1 PARTE I Concepciones acerca del Origen de la vida La cuestión del origen de la vida en la Tierra, ha generado en las ciencias naturales un campo de estudio especializado cuyo objetivo es dilucidar cómo y cuando surgió la primera célula en nuestro planeta. La opinión más extendida en el ámbito científico establece la teoria de que la vida evolucionó de la materia inerte en algún momento entre hace 4.500 millones de años, cuando se dieron las condiciones para que el vapor de agua pudiera condensarse por primera vez , cuando la proporción entre los isótopos estables de carbono (12C y 13C), de hierro (56Fe, 57Fe y 58Fe) y de azufre (32S, 33S, 34S y 36S) inducen a pensar en un origen biogénico de los minerales y sedimentos que se produjeron en esa época y los biomarcadores moleculares indican que ya existían las condiciones mínimas para el desarrollo de la vida. Además entrarían aquí ideas e hipótesis sobre un posible origen extraplanetario o extraterrestre de la vida (panspermia) , que habría sucedido durante los últimos millones de años de evolución del Universo conocido tras el Big Bang. El cuerpo de estudios sobre el origen de la vida forman un área limitada de investigación, a pesar de su profundo impacto en la biologia y la comprensión humana del mundo natural. En el objetivo de reconstruir el evento se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio: En la actualidad, se ha establecido que la tierra tiene 4.500 millones de años y los primeros procariontes datan de unos 3.000 millones de años atrás, existen varias teorías al respecto, entre ellas: La generación espontánea, la formación de la sopa prebiótica, el vitalismo, el creacionismo y la evolución, entre otras. El enfoque evolutivo ha impregnado a la biología actual la idea de que ha habido un cambio en las especies a lo largo del tiempo, fue muy discutida en los tiempos de su origen y hubo que acumularse evidencia, para su aceptación fuese general entre los biólogos. La abiogénesis o generación espontánea es un concepto que predominó durante siglos y que sostenía podía surgir de forma espontánea vida animal y vegetal a partir de materia orgánica en descomposición. Sugiere que la vida se origina de la materia inerte según sus creencias y por observación suponían que del barro se forman las lombrices, de la carne en descomposición las moscas, de la ropa sucia y basura las ratas. Jean Van Helmolt supone el origen de la siguiente forma; dejar una camisa sucia impregnada de sudor y semillas de trigo. Spanllazanni hizo caldos nutritivos pero los frascos en los que estaban colocados no eran herméticos, por lo cual al paso de unos días se hicieron organismos porque no estaban bien cerrados. Luis Pasteur demostró que los microorganismos eran transportados por el aire. Colocó matraces con cuello en forma de cisne o de ese para evitar que el aire transportará microorganismos al caldo nutritivo, el cual previamente había sido hervido para matar microorganismos. Concluyó que aunque los matraces no estaban cerrados los microorganismos no pueden ser transportados por el aire hasta el caldo nutritivo. La evolución orgánica , desde que el hombre empezó a mirar la naturaleza desde el punto de vista crítico intentó explicar el origen y diversidad orgánica. Se observaban varias cosas, una de ellas es que había similitudes entre determinados grupos de seres, (felinos) y además es que había algunos grupos que tenían características intermedias, entre dos grupos completamente distintos, (reptiles y aves). Otra cosa que observó son los fósiles, es decir, unas piedras que tenían forma y que se podrían identificar como animales o vegetales, e incluso con partes (huesos) de un animal o vegetal. Fixismo: antes de la aceptación de la evolución como explicación a la diversidad de especies existentes en los diferentes ambientes, muchos biólogos creyeron en el fixismo, es decir, en la idea de que las especies se mantenían fijas, sin cambiar, a lo largo del tiempo y que habían sido creadas por el Ser Superior para la satisfacción de las necesidades humanas. Consideraban las especies inmutables. Todas ellas habían sido creadas independientemente por Dios. Unas consideraban que había solo una creación divina: los creacionistas. Los fósiles eran meros caprichos de la naturaleza. Carlos Von Linneo, uno de los creacionistas, durante toda se vida se propuso dar nombre a todos los organismos vivos. En esa época fue muy buena su nomenclatura y en el presente también se usa. Teoría de la Panspermia : Hipótesis que sugiere que las "semillas" o la esencia de la vida prevalecen diseminadas por todo el universo y que la vida comenzó en la Tierra gracias a la llegada de tales semillas a nuestro planeta. Existen evidencias de bacterias capaces de sobrevivir largos períodos de tiempo incluso en el espacio exterior, lo que apoyaría el mecanismo subyacente de este proceso. 2 Una posible consecuencia de la panspermia sería que la vida en todo el universo poseería una base bioquímica similar, a menos que hubiera más de una fuente original de vida. El mayor inconveniente de esta teoría es que no resuelve el problema inicial de cómo surgió la vida, si no que se limita a mover la responsabilidad del origen a otro lugar. Otra objeción a la panspermia es que las bacterias no sobrevivirían a las altísimas temperaturas y las fuerzas involucradas en un impacto contra la Tierra, aunque no se ha llegado aún a posiciones concluyentes en este punto (ni a favor ni en contra), pues se conocen algunas especies de bacterias extremófilas capaces de soportar condiciones de radiación, temperatura y presión extremas que hacen pensar en que la vida pueda adquirir formas insospechadamente resistentes. En el año 1996, la NASA realizó el análisis del meteorito ALH84001 generalmente considerado como originado en el planeta Marte, se sabe que el meteorito se formó hace 4500 millones de años y se sugiere que contiene estructuras que podrían haber sido causadas por formas de vida microscópica. Esta es hasta la fecha la única indicación de vida extraterrestre y aún es muy controvertida. Teoría de los cataclismos: la aparición de organismos en ciertas capas terrestres y su desaparición en las demás se debía a catástrofes pretéritas que los habían aniquilado. Cuvier interpretaba los fósiles como seres vivos, que habían desaparecido por algún cataclismo. Por tanto, los actuales habrían sido creados por Dios, también defendieron las ideas creacionistas. El último cataclismo seria el diluvio y la última creación los seres actuales. Uniformismo: Hacia finales del siglo XVII y a comienzos del XIX, comenzó a cuestionarse la posición fixista. En esa época, uno de los argumentos era la suposición que la edad de la Tierra no era mayor de seis mil años. En contraposición a esto, los geólogos y el descubrimiento de fósiles en diferentes estratos de la corteza terrestre sugerían que la tierra se había modificado a través de cambios graduales y paulatinos, esta teoría suponía un planeta mucho mas antiguo. El origen de la vida “ Y entonces se originó la vida, el nitrógeno del amoniaco, el carbono del metano, el agua de las nubes y las sales de los mares jóvenes dieron origen a las células de la vida. Reunidas en clanes, todo un pueblo de células, formaron un ser vivo, de la misma manera que antes las moléculas se habían reunido para dar origen a una sola célula y desde ésa célula ...todos los seres vivos y, en la cúspide de la evolución : el ser humano, como tú o como yo, imagen y semejanza de Dios, el gran constructor del Universo” Hace 15. 000 millones de años, el universo no era igual al que conocemos: sólo había una masa densa y minúscula en la que la energía y la materia se fusionaban en un salvaje estado único e incomprensible. Después, hizo erupción la masa. Se formaron partículas de materia y de antimateria, aniquilándose entre sí en grandes explosiones de energía cuando chocaban. Fue tan grande la energía liberada que los astrofísicos todavía siguen detectando su débil radiación, prueba que apoya la teoría del "Big Bang" (o Gran explosión) aceptada para la formación del universo. La teoria del Big Bang y el origen del Universo El Big Bang, literalmente denominado el gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota" generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo. Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie. Figura 1: La gran explosión o big bang 3 Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día. En 1948 el físico Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos. Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. De acuerdo con este panorama, después del Big Bang, se formaron grandes nubes de materia. Poco a poco, la gravedad atrajo a las partículas y produjo conjuntos grandes. Muchas acumulaciones crecieron tanto que sus centros se hicieron densos y calientes, activando las reacciones termonucleares que abastecen la luz de las estrellas. Se fusionaron átomos pequeños y sencillos de hidrógeno que formaron el helio y se unieron para dar lugar a átomos aun mayores. Las fuerzas nucleares de algunas estrellas fueron tan intensas que explotaron y expulsaron su materia hacia el espacio. Los científicos sostienen la teoría de que el sistema solar se originó hace cerca de 5.000 millones de años. En el extremo de un cúmulo inmenso de estrellas que formaban una galaxia en forma de espiral, se empezó a condensar una nube pequeña de materia, enriquecida con elementos pesados, proporcionados por la autodestrucción de viejas estrellas. El centro de la nube se contrajo y formó una estrella amarilla enana, que conocemos como Sol. A la nube de partículas de polvo que rodeaba al sol recién formado, se aglomeraron partes más pequeñas y se formaron los planetas. De los cuatro planetas interiores, Mercurio y Venus, los dos más cercanos al Sol, se calentaron demasiado, mientras que el cuarto, Marte, se enfrió en un invierno perpetuo. El tercero permaneció en una órbita que recibiría la intensidad justa de luz solar que permitió que el agua existiera en forma líquida. Éste se convirtió en la Tierra, la cual fue descrita muy atinadamente por el oceanógrafo francés, Jacques Cousteau, como el "Planeta de agua". En este tercer planeta surgió y evolucionó la vida y, de acuerdo con lo que sabemos, esto no ha pasado en ningún otro lugar del sistema solar. Aunque se conocen con bastante detalle los mecanismos de la evolución, éstos no nos indican cómo se originó la vida. ¿De dónde provino ésta? ¿Como se desarrolló en las formas innumerables que vemos hoy? Figura 2: La tierra en sus inicios Los orígenes : una visión hacia el pasado ¿Cómo y cuándo apareció la vida por primera vez en la Tierra? Hace algunos siglos, esta pregunta habría sido considerada trivial. Aunque nadie sabía cómo surgió la vida, la gente pensaba que todo el tiempo aparecían nuevos seres por generación espontánea, de la materia no viviente y de otras formas no relacionadas con la vida. En 1609, un botánico francés escribió: "Hay un árbol... de Escocia, del que, a un lado, caen hojas al agua y poco a poco se van convirtiendo en peces. Al otro lado, caen en la tierra y se vuelven aves". Figura 3 : Teoría de la generación espontánea 4 Abundan escritos medievales muy parecidos que, además, traen recetas deliciosas sobre la creación de la vida incluso de los seres humanos. Se pensaba que los microorganismos surgían de manera espontánea de un caldo (de cultivo), de las larvas de la carne, de los ratones, de mezclas de camisas sudadas y del trigo, En 1668, el físico italiano, Francisco Redi, refutó la hipótesis de que las larvas surgían de la carne, simplemente manteniendo a las moscas (cuyos huevos se incuban en larvas) alejadas de carne no contaminada, éste experimento a pesar de lo novedoso para su época no bastó para refutar esta teoría del origen de la vida . Figura 4 : Experimento de Redi Entonces, a mediados del siglo XIX, Louis Pasteur, en Francia, y John Tyndall en Inglaterra refutaron también la idea de los microorganismos relacionados con el caldo de cultivo . Aunque su trabajo echó por tierra eficazmente la noción sobre la generación espontánea no resolvió la pregunta sobre cómo se originó la vida en la Tierra. El experimento de Pasteur terminó con la idea de la generación espontánea de los microorganismos en el caldo de cultivo. Durante casi medio siglo, el tema quedó en suspenso. Con el tiempo, los biólogos volvieron a la pregunta del origen de la vida y empezaron a buscar respuestas. Figura 5: Experimento de Pasteur para refutar la generación espontánea En las décadas de los veinte y los treinta de este siglo, Alexander Oparin, en Rusia, y John B. S. Haldane en Inglaterra mencionaron que la atmósfera que conocemos, rica en oxígeno, no habría permitido la formación espontánea de las complejas moléculas orgánicas necesarias para la vida. El oxígeno reacciona fácilmente con otras moléculas, alterando los enlaces químicos, manteniendo a las moléculas en un estado simple. Oparin y Haldane especularon que la atmósfera de la joven Tierra era muy pobre en oxígeno y rica en hidrógeno, en forma de gas de hidrógeno (H2), metano (CH4) y amoniaco (NH3). Debido a ésta y a otras condiciones, que presentaremos a continuación, Oparin y Haldane propusieron que la vida pudo haber surgido de la materia no viviente, mediante reacciones químicas simples. A este proceso se lo llama evolución química o evolución prebiótica: esto es, la evolución antes de que existiera la vida. Figura 6: la vida pudo surgir de la materia inerte según Oparín 5 La evolución prebiótica fue controlada por la atmósfera primitiva y el clima La Tierra primitiva era muy diferente al planeta del que ahora disfrutamos. Cuando las rocas chocaban en el planeta en formación, sus energías de movimiento se convertían en calor. Los átomos radiactivos se descomponían, liberando más calor aún. Pronto se derritieron las rocas y elementos más pesados, como el hierro y el níquel, se hundieron en el centro de la masa, donde siguen fundidos aún por el intenso calor. Poco a poco, la Tierra se enfrió y se combinaron los elementos para formar compuestos de muchos tipos. Finalmente, todo el oxígeno se combinó con el hidrógeno para formar el agua, el carbono para formar dióxido de carbono y los elementos más pesados para formar metales. Después de millones de años, la Tierra se enfrió lo suficiente como para permitir que el agua existiera en estado líquido, y durante miles de años debe haber llovido, ya que el agua se condensaba de la atmósfera en estado de enfriamiento. Cuando el agua cayó sobre la superficie, disolvió muchos minerales y dio lugar a un océano ligeramente salado. Los rayos de las tormentas, el calor de los volcanes y la intensa luz ultravioleta del sol descargaron energía en los jóvenes mares. A juzgar por la composición química de las rocas que se formaron en ese tiempo, los geoquímicos han deducido que es probable que la atmósfera primitiva haya contenido sustancias, como dióxido de carbono, metano, amoniaco, hidrógeno, nitrógeno, ácido clorhídrico, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua. Sin embargo, como los átomos de oxígeno estaban ligados en el agua, en el dióxido de carbono y en los minerales, casi no había oxígeno libre en la primera atmósfera. La falta de oxígeno libre es un factor importante en todas las hipótesis y experimentos que tienen que ver con la evolución prebiótica. Figura 7: Conformación de las moléculas como precursoras de la vida Las moléculas orgánicas pueden sintetizarse de manera espontánea bajo condiciones prebióticas En 1953, inspirado por las ideas de Oparin y de Haldane, Stanley Miller, un estudiante graduado, y su consultor, Harold Urey, de la Universidad de Chicago, se propusieron demostrar la evolución prebiótica en un laboratorio. Mezclaron agua, amoniaco, hidrógeno y metano en un matraz y proporcionaron energía con calor y descargas eléctricas (para simular los rayos). Descubrieron que aparecieron moléculas orgánicas simples después de algunos días. En este experimento y otros similares, Miller y otros investigadores han producido aminoácidos, proteínas cortas, nucleótidos, trifosfato de adenosina (ATP) y otras moléculas características de lo vivo. Lo que es interesante es que la composición exacta de la "atmósfera", empleada en estos experimentos carecía de importancia, siempre y cuando se cuente con hidrógeno, carbono y nitrógeno y que se excluya el oxígeno libre. De manera similar, una gran variedad de fuentes de energía, incluyendo la luz ultravioleta, la descarga eléctrica y el calor, parece ser igualmente efectiva. Aunque los geoquímicos tal vez nunca lleguen a saber cómo era la atmósfera primitiva, es seguro que las moléculas orgánicas se sintetizaron en la Tierra antigua. Figura 8: El Aparato experimental de Stanley Millar y Urey , La energía del calor y las descargas eléctricas causan que los aminoácidos y otras moléculas orgánicas formen metano amoniaco, hidrógeno y agua. Se pensaba que todos ellos estaban presentes en la atmósfera de la tierra primitiva 6 Las condiciones prebióticas permitirían la acumulación de moléculas orgánicas La síntesis prebiótica no habría sido muy eficiente o muy rápida; no obstante, luego de algunos cientos de millones de años, se pudieron acumular grandes cantidades de moléculas orgánicas, en especial porque no se descomponían tan rápidamente entonces. En la actual Tierra, casi todas las moléculas orgánicas tienen una vida corta, ya por que sean digeridas por organismos vivos o que reaccionen con el oxígeno atmosférico. Puesto que la Tierra primitiva no tenía ni vida ni oxígeno libre, estas fuentes de degradación estaban ausentes. Sin embargo, la atmósfera primitiva tampoco tenía una capa de ozono, como la que tiene nuestra atmósfera actual. La capa de ozono es una región alta en la atmósfera que está enriquecida con moléculas de 03, que absorben parte de la luz ultravioleta de alta energía del sol antes de que llegue a la Tierra. En consecuencia, el bombardeo ultravioleta, que puede descomponer las moléculas orgánicas, debe haber sido muy intenso. Sin embargo, algunos lugares, como los que encuentran bajo de los arrecifes rocosos o en el fondo de los mares habrían quedado protegidos de la radiación ultravioleta. En estos sitios, las moléculas orgánicas pudieron haberse acumulado en concentraciones relativamente altas. Tales concentraciones de moléculas orgánicas pudieron haber sido cruciales en la evolución de la vida. Primero, tal vez haya proporcionado las moléculas que formarían a los primeros organismos. Segundo, la energía química almacenada en esta moléculas sería el alimento para las primeras células. A la gran acumulación de moléculas orgánicas de la que, según hipótesis científicas, surgió la primera forma de vida se la llama con frecuencia "caldo de cultivo primitivo". Algunos científicos creen que la tierra primitiva tuvo gases algo similar al Venus actual y Marte: dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N2), vapor de agua (H2O), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), y amoníaco (NH3). Los científicos no tienen ningún acuerdo general de cuál de estos gases podría haber dominado una atmósfera temprana, y, de hecho, sea centro de un considerable debate sobre la temprana existencia del metano y amoníaco. Figura 9: La tierra primitiva Esta supuesta atmósfera temprana es llamada reductora; habría proporcionado electrones a las substancias y las redujo químicamente a otras formas. Este proceso reductor separa a menudo las moléculas en componentes más pequeños. Así, la atmósfera temprana habría reducido cualquier forma de vida que hubiera estado presente. 7 Apreciaciones de la Teoría de Oparing-Haldane. Supone una atmósfera gaseosa ( He, H, CO2, Amoniaco, metano, ácido sulfídrico) Características de la tierra: altas temperaturas (volcanes) producción constante de lluvias constantes relámpagos En esta atmósfera ocurrían reacciones químicas debido a que la energía eléctrica de los rayos y a la energía térmica. Estas reacciones químicas formaron los primeros compuestos orgánicos. Estos compuestos se concentraban en los mares es por eso que los científicos llamaron a los mares primitivos caldos nutritivos. Estos compuestos orgánicos se mezclaron para formar monómeros (compuestos orgánicas + compuestos orgánicos). Monomero+ monomero = polímero Polímero = Aminoácidos Azucares Fosfatos Biomoléculas Biomoléculas: son sustancias formadoras de la vida, es decir glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleícos. Organismos heterótrofos: aquellos que no producen su propio alimento por ejemplo: el ser humano, animales. Organismos autótrofos: aquellos que producen su propio alimento ejemplo: fotosintetizadores 8 Guía de Actividades Nº 1 El origen de la vida Según los cálculos más modernos, la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y un millón de años después aparecería la vida. La explicación de cómo apareció es especulativa, ya que las condiciones reinantes en aquella primitiva atmósfera no son exactamente reproducibles en un laboratorio. De todas formas, se han diseñado experimentos que pueden ayudar a explicar los distintos pasos ocurridos hasta que surgió la vida. 1. En la lectura del libro del Génesis que paralelo encuentras tú entre la lectura de la creación y el origen de la vida en el planeta. Extrae al menos 4 semejanzas comparativas Acontecimiento Lectura de la creación Proceso Evolutivo 1. 2. 3. 4. 2. Explica la idea fundamental del o de los precursores de la generación espontánea o abiogénesis. 3. ¿Porqué crees tú que la teoría de la generación espontánea duró tantos años y tuvo tantos seguidores? 4. Después de ser rechazada la Teoría de la generación espontánea, algunos científicos concibieron la llamada Teoría de la panspermia (1906): a) ¿cuál es la tesis de la Teoría de la panspermia sobre el origen de la vida terrestre? b) ¿Resuelve la teoría de la panspermia el problema del origen de la vida? c) ¿Qué nuevo problema suscitó y estimuló la teoría de la panspermia? d) ¿A qué conclusión ha llevado a alguno de los defensores de la Teoría de la panspermia el hecho de que dicha teoría no de una respuesta definitiva y concluyente a la pregunta sobre el origen de la vida? 5. Paralelamente a la hipótesis de la panspermia, había empezado a esbozarse una teoría evolucionista del origen de la vida: a) ¿cuál es la tesis de la Teoría de la evolución química sobre el origen de la vida? b) Describe el experimento que mostró cómo pudo haberse dado el primer paso en la evolución química (cómo la materia viva puede proceder de la materia inerte). 6. Explica en que consistiò el aporte de Pasteur para refutar la hipòtesis de la generaciòn espontánea o abiogénesis 7.Oparin y Haldane afirmaron que la atmósfera terrestre era rica en CO2 , Hidrógeno, metano y amoniaco . ¿ Qué importancia tendría la existencia de los componentes actuales en la tierra primitiva y que pudieron originar la vida? 8. En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, las moléculas orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera, sometidos a grandes descargas eléctricas que ocurrían durante grandes tormentas. Estas moléculas se irían concentrando en los mares y lagos terrestres, formando lo que denominó como una "rica sopa". La comunidad científica de entonces ignoró sus ideas. ¿ Porqué crees tú que sus ideas fueron ignoradas en ésa oportunidad? 9.¿ Cuàl es el planteamiento de la evolución prebiótica? . Explica claramente. 10.¿ En que consistió y cual fue el objetivo del experimento de Millar y Urey? 11. ¿Crees tú que la evolución de la vida en nuestro planeta fue antecesora de la evolución de la vida en otros planetas según el planteamiento de la panspermia? Explica tus planteamientos 12. Realiza junto a un compañero (a) de curso una breve reflexión acerca de la historia evolutiva del planeta. 9 PARTE II. Los inicios de la vida El registro fósil indica que las primeras células vivas surgieron hace unos 3 500 millones de años aproximadamente, tomando como base las técnicas radiométricas para la fijación de fechas. ¿Cómo eran estas primeras células? Las primeras células eran procarióticas, es decir, su material genético no quedó separado del resto de la célula dentro de un núcleo limitado por una membrana. Es probable que estas células hayan obtenido nutrientes y energía absorbiendo moléculas orgánicas del caldo de cultivo primitivo. No había oxígeno libre en la atmósfera, por lo que las células deben haber metabolizado las moléculas orgánicas anaeróbicamente. Como ya te habrás dado cuenta, las primeras células fueron bacterias anaeróbicas ancestrales. Sin embargo, conforme se multiplicaron estas bacterias ancestrales, con el tiempo deben haber consumido las moléculas orgánicas producidas por la síntesis prebiótica. Las moléculas más sencillas, como las de dióxido de carbono y el agua, seguían siendo muy abundantes, al igual que la energía, en la forma "diluida" de la luz solar. Figura 10: La primeras células: el inicio de la vida Figura 10: las primeras células Entonces, lo que faltaba no eran materiales o energía, sino moléculas energéticas, es decir, moléculas en las que la energía se almacena en enlaces químicos. A la larga, algunas células desarrollaron la habilidad de usar la energía de la luz solar para realizar la síntesis de sus propias moléculas complejas de alta energía a partir de moléculas más simples: apareció entonces la fotosíntesis. Se desarrollaron varias clases de bacterias fotosintéticas, pero las que resultaron ser más importantes en la evolución de la vida fueron las cianobacterias, a veces llamadas algas verde-azules. Sus reacciones fotosintéticas convirtieron el agua y el bióxido de carbono en compuestos orgánicos que liberaban oxígeno como producto secundario. (No hay duda de que hoy tú y yo respiraremos algunas moléculas de oxígeno que fueron eliminadas hace 2.000 millones de años por una cianobacteria). Al principio, el oxígeno reaccionó con átomos de hierro en la corteza de la Tierra, o la capa superficial, formando depósitos enormes de óxido de hierro, también llamado herrumbre. Después de que todo el hierro disponible que se convirtió en herrumbre, aumentó la concentración de oxígeno libre en la atmósfera. El análisis químico de las rocas sugiere que cantidades importantes de oxígeno libre aparecieron en la atmósfera hace aproximadamente 2 000 millones de años. Figura 11: cianofíceas: las bacterias y algas de la fotosíntesis primitiva 10 El oxígeno es potencialmente muy peligroso para los seres vivos, debido a que reacciona con las moléculas orgánicas destruyéndolas, liberando así su energía almacenada. La acumulación de oxígeno en la atmósfera proporcionó la presión de selección para el siguiente gran avance en la Era de los Microbios: la habilidad de utilizar oxígeno en el metabolismo, canalizando su poder destructivo a través de la respiración aeróbica y así generar energía útil para la célula. Como la cantidad de energía disponible para la célula aumenta en gran medida cuando se utiliza oxígeno para metabolizar las moléculas alimenticias, las células aeróbicas tuvieron una ventaja selectiva importante. Los eucariotas desarrollaron un núcleo y organelos encerrados en una membrana La abundancia de bacterias ofrecería un rico abasto para cualquier organismo que pudiera alimentarse de ellas. No hay registros de fósiles de las primeras células depredadoras, pero los paleobiólogos especulan que una vez que apareciera una población adecuada de presas (como estas bacterias), las prácticas depredatorias habrían evolucionado con rapidez. Estos depredadores habrían sido células procarióticas especializadas, sin paredes celulares y, en consecuencia, capaces de rodear a bacterias enteras como presa. De acuerdo con la hipótesis más aceptada, tales depredadores eran bastante primitivos e incapaces de llevar a cabo la fotosíntesis y el metabolismo aeróbico. Aunque podían capturar partículas grandes de alimento, específicamente las bacterias, las metabolizaban de manera deficiente. Sin embargo, hace cerca de 1 500 millones de años, probablemente un depredador dio lugar a la primera célula eucariótica. Figura 12 : Teoría de la endosimbiosis que explica la formación de las células eucarióticas. Las células eucarióticas difieren de las procarióticas de muchas formas, pero tal vez la más importante es el núcleo rodeado por una membrana, que contiene el material genético, y la inclusión de organelos para el metabolismo energético, las mitocondrias y los cloroplastos (en plantas). ¿Cómo se desarrollaron pues estos organelos? Las mitocondrias y los cloroplastos pudieron haber surgido de bacterias simbióticamente asociadas La hipótesis endosimbiótica (endo significa "dentro"), defendida con más ahínco por Lynn Margulis de la Universidad de Massachusetts, propone que las células adquirieron los precursores de las mitocondrias y de los cloroplastos, rodeando cierto tipo de bacterias. Estas células y las bacterias atrapadas dentro de ellas poco a poco entraron en una relación simbiótica, una asociación estrecha entre diferentes organismos en un período largo. Supongamos que una célula depredadora anaeróbica captura una bacteria aeróbica como alimento, como lo hacía con frecuencia, pero que por alguna razón no logra digerir esta presa específica . La bacteria aeróbica permaneció viva e intacta. De hecho, estaba mejor que nunca, porque el citoplasma de su depredador y huésped estaba lleno de moléculas alimenticias a medio digerir, los restos del metabolismo anaeróbico. Figura 13. Posibles mecanismos de la aparición de organelos en las células eucarióticas ( teoría de la endosimbiosis) 11 El aerobio absorbía estas moléculas y usaba el oxígeno para completar su metabolismo, obteniendo cantidades enormes de energía en el proceso. Eran tan abundantes los recursos alimentarlos y tan copiosa su producción de energía, que el aerobio debe haber fugado energía, probablemente como ATP o moléculas similares, de regreso hacia el citoplasma de su hospedero. Había nacido la mitocondria. Lo que es interesante es que la ameba Pelomyxa palustris puede ser un modelo moderno para saber cómo ocurrió lo anterior. A diferencia de casi todas las demás células eucaróticas, no tiene mitocondrias; sin embargo, una población permanente de bacterias aeróbicas realiza en gran medida la misma función. La célula depredadora con sus bacterias simbióticas podía metabolizar el alimento de manera aeróbica, obteniendo una gran ventaja selectiva sobre sus competidores anaeróbicos. Pronto su descendencia se diseminó en los mares. Una de estas células hijas logró una segunda hazaña: capturó una cianobacteria fotosintética y tampoco pudo digerir a su presa. La cianobacteria sobrevivió en su nuevo hospedero y gradualmente evolucionó hasta convertirse en el primer cloroplasto. Algunos organismos actuales se parecen a esta condición hipotética ancestral. Una variedad de corales, algunas almejas, unos cuantos caracoles y por lo menos una especie de Paramecium albergan una colección permanente de algas en sus células . Estas algas comparten algunas de sus moléculas de alimento producidas por fotosíntesis con las células hospederas. Figura 14: las células animales y vegetales Otros organelos eucarióticos también pudieron haberse originado mediante la endosimbiosis. Muchos paleobiólogos consideran que los cilios, flagelos, centriolos y microtúbulos pudieron haber evolucionado a partir de una simbiosis entre una bacteria del tipo espirilo (bacterias con apariencia de sacacorchos alargado ) y una célula eucariótica primitiva. El descubrimiento en 1990 de que los centriolos poseen una pequeña cantidad de DNA apoya esta hipótesis, lo cual algunos interpretan como el remanente de DNA que originalmente poseía la bacteria simbiótica. El origen del núcleo es más enigmático La evolución del núcleo es más difícil de entender. Una posibilidad es que la membrana plasmática se invaginó, rodeando al ADN. Esto habría creado la membrana nuclear y además los pliegues pudieron haber producido el retículo endoplásmico, que es la continuación de la membrana nuclear . Una hipótesis alternativa es que, al igual que muchos otros organelos eucarióticos, el núcleo surgió como resultado de la endosimbiosis. En este caso, la bacteria simbióticamente asociada tomó el control de su hospedero . Independientemente de cómo se haya originado el núcleo, poseer el DNA en su interior parece haberle ofrecido enormes ventajas para la regulación del uso del material genético. Hoy, los organismos constituidos por células eucarióticas son por mucho las formas más visibles de vida en la Tierra. Figura 15: Origen, formación y organización del núcleo 12 Guía de actividades Nº 2 Las primeras células Determinar en que momento aparece la primera célula verdadera en una situación muy difícil, lo cierto es que en unos mil millones después que la tierra se formó ya existía la vida en nuestro planeta. Las células primitivas seguramente no eran como las que conocemos hoy día y lógicamente eran heterótrofas porque no existía aún el proceso de la fotosíntesis y no había O 2 , Se cree que las primeras células obtenía su energía a través de respiración celular anaeróbica tipo fermentación. En algún momento apareció “ la primera célula viva” y desde ahí la gran diversificación celular. 1. Se afirma que la primera célula no podría haber sido animal ni vegetal. ¿ cuál es la razón de ésta afirmación? 2. Cuales fueron las condiciones básicas que permitieron la proliferación de las células en el planeta? Explica 3. ¿ Què factores pudieron, a tu juicio, permitir la contìnua diversificaciòn celular en la tierra primitiva? 4. Explica como se produjo y porqué surgió el proceso de la fotosíntesis. 5. ¿Como surge la respiración aeróbica y cual es la ventaja comparada con la respiración celular anaeróbica? 6. Revisa el siguiente esquema y explica el fundamento de la teoría de la endosimbiosis. 7. Cuál es el fundamento científico que explica la activa depredación existente en los mares primitivos? 8. ¿ Que hechos son representativos de la gran diversificación de las células en el mar primitivo?. Nombra al menos 3 de ellos. 13 9. La célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos, la gran mayoría de ellas son eucarióticas animales o vegetales. En los esquemas celulares: . a.- Identifica y nombra los orgánulos marcados por flechas en los dibujos. b.- ¿A qué tipo de célula corresponde cada dibujo? c.- Indica qué orgánulo es exclusivo de cada tipo celular. B A 4 2 2 6 5 1 3 10. En el esquema se muestra una bacteria como célula procarionte representativa. Identifica los números del esquema con cada uno de los siguientes elementos y di cuál es la función de cada uno de ellos: 1 3 2 5 4 6 . . .. . ... ... . . .... . . .. . . . . . . . .. ... .. . . . 11. Las células eucariotas y procariotas son completamente diferentes entre sí. Copia la siguiente tabla en tu hoja de cuadernillo complétala, colocando para ello las dos opciones que se dan entre paréntesis en la casilla que corresponda (una de las opciones en la columna de procariotas y otra en la de eucariotas). PROCARIOTAS Tamaño de la célula (Mayor/Menor) Pueden contener cloroplastos (Si/No) Pueden contener mitocondrias (Si/No) Aparición durante la evolución (Antes/Después) Contienen núcleo (Si/No) Material genético o ADN (Lineal/Circular) Poseen citoesqueleto (Si/No) EUCARIOTAS 14 12. Copia la siguiente tabla en tu hoja de cuadernillo y completa las casillas vacías. Utilizando tus conocimiento de la biología celular deberás indicar la función o funciones de cada orgánulo o estructura indicada. Estructura/Orgánulo Función principal Aparato de Golgi Centriolos Citoesqueleto Cloroplastos Cromosomas Lisosomas Mitocondrias Núcleo Retículo endoplasmático Ribosomas 13. Copia la siguiente tabla en hoja de cuadernillo y responde, Pon una “X” en el cuadro apropiado para señalar las estructuras que esperarías en las células dependiendo de que sea vegetal, animal o bacteria. ¿Tienen los virus algunas de estas estructuras?. Razona tu respuesta. ESTRUCTURA ANIMAL VEGETAL BACTERIA Cromatina DNA desnudo (sin proteínas) Complejo (aparato) de Golgi. Cloroplastos Mitocondrias Vacuola Membrana plasmática Pared celular (de cualquier composición química) Ribosomas 14. Muchos virus están compuestos únicamente por una envuelta de proteínas que rodea a una única molécula de ADN. a) Imagina un virus con estas características que es capaz de producir una enfermedad. Si a este virus patógeno le quitamos el ADN, ¿seguiría siendo capaz de infectar a su hospedador y reproducirse?. Es decir, ¿seguiría siendo patógeno? Razona la respuesta. b) célula. Explica los pasos que conducen a la producción de nuevos virus tras la infección de una 15 PARTE III Los inicios de la multicelularidad Una vez que se desarrollo la depredación, el incremento de tamaño se convirtió en una ventaja. Una célula más grande podía rodear con mayor facilidad a una más pequeña, mientras que a su vez resultaba más difícil que otras células depredadoras la ingirieran. Por lo general, los organismos más grandes también se pueden mover más rápidamente que los pequeños, teniendo con esto más probabilidades de éxito en su depredación y huída. Sin embargo, las grandes células individuales tienen problemas. El oxígeno y los nutrientes que se incorporan a ellas y los productos de desechos que salen de la misma deben difundirse a través de la membrana plasmática. Como mencionamos anteriormente, cuanto más grande se hace una célula, menor será la disponibilidad de membrana superficial por unidad de volumen del citoplasma. Solo hay dos maneras en que puede sobrevivir un organismo mayor a un milímetro de diámetro. Primero, puede tener una tasa metabólica baja para que no requiera mucho oxígeno o produzca mucho dióxido de carbono. Esto parece funcionar para ciertas algas unicelulares muy grandes. De manera alterna, un organismo puede ser multicelular, esto es, constar de muchas células pequeñas empacadas en un cuerpo grande unificado. Figura 16: las primeras células se agruparon en clones iniciándose la multicelularidad El registro de fósiles revela muy poco sobre el origen de la multicelularidad, en especial entre los animales. Los primeros fósiles eucarióticos unicelulares se formaron en las rocas hace aproximadamente 1400 millones de años y los primeros indicios de animales multicelulares aparecieron como cuevas de gusanos y huellas en rocas de 400 millones de años más jóvenes, Lo más seguro es que los animales en cuestión no tenían esqueleto u otras partes duras y por lo tanto dejaron pocos fósiles. En consecuencia, tal vez nunca aprendamos mucho sobre ellos. Dentro de los siguientes 500 millones de años, sin embargo, aparecieron diversos tipos de animales multicelulares, dejando sus restos fosilizados en rocas en diversas partes del mundo. Es casi seguro que los primeros organismos multicelulares evolucionaron en el mar primitivo para después hacer la invasión al medio terrestre Las plantas multicelulares desarrollaron estructuras especializadas que facilitaron su invasión a diferentes hábitats Durante la era Precámbrica, las células eucarióticas unicelulares que contenían cloroplastos dieron lugar a las primeras plantas multicelulares. La multicelularidad habría proporcionado por lo menos dos ventajas a las plantas. Primero, las plantas grandes con muchas células habrían sido difíciles de tragar para los depredadores unicelulares. Segundo, la especialización de las células habría conferido el potencial de permanecer en un lugar en las aguas con mayor disponibilidad de la playa, ya que las estructuras semejantes a raíces se enterraban en la arena o se adherían a las rocas, mientras que las estructuras semejantes a las hojas flotaban en la superficie, expuestas a la luz del Sol. La abundancia de algas verdes cafés y rojas que bordean nuestras playas hoy en día y algunas como los quelpos cafés, de más de 60 metros de largo, son los descendientes de estas primeras algas multicelulares. 16 Figura 17: invasión de la tierra por los vegetales a partir de las algas fotosintetizadoras Los animales multicelulares desarrollaron características que les permitieron capturar presas, alimentarse y escapar de manera más eficiente En una gran explosión evolutiva, apareció en el mar una gran variedad de animales invertebrados (animales carentes de esqueletos), cerca del inicio del periodo Cámbrico, hace aproximadamente 600 millones de años. Para los animales, una de las ventajas de la multicelularidad es el potencial de comer grandes presas. El primer animal capaz de consumir grandes presas probablemente se parecía a una medusa. Una simple abertura servía como boca, para recibir alimento, y como ano, para expulsar los restos no digeribles (figura 18). Una presa a medio digerir que llene su tracto digestivo evita que dicho animal se alimente otra vez mientras no haya terminado con su primer alimento. Pronto surgieron medios más eficaces de alimentación, en los que se empleaba una boca y un ano separados, lo cual se encuentra en casi todos los animales de la actualidad . Con este diseño, el animal se puede alimentar casi de manera continua, como lo hacen las lombrices de tierra y los pepinos de mar hoy en día. Figura 18 . Avances en los sistemas Digestivos. Es probable que los primeros animales hayan poseído un sistema digestivo de una sola abertura .La alimentación tendría que haber sido periódica porque la ingestión de alimentos y la expulsión de desechos habrían interferido entre sí, Un avance importante en la alimentación es poseer aberturas independientes para la ingestión de alimentos y la expulsión de desechos, permitiendo una alimentación más o menos contínua. La coevolución de los depredadores y las presas llevó a una mayor complejidad en muchos tipos de animales; durante el periodo Silúrico (hace de 438 a 408 millones de años) los trilobites acorazados que se deslizaban en el lodo eran víctimas de los amonites y del nautilo septado, que todavía sobrevive casi sin cambios en las profundas aguas del Pacífico sur. Una tendencia importante en esta etapa era el desarrollo de una mayor movilidad. Con frecuencia, los depredadores necesitan viajar a lo largo de grandes regiones en búsqueda de presas adecuadas, mientras que la rápida huída también es una ventaja para las presas. Por lo general, la locomoción se lleva a cabo mediante la contracción de músculos que mueven las partes corporales conectadas a algún tipo de esqueleto. Casi todos los invertebrados en este tiempo poseían también un esqueleto hidrostático interno, parecido a un tubo lleno de agua (gusanos), o un esqueleto externo que cubría el cuerpo (artrópodos como los trilobites), mayores capacidades sensoriales y sistemas nerviosos más complejos, evolucionaron junto con la habilidad de moverse de manera más eficaz. Se desarrollaron grandemente los sensores táctiles, para los productos químicos y la luz. 17 Por lo general, los sentidos se situaban en la parte anterior correspondiente a la cabeza del animal, junto con un sistema nervioso capaz de dirigir la información sensorial y las conductas adecuadas. Figura 19: Primeros animales: trilobites y nautilos Hace aproximadamente 500 millones de años, en un grupo de animales evolucionó una nueva forma de sostén para el cuerpo : un esqueleto interno. Durante cien millones de años, éstos fueron miembros desapercibidos de la comunidad oceánica, pero hace 400 millones de años, algunos de ellos habían evolucionado y se habían convertido en peces. En general, los peces demostraron ser más veloces que los invertebrados, con sentidos mucho más agudos y cerebros más grandes. Con el tiempo, se convirtieron en los mayores depredadores del mar abierto. Figura 20 : aparición de los peces y su explosiva evolución La invasión de la tierra Entre el periodo de hace 600 a 400 millones de años, tanto las plantas como los animales evolucionaron significativamente, pero permanecieron ocultos en la tranquilidad del mar. La vida en el océano les proporcionó una ventaja contra la gravedad al permitirles flotar y tener un acceso rápido al agua, sustento de la vida. La reproducción también es más sencilla en el mar. En cierto momento en su ciclo de vida, tanto las plantas como los animales producen células sexuales que deben fusionarse para originar una nueva generación. Los organismos que viven en el mar por lo general tienen espermatozoides y óvulos móviles, que nadan unos en busca de otros. En contraste, un organismo terrestre debe cargar su peso contra la aplastante fuerza de gravedad; debe encontrar agua adecuada y, para reproducirse, tiene que asegurar que sus gametos, especialmente el espermatozoide, estén protegidos contra la desecación. No obstante, la tierra ofrecía grandes posibilidades, en especial para las plantas. El agua absorbe en gran medida la luz, por lo que, incluso en el agua más cristalina, la fotosíntesis está limitada a la capa superior del océano, a algunos cientos de metros de profundidad. Sobre la superficie del agua el sol es muy brillante, lo que permite una rápida fotosíntesis. El agua del mar también tiende a tener bajas concentraciones de algunos nutrientes, en especial de nitrógeno y fósforo. En comparación, los suelos terrestres son almacenes ricos en nutrientes. Finalmente, por ese entonces en el mar prevalecían animales que se alimentaban de plantas. Como en la tierra no existía vida animal, las plantas que primero la colonizaron no tuvieron depredadores. 18 Algunas plantas desarrollaron estructuras especializadas que les permitieron adaptarse a la vida en tierra firme En las tierras húmedas, próximas a las costas, empezaron a crecer algunas algas verdes pequeñas, que aprovechaban la luz del Sol y los nutrientes. No tenían que sostener grandes cuerpos en contra de la fuerza de gravedad y el hecho de vivir precisamente en la capa superficial del agua sobre la tierra les facilitaba su obtención nutritiva. Hace aproximadamente 400 millones de años, algunas de estas algas dieron lugar a las primeras plantas terrestres multicelulares. Al principio, fueron formas sencillas de poco crecimiento, pero las plantas terrestres pronto desarrollaron características adaptativas para dos de las principales dificultades de la vida vegetal en la tierra : obtener y conservar el agua y mantenerse erguidas a pesar de la fuerza de gravedad y la acción de los vientos. Figura 21 : colonización de los ambientes terrestres por los vegetales Estructuras semejantes a raíces penetraron en la tierra, extrayendo agua y minerales, mientras que las cubiertas menos permeables localizadas en las partes que quedaban por encima de la superficie de la tierra reducían la pérdida de agua por evaporación. Las células especializadas formaron tubos llamados tejidos vasculares para conducir el agua desde las raíces hasta las hojas. Paredes muy gruesas alrededor de ciertas células permitieron que los tallos se mantuvieran erectos. Las plantas terrestres primitivas conservaban la característica de poseer espermatozoides capaces de nadar y necesitaban agua para reproducirse La reproducción fuera del agua presentaba mayores desafíos, el punto importante es que, al igual que los animales, las plantas producen espermatozoides y óvulos. Las plantas marinas primitivas poseen espermatozoides capaces de nadar y a veces también óvulos con esa característica. Las primeras plantas terrestres mantenían esa misma característica. En consecuencia, estaban restringidas a los pantanos y las ciénagas, donde se podían liberar en el agua los óvulos y espermatozoides, o a lugares con abundante precipitación, donde la tierra estuviera ocasionalmente cubierta de agua. Las coníferas encapsulaban los gametos masculinos en el interior de los granos de polen, lo que les permitía prosperar en hábitats secos La estrategia reproductiva anteriormente descrita bastó durante millones de años. En el período Carbonífero, entre 360 y 286 millones de años atrás, el clima era seco y húmedo y había grande extensiones de tierra cubiertas con bosques de helechos arbóreos gigantes y licopodios que poseían gametos capaces de nadar . El carbón que se extrae de las minas hoy en día deriva de los restos fosilizados de esos bosques. Mientras tanto, algunas plantas que habitaban regiones más secas habían comenzado a desarrollar estrategias reproductivas que no dependían la presencia de capas superficiales. Estas primeras plantas con conos llamadas coníferas, surgieron en el periodo Pérmico (entre 286 246 millones de años atrás). Sus óvulos se conservaban en la planta parental, mientras que los gametos masculinos se encerraban granos de polen resistentes a la sequía, que volaban de una planta a otra con ayuda del viento. Cuando el polen caía en un cono femenino cerca del óvulo, liberaba gametos masculinos directamente dentro del tejido vivo, lo que descartaba la necesidad de la presencia de una película superficial de agua. Hace cerca de 250 millones de años, se elevaron las montañas, se drenaron los pantanos y el clima húmedo se volvió seco. 19 Los helechos arbóreos y los licopodios gigantes, con gametos masculinos capaces de desplazarse en el agua, se extinguieron, mientras que las coníferas, que no dependían del agua para su reproducción, prosperaron y se diseminaron. Figura 22 : colonización terrestre por las gimnospermas y posteriormente las angiospermas Las plantas con flores atraían a los animales portadores de polen Hace unos 130 millones de años, aparecieron las plantas con flores o angiospermas después de haber evolucionado de un grupo de plantas semejantes a las coníferas. La ventaja inicial de las plantas con flores parece haber sido la polinización por parte de los insectos. Las coníferas se polinizan con la ayuda del viento por lo que deben de producir una cantidad enorme de polen, ya que la mayor parte de los granos de polen no llega a su objetivo. La polinización de las flores por los insectos hace que se desperdicie mucho menos polen. Las plantas con flores también evolucionaron y obtuvieron otras ventajas, incluyendo una reproducción mucho más rápida y, en algunos casos, un crecimiento mucho más veloz. Hoy en día, las plantas con flores dominan la tierra, excepto en las regiones frías del norte, donde siguen prevaleciendo las coníferas. Algunos animales desarrollaron estructuras especializadas que les permitieron adaptarse a la vida terrestre Poco después de que surgieron las plantas terrestres, fuentes potenciales de alimento para los animales, salieron del mar los artrópodos (probablemente los ancestros de los escorpiones). ¿Por qué los artrópodos? La respuesta parece ser que estaban preadaptados para la vida terrestre , es decir , que ya poseían estructuras, evolucionaron bajo presiones selectivas totalmente diferentes que, por mera casualidad, eran adecuadas para la vida en la tierra. Entre éstas, la principal fue el esqueleto externo, o exoesqueleto, una cubierta dura que protege al cuerpo, como el caparazón de una langosta o un cangrejo. Los exoesqueletos son impermeables y lo suficientemente fuertes para sostener a un animal pequeño en contra de la fuerza de gravedad. Figura 23 : aparición y desarrollo de los primeros animales o artrópodos en los ambientes terrestres 20 Los animales terrestres enfrentaron otra dificultad, también resuelta de manera relativamente fácil por los artrópodos: la respiración. Para permitir el intercambio gaseoso, las capas respiratorias externas deben mantenerse húmedas y esto es difícil en el aire seco. Algunos artrópodos, como los cangrejos terrestres y las arañas, desarrollaron el equivalente a una branquia interna, que se mantiene húmeda dentro de un saco impermeable . Los insectos desarrollaron tráqueas, pequeños tubos ramificados que penetran en el cuerpo y poseen poros en el exoesqueleto que comunican con el exterior. Durante millones de años, los artrópodos dispusieron de la tierra y sus plantas solo para ellos y durante millones de años más fueron los animales predominantes. Las libélulas con una envergadura entre sus alas de 70 centímetros volaban entre los helechos arbóreos carboníferos, mientras que los milpiés de 2 metros de largo mascaban mientras recorrían el piso del bosque pantanoso. Sin embargo, con el tiempo el esplendoroso aislamiento de los artrópodos llegó a su fin. Los anfibios evolucionaron de peces con aletas lobulares y desarrollaron pulmones Hace cerca de 400 millones de años, apareció un grupo de peces llamado de aleta lobular, probablemente en agua dulce. Los peces de aleta lobular tenían dos preadaptaciones importantes para la vida terrestre: aletas fuertes y carnosas con las cuales se arrastraban en el fondo de aguas de poca profundidad y tranquilas, y una bolsa pequeña separada del tracto digestivo que podía llenarse con aire, como un pulmón primitivo (figura 5) El celacanto en la figura es un pez de aleta lobular que parecía extinto mucho antes de su descubrimiento en 1939. En un grupo de peces de aleta lobular, el pulmón se transformó en una vejiga para nadar, con la cual el pez podía controlar su flotación y permanecer inmóvil suspendido en el agua. Muchos de estos peces de aleta lobular migraron de regreso al mar, donde evolucionaron hasta convertirse en los actuales peces óseos. Figura 24 : Peces de aleta lobular: los precursores de los anfibios y su posterior desarrollo terrestre Otro grupo de peces de aleta lobular colonizó estanques y arroyos poco profundos, que se reducían durante las sequías y cuya agua con frecuencia carecía de oxígeno. Al introducir aire a sus pulmones, estos peces de aletas lobulares podían obtener oxígeno de cualquier manera. Algunos de sus descendientes empezaron a usar sus aletas para arrastrarse de un estanque a otro en búsqueda de presas o de agua, como lo hacen algunos peces en la actualidad . Como habían descubierto con anterioridad los artrópodos, la tierra es una fuente rica de alimento. Alimentarse en la tierra y desplazarse de un estanque a otro favoreció la evolución de peces que permanecieron fuera del agua durante períodos más largos y que podían moverse con mayor eficacia sobre la tierra. Gracias a adaptaciones en los pulmones y las patas, los anfibios evolucionaron a partir de peces de aletas lobulares (el registro de fósiles data de hace aproximadamente 350 millones de años). Si un anfibio pudiera haber pensado sobre estas cosas, habría concluido que los bosques pantanosos del Carbonífero eran su paraíso: sin depredadores, presas abundantes y un clima cálido y húmedo. Al igual que los insectos y los milpiés, algunos anfibios evolucionaron y alcanzaron un tamaño gigantesco, incluidas salamandras de más de tres metros de largo. A pesar de su éxito, los primeros anfibios carecían todavía de características que les permitieran adaptarse completamente a la vida terrestre. Sus pulmones eran sacos sencillos, sin una gran área superficial, por lo que tenían que obtener parte de su oxígeno por la piel. Por lo tanto, ésta tenía que mantenerse húmeda, lo que aisló a los anfibios en hábitats pantanosos en donde no se secarían. Aun más, éstos depositan los espermatozoides y óvulos en el agua. Al igual que los helechos arbóreos y los licopodios, cuando el medio del Carbonífero se hizo más seco al inicio del periodo Pérmico, hace casi 286 millones de años, los anfibios enfrentaron serias dificultades. Los reptiles, descendientes de los anfibios, desarrollaron varias características que les permitieron adaptarse a la vida terrestre Al mismo tiempo que las coníferas evolucionaban en las orillas de los bosques pantanosos, un grupo de anfibios lo hacía también, adaptándose a condiciones más secas de vida. Éstos se convirtieron en reptiles que lograron cuatro ventajas importantes en comparación con los anfibios. Primero, desarrollaron 21 la fecundación interna: la hembra del reptil proporciona el ambiente húmedo para los espermatozoides en el interior de su aparato reproductor. Por lo tanto, la transferencia de espermatozoides podía efectuarse en condiciones de vida terrestre, sin la aventura del regreso a los peligrosos pantanos, llenos de peces y anfibios depredadores. Segundo, desarrollaron características impermeables en los huevos, que contenían su propio abasto de agua para el embrión en desenvolvimiento, lo que una vez más ofrecía cierta seguridad en los pantanos. Tercero, los reptiles ancestrales desarrollaron piel escamosa e impermeable. Finalmente, junto con la evolución de la piel impermeable desarrollaron mejores pulmones que podían proporcionar todo el abasto de oxígeno para un animal activo. Cuando el clima se volvió secó durante el período Pérmico, los reptiles se convirtieron en la fauna terrestre vertebrada dominante y relegaron a los anfibios a las aguas pantanosas, en donde sigue la mayor parte de ellos en nuestros días. Varios millones de años después, el clima adquirió de nuevo condiciones más húmedas y uniformes, contribuyendo al crecimiento frondoso de las plantas. Una vez más, se vio favorecido el tamaño gigantesco, ya que algunas familias de reptiles se convirtieron en dinosaurios . Éstos son de los animales con mayor éxito en la historia, si tomamos en consideración la permanencia como una medición de éxito. Florecieron durante más de cien millones de años, hasta hace aproximadamente 65 millones de años, cuando se extinguieron los últimos. Nadie tiene la certeza sobre la causa de su desaparición, pero un cambio climático causado por el impacto de un meteorito gigantesco parece haber sido el golpe final . Con un crecimiento menor de plantas frondosas, los dinosaurios herbívoros no pudieron encontrar alimento suficiente. Sin los grandes herbívoros como presa, los carnívoros también se vieron condenados. Figura 25 : Los grandes reptiles fueron los amos absolutos del planeta por millones de años Incluso durante la era de los dinosaurios, muchos reptiles mantuvieron un tamaño bastante pequeño. Una dificultad importante que enfrentan muchos reptiles es conservar una alta temperatura corporal. Para mantenerse activos en la tierra parece ser que se requiere una temperatura corporal bastante alta para maximizar la eficiencia del sistema nervioso y de los músculos. Sin embargo, un cuerpo caliente pierde calor en el ambiente, a menos que el aire esté también caliente. Los reptiles pequeños tienen un área superficial relativamente grande a través de la cual se pierde el calor y un volumen interno relativamente pequeño en el que se genera el calor metabólico. Si el cuerpo se calienta metabólicamente cuando está frío el aire, entonces se debe consumir una gran cantidad de alimento para proporcionar la energía suficiente. En apariencia, el requisito alimentarlo es demasiado elevado, ya que los reptiles pequeños sin piel tienen un metabolismo bastante bajo, no suficiente para conservar sus cuerpos calientes en el aire frío, en especial durante la noche, cuando no hay Sol que dé un calor radiante. 22 Dos grupos de reptiles pequeños desarrollaron de manera independiente características aislantes que les permitían minimizar la pérdida de calor: un grupo desarrolló plumas y otro desarrolló pelo. Figura 26 : Cuadro que ilustra el desarrollo de los reptiles y su evolución en varias líneas , de las cuales surgen las aves y los mamíferos Los reptiles dieron lugar a las aves y los mamíferos En las aves primitivas, las plumas aislantes conservaban el calor corporal. En consecuencia, estos animales podían estar activos en hábitats más fríos y durante la noche, cuando sus parientes escamosos se volvieron lentos. Después, algunas de estas aves desarrollaron plumas más largas y fuertes en sus miembros delanteros, que probablemente les permitían desplazarse por los árboles o les ayudaban a saltar para atrapar a un insecto. A partir de este momento, fue posible la evolución del vuelo. Figura 27: el pterosaurio primer reptil volador El pelo de los mamíferos primitivos también proporcionó aislamiento. A diferencia de las aves, que conservaron el hábito reptiliano de poner huevos, en los mamíferos se hizo posible la gestación dentro de la madre y ésta tuvo la capacidad de alimentar a sus crías con secreciones de sus glándulas mamarias (productoras de leche). Como estas estructuras no se fosilizan, tal vez nunca sepamos cuándo aparecieron por primera vez el útero, las glándulas mamarias y el pelo, o cómo se veían sus formas intermedias. Figura 28: evolución de los mamíferos 23 Los primeros mamíferos fueron criaturas pequeñas que probablemente vivían en los árboles y estaban activos principalmente durante la noche. Cuando se extinguieron los dinosaurios, los mamíferos se manifestaron en una enorme variedad de formas. Algunos continuaron siendo pequeños y nocturnos, comiendo principalmente semillas e insectos; otros adquirieron tamaños más grandes y hábitos distintos y colonizaron los hábitats que quedaron vacíos por la extinción de los dinosaurios. Un grupo permaneció en los árboles y dio lugar a los primates. Y de éstos.....venimos nosotros. Una visión al pasado de la tierra : Las eras Geológicas Pleistoceno Hace (millones de Sucesos principales años) 0,01Evolución del homo sapiens, glaciaciones en el Actualidad hemisferio norte; extinción de muchos mamíferos gigantes. 2- 0,01 Plioceno Mioceno Oligoceno Eoceno Paleoceno 5 – 2 24 – 5 37 – 24 54 – 37 65 - 54 Gran abundancia de aves, mamíferos, insectos y plantas con flores, el deslizamiento lleva a los continentes a sus posiciones modernas. Clima templado al principio del periodo, con amplia formación de montañas y enfriamiento al final Cretáceo 144- 65 Aparecen y dominan las plantas con flores, extinciones masivas de la vida marina y parte de la vida terrestre, incluidos los últimos dinosaurios; los continentes modernos quedan bien separados. Jurásico 213– 144 Dominio de los dinosaurios y las coníferas; origen de las aves, los continentes se separan parcialmente. Triásico 248- 213 Origen de los mamíferos y de los dinosaurios; bosques de gimnospermas y helechos arbóreos, empieza la separación de la pangea. Pérmico 286 - 248 Origen de las coníferas, extinciones marinas masivas incluidos los últimos trilobites; florecimiento de los reptiles y declinación de los anfibios; los continentes se unieron en una sola masa terrestre: pangea. Carbonífero 360 - 286 Bosques pantanosos de helechos arbóreos y de licopodios; dominio de los anfibios, numerosos insectos: origen de los reptiles. Devónico 408 - 360 Los peces y trilobites florecen en el mar; origen de los anfibios e insectos. Silúrico 438 - 408 Muchos peces, trilobites, moluscos en el mar; primeras plantas vasculares, invasión de la tierra por parte de las plantas, invasión de la tierra por los artrópodos. Ordovicio 505- 438 En el mar dominan los invertebrados, en especial los artrópodos y los moluscos, aparición de los primeros peces, hongos. Cámbrico 590- 505 Florecen las algas marinas primitivas, origen de casi todos los tipos de invertebrados marinos. 3500-590 Origen de las primeras células vivas;dominio de las bacterias; origen de la fotosíntesis y evolución de la atmósfera con oxígeno;Origen de las algas y de los invertebrados marinos de cuerpo blando. Era Periodo Epoca Cenozoica Cuaternario Reciente Terciario Mesozoica Paleozoica Precámbrica Origen del sistema solar y de la tierra. 4600-3500 24 Guía de actividades N° 3 1.¿Como se explica la invasión de la tierra por parte de los vegetales y los animales? Explica en forma general este proceso de colonización terrestre, asegúrate del desarrollo del tiempo cronológico 2. En la figura se ilustra la configuración de las masas terrestres hace aproximadamente 150 millones de años. Había dos grandes masas, Laurasia y Gondwana que empezaban a dividirse. ¿Que importancia tuvo este hecho con la migración y diversificación de las especies? 3. Las plantas evolucionaron a partir de las antiguas algas verdes hace unos 400 millones de años. Ambos grupos utilizan la clorofila como pigmento fotosintético. Las primeras plantas eran parecidas al musgo y requerían de ambientes húmedos para sobrevivir. Más tarde, el desarrollo evolutivo le permitió una mejor adaptación a la vida terrestre. ¿Cuales son estas posibles adaptaciones? Nombra y explica al menos 3 de ellas. 4. Durante el periodo Carbonífero y el Pérmico, el paisaje terrestre estaba dominado por los helechos y sus parientes. Tras la extinción del Pérmico, las gimnospermas se hicieron más abundantes. Las gimnospermas habían desarrollado semillas, a partir de sus antepasados helechos sin semilla, lo que ayudó a su habilidad para dispersarse. Posteriormente , millones de años después, se desarrollaron las angiospermas, las plantas predominantes hoy día. Realiza un cuadro comparativo entre estos tipos de vegetales considerando características como tiempo de aparición, modalidad de reproducción, forma de protección de la semilla y otras. 5. Los dinosaurios evolucionaron a partir de los reptiles arcosaurios; sus parientes vivos más cercanos son los cocodrilos. Una modificación que pudo haber sido clave de su éxito fue el desarrollo de una postura erecta.. Los dinosaurios desarrollaron una postura erecta similar a la postura erecta que los mamíferos desarrollaron independientemente. Esto les permitía una locomoción continuada. Además, los dinosaurios evolucionaron para ser a futuro de sangre caliente. Tener la sangre caliente permite un aumento en el vigor de los movimientos en los organismos erectos.. Las aves evolucionaron a partir de dinosaurios saurisquios. , las aves son descendientes de dinosaurios. El fósil intermedio Archaeopterx tiene una mezcla de características reptilianas y avicolas. En relación a la afirmación anterior, compara características resaltantes en relación a la estructura, forma de reproducción, cuidado de las crías, desarrollo embrionario y fetal de los peces, anfibios, reptiles , aves y mamíferos 25 6. El final del Cretácico, hace unos 65 millones de años, está marcado por una extinción en masa menor. Esta extinción marcó el fallecimiento de todos los linajes de dinosaurios, excepto el de las aves. Hasta este punto, los mamíferos habían estado confinados a nichos nocturnos insectívoros. Una vez que los dinosarios estuvieron fuera de escena, se diversificaron. Morgonucudon, un contemporáneo de los dinosaurios, es un ejemplo de uno de los primeros mamíferos. Los mamíferos evolucionaron a partir de reptiles terápsidos. El reptil con una vela en la espalda Dimetrodon es un ejemplo de terápsido. Uno de los linajes de mamíferos más exitosos es, por supuesto, el de los humanos. En relación al párrafo anterior, resume como se explica el origen de los mamíferos a partir de un linaje reptiliano 7. La Tierra ha estado en un estado de flujo durante 4.000 millones de años. A lo largo del tiempo, la abundancia de linajes distintos varía abruptamente. Evolucionan nuevos linajes y radian por la faz del planeta, empujando a linajes más viejos hacia la extinción, o a una existencia relictual en refugios protegidos o microhábitats adecuados. Los organismos modifican su ambiente. Esto puede ser desastroso, como en el caso del holocausto del oxígeno. Sin embargo, la modificación ambiental puede ser el impulso de más cambio evolutivo. En términos generales, la diversidad ha aumentado desde el comienzo de la vida. Sin embargo, el aumento se interrumpe numerosas veces por las extinciones en masa. Parece que la diversidad alcanzó un récord de todos los tiempos justo antes de la aparición de los humanos. Al aumentar la población humana, la diversidad biológica ha disminuído a un ritmo constante. Probablemente la correlación sea causal, o bién , es el ser humano el que provoca la extinción de muchos organismos con los cuales compartimos el planeta. ¿ Qué piensas tú de la afirmación anterior? ¿ Estaremos en vías de una nueva extinción masiva? O solo es un problema de ecologistas alarmistas que claman para impedir la destrucción de nuestro planeta? 26 PARTE IV Diversidad de los seres vivos: los reinos vivos de la naturaleza En la clasificación biológica, reino es cada una de las grandes subdivisiones en que se consideran distribuidos los seres vivos, por razón de sus características comunes. La primera organización en Reinos se debe a Aristóteles, que diferenciaba todas las entidades de la naturaleza en los conocidos reinos animal, vegetal y mineral. En la actualidad, casi todas las clasificaciones dejan a un lado a los minerales, lo que, en lugar de simplificar la taxonomía de los entes naturales, lo único que consigue es dejar a los virus en tierra de nadie, pues no pueden considerarse estrictamente un ser vivo, a pesar de que «paradójicamente, todo el mundo quiere matarlos».La explicación seguramente la revisarás en la clase con tu profesor Por tanto, la primera subdivisión de los entes de la naturaleza debe distinguir entre seres vivos, virus y minerales. En la biología actual, la clasificación en reinos se limita a los seres vivos. Los cinco reinos vivos Hasta hace relativamente poco tiempo, los seres vivos se dividían para su estudio en dos principales grupos llamados reino Animalia y reino Plantae,, también conocidos como animal y vegetal. El modelo que actualmente es más utilizado es el de los cinco reinos que divide a todos los organismos en cinco principales grupos que son: Monera, Protista , Fungi ,Animalia y Plantae. La primera diferencia que se puede apreciar en el mundo vivo se refiere al tipo de célula de que están formados los organismos, es decir, si tienen células sin núcleo verdadero o con núcleo organizado y organelos. Al primer tipo, llamado procarionte pertenecen todas las bacterias y algas cianofíceas y al segundo, llamado eucarionte el resto de los seres vivos del planeta. Otra diferencia se refiere a la capacidad de sintetizar sus propios nutrientes o no, en éste caso la clasificación de los seres vivos obedece a los autótrofos, con capacidad de fotosintetizar y a los heterótrofos, aquellos que como nosotros no pueden sintetizar sus nutrientes dependiendo de los autótrofos para sobrevivir. 1) El Reino Monera Este reino incluye a los diminutos seres llamados bacterias y algas verde azules, arqueobacterias, es decir a todos los organismos procariontes . Son organismos unicelulares de estructura muy simple, carecen de membranas internas, de envoltura nuclear que envuelve su genoma y prácticamente, con excepción de los ribosomas y otras pequeñas estructuras carecen de organelos especializados. Aún siendo unicelulares, pueden vivir juntos en grandes colonias y en casi cualquier lado, incluso dentro del cuerpo humano. Pueden fabricar su propio alimento, al igual que las plantas o consumir nutrientes del medio en que viven ( saprófitas, descomponedoras y fotosintétizadoras) 2) El Reino Protista El reino de los protistas incluye a todos los seres unicelulares eucariontes, con características animales ( protozoos) o bien , con características vegetales( algas unicelulares) aunque en realidad se trata de organismos sin parentesco entre sí. En este reino se clasifica a la ameba, conocida por causar algunas enfermedades digestivas, los paramecios, las euglenas,radiolarios y algas unicelulares como el volvox. Algunos de ellos producen su propio alimento ( fotosíntesis) y otros no lo hacen y dependen de los vegetales. 3) El Reino Fungi Este es el reino de los hongos o mohos, que son organismos que viven de absorber los nutrientes de los restos orgánicos de otros organismos ( muchos son saprófitos). Sus células son eucariontes y su agrupación multicelular. Algunos se parecen bastante a las plantas, pero su forma de vida es muy distinta, no realizan fotosíntesis Al igual que las bacterias, los hongos son muy importantes porque reciclan la materia orgánica siendo ambos los organismos desintegradores o descomponedores del planeta que cierran las cadenas alimenticias. Entre estos seres se encuentran , los mohos, hongos patógenos que causan micosis, la levadura de cerveza y los champiñones. 27 4. El Reino Plantae La mayoría de las plantas pueden fabricar sus propios alimentos a través de la luz del Sol, que pueden aprovechar gracias a la sustancia verde llamada clorofila. Existen dos grupos principales, las vasculares, que tienen un sistema de tubos para transportar el agua y los nutrientes (como los pinos, los helechos y todas las plantas con flores), y las no vasculares que carecen de ellos (como los musgos). Su capacidad de fotosintetizar ha sido la base para la vida de todos los seres vivos en el planeta. 5) El Reino Animalia a) los invertebrados Los animales son eucariontes pluricelulares que no fabrican su alimento. La mayoría de los animales del planeta pertenecen a los invertebrados, grupo carente de vértebras, que incluye a los moluscos (como los ostiones), los anélidos (como las lombrices de tierra) y muchos más. Hay más de 30 grupos de invertebrados de los cuales el más grande es el de los artrópodos. Los artrópodos se distinguen por tener el esqueleto por afuera del cuerpo. Éstos no sólo tienen la mayor cantidad de especies, sino que también de individuos dentro del reino animal. A ellos pertenecen los insectos, como las moscas y mariposas,los escarabajos. Además de los insectos, en los artrópodos se incluye a los crustáceos como el camarón, la jaiba, la langosta. b) los vertebrados A diferencia de los invertebrados, los vertebrados se caracterizan por tener, entre otras cosas, una espina dorsal o columna vertebral, así como un esqueleto en el interior del cuerpo, y no alrededor como en los insectos y los crustáceos. Los vertebrados tienen branquias, aunque no siempre durante toda su vida, ya que como en el caso de nosotros los humanos, estas desaparecen antes del nacimiento. En este grupo existen cinco clases de estos organismos, los peces, como los tiburones, atunes y salmones; los anfibios, como las ranas, sapos , los reptiles, como las tortugas, las serpientes y las iguanas; las aves, como las palomas, los cuervos y las águilas y finalmente los mamíferos como los perros, vacas y por supuesto nosotros los humanos. 28 PARTE V La historia de la vida Evolución de la vida en la tierra Para una comprensión clara del tema de la evolución de la vida en el planeta tierra, es necesario separar los conceptos de evolución y de creación. Cuando se utiliza el término «evolución» nos referiremos a la teoría general de la evolución orgánica, o teoría de la evolución «de la molécula al hombre». Según esta teoría, todos los seres vivientes han venido a existir por procesos naturales, mecanicistas, y evolutivos, a partir de la materia inanimada que contenía el mar primitivo y son, por lo tanto, operativos todavía hoy en día. La teoría de la creación, por otra parte, postula que todos los tipos básicos animales y vegetales (los géneros creados) vinieron a existir por la acción de un Ser preexistente utilizando procesos especiales que no operan hoy en día. Las variaciones que han tenido lugar desde la creación han quedado encerradas dentro de los límites de cada género creado. Los proponentes de la teoría de la evolución, ven como impensable la consideración de que la evolución sea algo menos que Ciencia pura y, de hecho, la mayoría de ellos insisten en que ya no se debe pensar en la evolución como teoría, sino que se debe considerar un hecho. «Que la evolución haya realmente ocurrido se puede establecer científicamente solo por el descubrimiento de restos fósiles de muestras de los tipos intermedios representativos que han sido postulados basándose en la evidencia indirecta. En otras palabras, la evidencia realmente crucial en cuanto a la evolución debe ser proveída por el paleontólogo, cuyo trabajo es estudiar la evidencia del registro fósil» Según el registro fósil la evolución de la vida en la tierra se marca según la cronología siguiente 1. Era Azoica : Formación de la corteza terrestre. La antigüedad de la Tierra se calcula en unos 4.500 millones de años. No había ningún tipo de vida. La superficie terrestre estaba en ebullición, los volcanes despedían nubes de gases venenosos , torrentes de lava y residuos explosivos. No había océanos, ni tampoco atmósfera. 2. Era Arqueozoica: Aparición de vida primitiva y de escasos fósiles. La primera prueba de la vida apareció hace unos 3.500 millones de años atrás, aparición de las primeras células procariontes, las bacterias y algas de color verde azulado ,entre los organismos vivos más simples, son unicelulares y carecen de un núcleo encerrado en una envoltura nuclear. 3. Era proterozoica Hace unos mil millones de años, aparecieron unos organismos unicelulares más complejos. Poseían un núcleo y otras organelos especializados. Aparecen algas, protozoos marinos ( foramínidos con cubierta de calcio) y radiolarios, vermes o gusanos, esponjas, medusas y braquiópodos. Los vegetales y los animales multicelulares aparecieron en ésta escena hace unos 700 millones de años. Los artrópodos, con sus esqueletos externos móviles y, un poco más adelante, los corales, los erizos de mar y los primeros peces. Aparece el O2 en nuestra atmósfera Las Eras anteriores están contempladas en la etapa pre cámbrica de la tierra que tuvo una duración de aproximadamente 3.230 millones de años. El Precámbrico es el período más antiguo. Equivale al 88% de la historia de la Tierra, pero sabemos muy poco de él. El cielo es oscuro. Los relámpagos son constantes y la lluvia martillea continuamente. Las rocas están calientes bajo el suelo tanto que la lluvia se evapora en forma de vapor en cuanto las toca. La atmósfera es densa por el vapor, y hay gases mortales que emanan los volcanes. Nada podría vivir aquí. ¿Dónde nos encontramos? ¿En Venus? ¿En Marte? No. Es nuestro propio planeta, la Tierra, hace 4.500 millones de años. Los científicos creen que la Tierra se formó, hace unos 4.600 millones de años, a partir de una nube de polvo y gases, cuando sus partículas se acumularon. El polvo empezó a fundirse y se convirtió en roca. Los gases que componían la atmósfera primitiva eran casi todos venenosos: metano e hidrógeno. Otros gases, entre ellos el dióxido de carbono y el vapor de agua, llegaron a la superficie por medio de los volcanes, y a medida que la Tierra se enfriaba, el vapor de agua volvió a convertirse en agua líquida. Cuando la superficie estaba lo bastante fría, el agua empezó a acumularse en hondonadas, que se ampliaron hasta convertirse en los primeros océanos. Creemos que la vida empezó en cuanto la superficie estuvo lo suficientemente fría para que hubiera agua líquida. Los primeros seres vivos fueron probablemente minúsculas moléculas orgánicas que contenían proteínas y / o ácidos nucleicos, inapreciables a simple vista. Estas moléculas podían producir copias de sí mismas. Fueron las primeras formas de vida. A medida que pasada el tiempo, estas moléculas de hicieron cada vez más complejas, y por fin se desarrollaron las primeras células. Estas últimas son los ladrillos básicos que conforman todos los seres vivos. Contienen el material viviente de un ser completo y pueden reproducirse. 29 Una célula está rodeada por una membrana que la separa del exterior. Algunos seres vivos sólo constan de una célula, pero la mayoría, incluidos nosotros, tenemos millones y millones de ellas. Los científicos han descubierto los que parecen fósiles de células en rocas antiguas de Australia occidental, que tienen más de 3.000 millones de años. Estos seres unicelulares se llaman estromatolitos. Al parecer, los primeros animales pluricelulares no aparecieron hasta hace unos 700 millones de años. Podemos encontrar fósiles de animales de cuerpo blando, como medusas, gusanos y plumas de mar, en rocas de todo el mundo. 4. Era paleozoica Era muy rica en datos paleontológicos, aquí se produjo la invasión a la tierra, aparecen los primeros vertebrados (peces cartilaginosos y óseos) más tarde los anfibios y los reptiles. Se considera que la aparición de los primeros animales dotados de esqueleto marca una división fundamental en la escala del tiempo geológico. La Era Paleozoica, que duró desde hace 570 a 246 millones de años, la vida de nuestro planeta aumentó increíblemente. Muchos animales desarrollaron caparazón o esqueleto. A principios del Paleozoico, todos los seres vivos eran acuáticos: ni uno solo vivía en tierra firme, ni siguiera las plantas. Hacia finales del Paleozoico, la vida había avanzado tanto, que varios seres habían logrado conquistar la tierra firme. Esta era se compone de los períodos siguientes: 1) 2) 3) 4) 5) 6) Cámbrico, de 570 a 505 millones de años. Ordovicio, de 504 a 438 Silúrico, de 437 a 408 Devónico, de 407 a 362 Carbonífero, de 361 a 290 Pérmico, de 289 a 246. Síntesis de eventos posibles en el desarrollo de la era paleozoica denominada también la edad de los invertebrados 1) El Periodo Cámbrico El período Cámbrico inicia la era paleozoica, es reconocido como la fase posterior al Precámbrico. Abarca desde hace 570 hasta 505 millones de años, algunos afirman que duró 100 millones de años. Sus fósiles representan algas abundantes y variadas, en los animales los braquiópodos y trilobites fueron dominantes, existieron esponjas, gusanos y varias clases de moluscos.. Toda clase de animales desarrollaron conchas duras. Quizá las sales del agua del mar les permitieron absorber sustancias químicas y acumular capas duras sobre su piel. Las conchas duras se fosilizan mejor que los cuerpos blandos, por lo que las rocas de esta época están llenas de fósiles. En las rocas del Cámbrico vemos que muchos de los grupos de animales actuales ya habían empezado a surgir. Había moluscos con concha y tentáculos, que evolucionaron hasta convertirse en las almejas actuales, y también artrópodos de patas articuladas, que evolucionaron hasta transformarse en los cangrejos y langostas de nuestros días. Figura 29: La vida en el cámbrico 2) El Periodo Ordovicio El período Ordovicio duró desde los 504 millones de años hasta 438 millones de años de antigüedad. Aproximadamente 60 millones de años. Durante este tiempo no había vida en tierra firme, pero en los mares se desarrollaron seres de todo tipo. En las especies vegetales se desarrollaron innumerables variedades de algas. Los grupos animales importantes en el período Cámbrico siguieron evolucionando en el Ordovicio. Los trilobites y los moluscos tuvieron un éxito especial, de los que hubo tipos muy variados. Los nautilos aparecieron en este período. Se parecían a calamares envueltos en una concha espiral o en forma de cuerno. Tuvieron mucho éxito y siguen existiendo en la actualidad. 30 Los calcicordados son otros fósiles fascinantes. Estaban emparentados con las estrellas de mar y los lirios de mar actuales. Los lirios de mar se parecían a una estrella de mar sobre un tallo. Usaba las ventosas de sus tentáculos para atrapar el alimento que pasaba flotando. Algunos científicos creen que los calcicordados se convirtieron en los primeros animales con espina dorsal. Los calcicordados constan de un cuerpo con una pequeña boca y tentáculos en el extremo de delante, y una cola en el otro extremo, que el animal la utilizaba, parecida a un tallo, para impulsarse por el lecho marino. Si pensamos que la cola es una espina dorsal, estos minúsculos animales se parecían mucho a los peces primitivos, que no tenían ni mandíbulas y aletas. El período Ordovicio terminó en una extinción masiva muy importante, que acabó casi la mitad de las especies animales existentes. Estas extinciones sirven a los paleontólogos para marcar el fin del Ordovicense y el inicio del Silúrico. 3) El Periodo Silúrico El periodo Silúrico duró desde los 437 millones a los 408 millones de años de Antigüedad. Sabemos que en esa época los continentes de América del Norte y Europa se estaban acercando. A principios del período, el nivel del mar subió. Las tierras próximas a la costa se inundaron y convirtieron en mares poco profundos. Los científicos creen que a mediados del Silúrico se produjo una importante glaciación. Como a finales del período Ordovicio se produjo una extinción desapareció toda clase de animales. Los trilobites del Ordovicense se extinguieron, pero rápidamente evolucionaron los nuevos trilobites del Silúrico. También se desarrollaron nuevos graptolites y braquiópodos. Por los mares del Silúrico empezaron a extenderse unos peces muy simples, sin mandíbulas, pero hasta el Devónico no empezó la Era de los Peces propiamente dicha. Al final del período los peces desarrollan mandíbulas para comer y escamas para protegerse. Aparecieron muchos artrópodos animales con patas articuladas. Eran marinos y entre ellos estaban los grandes y feroces escorpiones de mar. En tierra firme, partiendo desde la costa aparece extenderse una alfombra verdosa. Las plantas fueron los primeros seres que vivieron en tierra firme. Los líquenes y musgos fueron, probablemente, las primeras plantas terrestres. Presentaban raicillas que permitían transportar agua por su cuerpo. Los milpiés y los primeros insectos siguen esta fuente de alimento terrestre, los artrópodos invaden la tierra. Figura 30: vida en el silúrico 4) El Periodo Devónico El período Devónico transcurrió hace entre 407 y 362 millones de años de antigüedad. Los océanos estaban poblados por grandes peces depredadores. Los animales y las plantas empezaron a extenderse por tierra firme. Si pudieras retroceder en el tiempo hasta el Devónico, verías un mundo muy distinto al actual. Sólo había dos masas de tierra importantes. Una era Laurasia, que estaba compuesta por las actuales América del Norte, Europa y casi toda Asia. La otra era Gondwana, compuesta por América del Sur, África, Australia, la India y la Antártida. Durante este período, los dos grandes continentes se fueron acercando hasta formar el supercontinente llamado Pangea. Figura 31: Deriva continental Durante este período, las plantas evolucionaron y surgieron tipos mayores y más variados, como los licopodios, los equisetos y los helechos gigantes. Se extendieron por los pantanos y las orillas de los lagos hasta formar los primeros bosques terrestres. Esta alfombra verde empezó a poblarse con los parientes primitivos de los milpiés, ciempiés, insectos, ácaros y arañas. 31 Los fósiles indican que las aguas del Devónico bullían de vida. Había lirios de mar y arrecifes de coral. Los gusanos y los trilobites excavaban en el fango del fondo de lagos y océanos. Sobre ellos, nadaban los moluscos y crustáceos. A los primeros peces sin mandíbulas se unieron pronto los peces con espinas, con una coraza ósea o con aletas carnosas, que utilizaban para impulsarse fuera del agua. Los peces sin mandíbulas, seguían viviendo en este período. También un grupo otro grupo de peces, los tiburones, aparecieron en este período. Los tiburones apenas han cambiado desde entonces. Los peces de aletas radiadas son muy comunes actualmente, pero aparecieron en el Devónico. No faltaban los peces de aletas lobuladas, que tenían pulmones para respirar. Sólo había un corto paso de los peces con aletas lobuladas a los animales terrestres de cuatro patas los anfibios. Estos peces desarrollaron patas y dieron origen al Ichthyostega, el primer anfibio que caminó fuera del agua. Figura 32: surgimiento de los anfibios Este anfibio no caminaba por un paisaje desierto. Nuevos tipos de plantas estaban evolucionando. Eran plantas vasculares, lo que significan que tenían un sistema para transportar los líquidos por sus tallos, Durante el período Devónico las plantas se hicieron aún más altas. Había equisetos de 10 metros de altura, como Archaeocalamites, con sus hojas parecidas a sombrillas. Hizo su aparición otro grupo de plantas, los helechos. A finales de este período, helechos gigantescos, dominaban la tierra con sus 20 metros de altura. El Ichthyostega no era el único animal terrestre. Entre la jungla en miniatura de licopodios, se arrastraba una serie de minúsculos animales. Arrastrándose entre las frondas, había ciempiés y milpiés, como ácaros y los primeros insectos. 5) El Periodo Carbonífero El período Carbonífero debe su nombre al carbón. El que consumimos hoy, inició su vida como plantas hasta hace unos 300 millones de años, en el período Carbonífero. Cuando los árboles muertos y otros vegetales caían en los pantanos, quedaban cubiertos de lodo. El período Carbonífero transcurrió desde 361 a 290 millones de años. Se conoce también como la Era de los Anfibios. Las condiciones eran ideales para ellos. Había mucha agua donde poner sus huevos. De éstos salían los renacuajos, que se desarrollaban en el agua y después se arrastraban en tierra firme, donde disponían de mucha comida. Había milpiés más grandes que tú. Otros animales más pequeños vivían también en el suelo del bosque. Pequeños animales parecidos a lagartos correteaban utilizando su lengua para saborear su entorno. Eran los primeros reptiles. El período Carbonífero contempló la evolución de los primeros reptiles, antepasados tanto de los dinosaurios como de los mamíferos. Los árboles del período no se parecían a los actuales. En realidad, eran versiones gigantescas de algunas plantas que hoy llamamos equisetos, licopodios y helechos. Cuando las plantas y los árboles morían, quedaban hundidos en el cieno, y gradualmente se convertían en turba. Cuando la propia turba se quedaba aplastada por nuevas capas de barro y arena, se convertía en carbón. En los animales terrestres existen las libélulas gigantescas. En el Carbonífero los dinosaurios, los mamíferos y las aves aún no existen. En los mares se extinguen los peces primitivos y se desarrollan los peces cartilaginosos y óseos posteriormente, no olvidemos que los anfibios invaden la tierra. Figura 33: la vida en el carbonífero 32 6) El Periodo Pérmico El período Pérmico transcurrió hace entre 289 y 246 millones de años. Durante este tiempo los mares retrocedieron y dejaron más tierra firme al descubierto. Surgieron grandes desiertos. Había extensos bosques de abetos y altos pinos. Los continentes empezaron a derivar hacia el Norte y los glaciares helados se desplazaron hacia el Sur. En este mundo cambiante, algunos animales se instalaron definitivamente en tierra firme. Como los reptiles actuales, ponían huevos en tierra firme y tenían una piel impermeable. Como ya no habían de poner los huevos en el agua, estos animales pudieron abandonar los pantanos y disfrutar de la libertad de vivir en tierra firme. Entre estos nuevos grupos, el de mayor éxito fue el de los reptiles mamiferoides. Un grupo especial de estos animales primitivos fue el de los pelicosaurios, que incluían algunos asombrosos reptiles con una vela en el dorso. Una enorme variedad de reptiles mamiferoides dominaba el mundo a finales del Pérmico. Algunos eran tan pequeños como ratones; otros avanzaban pesadamente como corpulentos hipopótamos. Cuando estos reptiles ocuparon el seco paisaje, algunos animales pasaron al aire y al mar. A pesar de su éxito, muchos de estos animales desaparecieron para siempre. No sabemos qué catástrofe acabó con tantos de ellos, cuánto duró la extinción masiva, ni por qué se produjo. Los científicos creen que hasta el 50% de los animales y plantas terrestres y más del 80% de los animales marinos se extinguieron a finales del período Pérmico. 5) La era Mesozoica o de vida media, se divide en tres períodos: a) b) c) el periodo Triásico, hace entre 248 a 208 millones de años el periodo Jurásico, de 207 a 144 millones el periodo Cretácico, de 143 a 66. Varias clases de dinosaurios vivieron durante los tres períodos: el Triásico, Jurásico y Cretácico. Surgieron a mediados del Triásico y se extinguieron definitivamente a finales del Cretácico. Durante los tres períodos el clima era más cálido y húmedo que en nuestros días. No se llegaba a extremos de calor y frío, ni había grandes diferencias entre el verano y el invierno. Tampoco existían zonas del planeta cubiertas de hielo y nieve, como en las actuales regiones polares. a) El Periodo Triásico El período Triásico, que duró desde hace 245 hasta 208 millones de años, fue el primero de los tres períodos en que vivieron los dinosaurios. Se dividía en dos subperíodos: el inferior y el superior. El Triásico inferior duró desde hace 245 hasta 232 millones de años, y el Triásico superior desde 231, más o menos cuando aparecieron los dinosaurios, hasta los 208 millones. El periodo triásico se produjo después de una extinción masiva, al final de la era Paleozoica, y es posible que esto haya permitido la expansión inicial de muchos animales. Como ya hemos dicho, los dinosaurios y muchos grupos importantes surgieron en el Triásico superior, mientras que la extinción masiva que tuvo lugar en el límite entre el Triásico y el Jurásico marcó la segunda fase de la expansión de los dinosaurios. El mundo del Triásico comprendía un sólo supercontinente llamado Pangea, y los dinosaurios y los demás animales eran capaces de recorrer cualquier parte del mundo sobre tierra firme. El clima era cálido y húmedo. Junto a los ríos y lagos empezaron a crecer varios tipos de plantas, como los helechos, las coníferas que se extendieron junto a los estanques. Algunos reptiles mamiferoides sobrevivieron desde el Pérmico hasta el Triásico. Sin tanta competencia de otros herbívoros y sin grandes océanos que cruzar, éstos rondaban a sus anchas por Pangea. El grupo de estos reptiles más desarrollado, los terápsidos, dio origen, hace unos 215 millones de años, a los mamíferos. Estos eran pequeños animales parecidos a musarañas, que probablemente cazaban de noche, atrapando insectos y otros animales diminutos. Los mares del Triásico estaban muy concurridos. Figura 34: Un antepasado de los mamíferos Los reptiles nadadores se impulsaban con las cuatro patas y capturaban peces con sus afilados dientes. Los ictiosaurios parecidos a delfines, nadaban en aguas poco profundas en todo el mundo en el Triásico. Al final de este período hubo otra extinción masiva, más pequeña, aunque acabó definitivamente con los reptiles mamiferoides, dejando así el escenario preparado a los dinosaurios, que empezaban su dominio de 165 millones de años en el planeta. 33 Los primeros dinosaurios estaban rodeados por gran cantidad de exuberantes plantas verdes. Esto les favorecía porque muchos de ellos eran herbívoros y tenían un apetito desmesurado. A su vez, estos herbívoros eran devorados por animales carnívoros. b) El Periodo Jurásico El Jurásico duró desde 208 hasta hace 145 millones de años. Se dividían en tres partes bastante diferenciadas; Jurásico inferior, el medio y el superior. El inferior duró desde 208 hasta hace 186 millones de años. El medio desde 186 hasta 164 millones de años. El superior desde 164 hasta hace 145 millones de años. En el período Jurásico inferior, el mundo empezó a cambiar. Los continentes empezaron a separarse, y la tierra cambió; llovía más y la tierra se cubrió de verdor. Ésta fue la verdadera época del reinado de los dinosaurios. Los bosques del Jurásico temprano estaban poblados de una gran variedad de dinosaurios herbívoros. En el período Jurásico medio el clima mundial se fue suavizando. La vegetación también se hizo más exuberante debido al aumento de las lluvias. Toda la tierra entonces estaba poblada por una gran variedad de dinosaurios y otros animales. Sapos, lagartos y tortugas compartían el mundo de los dinosaurios en los ríos. Los primeros sapos verdaderos aparecieron a mediados del Jurásico, mientras que las tortugas y los lagartos habían evolucionado mucho antes. Figura 35: la vida en el Jurásico En el Jurásico superior, gran parte de nuestro planeta estaba cubierta de grandes selvas. Los dinosaurios de esta época comprenden desde pequeños y veloces depredadores que se alimentaban de reptiles, hasta gigantescos herbívoros que llegaban a pesar hasta 110 toneladas. Otros animales característicos son los mamíferos con aspecto de rata, las tortugas de agua dulce, los cocodrilos y los pterosaurios del tamaño de palomas, de cola larga y dientes afilados para atrapar peces. Durante el período Jurásico, a mediados de la Era de los Dinosaurios, el clima se volvió cálido y húmedo. Los mares invadieron gran parte de la tierra firme, que se cubrió de una tupida alfombra de musgos y helechos. Los equisetos y helechos gigantes formaban densos bosques. En esta época, las plantas empezaron a producir por primera vez polen y semillas, que les ayudaban a reproducirse mejor. Una semilla es un embrión de planta con su propio almacén de alimento. Si llega al lugar adecuado, una semilla puede empezar la vida con buen pie y crecer a base de suministro de alimento. Las esporas, células reproductoras, de las plantas primitivas más simples no eran así. Las primeras plantas con semillas fueron las gimnospermas o semillas desnudas. Algunas plantas con semillas florecieron a principios de la Era de los Dinosaurios, mientras que estos animales se multiplicaban y las devoraban. Los fósiles muestran que las coníferas crecían en abundancia en los bosques del Jurásico. La sustancia dorada y vítrea llamada ámbar es resina fosilizada. se trata de la materia pegajosa que exuda un árbol cuando su corteza se resquebraja. Este último contiene a veces fósiles de insectos atrapados hace millones de años. c) El Periodo Cretácico El Cretácico duro desde hace 145 hasta 66 millones de años. Se dividía en dos partes, inferior y superior. En el Cretácico inferior los herbívoros llegaron a ser los dinosaurios más importantes. Vivieron más especies de dinosaurios que en ninguna otra época. Aunque había muchos herbívoros, no faltaban los fieros carnívoros, aunque fueron bastante pocos. El Cretácico superior fue una época de grandes cambios. Los continentes que hoy conocemos adquirían progresivamente su forma actual. Las estaciones empezaban a ser como las actuales. Durante esta época el mayor cambio fue la aparición de las flores. Las plantas arbustivas habían echado raíces por primera vez hacía más de 300 millones de años. 34 Los dinosaurios se extinguieron al final de este período con sorprendente rapidez. Algunos científicos creen que un meteorito gigantesco se estrelló contra la Tierra con tanta fuerza que se volatizó, formando nubes de polvo y vapor, hasta el punto de oscurecer el cielo durante meses e incluso años. Los dinosaurios quedaron atrapados en mortíferos ventisqueros. Los mamíferos, protegidos por sus pieles, sobrevivieron y acabaron dominando el mundo. Las pruebas que tenemos es un gran agujero en el Mar Caribe y en la tierra una capa de materiales del meteorito . Hacia el final de este período, el escenario había cambiado considerablemente. Nueve décimas partes de los bosques estaban compuestos por plantas con flores. Incluso mientras se extinguían los dinosaurios, las plantas con flores iban prosperando. Figura 36: la vida en el Cretácico 6. Era Cenozoica Es la era actual, se divide en dos periodos Terciario y Cuaternario. a) El Periodo terciario, fue un período que empezó hace 65 millones de años, cuando los dinosaurios se extinguieron, y finalizó hace 1,7 millones de años. Se divide en cinco épocas: a) el Paleoceno, de 65 a 56 millones de años b) el Eoceno, de 55 a 38 c) el Oligoceno, de 37 a 24 d) el Mioceno, de 23 a 6; e) el Plioceno, de 5 a 1,7. Este periodo se caracteriza porque los continentes empezaron a desplazarse hasta las posiciones que ocupan hoy. El paisaje fue asemejándose más o más al que nos rodea, y así aparecieron las plantas con flores, los mamíferos, y las aves actuales. Los continentes prosiguieron su desplazamiento, lo que produjo cambios climáticos. Los océanos se enfriaron alrededor de los polos y se formaron los casquetes polares. El clima se hizo más extremo. Muchos de los mamíferos y aves desaparecieron, pero surgieron los primeros antepasados de los animales actuales . Hace unos cuatro millones de años, América del Norte y del Sur se unieron por el istmo de Panamá. Los animales evolucionaron, se extendieron, emigraron y se extinguieron. Las gigantescas aves corredores carnívoras emigraron al Norte junto con los armadillos, los perezosos terrestres gigantes, las zarigüeyas y los puercoespines. Muchos marsupiales sudamericanos, se extinguieron por completo. Europa estuvo unida a América del Norte, Asia y África. Quizá fuera el hogar de los primeros mamíferos carnívoros. 35 Europa albergó también a un primitivo miembro de los primates, un primitivo miembro compuesto por lémures, monos y grandes simios. Durante el Oligoceno, la India colisionó con Asia y se formó la cordillera del Himalaya. Varios animales hicieron su entrada en la vida terrestre en Asia. Los conejos evolucionaron en este continente. Entre los fósiles asiáticos también se cuentan la primera ballena, el primer elefante y quizá los primeros murciélagos. En el Mioceno, evolucionó el primer oso verdadero. En Asia, durante el Oligoceno, había rinocerontes de todos los tamaños y formas. Asia también albergó a un gigantesco pariente de los caballos, un cerdo primitivo y un felino con dientes de sable. De Asia llegaron los marsupiales y los roedores y evolucionaron los grandes simios. Durante el Mioceno, África de unió a Europa y Asia. La expansión de las praderas aumentó y los conejos, los felinos, los rinocerontes y muchos carnívoros, insectívoros, cerdos y ciervos penetraron en los nuevos territorios. Los rumiantes se multiplicaron junto con sus depredadores. Durante el Oligoceno, Australia de convirtió en una isla lo cual permitió que prosperaran sus marsupiales. También sobrevivieron allí los mamíferos ovíparos. De estos últimos, hoy sólo existen dos especies: el ornitorrinco y el equidna. Allí evolucionaron zarigüeyas prehistóricas, enormes canguros, ratas canguro, junto con los marsupiales gigantes más primitivos y leones marsupiales. Los fósiles recientes son más comunes de los antiguos. Los fósiles tardan muchos miles de años en formarse, pero incluso cuando se están formando corren peligro de ser destruidos. Quizá resulten aplastados y se disuelvan en la roca fundida a gran profundidad, o afloren a la superficie y sufran la erosión del viento, el hielo y la lluvia. Por eso los fósiles más antiguos disponen de más tiempo para ir desapareciendo. Los fósiles del terciario tienen más posibilidades de sobrevivir que los de la Era de los Dinosaurios. El Plioceno es la quinta y última época del Terciario comenzó hace 5 millones de años y duró hasta hace unos 1,8 millones de años. Durante el Plioceno continuaron los movimientos tectónicos anteriormente explicados, sin hechos de mayor relevancia que la continua elevación de las Rocosas y los Andes en América, y las cordilleras Euroasiáticas desde los Alpes al Himalaya. Durante el Plioceno continuó la tendencia hacia un clima más frío y seco, aunque en nuestras latitudes todavía seguía siendo más cálido que en la actualidad. Los mamíferos continuaron evolucionando y el hecho zoológico más importante es la aparición de los primeros primates considerados como antecesores del hombre, con los géneros Austrolopithecus y Homo en África, al cual pertecemos. 5. Periodo Cuaternario Casi todos los grupos importantes de animales y plantas son como los actuales, pero se produce otro gran cambio. Algunos simios de África empiezan a caminar erguidos, usan herramientas, pierden el pelo y mejoran su inteligencia. Los gigantescos mamuts y otros animales sobreviven a las glaciaciones. El Cuaternario es junto con el Terciario el segundo período que forma el Cenozoico. Comenzó hace 1,8 millones de años y llega hasta nuestros días, está formado por las épocas Pleistoceno y Holoceno. a) El Pleistoceno El Pleistoceno comenzó hace 1,8 millones de años y duró hasta hace 10.000 años. Durante este período las tierras emergidas han adoptado las posiciones y formas con las que hoy las conocemos y las cadenas montañosas que hemos seguido anteriormente su crecimiento prosiguen con su lenta elevación. En el Pleistoceno hay que destacar la sucesión de períodos glaciales e interglaciales en los que el hielo llegó a cubrir una cuarta parte de la superficie terrestre emergida, durante estos períodos el agua que se acumulaba en forma de hielo hacía descender el nivel del mar, por lo que a lo largo de esta época este subió y bajó en varias ocasiones. El Pleistoceno fue la edad de oro de los grandes mamíferos: Mamuts, tigres dientes de sable grandes herbívoros, perezosos gigantes, etc. , aunque el hecho más relevante fue la evolución y dispersión de los homínidos. 36 En esta época hicieron su aparición el Homo erectus, el hombre de Neandertal y por fin nuestra especie, el Homo sapiens, que es la única especie de homínidos en la actualidad. Al final del período se fueron extinguiendo los grandes mamíferos que lo dominaron, quedando la fauna configurada como la conocemos hoy en día. b)El Holoceno Es la segunda época del Cuaternario, comenzó hace 10.000 años y seguimos en ella, se considera que abarca desde el fin de las épocas glaciales, aunque muchos científicos dicen que no existe como tal y que nos encontramos en un período interglacial del Pleistoceno. Paleontológicamente hablando no tiene relevancia, pues por convenio se consideran fósiles a los restos de más de 10.000 años. La Historia dura mucho menos que la Prehistoria. Se inicia cuando con el invento de la escritura ( 3 500 a. de N. E.) y llega hasta la actualidad. También tiene divisiones temporales, que son: Edad Antigua, Edad Media, Edad Moderna y Edad Contemporánea. El reloj de la evolución Se cree que las formas de vida simple aparecieron en la Tierra hace unos 3,8 mil millones de años, pero los homínidos sólo hace unos 5 millones de años. 37 Guía de actividades N° 5 1. “La Paleontología tiene por especialidad el estudio de los rastros que dejan los organismos vivos a lo largo de la historia de la Tierra, generalmente llamados Fósiles” Según la afirmación anterior explica la importancia de esta rama biológica y proyéctate además resumiendo que tipo de información proporciona a los científicos actuales. 2. ¿Qué es un Fósil? ¿Cómo podría formarse un fósil? 3. Los insectos y animales pequeños que resultan atrapados en las resinas de los árboles se convierten en Fósiles cuando esta secreción se seca y se endurece, transformándose en ámbar, a través del cual puede verse la criatura capturada como si fuese una bola mágica que nos trasladara al pasado. ¿ Qué tipo de organismos han sido descubiertos en ámbar y cuál ha sido su utilización científica? 4. ¿Cómo se estudian los Fósiles y como se determina su edad ? 5. ¿Dónde se pueden encontrar Fósiles? 6. Lee y comprende el siguiente texto: “ Los primeros seres vivos eran sólo células libres nacidas en el Océano durante los primeros tiempos del planeta. Muchas de ellas se agruparon en colonias que fueron evolucionando a seres pluricelulares complejos: los invertebrados, es decir, los Animales sin vértebras. Algunos de ellos evolucionaron dentro del Océano, como Celentéreos y Equinodermos; otros, compartieron especies entre el mar y la tierra firme, como Moluscos o Crustáceos; y otro grupo más definitivamente salió a la superficie y se adentró en tierra firme, como los Insectos. A partir de los invertebrados, millones de años más tarde, aparecerán los primeros animales con un cordón nervioso parecido al de la médula espinal, aunque sin vértebras aún. Hoy en día existen algunos descendientes de estas criaturas marinas. El milagro de los vertebrados aparece entre el período Cámbrico y el Ordoviciense de la Era Paleozóica, hace unos 500 millones de años, cuando surgen los Peces a partir de una rama de estos Animales con médula espinal pero sin vértebras. Los primeros Peces, sin embargo, eran distintos de los actuales: unos con bocas sin mandíbulas (los Ostracodermos) y otros con cuerpos acorazados con placas (los Placodermos). Los llamados Peces Cartilaginosos o con cartílagos aparecerían posteriormente, como los Tiburones (Escualos). Unos 350 millones de años después, un grupo de los Peces comienza a desarrollar la capacidad de adentrarse en tierra firme, dando origen a los Anfibios, los primeros vertebrados en colonizar el exterior. Aparecen por el período Devónico, evolucionando en varias ramas, muchas de las cuales desaparecieron. El primer Anfibio conocido se llamaba Ichthyostega, semejaba una mezcla curiosa de cocodrilo con salamandra y medía hasta un metro de cabeza a cola. Con el pasar de los años, muchos Anfibios se especializaron en la vida en tierra, descartando el desarrollo por metamorfosis, que exigía la necesidad de poner huevos en el agua. Ahora, estos nuevos seres escamosos ponían sus huevos en tierra y nacían sin necesidad de pasar por una metamorfosis para alcanzar la edad adulta. Nacían así los Reptiles, durante el Carbonífero, hace más de 300 millones de años. Sus primeros representantes eran pequeños lagartos de aspecto tosco, pero que evolucionaron a criaturas más grandes y pesadas durante el período pérmico, llegando a aparecer Reptiles enormes, de aspecto monstruoso y varios metros de longitud, mucho antes de que debutaran los famosos Dinosaurios. Recientemente, se ha encontrado en Escocia al Reptil más viejo conocido, con unos 25 centímetros de longitud y con aspecto de lagartija, que ha sido llamado Casineria Kiddi, y que por sus 340 millones de años, queda situado muy cerca del origen de los Anfibios. Los Reptiles conquistaron con mucho éxito la Tierra, desarrollándose en una gran cantidad de especies y variedades de todos los tamaños y aspectos, desde las Tortugas (los Quelonios) hasta ancestros de los actuales Cocodrilos (los Arcosaurios) pero de casi 15 metros de longitud. 38 Otros Reptiles desarrollaron un cuerpo parecido al de los Mamíferos, pudiendo tener probablemente hasta pelos (los Baurimorfos y los Cinodontes); también había algunos voladores (los Pterosaurios) y nadadores con forma de Delfines (los ictiosaurios). Las Serpientes (Ofidios), en cambio, son criaturas recientes. Realiza un esquema o mapa de conceptos referente a la reseña histórica del desarrollo y evolución de la vida en el planeta 7. ¿Qué son y cuándo aparecen los famosos Dinosaurios? Nombra algunos tipos de ellos y sus características relevantes 8. Existen varias hipótesis que pretenden explicar la desaparición de los dinosaurios en la tierra ,Podrías tú explicar según estas posibles respuestas ¿Por qué se extinguieron los Dinosaurios? 9. ¿En qué momento geológico surgen los animales más avanzados como aves y mamíferos propiamente tal? 10. La evolución de los homínidos marcó la tendencia más importante al bipedalismo y al desarrollo de una mano prensil, además, un desarrollo de la capacidad craneana y la adquisición de un lenguaje. Explica que hechos son los más resaltantes en la evolución de los homínidos que les permitieron ser los organismos dominantes del planeta desde aquellos tiempos 39 PARTE VI Evidencias de la evolución orgánica No hay probablemente en toda la ciencia, otra teoría que provoque tanta oposición emocional como provoca la evolución biológica por selección natural. Las ideas antievolucionistas y creacionistas (defensores del origen divino de la diversidad biológica) han sido y son, muy influyentes y como el fundamentalismo religioso parece no tener fronteras, parece que estas ideas comienzan a extenderse por todo el mundo. Uno de los principales argumentos que esgrimen los antievolucionistas de todo tipo es que la Teoría de la Evolución es sólo eso, una “teoría”. Y, por mucho que les pese a algunos, no cambia el hecho de que hasta ahora no existe ninguna otra hipótesis científica para explicar y hacer predicciones sobre el origen y la diversidad biológica. La evolución de los seres vivos es un hecho, y hay tantas evidencias a su favor como intentos de refutarla.. Entre las muchas evidencias existentes a favor de la Teoría de la Evolución, las más destacadas son las siguientes: El Registro Fósil: El registro fósil nos proporciona una historia del pasado que, demuestra un cambio evolutivo a lo largo de 4000 millones de años. El registro puede contener zonas oscuras y eslabones perdidos, pero la evidencia fósil claramente demuestra que la vida es muy vieja y ha cambiado a lo largo del tiempo. Hay numerosos ejemplos de formas de transición (organismos que son estados intermedios entre una forma ancestral y su descendiente) en el registro fósil que proporcionan las evidencias más claras de que hay un cambio a lo largo del tiempo. Las Homologías: La teoría evolutiva predice que los organismos emparentados comparten similitudes que son heredadas de un ancestro común. Estas características similares se conocen como homologías. Las homologías se descubren comparando las diferentes anatomías de los seres vivos, mirando las diferencias y similitudes celulares, estudiando el desarrollo embrionario o estudiando las estructuras vestigiales dentro de los organismos. Por ejemplo, anfibios, reptiles, aves y mamíferos tienen, aparentemente, extremidades muy diferentes que reflejan sus diferentes estilos de vida. Pero todos ellos comparten el mismo conjunto de huesos: el húmero, radio y cúbito. Estos huesos son los mismos que los observados en el fósil de un animal de transición ya extinto, el Eusthenopteron, lo que evidencia el origen común de todos ellos. Figura 37: Homologías como evidencias de evolución Evidencias biogeográficas: La distribución geográfica de los seres vivos nos demuestra una progresiva diversificación adaptativa que les ha permitido colonizar nuevos ambientes. Es decir, las especies se originan en áreas concretas a partir de la cual se dispersan colonizando nuevos ambientes dando lugar a un proceso de especiación que genera un mayor número de especies. 40 Observaciones directas: Aunque la mayoría de las evidencias a favor de la evolución provienen del pasado, hay observaciones directas en el presente o en un pasado muy reciente. Por ejemplo, la selección artificial de los animales domésticos y la agricultura o las interacciones de los organismos con sus ecosistemas. Además, hay muchos experimentos como los llevados a cabo con guppies (peces muy comunes de acuario) o moscas de la fruta, que demuestran en el laboratorio como funciona la adaptación por selección natural y que ponen de manifiesto el poder de las mutaciones genéticas. En conclusión, ninguna otra teoría acerca del origen y mantenimiento de la diversidad biológica posee tal cantidad de evidencias ni está apoyada por tal cantidad de estudios científicos como la actual Teoría de la Evolución. Por tanto, juzguen ustedes mismos como estudiantes críticos si es más razonable creer al 100% el argumento divino de un Dios creador de todas las cosas en forma inalterable en el tiempo o, aceptar la creación divina pero reconociendo que la evolución es un hecho y no contradice en su esencia las explicaciones religiosas y fixistas. Las evidencias evolutivas 1) Paleontología De las evidencias más convincente para aceptar la realidad de la evolución orgánica es el hallazgo de "fósiles", que testimonian la transformación de algunas especies en los tiempos pasados. El término fósil se refiere a estructuras de organismos primitivos o a sus impresiones, preservadas en las rocas y otros depósitos sedimentarios desde épocas prehistóricas. A veces los fósiles están formados por las partes duras de animales y plantas, tales como conchas, huesos, porciones lignificadas de un vegetal y otras estructuras que se han "petrificado" por infiltración de sustancias minerales. En otras, los fósiles son “moldes" que se formaron al endurecerse los materiales que envolvían al organismo enterrado, después de lo cual este se descompuso y fue eliminado por acción de las aguas subterráneas. También se conocen fósiles constituidos únicamente por la "impresión" que dejó el cuerpo del individuo desaparecido, una huella similar a la que se produce cuando alguien apoya un pie sobre el piso reblandecido. Figura 38 a) : Reconstrucción de un Ammonites, mostrando el aspecto que estos Moluscos tenían en vida. Figura 38 b) : Este Fósil corresponde a un Trilobites, crustáceos que se encuentran entre los animales más antiguos de la Tierra, del período Ordoviciense de la Era Paleozoica. Sólo excepcionalmente se descubren fósiles que representan la totalidad del organismo; el ejemplo más citado es el de algunas plantas, insectos y arañas que se han conservado incluidas en ámbar, una resina de pino, que existieron hace millones de anos. La edad relativa de los fósiles ha sido determinada, generalmente, por su ubicación en las capas rocosas de la corteza terrestre. Tales capas, o '”estratos”', aparecen colocadas, una sobre otra, en el mismo orden de su formación, vale decir, la capa más profunda de la corteza es la más antigua, y la que ocupa la parte superior, la mas nueva o moderna. Desafortunadamente, esta sucesión cronológica de los estratos no siempre se mantiene, ya que puede ser alterada por diferentes perturbaciones geológicas. Por ejemplo, el plegamiento o la fractura de ciertos sectores de la corteza terrestre a determinado que algunas capas muy profundas queden depositadas sobre estratos formados recientemente. De los métodos utilizados para estimar la edad de los estratos rocosos y de los fósiles que contienen, el más preciso deriva de los conocimientos modernos acerca de la radiactividad. Como tú sabes los elementos radiactivos se descomponen gradualmente, a una velocidad constante, hasta transformarse en nuevos elementos. Por ejemplo, el "tiempo de vida media' del Uranio, es decir, el tiempo necesario para que la mitad de una determinada cantidad de uranio se convierta en plomo, es de 4510 millones de años. Con este antecedente, Si una roca contiene Uranio 238 y plomo, se puede conocer la edad de la roca, calculando la relación entre la cantidad de uranio y la cantidad de Plomo que se Formo a partir de ese elemento radiactivo. 41 El método radiactivo ha resultado muy útil para medir la edad de muchos fósiles. Uno de los procedimientos se basa en el hecho de que todo organismo viviente posee una pequeñísima cantidad de carbono radiactivo, el carbono-14, cuyo tiempo de vida media es de unos 5. 730 años (es decir que, cada 5730 años, se reduce a la mitad}. en consecuencia, si el resto fósil de un animal - un hueso, por ejemplotiene la mitad de la cantidad de Carbono-14 que posee actualmente ese organismo, se podrá establecer que la edad del fósil investigado es de 5730 años, aproximadamente. Gracias a la perfecta preservación de algunos fósiles cenozoicos, la paleontología ha podido reconstruir detalladamente la historia evolutiva de diferentes mamíferos contemporáneos. Uno de los ejemplos mas notables es el estudio de la evolución del caballo, fundamentado en el testimonio de numerosos fósiles (dientes, huesos de las extremidades y de otras partes del esqueleto) hallados en los estratos del período terciario. Como lo ilustra la figura a continuación, el antepasado más antiguo del caballo moderno es el Eohippus, pequeño animal del tamaño lo de un perro mediano, cuyas extremidades terminaban en cuatro dedos separados entre si; sus molares eran de corona corta y carecían de los pliegues de esmalte que exhiben los del caballo moderno. Más tarde aparece el Mesohippus, del tamaño de una oveja y con tres dedos en sus patas; los molares, todavía pequeños, comenzaban a desarrollar pliegues superficiales. El proceso evolutivo da lugar, enseguida, al Merychippus, un poco más grande que su antecesor. Los tres dedos persisten, pero los dos laterales no tocaban el suelo normalmente; los molares, a su vez, tenían la corona mas ancha y con mayor numero de pliegues. Estos cambios se acentúan en el Pliohippus, un animal que alcanzaba el tamaño de un pony actual y pisaba únicamente con el dedo del medio envuelto en un casco o pezuña. Los dedos laterales estaban representados por huesos rudimentarios; los molares eran de corona relativamente alta, con numerosos pliegues de esmalte en la superficie triturante. Al terminar el periodo terciario aparece finalmente el Equus, vale decir, el género al cual pertenecen los caballos modernos. Como se sabe, los caballos actuales pueden tener hasta casi 2 metros de alzada y cada una de sus patas termina en un solo dedo, cayo extremo esta recubierto por una gran pezuña; de los dedos laterales (2 y 4) quedan solamente los restos de los huesos metacarpianos y metatarsianos. Los molares son de coronas anchas con repliegues de esmalte muy ondulados. Figura 39. Evolución del caballo En resumen, el examen de restos fósiles de organismos "extinguidos" ha hecho posible reconstruir la historia evolutiva de ciertas especies, como la del caballo moderno. Líneas similares de descendencia han sido establecidas para elefantes, camellos, jirafas y otros animales. 42 Desgraciadamente, la paleontología no siempre contribuye de manera tan efectiva al estudio de la evolución, porque el registro de fósiles nunca es completo y a menudo, faltan partes constituyentes o estructuras importantes. 2. Anatomía comparada La anatomía comparada ha suministrado una serie de datos que pueden ser interpretados satisfactoriamente aplicando el concepto de evolución. Aquí se recordaran solamente tres rasgos morfológicos de singular importancia: los órganos homólogos, los órganos análogos y las estructuras vestigiales. Órganos homólogos y análogos El estudio anatómico de diversos grupos de animales y vegetales. realizados de un modo comparativo, revela que diferentes organismos poseen órganos homólogos, o sea , órganos que son similares en su origen embriológico, en su estructura y en sus relaciones con las partes vecinas, aun cuando no tengan semejanzas en su aspecto o en las funciones que desempeñan. Compara, por ejemplo, la aleta anterior de una ballena. el ala de un murciélago, la pata anterior de un caballo y la extremidad superior de un hombre, esquematizadas en la figura Figura 40: Órganos homólogos en animales. Aparentemente, no hay similitud morfológica ( en su forma) ni funcional entre estos órganos; sin embargo, son homólogos, porque tienen orígenes similares y están construidos según el mismo plan fundamental: la parte que se articula con el cuerpo consta de un solo hueso, el húmero; el segmento que sigue tiene dos, cúbito y radio; la porción terminal está constituida por grupos de huesecillos que forman, sucesivamente, el carpo, el metacarpo y, por último, los dedos. La existencia de órganos homólogos encaja perfectamente con la idea de que las especies vivientes se originaron de formas ancestrales y que estas evolucionaron gradualmente a lo largo de varias líneas, adaptándose a diferentes modos de vida. La homología descrita muestra claramente que la aleta anterior de la ballena, el ala del murciélago, la pata delantera del caballo y la extremidad superior del hombre, son modificaciones de un plan básicamente similar que debe haber evolucionado desde un antepasado común, al adaptarse esos mamíferos a diferentes condiciones de vida. Esta evolución de una sola especie ancestral. dando origen a una variedad de formas distintas se le da el nombre de radiación adaptativa o evolución divergente. Al aplicar el concepto de homologo como prueba de parentesco evolutivo, debe ponerse especial cuidado en no confundir los órganos "homólogos" con los órganos "análogos", que son estructuras funcionalmente similares, pero diferentes en su origen embrionario y en su plan de construcción. Por ejemplo, las alas de una mariposa y las alas de un pájaro son análogos: cumplen igual función (capacidad para volar), pero difieren en su origen y en su plan estructural. Las alas de la mariposa son repliegues de la cubierta del tórax reforzados por nervaduras longitudinales del exoesqueleto; en cambio, las alas del pájaro representan modificaciones de las extremidades anteriores de los vertebrados. Las estructuras análogas se encuentran a menudo en organismos que comparten el mismo medio ambiente, pero que han evolucionado de diferentes especies ancestrales y tienen, por consiguiente, una relación de parentesco muy lejana. Al vivir en condiciones ambientales similares, esos organismos tan desvinculados entre si han desarrollado estructuras análogas que los hacen muy parecidos superficialmente. Esta evolución en la que especies de origen enteramente diferentes tienden a parecerse más y mas al habitar el mismo tipo de medio, se denomina evolución convergente. Estructuras vestigiales Otro hallazgo en anatomía comparada, que ha contribuido a fortalecer la idea de evolución, es la existencia de órganos vestigiales. Se trata de pequeñas estructuras que no desempeñan aparentemente ninguna función conocida. El ejemplo más citado es el apéndice vermicular del hombre, una prolongación del ciego o primer segmento del intestino grueso. En animales herbívoros, como el conejo, el ciego constituye un gran depósito donde se almacenan, temporalmente, los alimentos y muchos 43 microorganismos capaces de digerir la celulosa En el hombre, la presencia del apéndice vermicular - que es una parte del ciego- indicaría que algunos de los antepasados humanos eran herbívoros. Otro ejemplo familiar de estructura vestigial es el cóccix del cuerpo humano. Por lo que se sabe, este grupo de huesos es una estructura inoperante en nosotros; pero en ciertos mamíferos tiene valor, porque genera la cola. Se supone que los genes para el cóccix humano fueron heredados de algún antepasado remoto, para el que era importante desarrollar sus vértebras caudales. Aunque se mencionan corrientemente decenas de estructuras vestigiales del hombre (molares del juicio, repliegue semilunar, vello corporal, músculos que mueven las orejas, etc.), la identificación no ha sido siempre correcta Miles de animales y vegetales poseen estructuras rudimentarias, cuya presencia puede explicarse solamente aceptando la idea de evolución. Las ballenas carecen de extremidades posteriores, pero en su musculatura abdominal se descubren unos huesecillos atrofiados y sin función, que son los últimos vestigios de las extremidades desaparecidas. Las aves ápteras o no voladoras, por su parte, poseen huesos de alas rudimentarios. 3. Embriología En diferentes grupos de animales, los diversos estados del desarrollo embrionario son asombrosamente similares, especialmente durante los procesos de segmentación, morfogénesis y primeras etapas de la diferenciación. Figura 41: Antecedentes embriológicos de la evolución Estas similitudes, consideradas como evidencias para la evolución, pueden ser percibidas claramente en la figura anterior, que representa, de manera esquemática, la comparación de algunos embriones de vertebrados en tres etapas sucesivas de su desarrollo. Para explicar tanta similitud en las etapas iniciales del desarrollo de los vertebrados, se supone que estos animales heredaron, de algún remoto antepasado común, el grupo de genes que regulan los primeros estados embrionarios. Después, con el progreso evolutivo, se agregaron nuevos genes que han determinado un desarrollo diferente para los peces, reptiles, aves y mamíferos, organismos que conservan todavía los genes responsables de las primeras fases embrionarias. 44 En todos los organismos superiores, algunas de las estructuras que aparecen tempranamente en la vida embrionaria, experimentan modificaciones sustanciales o pueden desaparecer íntegramente a medida que progresa el desarrollo. Un ejemplo clásico es la presencia de hendiduras branquiales en los primeros estados embrionarios de los mamíferos, incluido el ser humano. El descubrimiento de estas estructuras inoperantes que aparecen temporalmente durante el desarrollo embriológico de los organismos, llevo a los biólogos del siglo XIX a pensar que los diferentes estados embrionarios de un animal registran, en forma abreviada, la historia evolutiva de sus antecesores. Basándose en tal hipótesis, el zoólogo alemán Ernest Hacckel formuló la llamada ley filogenética: " la ontogenia repite la filogenia vale decir, “el desarrollo de un individuo (ontogenia} es una repetición abreviada del desarrollo de su especie (filogenia). La ley biogenética recibió apoyo considerable al descubrirse que, en el desarrollo de los diferentes vertebrados, estos pasan por una serie de estados embrionarios transitorios en los que se reproducen, aproximadamente, ciertos rasgos o estructuras anatómicas que aparecen de un modo permanente en la edad adulta de los grupos vertebrados inferiores. Los peces, por ejemplo, presentan estructuras branquiales durante su desarrollo, las que se conservan en el estado adulto. En los anfibios, los renacuajos de la rana respiran por branquias que son externas al principio, en seguida internas y, finalmente, desaparecen para ser reemplazadas por los pulmones que caracterizan al adulto. Los reptiles, aves y mamíferos exhiben, en determinadas foses de su desarrollo embrionario, hendiduras branquiales que jamás funcionan, aunque son comparables con aquellas de los vertebrados inferiores. En el hombre, por último, las hendiduras branquiales de los primeros estados embrionarios se cierran prontamente, excepto una que persiste y da lugar a la trompa de Eustaquio. Otro órgano de los vertebrados que recapitula su propia historia evolutiva en el transcurso del desarrollo embrionario, es el corazón. Los peces, el grupo más primitivo de los vertebrados, poseen un corazón con solo dos cavidades: una aurícula y un ventrículo. En los anfibios y reptiles, el corazón presenta dos aurículas y un ventrículo. Finalmente, las aves y mamíferos, considerados como grupos superiores de los vertebrados, tienen un corazón de cuatro cavidades: dos aurículas y dos ventrículos. Esta modificación progresiva del órgano cardiaco es repetida, en el mismo orden, durante el desarrollo embrionario del corazón humano. El entusiasmo provocado por la ley biogenética condujo, lamentablemente, a exagerar el significado de la recapitulación, hasta el punto de suponer que cada estado del desarrollo embrionario representaría un tipo de animal con un diseño anatómico similar. El hombre, por ejemplo, en las primeras etapas de su desarrollo pasaría sucesivamente por las fases de pez, anfibio y reptil. Para los biólogos de hoy día, es evidente que los embriones de los animales superiores se asemejan a los embriones de las formas inferiores, pero en ningún caso a los adultos, como creían los seguidores de Haeckel. La recapitulación que ocurre en algunas pocas estructuras embrionarias de los vertebrados, se debe primordialmente a que estos animales comparten cierta cantidad de genes ancestrales que regulan su desarrollo individual. Mientras más próximo es el parentesco evolutivo entre los vertebrados, tanto mayor es el número de genes comunes a ellos. 4. Bioquímica El estudio bioquímico de los organismos vivientes ha sido particularmente fructífero en lo que respecta al aporte de testimonios para la evolución. De hecho, la semejanza bioquímica de los seres vivos es uno de los rasgos más notables del mundo biológico. Todos tos organismos conocidos producen ácidos nucleicos, especialmente ADN y ARN; todos utilizan ATP en sus transferencias energéticas y, sin excepción, canalizan sus reacciones bioquímicas mediante enzimas que son similares en numerosas formas vivientes. Esta uniformidad de sustancias y de fenómenos químicos en tan fabulosa diversidad de vida es difícil de interpretar sin recurrir al concepto de evolución. Presumiblemente, los ácidos nucleicos y otros componentes insustituibles del protoplasma comenzaron a operar desde que se inició la historia de la vida, de tal manera que todos los organismos, pasados y presentes, han heredado la capacidad de sintetizarlos y ponerlos al servicio de sus actividades vitales. Las investigaciones bioquímicas han revelado que enzimas idénticas en su actividad química son, sin embargo, diferentes en algunos aspectos de su composición. Se cree que esto es posible, porque solo una parte restringida de la molécula estaría involucrada directamente en la reacción química, mientras que la porción restante deferiría un poco en la secuencia de los aminoácidos. Así se explica que una determinada clase de enzima pueda variar en diferentes especies de animales o plantas. Si la interpretación es correcta, uno debe esperar que mientras más grandes sean las semejanzas en estas moléculas de proteínas, mayor será el parentesco evolutivo de los organismos que las poseen. Tal predicción ha sido verificada muchas voces, estudiando las reacciones antígeno- anticuerpo que son similares, en principio, a las utilizadas para determinar los grupos sanguíneos de las personas. Como se sabe, el organismo animal produce sustancias químicas especificas, denominadas anticuerpos, en respuesta a la invasión de su cuerpo por proteínas extrañas, llamadas antigenos. 45 Por ejemplo, si una pequeña cantidad de sangre humana es inyectada a un conejo, el plasma sanguíneo de este animal desarrollara anticuerpos contra las proteínas introducidas en su organismo. Hasta ahora se extrae sangre del conejo, la coagulación de ella originara un suero rico en esos anticuerpos. Al mezclar este suero con una muestra de sangre humana, se observa la formación de un abundante precipitado, producto de la reacción antigeno-anticuerpo. Cuando la mezcla se hace con sangre de un mono antropoide, en reemplazo de la sangre humana, el precipitado que se forma es menos denso, pero todavía abundante. Al repetir la misma operación con sangre de otros mamíferos, la cantidad de precipitación que se obtiene es menor cuanto mas distante es el parentesco evolutivo del hombre con el animal investigado a través del examen serológico. En otras palabras, las semejanzas de las proteínas de diferentes organismos, reveladas por las reacciones antigeno-anticuerpo, corroboran la existencia de vinculaciones filogenéticos que solo adquieren significación a la luz del concepto de evolución. Figura 42: Secuencia proteica comparativa entre especies emparentadas 5. Distribución geográfica de los organismos Es un hecho bien conocido que las especies animales y vegetales no están distribuidas uniformemente sobre la superficie terrestre. La jirafa, por ejemplo, vive normalmente en el África austral; el tigre, en la India; el camello con dos jibas, en el Asia central, y el oso hormiguero, en el este de América del Sur; con las plantas ocurre lo mismo: la "Sequoia gigante" es propia de California (U.S.A.), mientras que la "Araucaria araucana" lo es del sur de Chile. Por otra parte, se presenta también lo contrario: otros animales, como venados y osos de varias clases, se encuentran ampliamente distribuidos a través de Europa, Asia y América del Norte, así también especies vegetales como el roble, el álamo y el pino. Se podría suponer que la distribución geográfica de animales y vegetales esta determinada por factores ecológicos, es decir, cada especie habitaría las regiones de la tierra donde las condiciones ambientales son apropiadas para su existencia Sin embargo, varias zonas geográficas, con climas y otros factores ambientales similares, tienen faunas y floras radicalmente diferentes. Asimismo, sólo excepcionalmente una especie cualquiera se encuentra en todos los lugares del mundo donde hay condiciones favorables para su vida. Esto ultimo ha sido claramente demostrado al introducir animales o plantas en países donde no existían. Por ejemplo, en Australia no había conejos hasta que los llevaron los colonizadores europeos; los ejemplares introducidos hallaron condiciones ambientales tan positivas, que se reprodujeron abundantemente hasta llegar a ser una verdadera plaga. Algo parecido Ocurrió en Chile con la introducción de la zarzamora. En verdad, son muchos los hechos relativos a la distribución geográfica de los Organismos que pueden explicarse únicamente por la historia evolutiva de las especies. Cuando C. Darwin visitó las islas Galápagos, a unos 900 kilómetros al oeste de Ecuador, encontró 14 especies de pinzones que eran muy semejantes entre sí, pero con importantes diferencias en sus picos que están adaptados a distintos regímenes de alimentación. Después de un estudio meticuloso, Darwin concluyó que todas estas aves provenían de una sola especie ancestral que emigró, hace mucho tiempo, del continente sudamericano hacia las Galápagos. Al quedar aisladas en diferentes islas, distantes unas de otras, las correspondientes poblaciones de pinzones fueron diferenciándose gradualmente y, como no podían cruzarse con sus parientes de las demás islas, surgieron varias especies con distintos hábitos y aspectos. Tal fue, sucintamente, la explicación de Darwin para la distribución geográfica de los pinzones. Figura 43: Los pinzones de Darwin 46 Se supone que durante la era mesozoica, Australia estaba conectada con Asia y el continente americano, de tal manera que los animales podían desplazarse de una región a otra. Como, en esa era, la evolución de los mamíferos había alcanzado la etapa de los marsupiales, estos animales se dispersaron a través de Asia, América y Australia. Antes de que aparecieran mamíferos más avanzados, Australia quedó aislada del resto del mundo, por hundimiento de ciertos sectores de la corteza terrestre o el ascenso del nivel de las aguas oceánicas. Con el correr de los siglos, en algunas regiones geográficas, distantes de Australia, se desarrollaron los mamíferos placentarios que eran, probablemente, más eficientes que los marsupiales en la obtención de alimentos y en la capacidad para escapar de los predadores. Como consecuencia, los nuevos mamíferos placentarios reemplazaron gradualmente a los marsupiales en las regiones donde coexistían ambos grupos. Australia, aislada por la barrera oceánica, no pudo ser invadida por los mamíferos superiores, de manera que los marsupiales de su territorio sobrevivieron y evolucionaron hasta producir las especies actuales: canguros, koalas y wombais. Figura 44:Deriva continental, separación del supercontinente Pangea Los dos ejemplos mencionados confirman que la distribución geográfica de los organismos es una importante evidencia para la evolución, porque no se puede comprender el área de dispersión de esas o cualquier otra especie, sin invocar el concepto evolucionista como parte de la explicación. Otro problema interesante es la distribución geográfica de los marsupiales, mamíferos primitivos representados principalmente en Australia: canguros, koalas y wombots. Recuerde que los marsupiales dan a luz a una descendencia en estado bastante inmaduro y la transfieren a la bolsa marsupial del abdomen materno, donde completan su desarrollo alimentándose con la leche que producen las glándulas mamarias. Fósiles de marsupiales extinguidos se encuentran en diversas partes del mundo, pero son muy pocas las especies de marsupiales vivientes que existen fuera de Australia, aunque las condiciones climáticas son favorables a ellas en otras regiones terrestres. ,Cual puede ser la explicación de esta peculiar restricción geográfica de los marsupiales? 6. Taxonomía Desde la época de Linneo, la clasificación de los organismos se ha basado, principal mente, en la presencia de órganos homólogos, estructuras que tienen orígenes similares y se hallan construidas según el mismo plan fundamental. Las homologias son más completas entre los individuos de la misma especie y decrecen, progresivamente, a medida que aumenta la jerarquía de las categorías taxonómicas: especie ,género, familia, orden, clase, phylum y reino. 47 Para los biólogos de hoy día, los diferentes grados de homologia en las distintas categorías taxonómicas son consecuencias de la evolución de las especies a partir de un antepasado común. Por ejemplo, todas las especies del phylum cordados poseen, o presentan, en algún momento de su vida, hendiduras branquiales y otras estructuras homólogas, porque en un tiempo remoto tuvieron un mismo antecesor. Estas semejanzas entre los miembros de un grupo taxonómico son tanto mayores cuanto más reciente es la forma ancestral que les dio origen. Así, los integrantes de una "clase' coinciden en un mayor número de órganos homólogos, porque su antecesor común es más reciente que el correspondiente a todas las especies de un "phylum". Las especies de un "orden" se asemejan aun mas, porque han evolucionado de un antepasado común que es, cronológicamente, menos antiguo. De acuerdo a esta línea de razonamiento, la gran similitud en las estructuras homólogas de las especies de un "género" revela que el antepasado común de tales especies apareció en la Tierra recientemente. Desde el momento en que los biólogos se convencieron de que los diferentes tipos de organismos están emparentados mediante sus antepasados, los taxónomos han tratado de afinar sus clasificaciones estudiando, además de las semejanzas estructurales, cualquier testimonio de relaciones filogenéticos: semejanzas bioquímicas, genéticas, embriológicas y otras mas. Frecuentemente, los taxónomos difieren entre si frente a la interpretación que le dan al testimonio, lo que explica la existencia de varios sistemas de clasificación más o menos discrepantes. Categorías taxonómicas Las categorías son son niveles de importancia que el hombre invento para encontrar un orden adecuado en la naturaleza y son: 1.- Reino: abarca a los seres de la naturaleza, existen 3: vegetal, animal y mineral. 2.- Phylum o División: Es el conjunto de clases. 3.- Clase.- Es el conjunto de orden. 4.- Orden.- Es un conjunto de familia. 5.- Familia.- Conjunto de géneros. 6.- Genero.- Conjunto de especies. 7.- Especies.- Conjunto de individuos. Ejemplo: Ser humano Reino : Phylum : Clase : Orden : Familia : Genero : Especie : Animal Vertebrado Mamífero Primate Hominidae Homo Sapiens 7. Evidencia de la genética En el transcurso del siglo XX, la genética ha hecho importantes contribuciones que comprueban la existencia de la transformación de las especies. Tú sabes que los organismos no permanecen iguales debido a que la mutación (génica y cromosómica) y la recombinación genética (en la meiosis) incrementan la variabilidad en las poblaciones. Por tanto, la mutación y la recombinación genética pueden ser consideradas como la "materia prima”. de la evolución. La extraordinaria diversidad que puede observarse en casi todos los animales domésticos y plantas cultivadas, testimonia no solo la variabilidad de las especies sino, además, la habilidad del hombre para producir cambios evolutivos en su propio beneficio. Cada vez que un ganadero trata de mejorar un determinado rasgo de sus animales, selecciona los ejemplares que presentan con más nitidez la característica deseada y, en seguida, procede a cruzarlos entre si para obtener una generación en la que haya mayor número de individuos provistos de esa cualidad. De estos animales, selecciona nuevamente a los que son mejores con respeto al carácter elegido y los vuelve a cruzar. Los procesos de selección y cruzamiento continúan a lo largo de varias generaciones hasta conseguir los resultados que se persiguen. Este procedimiento, denominado selección artificial, ha permitido obtener caballos más veloces, vacas que producen más leche, gallinas que ponen más huevos y cerdos con más carne. El mismo procedimiento, aplicado al cultivo de los vegetales, ha permitido el desarrollo de gramíneas resistentes a ciertas enfermedades y, en general, rendimientos muy superiores en las cosechas de cereales, hortalizas y frutales. En todos los casos, lo que se ha logrado es un cambio, en pequeña escala, de los rasgos propios de una especie viviente. Es importante enfatizar que, en la selección artificial, el hombre no crea nuevas características, sino que actúa sobre las variaciones hereditarias que se presentan normalmente en cualquier especie. 48 Cuando un cultivador de plantas desea reproducir algún ejemplar con rasgos especiales, utilizan la autofecundación, o sea, poliniza el pistilo de las flores con el polen del mismo organismo. Otras veces hace uso de la reproducción vegetativa, que consiste en desprender una porción del progenitor para formar individuos exactamente iguales a él (clonos). Si se trata de la crianza de animales domésticos, es imposible aplicar la autofecundación, porque cada individuo tiene solamente un sexo. La preservación de líneas puras en Ios animales se logra por endocria_o apareamiento de los miembros de una misma familia: cruzamiento entre hermanos o de hijos con alguno de los progenitores. A veces se constata que, en la endocria, los descendientes disminuyen de tamaño y vigor. Para restablecer tales cualidades, los criadores recurren ocasionalmente a la exocria, vale decir, al acoplamiento de individuos genéticamente disimiles, sin parentesco estrecho entre ellos. La práctica de la exocría permite obtener, a menudo, una descendencia con rasgos superiores a los que presentan los progenitores, fenómeno denominado vigor hibrido. Por ejemplo, los cerdos conseguidos por exocria, generan mayor número de cochinillos que los producidos por endocria; además, se desarrollan más rápidamente y alcanzan un tamaño comercial a una edad comparativamente menor. La exocria es utilizada también para obtener nuevas variedades o razas que reúnan y exterioricen las mejores cualidades presentes en cada uno de los progenitores. Cuando este procedimiento compromete a dos especies diferentes, el resultado puede ser un híbrido con ciertas características más acentuadas que las de esas especies. Así, el apareamiento de la yegua (Equus equus) y el asno (Equus hemionus) da origen a la mula, un híbrido más fuerte, vigoroso y resistente que cualquiera de sus progenitores. En suma, la selección artificial, con todas sus implicaciones genéticas, evidencia de manera directa que las especies vivientes pueden cambiar a lo largo del tiempo, contribuyendo gradualmente a la evolución del mundo biológico. Guía de actividades N° 6 1a) b) c) d) e) ¿ Cuál fue según los estudios paleontológicos el antepasado más antiguo del caballo? Equus Notarctus Eohippus Merychippus Diplodocus 2a) b) c) d) e) ¿Qué significa el concepto "Órganos homólogos "? Órganos similares en origen embriológico y estructura Órganos similares en sus funciones. Órganos de igual aspecto. Órganos de estructura igual y diferente aspecto. Órganos de igual función y longitud 3a) b) c) d) e) ¿ Quién formuló la "Ley filogenética": la ontogenia repite la filogenia ? Charles Darwin. August Weismann Jean-Baptiste de Lamarck Ernest Haeckel. Carl Correns. 4a) b) c) d) e) ¿Cuándo Darwin visitó las islas Galápagos encontró 14especies de: Colibríes Pinzónes Tucanes Águilas Halcónes 5- ¿Qué nos permite obtener una descendencia con rasgos superiores a los que presentan los progenitores? a) Endocria b) Selección artificial c) Selección de razas d) Clonación e) Exocria 6- Los fósiles están formados por las partes duras de animales y plantas, tales como conchas, huesos, porciones lignificadas del vegetal y otras estructuras que se han ____________. I. Congelado II. Petrificado III. Moldeado a) Sólo II b) Sólo I c) Sólo III d) II y III e) I y III 7.¿ Qué método o métodos radiactivo(s) se pueden utilizar para medir la edad de los fósiles? I. Carbono 14 II. Relación uranio- plomo III. Uranio a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) II y III 49 8.¿ Cuál o cuales de estas clases de caballo no pertenecen a su historia evolutiva? I. Mesohippus II. Diplodocus III. Pliohippus a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) II y III 9.Género, familia, orden, clase, phylum, reino. Se refieren a: I. Categoría taxonómica II. Categoría embriológica III. Categoría bioquímica a) Sólo I b) Sólo II c) I y III d) II y III e) Ninguna de las anteriores 10.Los embriones de adultos muy distintos entre sí, se asemejan enormemente, como el del hombre, aves y peces. Incluso en el embrión dl hombre se pueden ver las hendiduras bronquiales al igual que en los peces. La única forma de explicarlo es aceptando un antecesor común para todos ellos. Basándose en el texto a que teoría se refiere: a) Ley Endosimbiótica b) Ley filogenética c) Ley embriológica d) Ley genética e) Ley del germinoplasma 11. identifique la relación correcta: l. germinoplasma ll. somatoplasma lll. Darwin a) lx, lllz b) llly ,llz c) sólo lly d) ly,llx,lllz e) ly,ll x-fenotipo y- genotipo z-fosiles 12. Se reconoce por recombinación genética: a) mitosis b) mutación génica c) meiosis d) mutación cromosómica e) ontogenia 13.Algunos rasgos morfológicos de singular importancia para la evolución son: l. órganos homólogos ll. fósiles lll. órganos análogos lV. estructuras vestigiales a) l y ll b)sólo ll c)l, ll, ll d) l,,lll, lv e)lll,lv 14. “Son órganos similares en su origen embriológica en su estructura y en sus relaciones con las partes vecinas, aun cuando no tengan semejanzas en su aspecto o en las funciones que desempeñan” Este texto define a : a) los órganos análogos b) los órganos vestigiales c) los embriones d) los órganos homólogos e) la ontogenia 15.identifique cuál de los siguientes estructuras, son vestigiales l. amígdalas ll. apéndice lll. coccix lV. músculos que mueven las orejas a) sólo I b)sóloII c)I,III,V d) IV,V,VI e)Todas las anteriores 50 LAS TEORIAS EVOLUTIVAS 1) La teoría de LAMARCK La primera teoría completa y coherente para explicar los mecanismos de la evolución orgánica fue propuesta, en 1809, por el francés Jean Baptiste Lamarck . En su hipótesis, Lamarck establece que las causas de la variaciones individuales de los organismos vivientes están en el medio que los circunda, el cual, al modificarse con cierta intensidad, determina nuevas necesidades, nuevos hábitos y costumbres para ajustarse al cambio ambiental. En otros términos, las especies vivientes modifican gradualmente sus características, y adquieren progresivamente nuevos rasgos, por acción directa del medio. Al elaborar su teoría, Lamarck usó básicamente dos suposiciones: La primera de ellas, denominada principio del uso y el desuso, sostiene que si alguna parte del cuerpo se usa repetidamente, crece y se desarrolla; en cambio, las que no se usan se debilitan lentamente, se atrofian y pueden llegar a desaparecer. Dicho en otros términos: "la función crea el órgano, el uso lo perfecciona y el desuso lo reduce y atrofia". Así se produce, según Lamarck, una progresiva adaptación del organismo a su ambiente. La otra suposición lamarckiana, el principio de la herencia de los caracteres adquiridos, expresa que, si la acción del medio persiste, "las características adquiridas, por los individuos son transmitidas a sus descendientes" y, si las nuevas condiciones ambientales se estabilizan, las adaptaciones se hace más precisas y más perfectas en cada generación. Algunos ejemplos proporcionados por el mismo Lamarck facilitan la comprensión de su teoría. Explicó que la jirafa actual tiene el cuello largo, porque una modificación en el ambiente (pérdida de los pastos en las praderas) impuso a sus antecesores, jirafas de cuello corto, la necesidad de alimentarse del follaje verde de los árboles. Obligadas a comer las hojas de lo alto de los árboles, las jirafas ancestrales se vieron continuamente forzadas a estirar sus cuellos hacia arriba. Este hábito, mantenido a través de extensos períodos de tiempo, dio como resultado que el cuello se alargara hasta alcanzar las dimensiones que hoy se conocen. En otro ejemplo, señaló que las aves acuáticas, impulsadas por la necesidad de buscar sus presas, se lanzan al agua y nadan separando, cuanto les es posible, la membrana que une en la base de los dedos de sus patas. Este hábito determinó la formación de membranas interdigitales incipientes que, poco a poco, fueron desarrollando; cada nueva conquista en este sentido se transmitió a los descendientes y, al cabo de muchas generaciones, el nuevo órgano pasó a ser un rasgo esencial de las aves acuáticas. Figura 45:Evolución del cuello de la jirafa según Lamarck Respecto a las consecuencias del desuso, Lamarck citó también varias ilustraciones. La ballena proviene de un antepasado con cuatro extremidades. Al no usar las patas posteriores en el agua, éstas se fueron reduciendo paulatinamente hasta que, transcurridas innumerables generaciones, quedaron como único vestigio algunos huesos incrustados en los músculos del abdomen. Las culebras, habituadas a desplazarse arrastrándose, dejaron de usar sus extremidades; como resultado, éstas se debilitaron y desaparecieron totalmente. De las dos principales suposiciones de Lamarck, el principio del uso y del desuso es aparentemente válido. Si una persona adquiere el hábito de hacer ciertos ejercicios físicos diariamente, la musculatura de su cuerpo se desarrollará y fortalecerá debido al uso continuo de esas estructuras. Con respecto a la segunda suposición, la herencia de los caracteres adquiridos, los experimentos destinados a verificarla han dado siempre resultados absolutamente negativos. 51 Un biólogo alemán, August Weismann, cortó la cola a un gran número de ratas y, en seguida, les permitió cruzarse entre si. Los descendientes nacieron con colas y fueron sometidos a la misma operación. Repitió este procedimiento por 20 generaciones y encontró que las ratas de la última generación poseían colas tan largas como las de la primera generación. Demostró, así, la imposibilidad, o al menos la improbabilidad, de la herencia de los caracteres adquiridos. Se pueden citar, además, otras observaciones que confirman esa improbabilidad. Es sabido, por ejemplo, que el pueblo hebreo practica, desde muy antiguo, la "circuncisión", una operación que consiste en cortar por completo o en parte el prepucio, o sea, la piel que rodea el extremo terminal del pene. El hecho de que la circuncisión continúe practicándose revela, fehacientemente, que el rasgo adquirido no se transmite de una a otra generación. Para explicar los resultados de su experimento, Weismann formuló la teoría de la continuidad del germinoplasma, Según esta concepción, los organismos multicelulares están constituidos por células que producen gametos o germinoplasma y por células que forman el resto del cuerpo o somatoplasma. Mientras el germinoplasma tiene la capacidad de formar células somáticas, el somatoplasma es incapaz de generar células reproductoras. Como puede observarse en la figura mencionada, hay continuidad de germinoplasma a lo largo de las generaciones sucesivas, en tanto que el somatoplasma desaparece con la muerte del organismo individual. Basándose en estas ideas, Weismann sostuvo que las influencias ordinarias del medio externo sólo pueden provocar cambios en el somatoplasma, sin alterar jamás al germinoplasma. En consecuencia, las modificaciones somáticas no se transmiten a los descendientes y, por lo mismo, no pueden ser la base de cambios evolutivos. Figura 46. Planteamiento de Weismann Aunque los biólogos de hoy día rechazan la teoría original de Weismann, es interesante destacar que la distinción entre germinoplasma y somatoplasma corresponde, en gran medida, a la que actualmente se hace entre genotipo y fenotipo, ya que el primero se trasmite de generación en generación, mientras que el fenotipo, susceptible de ser modificado por el medio externo, no afecta a la descendencia. Como se acaba de explicar, la teoría de Lamarck no resistió las pruebas científicas a las que fue sometida. Sin embargo, es de justicia reconocer que ella contribuyó de manera efectiva a generar los conceptos actuales de que la evolución conduce al logro de nuevas adaptaciones al ambiente, que la diversidad de vida sólo puede ser explicada postulando una gran edad para la Tierra y que la transformación de las especies biológicas es un proceso gradual. 2) La teoría de la selección natural de DARWIN En 1859, medio siglo después de que Lamarck propusiera si teoría, el mundo científico conoció el Origen de las especies, publicación célebre en que Charles Darwin postula la realidad de la evolución orgánica, proporciona una serie de evidencias para demostrarlas y desarrolla cuidadosamente y argumentada, una explicación de los mecanismos que han producido la diversidad y adaptación de los organismos vivientes Cuando tenia 22 años, Darwin embarcó como naturalista en el buque inglés "Beagle", cuya misión era levantar los mapas de las costas de Sudamérica y de las islas del Pacifico. El viaje de cinco años lo llevó a Brasil, Argentina, Chile, Perú, las Islas Galápagos, Tahiti, Nueva Zelanda y Australia. En estos lugares, Darwin recolectó fósiles y especímenes vivos de plantas y animales; además, realizó innumerables observaciones del mundo natural, todo lo cual contribuyó a generar en su mente los primeros conceptos básicos de su teoría de la evolución orgánica. Al regresar a Inglaterra, Darwin llevaba consigo una gran cantidad de datos en apoyo a su convicción de que las especies cambian a lo largo de extensos periodos de tiempo. Sin embargo, aún no percibía claramente los mecanismos mediante los cuales podía ocurrir la transformación de los seres vivos a través de las edades geológicas. Para Darwin Ia evolución de las formas orgánicas era un hecho, una realidad pero, ¿cómo se produce esa evolución? Obsesionado por este problema, buscó y estudió afanosamente todo lo que se relacionara con la aparición de formas modificadas en animales y plantas. Investigó, con especial esmero, los trabajos que desarrollaban los criadores de animales y los cultivadores de plantas para obtener las diversas variedades de especies domésticas. De esta indagación surgió, justamente, uno de los indicios más valiosos para resolver su problema el indicio de la selección: el cruzamiento selectivo de los organismos puede dar origen al cambio orgánico. En el proceso de ''selección artificial", el hombre es el agente que elige, para cruzarlos, los animales y las plantas que presentan características particulares deseadas. Mediante la crianza y la reproducción de los ejemplares con rasgos útiles, el criador obtiene, después de varias generaciones, diferentes variedades dentro de una misma especie. Darwin traspasó esta idea de la reproducción selectiva a los seres no 52 sometidos a domesticidad, vale decir, a las especies silvestres. Si la selección que hace el hombre es la que ha originado variedad en las plantas y en los animales domésticos, ¿qué agente sustituye al hombre en la naturaleza para seleccionar y producir, no sólo variedades dentro de una especie, sino especies enteramente nuevas y distintas?. La respuesta a esta pregunta surgió cuando Darwin leyó el ensayo sobre el Principio de Población, escrito por el clérigo y sociólogo inglés Thomas Malthus. Este autor aseguró que la población humana crece en una razón geométrica (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc.), mientras los recursos alimentarios solo aumentaban en una razón aritmética (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, etc.). Crecimiento tan desigual podría conducir, según Malthus, a generalizar el hambre en la comunidad humana. Figura 47.Planteamiento de Malthus Darwin intuyó prontamente que la concepción malthusiana era válida para todos los seres vivos. Cualquier especie viviente tiende a crecer en proporción geométrica de generación en generación; en cambio, los medios de subsistencia permanecen en una situación casi estacionaria. Bajo tales condiciones supuso Darwin- los organismos deben desarrollar una intensa lucha por la existencia la que determina que el número de individuos de cada especie se mantenga mas o menos constante. ¿Quiénes sobreviven? ¿Qué organismos triunfan en la incesante lucha por la vida y cuáles desaparecen? La respuesta de Darwin suministró la clave para la comprensión del proceso evolutivo: sobreviven los individuos mejor dotados, es decir, los que nacen con variaciones más adecuadas a las condiciones de su ambiente particular. Tales variantes, mejor adaptadas a ja lucha por ja existencia, tienen más probabilidades de alcanzar ja edad para reproducirse y dejar descendencia. Los individuos de la nueva generación tienden a heredar los rasgos favorables de sus progenitores, pero algunos de estos descendientes presentarán pequeñas variaciones en esas y otras características. Así, otra vez, habrá individuos mejor dotados que los demás, capaces de triunfar en la lucha por la vida y, por lo mismo, con más probabilidades de procrear una descendencia que volverá a exhibir leves diferencias entre sus miembros. Este proceso, repetido a lo largo de millones de años, ha dado lugar a la formación de grupos tan diferentes de sus predecesores que han llegado a constituir una nueva especie. Darwin llamó, selección natural a la conservación de las variaciones individuales favorables y a la eliminación de las variaciones perjudiciales. Hechos y suposiciones en la Teoría de la selección natural La teoría de la Selección Natural, elaborada por Darwin y Wallace, incluye tres hechos y dos suposiciones básicas: Hechos 1. Todos los organismos vivientes muestran variaciones que permiten diferenciarlos de los demás miembros de su especie. Con excepción de los gemelos idénticos, no hay dos individuos exactamente iguales. Las diferencias pueden ser muy marcadas o apenas perceptibles, pero siempre existen. Por ejemplo, una amplia gama de variaciones caracteriza a casi todos los rasgos del organismo humano, desde el tamaño corporal o el color de los ojos hasta la eficiencia de sus membranas celulares o la capacidad para producir enzimas. Darwin postuló que la variación, es uno de los factores más importantes del proceso evolutivo, pero nunca supo cuál era la fuente de tal variación. Como en su época no había surgido todavía la genética, lo único que poseía Darwin era el conocimiento empírico de que cada generación produce una gran cantidad de variaciones entre los individuos de la misma especie. Al no conocer los mecanismos genéticos de la variación, cometió a veces el error de creer que algunos caracteres adquiridos se transmitían a la descendencia. Este fue el punto más débil de su teoría. 2. Todo ser vivo produce muchos más descendientes que los que pueden sobrevivir. Este hecho es muy evidente en varias especies. Una sola planta de helechos es capaz de generar 50 millones de esporas en un año; si todas las esporas germinaran, los helechos cubrirían la superficie terrestre al cabo de un tiempo Comparativamente breve. El bacalao hembra del Atlántico Norte deposita 85 millones de huevos al mismo tiempo; si ellos fueran fecundados y los embriones sobrevivieran, los océanos se llenarían de bacalaos en pocos años. 3. Aunque cada especie tiende a monopolizar el espacio, es un hecho conocido que el número de sus miembros se mantiene mas o menos constante. 53 SUPOSICIONES: 1. "Lucha por la existencia". Como todas las especies tienden a crecer en proporción geométrica (hecho 2), pero sólo una fracción de la descendencia sobrevive (hecho 3), Darwin supuso que la mayor parte de los individuos de cada generación perece al competir por el alimento, agua, espacio y otros factores ambientales. Esta lucha por la existencia entre miembros de la misma especie, o entre especies diferentes, no se refiere únicamente a los enfrentamientos directos y violentos como aquellos en los que los animales carnívoros, en época de hambre, pelean entre si para disputarse los alimentos, sino que también se refiere a todas las situaciones en que los seres vivos deben enfrentarse a dificultades que amenacen su sobrevivencia. La competencia de las plantas por la luz, el agua y las sales minerales, es una lucha tan real como la batalla entre dos bestias que disputan enfurecidamente una presa o la posesión de un territorio. 2. “Supervivencia de los mas aptos, por selección natural". Puesto que la variación es un fenómeno frecuente entre los individuos de cada especie (hecho 1), Darwin supuso que algunos organismos nacen con rasgos más favorables para la lucha por la existencia, mejor dotados para su ambiente, produciéndose así una selección natural de los más aptos para sobrevivir y originar una nueva generación". En la Naturaleza, decía Darwin, "los seres que poseen alguna ventaja sobre los otros, por ligera que sea, tendrán mayores oportunidades para sobrevivir y dejar descendencia". Esto último, la posibilidad de reproducirse, determina que en cada generación aumente la cantidad de individuos con características adaptativas valiosas, mientras disminuye el número de organismos menos dotados para la lucha por la existencia. Por lo tanto, como resultado de la selección natural, cada generación sucesiva estará mejor adaptada a su ambiente. Con el transcurso de muchos años de selección natural, la acumulación de variaciones, heredadas a través de las correspondientes generaciones, puede conducir a la formación de organismos muy diferentes de sus antecesores, vale decir, una nueva especie. Además, cuando algunos miembros de una especie presentan variaciones en un sentido y se adaptan de cierta manera, mientras los demás componentes de esa misma especie varían en otro sentido, adaptándose de un modo diferente, tales grupos pueden evolucionar hasta convertirse en especies distintas, emparentadas por el origen ancestral común. Darwin y el viaje de Beagle. Inicialmente Darwin estudiaba teología pero le interesaba la historia natural. En 1831 participó en un viaje que duro 5 años su función en el viaje era de naturalista. Primeros descubrimientos de Darwin: Animales extraños Arboles gigantes Fósiles En las islas Galápagos observó diferencias entre organismos de la misma especie. Influencias de Darwin Malthus y Wallace. Malthus era economista afirmaba que las poblaciones en razón geométrica y los alimentos en progresión aritmética. Esto trae como consecuencia falta de alimento y establece una lucha entre los individuos para sobrevivir. Darwin observó una sobreproducción de descubrimientos en la población es mas o menos constante debido a la mortalidad y a la lucha por la sobrevivencia los mejores dotados viven y los más débiles mueren y los descendientes de los más aptos adquieren las características favorables. Apoyado en la anterior Darwin desarrolló su teoría de la evolución por selección natural. SELECCIÓN NATURAL. Es un mecanismo que utilizó Darwin para explicar la aparición de nuevas especies para esto influye el número de individuos de la población y competencia. En la lucha por la existencia influyen: número de individuos competencia alimento territorio pareja De la competencia quedan los mas aptos con características favorables, por medio de la reproducción de los descendientes adquieren características que los hicieron más aptos. La Selección natural es el proceso de sobrevivencia de los organismos cuya variabilidad los hace mas aptos para es medio específico. La Selección natural actúa en el A.D.N. ya que los organismos con variabilidad favorable estarán en mayor número de población Población: conjunto de individuos de la misma especie que habitan en la misma región o zona. Cuando las condiciones ambientales, de espacio, alimento, pareja no son suficientes para la población se presenta la competencia quedando eliminado algunos organismos. Mimetismo: capacidad de los organismos de cambiar de color, forma aparente otra especie con el fin de no ser visto o protegerse de los depredadores. 54 PUBLICACION DEL ORIGEN DE LAS ESPECIES. No todos los individuos de una especie son idénticos, pues algunos presentan variaciones, es decir, existe una variabilidad de la descendencia que se transmite por la herencia. Existe una sobreproducción de descendientes en todas las especies sin embargo, el tamaño de las producciones permanece constante porque también hay una alta taza de mortalidad En los individuos de toda población ocurren variaciones al azar que no dependen del ambiente que pueden ser heredados La selección natural es el proceso por el cual los individuos que sobreviven son aquellos cuyos caracteres les permitieron una mejor adaptación. DARWIN Y LAMARCK Si se comparan las ideas de Darwin y de Lamarck, concerniente a la evolución orgánica, es posible advertir algunas concordancias y diferencias. Ambos concuerdan en que las especies cambian continuamente, se originan unas y se extinguen otras. También coinciden en la afirmación de que el proceso evolutivo es gradual, y no consiste en saltos discontinuos o cambios súbitos. En cuanto a las diferencias entre estos dos científicos, el profesor de la Universidad de Harvard Ernst Mayr señala que "para Lamarck, cada organismo o grupo de organismos representa una línea evolutiva independiente que había tenido principio en la generación espontánea y se había esforzado en constante tendencia a la perfección. Darwin, por el contrario, postulaba que los organismos semejantes estaban emparentados, y descendían de un antepasado común". Además, Lamarck creyó que las variaciones comienzan a presentarse después que ha cambiado el medio ambiente, vale decir, un cambio en el ambiente causa un cambio en el organismo. En contraste con esta idea, Darwin sostuvo que las variaciones se presentan al azar y, en muchos casos, antes de que cambie el medio ambiente. La teoría de las mutaciones de DE VRIES En 1901, el botánico holandés, Hugo de Vries uno de los redescubridores de las leyes de la herencia de Mendel, propuso una teoría según la cual las nuevas especies se originaban por mutación. De Vries había observado que, sembrar semillas de "dondiego de la ”noche" (Oenothera), una planta silvestre de su país, aparecían ocasionalmente varios ejemplares que diferían bastante de la generación parental. Por ejemplo, entre miles de plantas cultivadas por él, descubrió ciertas formas "gigantes", otras "enanas", y algunos individuos que duplicaban número de pétalos de la especie original. Tales variantes aparecían siempre con nueva característica totalmente desarrollada, sin la compañía de ejemplares intermedios que revelaran un proceso de modificación gradual. Además, esas mismas variantes, al cruzarse entre si, transmitían a sus descendientes los nuevos rasgos. A estas variaciones repentinas de las características de un organismo capaces de perpetuarse en la descendencia, H. de Vries las denominó mutaciones. Basándose en sus descubrimientos, de Vries objetó la suposición darwiniana de que cada nueva especie es el resultado de la acumulación gradual de pequeñas variaciones heredadas a lo largo de muchas generaciones,. En su concepción, una nueva especie de planta o animal puede surgir repentinamente como consecuencia de una mutación, o sea cuando en una población aparecen súbitamente individuos con rasgos muy distintos a los de sus congéneres, rasgos que se conservan a trabes de varias generaciones . La selección natural, agregaba de Vries, determina qué mutantes son eliminados y cuáles sobreviven para generar un nueva especie. Hoy día se sabe que las variantes identificadas como "mutantes" por de Vries, no eran en absoluto la consecuencia de variaciones genéticas nuevas, sino el resultado de una poliploidía, es decir, el aumento espontáneo del número especifico de cromosomas, fenómeno que puede dar lagar a la aparición repentina de nuevas características. Esto no menoscaba la importancia que se le concede a Hugo de Vries en la historia de la Biología, puesto que su gran mérito consistió en introducir el concepto de mutación en la teoría de la evolución orgánica. Variabilidad y sus fuentes. Variabilidad es el conjunto de diferencias entre organismos de la misma especie. Fisica Color Tamaño Peso Comportamiento Alimentación Habitat Funcionamiento Variaciones Adaptación Para que haya evolución las variaciones deben pasar de una generación en otra. Las características se pasan por herencia. El A.D.N. o D.N.A. (ácido desoxiribonucleico, se encuentra en el núcleo de todas las células) es la sustancia que guarda la información hereditaria. 55 En la reproducción sexual se produce una mezcla del A.D.N. del padre y de la madre por eso los hijos son diferentes a los padres. Las mutaciones son alteraciones del A.D.N. Factores que producen mutaciones. Radiaciones Sustancias químicas Sustancias tóxicas del ambiente Tipos de mutaciones. favorable da al individuo ventaja sobre los demás desfavorable da desventaja al individuo indiferente no tiene efecto benéfico ni perjudicial Durante los primeros treinta años del siglo XX, numerosos biólogos consideraron que las mutaciones en gran escala eran la verdadera fuente de los cambios evolutivos. Otros, impresionados por el efecto mortífero de muchas mutaciones y por la evidencia de pequeñas variaciones en algunas formas fósiles y vivientes, rechazaban con vigor la teoría mutacionista. La oposición de esos puntos de vista terminó al surgir, entre los años 1930 y 1950, la teoría sintética de la evolución", un sistema coherente de ideas que ha proporcionado una nueva comprensión del mundo biológico. LA TEORIA SINTETICA DE LA EVOLUCION La teoría sintética de la evolución, también conocida como teoría neodarwiniana moderna, "nació de la síntesis de los conocimientos sobre los mecanismos de la evolución adquiridos durante la primera mitad del siglo XX en tres disciplinas distintas: la genética, la sistemática (ciencia de la identificación de las especies de la naturaleza) y la paleontología" (Marcel Blanc). Aunque son numerosos los biólogos que han contribuido a estructurarla, la generación de los principales conceptos de la síntesis moderna es atribuida especialmente a tres investigadores: Theodosius Dobzhansky (1900-1975), genetista ruso que emigró a Estados Unidos en 1927; Ernst Mayr, nacido en 1904, ornitólogo alemán, especialista en sistemática, emigrado a Estados Unidos en 1930, y Georges G. Simpson, nacido en 1902, paleontólogo norteamericano. 'La nueva síntesis - según E. Mayr- se caracteriza por el repudio completo a la herencia de los caracteres adquiridos, un énfasis en la calidad gradual de la evolución, la concepción de que los procesos evolutivos ocurren a nivel de poblaciones, y una reafirmación de la importancia abrumadora de la selección natural". Las ideas de Darwin se modificaron y se sumaron, a mediados del siglo XX, a los avances de otra disciplina biológica, la genética, componiendo así una nueva teoría evolutiva: lo que hoy en día se conoce como teoría sintética o neodarwinismo. Esta teoría se fundamenta en los siguientes puntos: El neodarwinismo propone que la selección natural y las mutaciones son procesos complementarios entre sí, sin que ninguno de ellos aisladamente sea capaz de explicar la evolución. LA UNIDAD EVOLUTIDA NO ES EL INDIVIDUO, SI NO LA POBLACIÓN Una población es un grupo de individuos de la misma especie que viven en un área determinada. Por ejemplo, este grupo de conejos silvestres que viven en una pradera. LOS INDIVIDUOS SON PORTADORES DE DIFERENTES ALELOS, DIFERENCIAS QUE SE PRODUCEN POR MUTACIÓN. 56 NEODARWINISMO. El neodarwinismo es una teoría que combina la teoría de la evolución de Darwin y los conocimientos de genética descubiertos por Mendel. El neodarwinismo o teoría sintética de la evolución explica la evolución por medio de la acción conjunta de: a) Genes b) Recombinación de genes c) Efectos de Selección Natural d) Aislamiento Fueron Theodosius Dobzhansky, Ernest Mayr y George Simpson los que integraron la teoría sintética de la evolución. Pruebas de evolucion. Existen pruebas morfológicas o anatómicas se encuentran semejanzas en grupos próximos en ellos se pueden distinguir órganos homólogos y análogos. Organo homólogo: tiene el mismo origen y función diferente Organo análogo: tiene la misma función y origen diferente. Evolucion Divergente de un ancestro común se originan especies distintas por eso los órganos tienen el mismo origen que realizan funciones diferentes. Evolución Convergente el mismo problema de adaptación los órganos evolucionan a estructuras de la misma función pero aunque su origen es distinto. ORIGEN DE LAS ESPECIES El proceso evolutivo se presenta en dos dimensiones: la evolución filética y la especiación. La evolución filética consiste en cambios graduales que se producen en el tiempo, en una sola línea de descendencia. La especiación, en cambio, se produce cuando se divide en dos o más una línea de descendencia. El conjunto de ambos procesos permite explicar la enorme variedad de seres vivos que habitan en el planeta. Especie biológica El concepto de especie se refiere a un grupo de poblaciones naturales que se cruzan entre sí y se hallan aisladas reproductivamente de los demás grupos. La especie se considera una unidad evolutiva discreta e independiente, ya que puede intercambiar alelos entre sus poblaciones, pero no puede transferirlos a individuos de otra especie. Esta unidad evolutiva comparte un acervo común de genes, de manera que la característica hereditaria de cualquier integrante de la especie se puede transmitir parcialmente a otro individuo de la siguiente generación, en cualquier lugar de su distribución. Si dos poblaciones de la misma especie dejan de aparearse, darán lugar a variedades, razas, subespecies y, por último, a especies diferentes. Todo esto acontece en un largo proceso evolutivo de millones de años, lo que constituye la base de la especiación. Las especies no son unidades estáticas, son etapas de un proceso de cambios continuos, potencialmente Infinitos. La evolución tiene como producto la formación de nuevas especies, que surgen en la naturaleza y que se pueden producir potencialmente en la actualidad en forma artificial con técnicas de biología Molecular. Mecanismos de especiación La especiación se inicia con una primera etapa en la que se produce el aislamiento reproductivo, con la consiguiente interrupción del flujo génico; en una segunda etapa, en la cual el aislamiento reproductivo se completa, ocurre la divergencia genética y la incompatibilidad reproductiva favorecida por la selección natural. a. Especiación geográfica o alopátrida. La especiación alopátrida se produce cuando una población de similar constitución genética que habita un área extensa, se separa por accidentes geográficos, como ríos, mares, montañas o desiertos. Esta separación podría conducir a la formación de razas geográficas, de las cuales surgirían nuevas especies . La especiación geográfica se produce en dos etapas. 57 En la primera, las dos poblaciones se aíslan geográficamente y entre ellas no hay intercambio genético. En estos grupos surge una divergencia genética que será fundamental para la especiación Figura 48.La primera etapa de la especiación alopátrida se produce como un proceso gradual en el que primero se forman razas geográficas o subespecies. En el transcurso del tiempo, etapas I y II , estas razas evolucionan hacia especies plenas si las condiciones genéticas y las condiciones locales favorecen a los individuos. Las flechas indican la posibilidad real de apareamiento con descendencia fértil. Los esquemas evidencian diferentes accidentes geográficos que pasan a ser barreras genéticas. Uno de los grandes fraccionamientos geográficos fue la separación del super continente Pangea hace unos 190 millones de años, que dejó a la deriva el continente australiano y con él una variedad de organismos, como los marsupiales; otro ejemplo menos evidente, pero no menos cierto, puede ser una isla, la cima de una montaña o un lago. La segunda etapa se produce cuando se originan cruzamientos entre los miembros de ambas poblaciones, tras haber reanudado el contacto. El producto que se obtiene está constituido por individuos estériles o inviables. En estas condiciones, ya se han producido mecanismos de aislamiento reproductivo entre ambas poblaciones de manera que los dos grupos pueden coexistir en el mismo territorio sin intercambiar genes, evolucionando independientemente. b. Especiación simpátrida. Este tipo de especiación se produce por cambios genéticos en poblaciones que habitan la misma región geográfica, pero que, pese a vivir juntas, divergen hacia especies plenas, debido a que surgen mecanismos de aislamiento reproductivo que hacen posible su especiación. c. Especiación parapátrida o por poliploidía. Se produce por el aumento en el número de cromosomas de un individuo que integra la población. Este es incapaz de reproducirse con los individuos normales y solo puede hacerlo con aquellos que tengan su misma ploidía, situación que se da con mayor frecuencia en animales y vegetales poco evolucionados. Un ejemplo de este tipo de especiación lo constituye la planta Paconia cambessidessi (diploide) y la planta de la variedad russi (tetraploide) . Figura 49: Las poliploidías se dan por alteraciones en el procesa meiótico, duplicaciones continuas o separación defectuosa de cromosomas homólogos. Cuando las alteraciones ocurren en individuos de la misma especie, el mecanismo se conoce como autopoliploidia (esquema de la izquierda). Si las alteraciones se producen a partir de especies diferentes, el mecanismo se llama alopoliploidía . 58 Mecanismos de aislamiento reproductivo El mecanismo de aislamiento reproductivo es fundamental para producir la divergencia genética entre las poblaciones. En el modelo de especiación alopátrida el aislamiento reproductivo se inicia después de la separación geográfica de las poblaciones naturales; en el modelo simpátrico, la especiación se inicia con una primera etapa en la que se produce el aislamiento reproductivo. Este aislamiento se debe a la divergencia genética entre las poblaciones que produce la interrupción del flujo génico entre los individuos Posteriormente el aislamiento se completa al ser favorecido por la selección natural. Como producto del aislamiento reproductivo se establecen barreras biológicas previas a la formación del cigoto, los llamados mecanismos de aislamiento precigóticos, o bien, mecanismos de aislamiento poscigóticos, es decir, posteriores a la formación del cigoto. a. Mecanismos de aislamiento precigóticos. Son aquellos que impiden el apareamiento entre miembros de distintas poblaciones y evitan la formación de una descendencia híbrida. Estos mecanismos se pueden agrupar en cinco tipos: ecológico, etológico, temporal, mecánico y gamético. · Aislamiento ecológico. El aislamiento ecológico se produce cuando las poblaciones ocupan el mismo territorio, pero sus hábitats son distintos, por lo que no están en contacto. Un ejemplo de aislamiento ecológico se observa en las especies del género Ceanotaus de California. Algunos de los arbustos representantes de este género se encuentran en un tipo particular de suelo. Otros, con un mayor rango de tolerancia habitan suelos con condiciones más adversas. · Aislamiento etológico. Es un aislamiento reproductivo que se da cuando la atracción sexual entre machos y hembras es débil o no se produce. Los destellos de las luciérnagas, el colorido del pavo real, el canto de los pájaros o el croar de las ranas, constituyen señales o rituales específicos de apareamiento. Es un mecanismo muy fuerte de especiación en poblaciones simpátridas. El cortejo de la mosca del vinagre, Drosophila melanogoster, ha sido estudiado por un número importante de científicos. Estas investigaciones han revelado que al introducir en una cámara a dos hembras vírgenes de distintas especies (D. pseudobscura y D. permisilis) con un macho de una de estas, el cortejo y el apareamiento se producen con la hembra de su misma especie. · Aislamiento temporal. El aislamiento temporal se produce cuando el apareamiento de los animales o la floración de las plantas ocurren en estaciones distintas o bien en distintos momentos del día. Por ejemplo, la mayoría de los mamíferos cuentan con épocas de celo bien definidas, controladas por la temperatura o duración de la luz. Otro ejemplo lo constituye la mariposa Colias philadice. En esta especie la hembra es de color amarillo y debido a una mutación da lugar a una forma blanca que le permite vivir a temperaturas más bajas que la otra. Por esta razón, la forma blanca es capaz de volar a tempranas horas de la mañana y la amarilla, durante la tarde. Figura 50: El aislamiento temporal se verifica en el gráfico de la derecha. En este se calendarizan los periodos de apareamiento de diversas ramas y sapos. Cuando dos especies distintas coinciden en la época de apareamiento, los cruces se llevan a efecto en distintos lugares: charcas, pantanos o arroyos, dificultándose así el cruce entre especies diferentes. · Aislamiento mecánico. Se produce cuando la estructura reproductiva es diferente, lo que impide la copulación en los animales o la transferencia de polen en los vegetales. Un ejemplo lo constituye la especialización en la estructura de la flor; su color, forma y aroma, las hacen atractivas a determinadas especies polarizadoras y no a otras. · Aislamiento gamético. Se produce cuando los gametos no son compatibles. Generalmente, este aislamiento se establece por inviabilidad de los espermios en el tracto femenino de los animales o bien porque el polen no es reconocido en el estigma de las flores. El aislamiento gamético es muy importante en animales marinos que liberan sus óvulos y espermios en el agua, produciéndose la fecundación en el medio externo. En este caso, las sustancias químicas, conocidas como feromonas, cumplen un rol muy importante, tanto en la sincronía de la ovulación por parte de la hembra y la liberación de espermios por parte del macho, como en el reconocimiento específico de estos. a. Mecanismos de aislamiento poscigóticos. Estos mecanismos se producen después de la formación de un cigoto híbrido interespecífico, debido a incompatibilidades anat6micas o fisiológicas que reducen la viabilidad o fertilidad de la descendencia híbrida. Estos mecanismos se agrupan en tres principales: inviabilidad de los híbridos, esterilidad de los híbridos y degradación de los híbridos. 59 · Inviabilidad de los híbridos. Se produce cuando los cigotos híbridos no llegan a desarrollarse o bien no alcanzan la madurez sexual. Por ejemplo, Moore realizó cruzamientos entre 12 especies del género Rana: en algunos cruzamientos no se produjo segmentación; en otros se llegó al estado de blástula, pero no a la gastrulación. Otro ejemplo de este tipo de aislamiento se produce en el cruzamiento de carnero y cabra; hay fecundación, pero los embriones mueren en las primeras etapas del desarrollo embrionario. · Esterilidad de los híbridos. Se da cuando los individuos híbridos son incapaces de producir gametos funcionales. La esterilidad se produce por alteraciones cromosómicas en el proceso de formación de las células germinales o por la interacción entre el citoplasma de una procedencia y los gametos de otra. Un ejemplo clásico de este tipo de aislamiento es la mula, un híbrido estéril. · Degradación de los híbridos. Se produce cuando la descendencia de los híbridos presenta fertilidad o viabilidad reducida. En vegetales se conoce un gran número de casos de degradación de los híbridos. En diferentes especies de algodón, por ejemplo, los descendientes de F1 son fértiles, pero los híbridos de F2 mueren. 60 Guía de actividades N° 7 1. ¿Qué hecho importante, ocurrido durante la visita de Darwin a las Islas Galápagos, le ayudó a formular su teoría de la Selección Natural? a) Encontró fósiles de organismos vegetales y animales en perfecto estado de conservación. b) Observó la sobrevivencia de los organismos a las inclemencias del tiempo. c) Encontró especies semejantes con características diferentes, determinadas por el habitat donde se encontraban. d) Observó que los cambios bruscos del medio influyen en los cambios estructurales de los organismos. e) Ninguna afirmación anterior es correcta 2. ¿Cuál de las siguientes personas, por lo que comenta, entiende en qué consiste la adaptación biológica? a) Juan señala que el león se adapta fácilmente a vivir en cautiverio. b) Pedro refiere que el alce que ha ganado más peleas se puede adaptar a otro bosque por tener astas de mayor tamaño. c) Roberto menciona que los tigres están adaptados para atrapar a sus presas al presentar garras fuertes. d) José indica que los leopardos que desarrollan más su musculatura tendrán cachorros mejor adaptados. e) Ninguna afirmación anterior es correcta 3. Lee lo siguiente: “Una población se divide por el surgimiento de una cadena montañosa. Con el paso del tiempo, los organismos que quedan a ambos lados de la cadena montañosa comienzan a mostrar cambios con respecto a la población original”. Lo anterior constituye un ejemplo de cómo se da el proceso de a) diversidad. c) variabilidad. e) Evolución b) adaptación. d) especiación. 4. De acuerdo con Darwin, la selección natural siempre escoge a los individuos más a)evolucionados. c) fuertes. e) sanos b) complejos. d) aptos. 5. ¿En cuál de las siguientes opciones se indica un argumento con el que Lamarck explicó su teoría de la evolución? a) El ambiente selecciona a los seres vivos más aptos para sobrevivir. b) Los padres heredan a sus hijos el desarrollo excesivo o la atrofia de los órganos. c) La población crece muy rápido pero los alimentos no, por lo que ésta limita su crecimiento. d) La variación que existe entre los individuos se debe a la mutación genética. e) La diferencia entre los descendientes y progenitores es el resultado de la mutación genética 6. ¿En cuál de las siguientes opciones se indica un postulado propuesto por el Neodarwinismo? a) La variabilidad que presentan los organismos se debe sólo a la recombinación genética. b) La selección natural produce la variabilidad de las especies. c) La mutación y la selección natural son las que propician el proceso evolutivo. d) La mutación es la que produce la evolución. e) Los cambios en los organismos son graduales y están determinados por el ambiente donde viven 7. ¿En cuál de las siguientes opciones se indica una idea lamarquiana? a) El oso polar presenta el color del pelo de acuerdo a su ambiente. b) Los patos con el pico más grande sobrevivirán al alimentarse mejor. c) Los elefantes africanos heredan la forma de las orejas de sus progenitores. d) Los tigres que tienen más enfrentamientos desarrollarán garras más fuertes. e) Ninguna afirmación anterior es correcta 8. ¿Cómo se denomina el proceso que se da cuando al quedar aislados los grupos de una población surgen características que impiden que se crucen de nuevo? a) Evolución. c) Especiación. e) Mutación b) Migración. d) Hibridación. 9. “Hay grandeza en esta concepción de la vida,... que mientras este planeta ha ido girando según la constante Ley de la Gravitación se han desarrollado y se están desarrollando, a partir de un comienzo tan sencillo, por cambios genéticos en los organismos, infinidad de formas cada vez más bellas y maravillosas” El personaje que citó el texto anterior introdujo el pensamiento poblacional fue: a) Lamark b) Dobzansky c) Darwin d) Wallace e) Vries 10. De acuerdo con la teoría de Darwin, la selección natural tiene como resultado que los organismos a) hereden las adaptaciones surgidas durante la vida de sus progenitores. b) transmitan las características útiles a su descendencia. c) se multipliquen cada vez más. d) presenten mutaciones. e) Desarrollen órganos más adaptados al medio ambiente 61 11. La teoría de las mutaciones de Vries propuso: a) Las nuevas especies se originaban por meiosis b) Las nuevas especies se originaban por mutación c) Las especies se originaban por mutación cromosómica d) Las especies se originaban por mitosis e) Las especies se originaban por selección artificial. 12. De acuerdo con Darwin, las especies de pinzones de la Islas Galápagos, son resultado de a) la cruza entre las distintas especies de las islas. b) la cruza entre las especies de las islas y las del continente. c) el aislamiento en las islas, de los descendientes de un ancestro común proveniente del continente. d) la ocupación de las islas, por las especies de pinzones provenientes del continente de acuerdo con su tipo de alimentación. e) La evolución de los pinzones al cruzarse con otras especies afines 13. ¿Cuál es la principal idea contenida en el ensayo de Malthus que influyó en Darwin para formular su teoría? a) Los cambios en la dieta de las poblaciones al escasear los recursos alimenticios. b) El aumento de los recursos no va al mismo ritmo que el aumento de las poblaciones. c) La forma en que la selección artificial garantiza el producir características deseables. d) Los machos con características más llamativas tendrán mayores oportunidades de reproducirse. e) la evolución es el resultado de procesos graduales e inestables 14.. ¿En cuál de las siguientes opciones se indica una idea que diferencia la teoría Neodarwinista de la Darwinista? a) La mutación constituye un mecanismo de la evolución. b) Las poblaciones presentan variaciones que son heredables. c) La evolución se da repentinamente, seguida por periodos de poco cambio. d) La evolución es producto de la lucha por la existencia, al haber competencia por el espacio y alimento. e) El ambiente juega un papel principal en el desarrollo evolutivo de los organismos 15. ¿Cuáles de las siguientes aseveraciones no son hechos o suposiciones de la teoría de selección natural de Darwin y Wallace? a) Lucha por la existencia b) Supervivencia de los más aptos, por la selección natural c) El número de miembros de una especie se mantiene constante d) Las características adquiridas por los individuos son transmitidas a sus descendientes e) Ninguna de las anteriores 16. La siguiente “suposición” determina que el número de individuos de cada especie se mantenga más o menos constante: a) Lucha por la existencia b) Variabilidad c) Principio de población d) Supervivencia de los más aptos e) Selección artificial 17. “Si alguna parte del cuerpo se usa repetidamente crece y se desarrolla, las que no se usan se debilitan lentamente, se atrofian y pueden llegar a desaparecer” ¿ A qué principio hace mención este texto? a) Principio de uso y desuso b) Principio de herencia de los caracteres ad quiridos c) Ley filogenetica d) Principio de Lamark e) Ninguna de las anteriores 18. ¿Cuál de los siguientes alumnos tiene una idea lamarckiana al hablar sobre la presencia de garras en las águilas? a) Luis, al decir que las águilas con garras más grandes tendrían mayor descendencia. b) Juan, al señalar que las águilas agrandaron sus garras al querer atrapar a sus presas. c) Ana, al explicar que las águilas presentan garras grandes al tener los genes para esa característica. d) María, al indicar que sobrevivieron más los hijos de las águilas con garras más grandes que los de las que poseen garras cortas. e) Ninguna de las anteriores tiene correspondencia con las ideas de Lamarck 62 PARTE V Evolución del ser humano Antecedentes del proceso evolutivo El estudio de los fósiles humanos y pre humanos se llama paleoantropología. Es difícil para los paleoantropólogos unir todas las partes de la historia primitiva de los seres humanos, puesto que la mayor parte de los fósiles constan de unas pocas piezas: fragmentos de huesos y algunos dientes. Fósiles completos de cráneos y huesos de los homínidos son raros. Sin embargo, poco a poco los científicos van teniendo un cuadro cada vez más claro de cómo ha sido la evolución humana sobre la base de los más recientes hallazgos de fósiles y a la utilización de elementos radiactivos como el Carbono 14. Hace 200 millones de años, al tiempo que aparecieron los primeros dinosaurios, surgieron también las primeras criaturas con pelos y manos, de tamaño parecido a una musaraña. Poseían dientes afilados y, probablemente, hábitos nocturnos. Se alimentaban de insectos y gusanos y complementaban su dieta con frutos y, eventualmente, con huevos. Su metabolismo les permitía un buen control de su temperatura corporal. Fueron los primeros mamíferos. Figura 51 : Primeros mamíferos Durante 130 millones de años, la presencia de reptiles de gran tamaño dificultó la aparición de mamíferos grandes, aunque durante ese tiempo se fue perfeccionando el modelo de reproducción. Las hembras de los mamíferos adquirieron un útero grande que permitía un desarrollo sostenido de los embriones Y apareció la placenta como elemento importante en el mantenimiento del desarrollo fetal. Estos mamíferos sobrevivieron comparativamente bien a la gran crisis que se produjo al final de la era secundaria, mientras que todos los reptiles terrestres de gran tamaño desaparecieron. En ese momento, los mamíferos pudieron ocupar los nichos ecológicos que habían dejado libres los grandes reptiles y comenzaron a aumentar de tamaño, produciéndose un episodio muy rápido de radiación adaptativa, con la consiguiente diversificación de los mamíferos. Un grupo de pequeños animales, los primates. se adaptó a la vida en los árboles. La mayoría de las características del grupo responde la adaptación a la vida arbórea. Los seres humanos y otros primates son mamíferos, miembros de clase Mamalia o Mamíferos. Tú recordarás que los mamíferos son animales de sangre caliente, que poseen la capacidad para regular su temperatura corporal ( homeotermos) , alimentan a sus crías con leche producida en sus glándulas mamarias. Casi todos los mamíferos son vivíparos, es decir , que paren a sus crías en un periodo de desarrollo avanzado, a diferencia de los animales que ponen huevos ( ovíparos) .Aunque los mamíferos se originaron de los reptiles hace unos 210 millones de años, su importancia fue secundaria Fue la "época de los reptiles", y éstos eran los animales dominantes en toda la Tierra. En la era Mesozoica hubo tres líneas importantes de mamíferos: 1)multituberculados, que dieron lugar a los monotremas con pico de pato ,como el ornitorrinco; 2) marsupiales, ancestros del conocido canguro y de la zarigueya 3) mamíferos placentarios, semejantes a la musaraña, que ingerían insectos y vivían una existencia nocturna en los árboles. Estos mamíferos permanecieron como un componente de la vida en la Tierra, por casi 150 millones de años. Evolución de los primates Los primeros representantes de la clase mamíferos surgieron hace 200 millones de años; eran carnívoros y semejantes a un ratón, sus hábitos eran nocturnos y habitaban un ambiente dominado por los reptiles. Hace unos 65 millones de años, estos mamíferos primitivos comenzaron una gran expansión que originó tres grupos diferentes: los monotremas, los marsupiales y los placentarios. De este último grupo surgieron los organismos del orden de los primates. 63 Los primates se caracterizan por tener órbitas oculares redondeadas, cinco dedos, pulgar oponible, las uñas dejan libre la zona táctil (características que favorecieron la motricidad fina). Figura 52: evolución de los primates Los primeros primates eran de vida arbórea, con adaptaciones visuales, como la tendencia de los ojos a una posición frontal y, por lo tanto, a una visión estereoscópica, adaptaciones posturales, con tendencia a la posición erguida, producto de la orientación vertical de la cabeza. El orden primates se divide en dos familias: prosimios (lemures, társidos, tupaideos) y primates superiores o antropoides (monos del Viejo , del Nuevo Mundo y homínidos). Figura 53: El esquema muestra las diferencias en las manos de diferentes primates: desde los társidos, con una mano adaptada para unirse a las ramas, hasta el hombre, en el que se aprecia el dedo divergente y proporcionalmente más grande que el de los otros primates. Esta característica resulta fundamental en la manipulación fina de los objetos. Caracteres y tendencias observadas en los grupos de primates Dígitos con movimientos independientes Un primer dígito con capacidad de movimiento circular, tanto en las manos como en los pies (dedo pulgar, dedo gordo) Sustitución de garras por uñas para sostener las almohadillas digitales de la última falange de los dedos de las manos y de los pies Dientes y tracto digestivo adaptados a una dieta omnívora Una postura semierguida, que permite la manipulación con las manos y proporciona una postura favorable preparatoria para el salto El centro de gravedad próximo a las patas traseras Coordinación motora mano-ojo bien desarrollada Adaptaciones ópticas que incluyen el solapamiento de los campos visuales para ganar información tridimensional precisa sobre la localización de alimentos y de las ramas de los árboles Orbitas óseas que ayudan a proteger a los ojos de los riesgos de la vida arbórea Acortamiento del rostro acompañado por una reducción del hocico Disminución del aparato olfativo en las formas diurnas Comparado con prácticamente todos los demás mamíferos, los primates poseen un cerebro muy grande y complejo con relación al tamaño del cuerpo. Los antropoides, que incluyen a los monos, simios y humanos, son en su mayoría más grandes que los prosimios, y generalmente son de hábitos diurnos en lugar de nocturnos. Comparados con los prosimios, los antropoides poseen también más características de primates, como un rostro más acortado, ojos frontales, y un cerebro mayor y más complejo. Figura 54: Cuadro sintético de los aspectos de la evolución de los primates 64 Los Homínidos. Los homínidos agrupan a los antropomorfos o póngidos y, al hombre. Estudios realizados por L.S. Leakey en un fósil del Mioceno , denominado Driopithecus o procónsul, sugieren que, a partir de él, surgieron dos líneas evolutivas : una dio origen a los póngidos y otra al Ramapithecus, un supuesto antepasado del hombre. Figura 55: diversificación de los homínidos Los procónsules habitaron zonas boscosas y volcánicas en África Oriental hace unos 25 o 30 millones de años. Se piensa que los grandes incendios en esa zona provocaron migraciones hacia regiones más abiertas, expandiendo así su distribución. En Koru, una localidad africana, se han encontrado alrededor de 200 muestras fósiles de procónsul, algunas de ellas muy similares a los antropomorfos actuales. Los antropomorfos modernos agrupan cuatro géneros: Hilobates (gibones) Pongo (orangutanes). Pan (chimpancés) y Gorilla (gorilas). Ramaphitecus. Es un homínido que surgió entre unos 10 y 15 millones de años atrás. De acuerdo al hallazgo de restos fósiles de maxilares, la arcada dental era pequeña y ancha, se alimentaban de semillas, y se estima que su estatura era baja Y con tendencia a la posición erecta. Esta especie pesaba entre 20 y 40 kilogramos, tenía gran capacidad para la braquiación, pero también era capaz de descender al suelo para buscar su alimento. De este grupo se originan los homínidos de cuerpo erguido. Los antropólogos, basados en evidencias fósiles, han identificado dos especies de Ramaphitecus: R. brevosti y R. wicheri. Para un importante número de ellos, el Ramaphitecus constituye un protohomínido que dio origen a etapas protohumanas y prehumanas de la evolución del hombre. Sin embargo, algunas evidencias moleculares señalan que la separación de los antropomorfos y los humanos solo se produjo hace 6 millones de años. De ser asi, el Ramaphitecus no pertenecería a la línea humana. Según los registros fósiles estudiados por D. Pilbeon en la Universidad de Harvard, Ramapithecus habría tenido una evolución paralela con los homínidos y no una ascendencia común. A mediados del Cenozoico, hace unos 35 millones de año, se va a producir un cambio climático en África, una aridificación del clima, que va a dar lugar a un retroceso de las selvas - menos árboles-, que van a dejar paso a unos paisajes más abiertos, herbáceos, con árboles más pequeños diseminados por el territorio, las sabanas. Ante la pérdida de cobertura arbórea, los Primates se verán obligados a bajar al suelo, para desplazarse de un árbol a otro o para buscar alimentos, apareciendo individuos que se van a ir moviendo en el suelo cada vez con más soltura mientras otros van a seguir ligados a los árboles. Al bajar al suelo se va a producir un cambio en la alimentación apareciendo, por un lado, individuos que se alimentarán de raíces y semillas, alimentos más duros que les harán desarrollar una dentadura más potente, originándose la línea evolutiva de los parantropos, los australopitecos de cráneos robustos por la especialización alimentaria, y por otro lado otros homínidos que comenzarán a comer carne, tal vez primero carroña y restos dejados por los predadores, pero luego por caza directa y activa que dará otra línea de homínidos representado por Australopithecus africanus en primer lugar, y por el género Homo, a continuación. El problema de los predadores debió ser muy importante para los primates que bajaban al suelo, donde eran más vulnerables, por lo que la capacidad de incorporarse sobre las patas traseras para ver mejor su entorno, y por tanto para ver venir a los predadores, debió ser una importante característica que otorgaría una mayor supervivencia a los individuos que lo hicieran, surgiendo el bipedismo que, por el estudio de las huellas de Laetoli de hace unos 3,5 millones de años, podemos decir que ya lo presentaba Australopithecus afarensis, aún vegetariano, y después de él todos los demás homínidos. 65 El bipedismo dio, además, la posibilidad de tener las "manos" libres para poder manipular objetos, palos y piedras, adquiriendo entonces una enorme ventaja con respecto a otras especies competidoras de los primeros homínidos. La manipulación hace aumentar el tamaño cerebral, ya que se requiere mucha corteza motora y sensitiva, y esto permitirá desarrollar inteligencia, emociones y capacidad de hablar y comunicarse, a lo largo de un proceso iniciado en Homo habilis, y que concluirá con la aparición de nuestra especie, el Homo sapiens, que ha sido, en definitiva, la especie que ha terminado dominando nuestro planeta, y ha iniciado su expansión hacia otros planetas de nuestro entorno. El proceso de hominización En el proceso evolutivo del ser humano se pueden distinguir 4 fases: La pre humana, representada por el género Australopithecus; la proto humana, representada por el homo habilis; la fase humana antigua, representada por el homo erectus y la humana moderna , correspondiente al Homo sapiens. El proceso de humanización se inicia lentamente a partir del momento en que un homínido se separa de la línea ancestral: Figura 56. La ilustración muestra los principales cambios en la evolución humana. Este proceso se resume desde que hace entre 4 a 6 millones de años un homínido se separa de la línea ancestral que dio origen al chimpancé y al gorila, hasta la actualidad. El cambio observado en las especies protohumanas y prehumanas se puede resumir como la ocurrencia de eventos progresivos en los siguientes aspectos: Paso de cuadrúpedo a bípedo Aumento progresivo de la capacidad craneana Cambios en la estructura dentaria y mandibular Cambios en los huesos de la pelvis Progreso en los utensilios líticos ( de piedra) o de otros materiales. Paso de una comunicación a través de signos a una a través de símbolos Primeros homínidos La evolución del hombre se llevó a cabo en Africa. Los Primeros homínidos pertenecen al género Australopithecus o "simio del sur", y aparecen hace unos 3.8 millones de años. El número actual de especies asignadas a este género está en debate. Es difícil decidir si las diferencias descubiertas en los pocos fragmentos esqueléticos corresponden a una variación individual dentro de una especie o a diferentes especies. La mayor parte de los biólogos reconocen dos a cuatro especies de Australophitecus Australophitecus : el hombre del Sur. Los científicos han identificado 4 especies de Australopithecus: El A. Afarensis, el A. Boisiei, el A. africanus y el A. robustus. Los dos últimos coexistieron simultáneamente en el Pleistoceno, en las regiones boscosas del sur de África. 66 Los homínidos más antiguos se asignan a la especie A. afarensis. Se han descubierto algunos fósiles de restos esqueléticos de A. afarensis, incluso un esqueleto casi completo , al que se dio el hombre de Lucy . Además, en 1976 se descubrieron las huellas de pisadas de tres individuos, formadas hace unos 3.6 millones de años. Estas huellas, aunadas a los huesos de la pelvis, piernas y pies , indican que el desarrollo hacia el bipedalismo y hacia una postura erecta ocurrió en el inicio de la evolución. A. Afarensis fue un homínido pequeño, de casi un metro de estatura. Su cara se proyectaba hacia adelante y su cráneo, semejante al de los simios, cubría un cerebro pequeño. La capacidad craneal era de 450 a 500 centímetros cúbicos, en comparación con la capacidad craneal actual de alrededor de 1400 centímetros cúbicos. Aun tomando en cuenta las diferencias en el tamaño del cuerpo, el cerebro de A. Afarensis sigue considerándose pequeño. Su dentadura, el número y disposición de los dientes era primitiva, e incluía unos caninos largos. Figura 57: Australopitecus Afarensis Muchos científicos consideran que A. Afarensis dio origen a A. Africanus , el cual apareció hace cerca de tres millones de años. Por otro lado, se han descubierto dos formas, de mayor tamaño de Australopithecus: A. Robustus y A. Boisiei, sin embargo, la opinión de distintos científicos coincide en que éstos no se encuentran en la línea de evolución humana. Australophitecus africanus. Esta especie apareció hace unos 3 millones de años. El primer fósil de A .Africanus se descubrió en el sur de Africa, en 1924, y a partir de entonces se han descubierto otros. Este homínido, más bien pequeño, caminaba en posición erecta y, poseía manos y, dientes semejantes a los humanos. Según las características de sus dientes, se piensa que ingería plantas y animales. Su cerebro se considera pequeño, igual que el de A. afarensis, con una capacidad aproximada de 450 a 500 cm3 Los individuos eran de baja estatura (1,2 m) y contextura delgada (20 a 35 kg); los rasgos de su pelvis indican que eran bípedos El estudio dentario señala que su dieta era omnívora; habitaban a la intemperie en estepas y praderas y sus expectativas de vida eran bajas, pues solo el 15% de la población llegaba a los 30 años. El mayor desarrollo del hueso frontal, la conformación facial, el acortamiento del hueso mandibular y la disminución del tamaño de los caninos, lo diferencian claramente de un antropomorfo. Figura 58: Australopitecus Africanus 67 Australophitecus robustus. Esta especie debió aparecer entre 2,3 a 1,3 millones de años: Era corpulento, con arcos supraorbitales más pronunciados, un cráneo capaz de contener 500 cm 3. El análisis de los huesos de los miembros inferiores de este antropoide demuestra que no poseía estructuras anatómicas que le permitieran ser un bípedo eficaz. Habitó las regiones boscosas de Sudáfrica y se piensa que su dieta consistía en semillas y raíces duras. Algunos científicos pensaron que las diferencias encontradas entre ambas especies daban al Australopitecus robustus la categoría de otro género taxonómico, al que llamaron Parantropus. Figura 59: Australopitecus Robustus La mayor parte de los antropólogos señala que las diferencias morfológicas entre ambos, los obligaron a ocupar distintos hábitats: el estepario para A. africanus y el boscoso para A. robustus. Entre ambos no debió producirse competencia alimenticia. Un número importante de antropólogos actuales señala al Australopithecus africanus como el grupo iniciador de la línea humana, debido al comportamiento cooperativo que mostraban en las labores de caza, la elaboración de utensilios y la presencia de un lenguaje rudimentario, que sería la base del comportamiento cooperativo. El género Homo La mayoría de los científicos aceptan que hay dos grandes grupos, o géneros, de homínidos en los últimos 4 millones de años. Uno de ellos es el género Homo, que apareció hace 2, 5 millones de años y que incluye por lo menos tres especies: Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens. Uno de los grandes misterios de los estudiosos de la prehistoria es cuándo, cómo y dónde el género Homo remplazó a los Australopithecus. Figura 60: Arbol evolutivo del género Homo 68 1) Homo habilis, el hombre hábil. Según algunos antropólogos, esta especie sería contemporánea con el Australophitecus. dentadura y la morfología del pie eran similares a los de A. robustus. Su Su mayor capacidad craneana (650 cm 3 )hace pensar a los antropólogos que esta especie se originó de forma independiente al Australophitecus, y que a su vez habría dado origen a una especie más eficiente en la bipedía. Era desarrollado, ágil, caminaba erguido y tenía desarrollada la capacidad prensil de sus manos. Sabía usar el fuego, pero no producirlo y se protegía en cuevas. Vivía de recolectar semillas, raíces, frutos y ocasionalmente comía carne. En 1972, Richard Leaky, encontró un cráneo de 850 cm 3el denominado KNM – ER 1470. Su antiguedad es tan incierta que dio lugar a una polémica sobre la forma y época en que se originó el género Homo. Unos suponen que H. habilis y A. africanus coexistieron y serían por tanto dos líneas evolutivas distintas que surgieron de un antepasado común. Otros piensan que H. habilis es más reciente y constituye el eslabón entre A. africanus. y Homo erectus . El primer homínido con características suficientes para considerarse en el mismo género que el humano, fue el Homo habilis. La capacidad craneal era mayor que el Australopithecus .Su estatura alcanzaba el metro y 55 cms. Este primer humano apareció hace 1,8 millones de años y su presencia persistió por más de medio millón de años. Se han encontrado fósiles en muchas zonas de África. En estas áreas se localizan las primeras herramientas primitivas : raspadores o piedras fragmentadas para formar bordes filosos para cortar. Aunque otros primates utilizaron herramientas en forma ocasional, el Homo hábilis fue el primer individuo que diseñó herramientas en forma consciente. La relación entre australopithecos y H. Hábilis no es clara. Según las características físicas conocidas de estos organismos, algunos biólogos consideran que H. Habilis y A. Africanus fueron contemporáneos durante gran parte de su existencia. Sin embargo, se considera que H. Habilis se encontraba en la línea evolutiva humana, en tanto que A. Africanus no. Se espera que el descubrimiento de nuevos fósiles ayude a esclarecer esta relación. Figura 61: Homo habilis 2) Homo erectus, el hombre erguido. Esta especie se originó, al parecer, un millón y medio de años atrás y se extinguió hace 300.000 a 100.000 años. El Horno erectus tenía capacidad craneana de 750 a 1.250 cm 3, un esqueleto y un tamaño corporal similar al nuestro, y una postura corporal totalmente erguida. La posición erecta alimentó considerablemente el radio visual, dejó libres las manos para la recolección de alimentos, para la construcción Y el uso de herramientas. Algunas características de Homo erectus eran: Transformación de la base del cráneo, que desplazó el agujero magno hacia la zona inferior de la cabeza, permitiendo la comunicación vertical entre la médula espinal y el encéfalo Curvaturas de la columna vertebral, indispensables para mantener la posición erguida. Variación en la forma de la pelvis para favorecer la transmisión de peso de la columna vertebral a la cabeza del fémur. Modificación de las extremidades para sostener el peso del cuerpo. Eran nómadas, pero luego de dominar el fuego habitaron cavernas y se hicieron más sedentarios. Las evidencias de la utilización del fuego datan de 1,4 millones de años atrás. 69 Esto, sumado al importante desarrollo de utensilios líticos significó un cambio en la alimentación de esta especie. . El principal logro de esta especie fue el desarrollo cultural y el descubrimiento del fuego. Vivía en grupos tribales de unos 50 individuos, lo que facilitaba las labores de caza y la socialización de los más jóvenes. Por primera vez se organizó la división del trabajo y un comportamiento cooperativo en las tribus. La caza de animales estaba encargada a los varones; el cuidado de los niños, junto con la recolección de raíces y frutos y la mantención del fuego, a las mujeres. El empleo del fuego fue un logro muy importante para el H. erectus, ya que le permitió colonizar hábitats más adversos. Las cuevas y cavernas naturales le brindaron protección contra los depredadores y las constantes variaciones climáticas. Fósiles de H. Erectus fueron encontrados por primera vez en Java en 1896 ( hombre de Java) y después en Pekín en 1929 ( hombre de Pekín). Las diferencias principales de H. Erectus y H. Sapiens están en el cráneo. Los especímenes de cráneo de H. Erectus son gruesos y masivos, con frentes estrechas. Sus mandíbulas y dientes son grandes ( aunque más pequeñas que en H. Habilis) y sus mentones son deprimidos. La capacidad cerebral alcanza en promedio a 1.200 cm3. Figura 62: Homo erectus 3) Homo Sapiens: El hombre sabio La evidencia de los fósiles encontrados por los científicos indica que el homo sapiens, nuestra especie, existió en la misma forma que hace 50.000 años. También demuestra que en tiempos más antiguos vivieron otras especies de homínidos. Sin embargo, el registro fósil no indica, a ciencia cierta, como evolucionó el Homo sapiens. Al estudiar dicho registro, los paleoantropólogos enfocan su atención en algunas características que han conducido a la hominización, tales como: La adaptación a la locomoción bípeda: Hay muy pocos mamíferos bípedos, esto es, que caminen erguidos en dos piernas. Esta condición ha permitido liberar las manos, para una multitud de funciones y sería una ventaja para la especie en su paso de la vida arborícola a otra que transcurre en la sabana. 1) El incremento de la capacidad craneana: El tránsito a la hominización implica un desarrollo avanzado de la capacidad craneana y del desarrollo del cerebro. 2) El desarrollo del lenguaje: Esta propiedad parece ser lo más característico de la inteligencia humana. Para su aparición es necesario la tendencia evolutiva hacia el desarrollo de los órganos que permita la emisión de sonidos. 3) La remodelación del aparato mandibular: debido a la variación de la dieta alimenticia. 70 Figura 62: Vista lateral de cráneos de a) Homo erectus b) Homo sapiens neanderthal y c) Homo sapiens (cro magnon) En los últimos 130.000 años de la evolución humana se ha visto el predominio de dos grupos humanos: a)Homo sapiens neanderthalensis. Este grupo se originó hace 130.000 años, se extinguió hace 35.000 años. Los primeros fósiles se encontraron en el valle de Neanderthal, Alemania. Se distribuyó ampliamente en el sur de Europa, en el Cercano Oriente y en Asia Central. Parece ser que en este lugar se concentró el mayor número de individuos, lejos de los glaciares que ocupaban la zona norte. El hombre de Neanderthal presentaba una estructura corporal más gruesa y musculosa que la del hombre actual. Tenían un cráneo tosco, con una cara sobresaliente, frente estrecha y gruesos arcos superciliares, con un cuerpo un poco más grande que el nuestro, Estos seres humanos primitivos recogían alimentos vegetales y cazaban. Vivían en cuevas formando familias. Usaban utensilios Para desollar animales, de lo que se deduce que se vestían con pieles para guarecerse del duro clima. Los Neanderthales enterraban a sus muertos con alimentos, armas y, en algunos casos, con flores primaverales. El éxito de esta especie debió ser elevado, dada la velocidad de su expansión coexistieron con el Homo sapiens sapiens en algunos lugares, durante varios miles de años . Luego desaparecieron rápidamente hace aproximadamente 35.000 años. Estos individuos vivían en cuevas, conocían el fuego, eran cazadores y desarrollaron una importante industria lítica: hojas de cuchillo, puntas de lanzas. hachas de mano, etc. Los cambios morfológicos alcanzados por esta subespecie son: aumento de ]a capacidad craneana de 1.300 a 1.400 cm3; occipital prominente, frente pequeña, maxilar sobresaliente, arcos supraorbitales robustos, rostro alargado, boca ancha, dientes grandes, palma de la mano larga y gran capacidad para separar los dedos. Los rasgos craneales y faciales del hombre de Neanderthal, han sido explicados a partir de una supuesta adaptación al intenso frío de los períodos glaciares e interglaciares de Europa. Figura 63: Homo sapiens neanderthalensis 71 b) Homo sapiens sapiens: Los primeros restos fósiles del hombre actual fueron encontrados en la caverna de Cro Magnon, Francia. El hombre de Cro magnon reemplazó bruscamente al de neanderthal, hace 35.000 años. Su desarrollo en el continente europeo fue tan rápido que se estima que pudieron haber exterminado a los Neanderthal. Las características morfológicas del hombre de Cro Magnon difieren de las del Neanderthal; su estructura corporal es menos robusta y de desarrollo muscular inferior, aunque la capacidad craneana es muy similar ( 1.500 cm 3 ) . Sin embargo, esta sub especie desarrolló la capacidad creativa, el pensamiento y la comunicación simbólica. El hombre de Cro Magnon habitó principalmente en Eurasia, donde construyó asentamientos desde el mediterráneo hasta Ucrania. En éste periodo, los glaciares cubrían gran parte del continente europeo. El Homo sapiens sapiens, es la especie a la cual pertenecemos los seres humanos modernos.. Avanzaron hacia el norte y occidente a medida que retrocedía el hielo. Estos seres humanos también cruzaron el estrecho de Bering, penetrando así en el continente americano y llegaron a Australia hace unos 25 mil años. En su recorrido se extendieron por la Tierra más que ninguno de los primates anteriores. Un grupo prehistórico de esta especie fueron los hombres de Cro-Magnon (32 mil años), llamados así por la cueva cercana a la aldea de Les Eyzies, Francia, donde fueron hallados sus restos óseos. Los cro-magnones vivieron la última glaciación y aunque su cerebro no era mayor que el del hombre de Neanderthal, le dieron nuevos usos pues, entre otras cosas, hicieron y mejoraron muchos instrumentos y armas. Los cro-magnones son también los artistas más antiguos. El hombre actual no difiere básicamente ni en capacidad cerebral, ni en postura, ni en otros rasgos físicos, del modelo que la evolución había logrado en el hombre de Cro-Magnon. Para los biólogos, todos los seres humanos formamos parte de la misma especie (Homo sapiens sapiens) aunque hay distintas razas. Las líneas generales de distribución racial se iniciaron en la Prehistoria. Desde el punto de vista físico se pueden reconocer por lo menos cuatro categorías raciales fundamentales: negroide, caucasoide, mongoloide, australoide. Figura 64: Homo sapiens sapiens Esta especie humana construía refugios naturales de madera, huesos y pieles, o bien vivía entre las rocas; algunos construyeron asentamientos a lo largo de las rutas migratorias de animales como los renos. Esta conducta sentó las bases del sedentarismo como forma de vida. 72 Construían instrumentos de piedra, marfil y hueso de una gran perfección, si se les compara con los utilizados por las especies que le precedieron, pues desarrollaron herramientas para hacer otros instrumentos. Además, se han encontrado fragmentos de cuerda con los que construían redes y fabricaban estructuras que les permitían lanzar flechas o proyectiles a los animales. A los científicos les inquietó el porqué construían cuevas, si vivían fuera de ellas. Una explicación a esta conducta es la mayor expectativa de vida del grupo, que alcanzaba hasta los 60 años de vida: los ancianos tenían la obligación de transmitir su cultura a los más jóvenes, en ritos de iniciación que se realizaban en las cavernas. En este período inicial del hombre moderno ya se empleaban joyas y adornos en el cuerpo, reservados solo para algunas clases sociales. Otro rasgo característico de este grupo son las pinturas rupestres encontradas en cerca de 150 cuevas de España y Francia, una tradición artística que duró alrededor de 20.000 años . Algunos investigadores opinan que los Cro-Magnon se habrían apareado con los Neanderthal. Este hecho, sumado a que durante la última glaciación las poblaciones quedaron aisladas y sometidas a fuertes presiones ambientales, motivó que, al retirarse los hielos, tendieran a expandirse por todos los continentes, lo que traería como consecuencia una gran diversificación de esta subespecie; por ejemplo, en la pigmentación de la piel, el color y disposición del pelo, la forma de la boca, nariz y ojos, la talla corporal y otros rasgos que dieron lugar a los grupos raciales. En este aspecto, la Genética ha sido de gran ayuda para la Antropología, al descubrirse el sistema de grupos sanguíneos, cuya distribución en la población tiene relación con los grupos raciales. Por ejemplo, en el sistema AB0, descubierto por Landsteiner en 1900, el grupo 0 alcanza una frecuencia muy alta entre los amerindios; el grupo A tiene una frecuencia alta en el este de Europa, en el este de Asia y entre los aborígenes de Australia; y el grupo B en Asia Central y el norte de India. Son evidentes las diferencias entre cada raza descrita si las comparamos entre sí, pero la variabilidad de un carácter suele ser tan amplio dentro de cada grupo, que resulta difícil diferenciarlos drásticamente. Hay que recordar que todas estas razas constituyen una sola especie y que la dotación genética que permite el desarrollo de la cultura, rasgo fundamental que define al hombre, es una característica de toda la especie humana. Los homo sapiens sapiens vivieron en un mundo habitado por el mamut lanudo, el oso de las cavernas, el tigre “dientes de sable”,lobos, rinocerontes, caballos salvajes y otros mamíferos. Esculpieron utensilios y ornamentos de marfil y manufacturaron puntas de flecha y lanza de piedra, finamente trabajadas. Era un pueblo vigoroso e inteligente y de alta estatura. Siendo contemporáneo con los grandes mamíferos, este cazador de la edad de piedra tuvo una vida verdaderamente insegura y difícil, porque para vivir tenía que luchar contra este mundo salvaje y peligroso. Figura 65: Homo sapiens sapiens y animales de su entorno Hace 8.000 a 10.000 años sobrevino la extinción a escala mundial de muchos de los grandes mamíferos que caracterizaron el Pleistoceno. Las razones de tal extinción no son claras; quizás el ser 73 humano tuvo algo que ver en ésta extinción, pero, cualquiera que sean las causas, este hecho tuvo una gran importancia en la evolución cultural del hombre. En su más amplio sentido, éste fue el comienzo de los tiempos modernos. F Figura 66: Cuadro comparativo entre las especies del género Homo Figura 67: Ramificación posible y más aceptada de la evolución del ser humano 74 Guía de Actividades N° 8. 1.- Los primates se dividen en las siguientes familias: I. Antropoides II. Homínidos III. Antropomorfos IV. Prosimios a) I y IV b) II y IV c) III y IV d) II ; III y IV e) I ; III ; IV 2.- Con respecto a los homínidos , es verdadero afirmar: I. Dieron origen a dos lineas evolutivas: Póngidos y Ramapithecus II. Pertenecen a la linea evolutiva humana “australophitecus” III. Agrupan a los antropoides IV. Se caracterizaban por caminar erguidos a) solo I b) I ; III y IV c) I ; II y IV d) Solo IV e) Todas las anteriores 3.- El orden de aparicíon de los tipos de australophitecus corresponde a : I. Africanus II. Afarensis III. Boisiei IV. Robustus a) I ; II ; IV y III b) II ; I ; IV y III c) I ; II ; III y IV d) II ; IV ; I y III e) IV ; I ; III y II 4.- Entre las características del Australophitecus Afarensis destacan : I. Baja estatura II. Contextura gruesa III. Capacidad craneana de 1400 cm 3 IV. Dieta omnívara V. Escasa dentadura a) I ; II y III b) II ; III y V c) III y IV d) I ; II y IV e) I y IV 5.- Entre las ventajas que dio la postura corporal totalmente erguida al Homo Erectus , encontramos: I. Aumento considerablemente el radio visual II. Dejó libre las manos para la recolección de alimentos , construcción y uso de herramientas III. Una menor curvatura en la columna IV. Pelvis masa larga y menos redondeada a)solo I b) I y II c) II y III d) I y IV e) Todas las anteriores 6.-Son algunas características de la Hominización : I. Adaptación a la locomoción Bípeda II. Incremento de la capacidad craneana III. Desarrollo del lenguaje IV. Remodelación del aparato mandibular a) solo I b) I ; II y III c) I ; II y IV d) II ; III y IV e) Todas las anteriores 7.- Con respecto al Homo Erectus , es verdadero afirmar : I. Primera especie que tuvo la columna totalmente vertical II. Su altura era parecida a la del hombre actual III. Se cree que desciende del homo africanus IV. Su volumen craneano supera al del homo habilis a) Solo I b) I y II c) II ; III y IV d) I ; II y IV e) Ninguna de las anteriores 8.- Es el primer Homínido que se puede considerar en el mismo genero que el humano, su dentadura es semejante al robustus , se desplazó deficientemente como bípedo ; estamos hablando de el: a)Homo Habilis c) Homo Erectus b) Robustus d) Africanus e) Ninguna de las anteriores 9. El Hombre de Neanderthal se distribuyó y habitó en : I. América del Sur II. Europa III. Oceanía IV. Oriente Medio V. Asia Central a) I, III y IV; b) II, III y IV; c) II y IV; d) II, IV y V; e) Todas 10. El ________________ fue un Homínido que marcó un importante desarrollo de la actividad ________________ a)Homo Habilis / Cacería; b)Australophitecus Afarensis / Ganadera; c)Homo Sapiens Neanderthalensis / Lítica; d)Homo Erectus / Minera; e)Cromagnon / Comunicación Simbólica. 75 11. ¿ Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones es o son correctas con respecto al Homo Sapiens Neanderthalensis? I. Vivían en sociedad y se refugiaban en cuevas. II. Coexistían con el Homo Sapiens Sapiens. III. Desconocían el uso del fuego. IV. Practicaban ritos religiosos. V. Comparativamente sus restos fósiles son más livianos y su capacidad craneana mayor a la del Homo Erectus. a) I, II, III y IV: b) I, II y IV; c) III, IV y V; d) II; IV y V; e) I, II, IV y V 12.Indique la(s) afirmación (es) correcta(s) correspondiente(s) al Cromagnon: I. Construían refugios de madera, huesos, pieles; II. No tenían claras diferencias en clases sociales; III. Sus instrumentos y armas gozaban de gran perfección; IV. Se desarrollaron tan rápido que pudieron exterminar al Neanderthal; V. Pudieron ser exterminados por los grandes mamíferos. a) I y III; b) II, IV y V; c) I, III y V; d) I, III y IV; e) I, II, III y IV 13. El uso dado a las cavernas por el Cromagnon fue: a) Vivienda; b) Centro de intercambio comercial; c) Ritos de iniciación cultural y tradición artística; d) Galerías de exposición artística; e) Almacenamiento de provisiones. 14.La especie que descubrió el fuego y tuvo gran desarrollo cultural fue: a) Homo Erectus; b) Homo Habilis; c) Australophitecus Africanus; d) Australophitecus Robustus; e) Homo Sapiens 15.Reconozca las causas que permitieron la diversificación de la clase Cromagnon: a) La separación del continente de Pangea; b) La desaparición del resto de las especies Homínidas a causa de los grandes mamíferos; c) Su interés por seguir astros y objetos del espacio d) La expansión por todos los continentes y su apareamiento con los Neanderthal; e) La presión atmosférica en esos tiempos era adecuada para la diversificación. 16.- El Homo Sapiens Sapiens, también llamado Hombre del Cromagnon, reemplazó bruscamene al del Neanderthal. Entre sus características morfológicas encontramos: I.Estructura corporal más robusta y mayor desarrllo muscular que el del Neanderthal II.Desarrolló la capacidad creativa, el pensamiento y la comunicación simbólica III.Habitó principalmente en Eurasia IV.Son los autores de magníficas pinturas que hay dentro de las cavernas del sur de Francia y España V.Construía refugiosde madera, huesos y pieles a) I, II, IV y V b) II, III, IV y V c)II, II y IV d) II, III y V e) T.A. 17.- "Era el rey de la Edad de Hielo en Europa. Pequeños y fuertes, eran capaces de sobrevivir al frío. Cazaban y eran presas de caza. Poseían inteligencias separadas y gran poder de concentración". Según lo señalado anteriormente hacemos mención a : a) Homo Sapiens Sapiens b) Hombre delNeanderthal c) Homo Sapiens Erectus d) Hombre del Cromagnon e) Homo Sapiens Sabius 18.- Gracias al hallazgo de distintos fósiles pertenecientes al Homo Sapiens, loa paleaontropólogos enfocaron su atención en algunas características que lo condujeron a la Hominización, entre ellas estan: I.Sustitucíon de garras por uñas II.Incremento de capacidad craneana III.Desarrollo de lenguaje IV.Adaptaciónes ópticas que le proporcionaron una vista estereoscópica V.Adaptación a locomoción bípeda a) I, III y V b) II, III y IV c) II, III y V d) II y V e) Todas las anteriores son correctas