EL ORIGEN DE LA VIDA. EL ORIGEN DEL SER HUMANO ¿DE QUÉ ESTÁ HECHA LA MATERIA VIVA? ¿QUÉ NECESITA? De los 90 elementos químicos que se encuentran en la naturaleza, sólo unos veinte forman parte de los seres vivos. Además, los elementos más abundantes en los seres vivos, no coinciden con los más abundantes en la corteza terrestre. En esta última los elementos mayoritarios son: oxígeno, silicio, aluminio, hierro. En los seres vivos son: hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno. Si tuviéramos que elegir un elemento químico representativo de nuestra forma de vida sería el carbono. ¿Por qué? Porque este átomo puede formar cuatro enlaces con átomos distintos dando lugar a muchas moléculas diferentes de cadenas muy largas, además de poder formar enlaces con otros átomos de carbono formando cadenas de carbonos que constituyen los “esqueletos” de las biomoléculas que forman parte de todos los seres vivos: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleícos. Así mismo, el agua, que constituye más del 60% de nuestro organismo es fundamental: es un disolvente extraordinario en el que se producen las reacciones químicas que continuamente tienen lugar en las células. Otros elementos químicos, aparte de los cuatro ya nombrados, se encuentran en mucha menor cantidad pero, no por ello, son menos importantes: por ejemplo, el hierro forma parte de la hemoglobina, proteína que transporta el oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre, el sodio y el potasio, imprescindibles para la transmisión del impulso nervioso, el calcio, necesario para la contracción muscular, etc. Además de materia, la vida necesita energía que se obtiene a partir de reacciones químicas en las que se degrada materia orgánica. Esa materia orgánica se puede obtener de dos formas: - Los autótrofos (plantas, algas, algunas bacterias) la obtienen por fotosíntesis (utilizando la energía solar) o por quimiosíntesis (oxidando compuestos inorgánicos sencillos como amoniaco, sulfuro de hidrógeno, etc) - Los heterótrofos (animales, hongos, mayoría de bacterias) toman esa materia orgánica ya elaborada por los organismos autótrofos. Sea cual sea la forma de obtener la materia orgánica, de ella obtenemos energía por un proceso denominado respiración celular que, en la mayoría de los seres vivos necesita oxígeno y desprende dióxido de carbono y que tiene lugar en las células. ACTIVIDAD 1 Busca en Internet y haz un breve resumen de las principales funciones que cumplen en los seres vivos los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleícos. Procura entender lo que copias. ACTIVIDAD 2 Busca en la red y recuerda los siguientes conceptos, indicando en qué consiste cada proceso y qué organismos lo llevan a cabo: fotosíntesis, quimiosíntesis, respiración celular. ¿QUÉ ES LA VIDA? Es difícil definir la vida, pues para la ciencia no existe una única definición. Depende de la disciplina científica de que se trate se hará hincapié en un aspecto u otro de la misma. Habrá una definición de vida desde la perspectiva de un físico, de un químico, de un biólogo o, incluso, desde otros puntos de vista: filosófico, religioso, etc. ACTIVIDAD 3 Busca algunas de estas definiciones, cópialas e intenta hacer una síntesis de todas ellas elaborando tu propia definición de qué es la vida. EL ORIGEN DE LA VIDA El carbono es un elemento básico para la vida. La nebulosa a partir de la cual se formaron todos lo cuerpos del Sistema Solar, incluyendo la Tierra, no era especialmente rica en carbono. De hecho, el Sol contiene, en proporción, treinta veces menos carbono que la biosfera. ¿De dónde ha salido todo el carbono terrestre? Del interior de la Tierra donde se acumuló cuando se formó nuestro planeta. Las emisiones volcánicas emiten gases a la atmósfera, entre ellos CO2, que los seres vivos asimilan. El escenario en el que surgió la vida, tenía dos características fundamentales: - Un interior muy caliente. Eso significa un vulcanismo muy intenso sobre todo submarino. De hecho, muchos organismos primitivos (algunas bacterias por ejemplo) viven en aguas muy cálidas ricas en minerales disueltos y sin necesidad de energía solar. - Una atmósfera densa sin oxígeno en un planeta oceánico. En la atmósfera primitiva no había oxígeno ni, por lo tanto, ozono que protegiese la superficie del planeta de la radiación ultravioleta, muy perjudiciales para la vida. La vida no hubiera podido prosperar de no estar protegida por un gran espesor de agua. Una vez conocido el escenario ¿cómo se transformó la materia inerte en materia viva? En 1922, un bioquímico ruso, Oparin, basándose en los conocimientos que se tenían en la época acerca de las condiciones ambientales que reinaban cuando se formó la Tierra, planteó la hipótesis de que, debido a las energías dominantes en aquel momento, las sustancias inorgánicas presentes (hidrógeno, metano, amoniaco, vapor de agua) pudieron acabar generando moléculas orgánicas, que se concentraron en los océanos, lo que denominó “sopa nutricia”. Estas moléclas se combinarían después entre sí formando estructuras cada vez más complejas que terminarían aislándose del medio y dando origen a los primeros organismos. Esta teoría (de Oparin-Haldane) fue confirmada en 1953 por el científico norteamericano Stanley Miller que sintetizó aminoácidos (las unidades que forman las proteínas) a partir de amoniaco, vapor de agua y metano, que se suponía eran los gases de la atmósfera primitiva y, utilizando como fuente de energía descargas eléctricas de 60 000 voltios para simular los relámpagos de las tormentas. Miller supuso que un proceso similar podría haber tenido lugar en la Tierra primitiva lo que habría sido un primer paso para la aparición de la vida. Actualmente hay dos hipótesis predominantes acerca del origen de los seres vivos: - - Hipótesis metabólica. Pequeñas moléculas sencillas se aislaron del medio con una membrana, iniciando una serie de procesos químicos complejos, hasta que la unidad fue capaz de reproducirse. Hipótesis del ARN. Actualmente algunos bioquímicos proponen que moléculas de ARN surgidas al azar, capaces de replicarse mediante mutaciones, comenzaron la cadena de la evolución. Las huellas de la existencia de vida más antiguas que se conocen se encuentran en unas rocas de Groenlandia. Esas capas de rocas de hace 3850 millones de años se depositaron en forma de fango en el fondo de un mar poco profundo. Así que se calcula que la vida apareció en la Tierra hace 4000 millones de años. ACTIVIDAD 4 Busca información sobre el experimento que llevó a cabo Stanley Miller y explica qué demostró con él. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA Y SUS PRUEBAS No se sabe la cantidad de especies diferentes que pueblan la Tierra. Algunos científicos opinan que podrían llegar hasta 50 millones; pero, aunque ello fuera exagerado lo que es cierto es que, de ellas, hay catalogadas 1750 millones. Todas estas especies que pueblan el planeta proceden de antepasados comunes cuyos restos, fósiles, han llegado hasta nosotros. ¿Cómo es posible pasar de unas primeras formas de vida muy primitivas hasta la variedad actual? El concepto clave es la evolución. Hay varios tipos de pruebas que apoyan la evolución. Entre ellas: - PRUEBAS BIOLÓGICAS. Se basan en los organismos actuales. Hay numerosas pruebas biológicas, como la disposición y estructura de los huesos y los órganos vestigiales. Por ejemplo, los huesos de las extremidades de animales tan diferentes como el murciélago, la ballena y el ser humano presentan una disposición y estructura semejantes que hace pensar en adaptaciones de una única anatomía, la de un antepasado común, a diferentes usos. Otra prueba la proporcionan los órganos vestigiales: partes del cuerpo sin ninguna utilidad en la especie actual. Esto indica antepasados de formas de vida muy diferentes. ACTIVIDAD 5 Escribe una relación de órganos vestigiales en el ser humano (hay más de 100 estructuras vestigiales) indicando qué sentido tienen las mismas. - PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS. Son los fósiles. Hasta el momento se han clasificado unos 300.000. Esta pequeña muestra es suficiente para plantear un gran árbol de cómo ha evolucionado la vida. En él las formas de vida quedan interrelacionadas y se remontan hasta el origen. - PRUEBAS MOLECULARES. Se basan en la suposición de que las mutaciones (cambios en los genes) suceden a un ritmo constante. Contando las diferencias entre los genes de dos especies podemos averiguar su parentesco y el momento de su separación. Por ejemplo, de los aproximadamente 30 000 genes del ratón, 29 700 están también en el ser humano. Este 99% común es una prueba de que somos ramas de un mismo árbol. La prueba más importante, no obstante, es el hecho de que todos los organismos vivos poseen el mismo sistema de transmisión de la información, el ADN, y compartan las mismas proteínas y reacciones químicas. CÓMO SE EXPLICA LA EVOLUCIÓN Una especie se define como el conjunto de organismos capaces de reproducirse entre sí y que tienen una descendencia fértil. Pero, ¿cómo puede una especie evolucionar a otra? El primero en intentar explicarlo fue Jean Baptiste de Lamarck (1744 – 1829). Propuso que las especies variaban al adquirir nuevos órganos para solucionar nuevas necesidades o para poderse adaptar. El creía que los caracteres adquiridos en vida son heredables, lo que hoy sabemos que es falso. Por ejemplos, creía que las serpientes habían evolucionado a partir de lagartos que “preferían” reptar a caminar: al cabo del tiempo, sus patas habrían desaparecido. (Teoría de la herencia de los caracteres adquiridos) SELECCIÓN NATURAL El naturalista británico Charles Darwin (1809 – 1882) propuso como mecanismo para explicar la evolución la selección natural basada en la supervivencia de los más aptos. Por ejemplo, en una camada de leones no todos nacerán igual de resistentes y es probable que los más débiles mueran jóvenes, sin descendencia. Por lo tanto, generación tras generación, los caracteres que imprimen más resistencia a la especie se mantendrán, perdiéndose los otros. Los individuos más resistentes son los que más se reproducen y transmiten sus caracteres a la descendencia. Después de muchas generaciones, la suma de cambios hará que la última generación se tan distinta a la primera que formará otra especie. TEORÍAS EVOLUTIVAS POSTERIORES A DARWIN Lo que Darwin no comprendía era por qué, en la misma camada, había cachorros más resistentes y menos. Posteriormente la genética aclaró el mecanismo de la herencia mediante la combinación de los genes maternos y paternos durante la reproducción sexual. Por tanto la selección natural actúa sobre una variabilidad genética previa (no hay dos individuos iguales, excepto los gemelos univitelinos). El darwinismo unido a los conocimientos actuales sobre genética se denomina neodarwinismo o teoría sintética de la evolución, desarrollada por Dobzhansky, Mayr y Simpson. Los principios de la teoría sintética son los siguientes: - Existen dos fuentes de variación en los organismos. Por un lado, las mutaciones (cambios en los genes que pueden ser espontáneos) y, por otro, la capacidad casi ilimitada de combinación que tienen los genes en la reproducción sexual (cada óvulo y cada espermatozoide poseen diferentes combinaciones de genes y la unión de un determinado óvulo con un determinado espermatozoide es al azar) - - La selección natural actúa sobre esas diferentes combinaciones de genes de forma que las mejor adaptadas a un ambiente concreto pasarán a la siguientes generación, siendo eliminadas las demás. La selección natural actúa sobre las poblaciones, no sobre los individuos. La acumulación de pequeñas variaciones en las frecuencias génicas (proporción de individuos de una población que presentan un gen determinado) modifica de un modo casi imperceptible las poblaciones, de tal manera que, con el paso del tiempol las variaciones serán tan grandes que podremos hablar de una nueva especie. ACTIVIDAD 6 Indica, según la teoría de Lamarck y la de Darwin, cómo se explicaría que las personas que viven en los trópicos tengan la piel más oscura, con más pigmentación. ACTIVIDAD 7 En la siguiente página (la web de la evolución) encontrarás información acerca de los precursores del evolucionismo. Haz una breve reseña de la idea o logro principal de cada uno de ellos. http://www.evolutionibus.info SELECCIÓN ARTIFICIAL El hombre, durante generaciones, ha seleccionado en los animales y plantas domésticos aquellas características que consideraban favorables, permitiendo que sólo los ejemplares con las características deseadas se reprodujesen. A eso se le denomina selección artificial. RADIACIONES EVOLUTIVAS Aunque continuamente surgen y desaparecen especies, hay periodos en la historia de nuestro planeta en que ritmo de renovación se incrementa y aparecen y desaparecen más especies. Como sabes, los continentes existentes hace 250 millones de años estaban agrupados formando un único supercontinente llamado Pangea. A lo largo de la historia de la Tierra ha habido diferentes pangeas (supercontinentes). Cuando ha habido una pangea el número de especies es menor, la vida es menos diversa, y cuando los continentes están separados existe más diversidad de especies. Esto se explica porque si los continentes están unidos, las especies tienden a eliminarse por competencia y la vida se empobrece. En cambio, cuando se separan surgirán nuevos ambientes y el número de especies aumentará. Esto se denomina radiación evolutiva. ACTIVIDAD 8 Busca y baja una ilustración de las siguientes aves: Ñandú en Sudamérica, Avestruz en África, Aepyornis (extinguido) en Madagasca, Dinornis (extinguido) en Nueva Zelanda, Casuario en Nueva Guinea y Emú en Australia y Tasmania. Responde: ¿qué te sugiere esta distribución de aves que no son nadadoras ni voladoras? EXTINCIONES Constantemente se están extinguiendo especies; pero durante la historia de la vida ha habido además al menos cinco momentos de desaparición de muchas especies: extinciones masivas. La gran extinción. La que afectó al mayor número de especies tuvo lugar hace 252 millones de años. Según algunos autores, desparecieron la mitad de todas las especies que poblaban la Tierra. La hipótesis más reciente achaca esta gran extinción a una catástrofe por anoxia (falta de oxígeno en el agua marina) provocada, a su vez, por el calentamiento de la atmósfera tras una larga etapa de intenso vulcanismo. Vulcanismo Calentamiento Anoxia Extinción masiva La extinción de los dinosaurios. Ocurrió hace 65 millones de años. Desparecieron también otras muchas formas de vida. Un asteroide del tamaño de una montaña cayó sobre el sur de Méjico y generó una catástrofe ambiental: tsunamis gigantes, incendios en toda la Tierra, grandes cambios de temperatura que exterminaron a las especies que necesitaban más alimentos y una temperatura más estable, entre ellos los dinosaurios. ACTIVIDAD 9 En la siguiente dirección encontrarás las 45 hipótesis diferentes que se han propuesto a lo largo de la historia acerca de la extinción de los dinosaurios. Realiza un breve comentario de tres de estas hipótesis que te parezcan rigurosas y tres que te parezcan inverosímiles, razonando la respuesta. http://www.monografias.com/trabajos5/exdin/exdin.shtml EL ORIGEN DEL SER HUMANO Australopithecus: los primeros bípedos. Los Australopithecus representan los homínidos fósiles más antiguos bien conocidos (poblaron Africa desde 4,2 a 1 millón de años). Los primeros Australopithecus apenas superaban el metro de estatura y tenían largos brazos de aspecto simiesco, pero eran bípedos. Este es el primer rasgo distintivo de la especie humana que presentan nuestros antecesores. El bipedismo deja brazos y manos libres que se pueden emplear en otras acciones, reduce la insolación recibida lo que facilita la termorregulación y amplía el campo visual en zonas abiertasl. Los primeros Homo: el cerebro crece La desaparición de los Australopithecus se produjo hace un millón de años, pero llevaban a 1,5 millones de años compartiendo África con unos nuevos seres, de dientes más pequeños pero cerebros mayores. Eran los primeros representantes del género Homo. Los primero utensilios líticos, tallados toscamente, aparecen asociados a yacimientos de Homo habilis que era un carroñero que se alimentaba preferentemente del tuétano contenido en los huesos que otros depredadores abandonaban. Así ideó y creó las herramientas necesarias para romperlos y acceder a ese alimento. Homo erectus: el control del fuego También en África, hace 1,8 millones de años apareció el Homo erectus, cuyas últimas poblaciones llegarían a convivir con nuestra especie, dado que desapareció quizá hace menos de 100 000 años. Fabricaba útiles de piedra más elaborados, tallados en ambas caras, como hachas de mano, hendedores y picos. Controló un elemento vital, el fuego. El Homo erectus sería el primer homínidos en salir de África. Se han encontrado restos en África, Asia, la isla de Java y Europa. Cazaba animales de gran tamaño, tenía un comportamiento social complejo y probablemente algún tipo de comunicación (aunque probablemente no un lenguaje propiamente dicho) A partir de Homo erectus surgirían dos líneas: - Homo heidelbergensis que, adaptándose a las duras condiciones climáticas europeas de los periodos glaciares, daría lugar al Homo neanderthalensis (hombre de Neandertal). - Homo sapiens. De nuevo en el continente africano, es ya nuestra especie. Pero, a partir de este punto, quedan muchos huecos por cubrir. Homo antecesor: el hallazgo de Atapuerca En el yacimiento de Atapuerca (Burgos) se encontraron fósiles de una antigüedad próxima a los 800 000 que corresponderían, según los investigadores, a una nueva especie de homínido, el Homo antecessor, que derivaría del Homo erectus y sería el antecesor tanto de los neandertales como de los humanos actuales. ACTIVIDAD 10 Busca alguna imagen en la que aparezcan herramientas o la reconstrucción de técnicas que desarrollaron los Australopithecus. Investiga a qué especie se asocia esa técnica, dónde se asentó y en qué época vivió. Explica brevemente en qué consistió o cómo se realizaba el artefacto o la técnica utilizada y para qué servía. ACTIVIDAD 11 Busca en la Red información sobre las características, formas de vida y comportamiento que diferenciaban el estilo de vida de los neandertales y Homo sapiens y que algunos científicos, apuntan como una de las causas de la extinción de los primeros. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/index.htm