ª célula y a partir de ella convirtió a la mayoría de todos los seres vivos existentes y extinguidos.
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3. LA EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES
Hasta finales del siglo XIX, los científicos explicaban el origen de la vida y de las distintas especies mediante el creacionismo. Esto era debido a la extraordinaria influencia que tiene la religión en aquellos tiempos ( la Biblia) el "fijismo" explicaba que las especies siempre fueron iguales, Esto empezó a desmoronarse con los descubrimientos de fósiles de seres vivos petrificados y extintos.
Ya a finales del siglo XVIII, los científicos empezaron ya a replantearse que las especies podían adecuarse al medio, cambiar con el tiempo (adaptarse) al medio que ha cambiado.
Erasmus Darwin y Lamarck estudiaron este tema. No sabían el mecanismo por el que las especies cambiaba, quien dio con el mecanismo por el que las especies cambiaban fue Charles Darwin.
Viajó en el Beagle en 1831 - 1836, cuando se fue a las Américas se llevo un libro llamado " Principios de Geología" (revolucionario en ese tiempo) escrito por C. Lyell. El libro decía que el descubrimiento que hizo fue calcular científicamente la edad de la Tierra, la edad de los fósiles y lo extraordinariamente lentos que eran los procesos geológicos de construcción del planeta (formación de cordilleras...). Darwin dio un paseo por los Andes y descubrió fósiles marinos en lo alto de la cordillera, ¿Cómo fue posible? Estos cambios ambientales tan importantes debían influir sobre los seres vivos haciéndoles adaptarse. Visitó también las Islas Galápagos y le llamó extraordinariamente la atención los pinzones de las Galápagos por sus picos, variando de los de otros sitios y por su forma de alimentarse.
A la vuelta en 1838, 2 años después del viaje, cayó en sus manos un libro llamado "Ensayo sobre la población" escrito por Malthus, mientras que la población humana crecía exponencialmente mientras los recursos para mantener a la población crecían mucho más despacio (duplicaban o triplicaban) tarde o temprano se tendría que dar una mortalidad bajando el nº de población y bajando también la calidad de vida.
Darwin cogió este concepto de Malthus y descubrió que el mecanismo era la selección natural hace que las especies cambien pudiéndose dar por la falta de alimento, de espacio, necesidad o por cambios ambientales. ¿Cómo actúa la selección natural? La selección natural no actúa sobre los individuos, sino que actúa sobre las poblaciones enteras de las especies. Aunque sean de la misma especie de población todo no son iguales, lo que hace la selección natural favorecer a ciertos individuos que presentan unas características que resulten ventajosas (si comes poco y hay escasez de comida estas favorecido) para la selección natural, están favorecidos porque sobreviven y pueden reproducirse a su descendencia esas ventajas. A los otros individuos que no les resulta ventajoso no mueren, no se reproducen (sus características se pierden y desaparecen de la población) "muerte reproductiva". La 1ª generación, en la siguiente generación siguen existiendo pero en menor número a los aventajados, siguen pasando generaciones y los que tienen ventaja van adquiriendo nuevas características ventajosas y así va acumulándolas terminará por no cruzarse con los individuos de su población "aislamiento reproductivo" no se puede cruzar con los individuos de su misma especie. ¡Ha aparecido una nueva especie! llamada "Especiación" y cuando aparece una nueva especie a partir de una anterior es "Evolución".
Estas ideas se llaman Darwinismo y es lo que explica la teoría de la evolución sin nombrarla. viene a decir que todas las especies tienen antecesores comunes, Lo que le faltaba a Darwin era la genética, si descubrió el mecanismo de la evolución (selección natural) pero no supo decir como se producía el cambio en las especies.
Darwin se asustó de todo lo que descubrió por lo que podría pensar la sociedad (no iba a admitir su teoría por la influencia de la iglesia) así que tardó en publicar sus descubrimientos 22 años (1858). Lo que pasó es que otro científico ingles Alfred Wallace llegó a la misma conclusión que Darwin pero por otro camino, lo publicaron juntos, titulado "· Sobre la tendencia de las especies a formar variedades y sobre la perpetuación de las especies y variedades mediante mecanismos naturales de selección."
4. LA GENÉTICA
El motor de la evolución esta en la genética, la genética moderna contemporánea, el padre de esto fue Mender. Este descubrió las llamadas "leyes de Mender", la ley de transmisión de caracteres biológicos de una generación a otra" (esto lo hizo sin saber nada de bioquímica). Cualquier individuo se puede dividir en caracteres biológicos (rubio, alto, bajo...) esto es debido a los genes, los genes son trozos de cromosoma. Mender descubrió como pasan los genes de una generación a otra. Un carácter biológico esta caracterizado por un gen sino por parejas, a las dos formas del mismo se le llaman "alelos" y pasan formando todas las combinaciones posibles.
4.1. EXPLICACIÓN GENÉTICA
La genética de poblaciones estudia a las poblaciones por la frecuencia de sus genes, la evolución es el cambio de las frecuencias génicas de una generación a otra hasta tener dos especies distintas, este es el "Motor de la Vida". La frecuencia génica de una población puede cambiar por las migraciones (no dan una especie nueva), la selección natural (esta si da especies nuevas), aislamiento (deriva genética) son pequeños grupos que quedan separados del resto de individuos de la especie. Van cambiando al azar las frecuencias de una generación a otra sin ninguna razón. (No produce nada nuevo, no provoca evolución).
Las "mutaciones" (principal cambio en las especies) son el verdadero motor de la evolución. Las mutaciones son un cambio brusco del ADN, con los genes (la mayoría de las mutaciones son por enfermedad) pero hay mutaciones que si son beneficiosas y nuevas en la población. El gen mutado produce un nuevo carácter biológico, que si resulta favorable será seleccionado por la selección natural y será más frecuente hasta que predomine.
Todos estos mecanismos producen unos cambios que se van acumulando con el tiempo hasta terminar de producir una especie nueva (Especiación)
* EJERCICIO PAG. 43
- La deriva genética es cuando hay una población pequeña que se tiene que cruzar consigo mismo, las frecuecias alélicas cambian de una generacion a otra al azar.
A- Se debe al azar.
B- Cuanto más individuos habría más resultados diferentes.
C- Por deriva genética el azar produce variaciones.
D- Porque ese color tiene ventaja, la selección natural lo favorece y a los otros no.
E- Total, las mutaciones se producen por azar y son eñ motor de la evolución.
5. LA FORMACIÓN DE LAS ESPECIES (ESPECIACIÓN)
Una especiación es una categoría fundamental en la clasificación de los seres vivos (la clasificación mas pequeña que se puede). Una especie son aquellos individuos con características semejantes y son capaces de cruzarse entre sí, produciendo descendencia fértil (2 especies distintas no se pueden cruzar). Un verderón es un cruce pero no es una descendencia fértil.
Lo que separa a las especies semejantes es el aislamiento reproductivo es la puerta de entrada a otra nueva especie.
La evolución no se puede reproducir en el laboratorio, es un proceso que tarda cientos de miles o millones de año... ni siquiera en organismos sencillos... pero si existen evidencias en la naturaleza ( de como se desarrolla el aislamiento reproductivo) y da nuevas especies:
* ESPECIACIÓN ALOPÁTRIDA
Estas ideas se llaman Darwinismo y es lo que explica la teoría de la evolución sin nombrarla. viene a decir que todas las especies tienen antecesores comunes, Lo que le faltaba a Darwin era la genética, si descubrió el mecanismo de la evolución (selección natural) pero no supo decir como se producía el cambio en las especies.
Darwin se asustó de todo lo que descubrió por lo que podría pensar la sociedad (no iba a admitir su teoría por la influencia de la iglesia) así que tardó en publicar sus descubrimientos 22 años (1858). Lo que pasó es que otro científico ingles Alfred Wallace llegó a la misma conclusión que Darwin pero por otro camino, lo publicaron juntos, titulado "· Sobre la tendencia de las especies a formar variedades y sobre la perpetuación de las especies y variedades mediante mecanismos naturales de selección."
4. LA GENÉTICA
El motor de la evolución esta en la genética, la genética moderna contemporánea, el padre de esto fue Mender. Este descubrió las llamadas "leyes de Mender", la ley de transmisión de caracteres biológicos de una generación a otra" (esto lo hizo sin saber nada de bioquímica). Cualquier individuo se puede dividir en caracteres biológicos (rubio, alto, bajo...) esto es debido a los genes, los genes son trozos de cromosoma. Mender descubrió como pasan los genes de una generación a otra. Un carácter biológico esta caracterizado por un gen sino por parejas, a las dos formas del mismo se le llaman "alelos" y pasan formando todas las combinaciones posibles.
4.1. EXPLICACIÓN GENÉTICA
La genética de poblaciones estudia a las poblaciones por la frecuencia de sus genes, la evolución es el cambio de las frecuencias génicas de una generación a otra hasta tener dos especies distintas, este es el "Motor de la Vida". La frecuencia génica de una población puede cambiar por las migraciones (no dan una especie nueva), la selección natural (esta si da especies nuevas), aislamiento (deriva genética) son pequeños grupos que quedan separados del resto de individuos de la especie. Van cambiando al azar las frecuencias de una generación a otra sin ninguna razón. (No produce nada nuevo, no provoca evolución).
Las "mutaciones" (principal cambio en las especies) son el verdadero motor de la evolución. Las mutaciones son un cambio brusco del ADN, con los genes (la mayoría de las mutaciones son por enfermedad) pero hay mutaciones que si son beneficiosas y nuevas en la población. El gen mutado produce un nuevo carácter biológico, que si resulta favorable será seleccionado por la selección natural y será más frecuente hasta que predomine.
Todos estos mecanismos producen unos cambios que se van acumulando con el tiempo hasta terminar de producir una especie nueva (Especiación)
* EJERCICIO PAG. 43
- La deriva genética es cuando hay una población pequeña que se tiene que cruzar consigo mismo, las frecuecias alélicas cambian de una generacion a otra al azar.
A- Se debe al azar.
B- Cuanto más individuos habría más resultados diferentes.
C- Por deriva genética el azar produce variaciones.
D- Porque ese color tiene ventaja, la selección natural lo favorece y a los otros no.
E- Total, las mutaciones se producen por azar y son eñ motor de la evolución.
5. LA FORMACIÓN DE LAS ESPECIES (ESPECIACIÓN)
Una especiación es una categoría fundamental en la clasificación de los seres vivos (la clasificación mas pequeña que se puede). Una especie son aquellos individuos con características semejantes y son capaces de cruzarse entre sí, produciendo descendencia fértil (2 especies distintas no se pueden cruzar). Un verderón es un cruce pero no es una descendencia fértil.
Lo que separa a las especies semejantes es el aislamiento reproductivo es la puerta de entrada a otra nueva especie.
La evolución no se puede reproducir en el laboratorio, es un proceso que tarda cientos de miles o millones de año... ni siquiera en organismos sencillos... pero si existen evidencias en la naturaleza ( de como se desarrolla el aislamiento reproductivo) y da nuevas especies:
* ESPECIACIÓN ALOPÁTRIDA
Es lo que ocurre cuando hay una pobación de una especie y de repente aparece una barrera infranqueable que divide la población en 2 partes (por una cordillera, río, formación de océano) dejan de intercambiarse genes y acumula diferencias porque están separados hasta que han acumulado tantas diferencias que ya no pueden cruzarse. Ej: Especies endémicas que solamente es propia de un lugar en una isla o cordillera. AISLAMIENTO REPRODUCTIVO = ESPECIACIÓN ALOPÁTRIDA.
* ESPECIACIÓN SIMPÁTRIDA.
Ocurre cuando una población algunos individuos se adaptan a cierto factores ambientales distintos a los que estaban habituados. Terminando por ser dos especies distintas.
Se sabe que por los fósiles el 99% de las especies que han existido en la tierra se han extinguido. Para que una especie nueva se cree tarda alrededor de 1 millón de años y luego vive normalmente de 1 - 10 millones de años. En la actualidad, hay catalogadas mas de 2 millones de especies y se calculan que existen alrededor de decenas de millones de especies que aún no se han catalogado. Nunca han desaparecido tantas especies como en la actualidad.
En la evolución es la aparición de las nuevas especies a partir de las anteriores pero también la extinción de muchas especies, normalmente producida por cataclismos ( cambio climático por vulcanismo en el Pérmico la extinción del 95% de las especies, en el Cretácico el impacto de un gran meteorito en el golfo de Méjico donde provocó un crater de 50 km que levantó un polverío que oscureció la atmósfera durante meses impidiendo la llegada rayos solares, plantas y animales murieron, se beneficiaron los carroñeros de los mamíferos). Trás la extinción se observa que hay una gran explosión de la evolución apareciendo muchas especies nuevas, porque los supervivientes de la extinción se adaptan a los michos ecológicos: al hábitat (lugar que ocupa en el ecosistema) y el papel que desempeñan en los ecosistemas que están libres de extinción.
6. PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN
La evolución no se puede simular en un laboratorio, porque la evolución ocurre en millones de años pero hay claras evodencias de la evolución.
6.1. PRUEBAS BIOLÓGICAS
Son reproducibles en el laboratorio, trabajar con los microorganismos u organismos cuya vida sea corta. Se observa como varía una característica biológica de esos organismos a lo largo del tiempo (adaptación) Ej, la resistencia bacteriana ante los antibióticos. Cuando empezó a utilizarse los antibióticos de forma abusiva, extensa y desordenada, entra la selección natural porque ya se hacen resistentes a los antibióticos. Otro ejemplo la mariposa "biton betibularia" del abedul antes de la revolución industrial había dos formas de ésta mariposa (blancas y negras) las más abundantes eran las blancas camufladas por los líquenes en el tronco y no se la comían los pajaros. Los líquenes mueren en sitios con mucha contaminación y desaparecieron por la revolución industrial muriendo las blancas, predominando las oscuras.
6.2. PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS (FÓSILES)
Estudiando los fósiles se puede ver como se transforman con el tiempo los carácteres biológicos para dar lugar a otros carácteres nuevos.
La transformación de las extremidades en los mamíferos según su modo de locomoción (ciertos mamíferos nos movemos de una manera, andando, a cuatro patas, vuelan, nadan, todos vienen de lo mismo y han tenido que transformarse con el tiempo).
6.3. PRUEBAS BIOGEOGRÁFRICAS
Los seres vivos semejantes que viven en zonas geográficas muy distintas preentan unas caracteríticas biológicas diferentes.
6.4. PRUEBAS EMBRIOLÓGICAS
En la ontogenia esta descrita la filogenia. La ontogenia (desarrollo embrionario) Filogenia (desarrollo evolutivo que está descrito nuestra procedencia evolutiva).
La vida aparece en el agua, la fecundación siempre nace en el agua (animales diblasticos y tribasticos).
*Animales diblásticos: Son los más primitivos; esponjas, medusas y pólipos.
*Animales triblásticos: Son los que tienen dos capas de células en su cuerpo.
Nuestro desarrolo embrionario es muy semejante al del simio con rabo, no tenemos rabo pero tenemos rabadilla. Nacemos muy lanudos (pelo fino) a partir de tercer o cuarto día se cae, esto quiere decir que prodecedos de animales con pelo.
6.5 PRUEBAS MOLECULARES
Todos los seres vivos estamos formados de las mismas moléculas tenemos un origen en común, los principales procesos metabólicos también son comunes a todos los seres vivos,
Fermentación: Provenimos de organismos que fermentaban (respiración celular), cuanto más próximos en la evolución esten las especies mayor similitud habrá en su ADN y entre sus proteínas.
