Tema 3. ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA VIDA
Anuncio
V TEMA 3 Origen y evolución de la vida “Si es verdad que el hombre desciende del mono, esperemos que eso no se divulgue” exclamó una respetable dama inglesa en 1860, un año después de que Darwin publicara “El origen de las especies”. Si bien la idea de la evolución estaba ya en el ambiente desde hacía tiempo, Darwin le dio la forma de una teoría elaborada, basada en una idea revolucionaria: la selección natural. La teoría de Darwin constituye hoy uno de los pilares de la ciencia moderna. Si Copérnico desalojó del centro del universo a la Tierra, Darwin desplazó del epicentro del mundo natural a la especie humana. Pero también, al instaurar el concepto de selección natural, simple y poderoso, como motor de la evolución, hizo posible “la noción de naturaleza como un sistema regulado por leyes que la razón humana puede comprender sin recurrir a agentes sobrenaturales” , en palabras de J,. Ayala. La teoría darviniana tuvo una importante repercusión social que ha persistido hasta nuestros días. El hecho de que todas las formas de vida biológica, incluido el hombre, compartieran un ancestro común era para Darwin una invitación a la humildad. Pero sobre este ancestro común, punto de partida de la evolución, Darwin no nos dijo nada. Y la poderosa ciencia moderna, apenas balbucea explicaciones confusas y contradictorias. El origen de la vida sigue siendo, un oscuro e inaccesible problema para la ciencia moderna. Índice Cuestiones previas ¿Qué es la vida? 1. El origen de la vida 2. La evolución de los seres vivos 3. Origen y evolución del hombre • ¿Sabes si el hombre ha creado vida? • ¿Crees que existe vida en otros planetas? ¿Qué significa “evolución biológica”? • • • • 1 ¿Por qué genera la teoría de Darwin tanto debate social? ¿Descendemos del chimpancé? ¿Qué importante yacimiento de homínidos hay en España? 1 . ¿QUÉ ES LA VIDA? 1.1. Buscando una definición de vida De manera intuitiva, todos reconocemos a otro ser vivo con independencia de su forma, tamaño o aspecto. De hecho, cuando en el siglo XVII, con el primer microscopio de la historia, Leeuwenhoek descubrió el fascinante mundo de los microorganismos, los reconoció de inmediato como seres vivos. Sin embargo, no existe una definición clara de vida. Los científicos llevan mucho tiempo preguntándose qué es la vida, pero todavía no se han puesto de acuerdo en una definición. Algunas definiciones propuestas por famosos científicos son las siguientes: El principal obstáculo al que nos enfrentamos para definir la vida radica en su condición de hecho único. Mientras no encontremos otra biosfera en algún lugar del universo, sólo tenemos la vida terrestre como modelo. Por tanto, si alguna vez creemos encontrarla fuera de la Tierra, ¿cómo sabremos que estamos ante un ser vivo? La vida en clave genética. Hoy día podemos definir la vida en clave genética. Donde hay vida, hay genes. Toda la vida conocida está basada en el ADN como sistema de almacenamiento de la información biológica. El código genético, que permite construir proteínas a partir de una secuencia de ADN, es el mismo para todos los seres vivos. Todo lo cual apunta a un origen común para todos los seres vivos. Con esta idea, podemos aceptar tres definiciones que, si no son una definición de vida, pueden acercarnos a ella. Un ser vivo es aquello que tiene genes que se duplican. Un objeto donde podemos encontrar un genoma (una silla de madera de cerezo) es algo muerto; y aquello donde no hay ADN se considera materia inerte. Mecanicistas y animistas. En 1944 Erwin Schrödinger, uno de los padres de la física cuántica, escribió un libro titulado “¿Qué es la vida?” donde nos invitaba a abandonar la idea de “fuerza vital” , pues estaba seguro de que la vida podría explicarse en términos de átomos y moléculas. La vida sería el resultado de un complejo entramado de reacciones bioquímicas que conocemos como metabolismo. En consecuencia, las herramientas científicas de hoy son suficientes para entender y describir la vida 2 Frente a esta postura, calificada por algunos de mecanicista, los animistas piensan que, aunque todo pueda explicarse en clave de física y química, esto no demuestra que la vida sea una mera expresión de esas leyes, y resaltan lo complicado que resulta entender o clasificar algunos productos de la vida. Por ejemplo, los llamados casos frontera se sitúan en los límites de lo vivo: ¿son seres vivos los espermatozoides o las semillas de lenteja? ¿están vivas las células de nuestro cuerpo? ¿en qué momento comienza o termina cada vida humana? ¿son seres vivos los virus? ¿y los priones? La idea de que la vida representa algo filosóficamente superior a los objetos inertes está presente en el mismísimo Darwin: “El organismo más humilde es algo mucho más elevado que el polvo inorgánico que pisamos, y nadie con una mente imparcial puede estudiar una criatura viva, por muy humilde que sea, sin maravillarse de su estructura y propiedades” Una de las claves del problema está en decidir si existe o no una frontera definida entre lo que está vivo y lo que no lo está. Los que optan por una respuesta afirmativa reconocen implícitamente la existencia de un “alma” (en latín, anima) que alienta no solo a los llamados “animales” sino a todos los organismos. Para Aristóteles, el alma es lo que diferencia a los seres vivos en general, aunque él mismo reconocía: “La naturaleza avanza paulatinamente desde las cosas inertes a la vida animal, de forma que es imposible determinar una frontera exacta para la definición”. ¿Imposible o sólo difícil? 1.2. Características de los seres vivos Aunque no existe una definición clara de “vida”, la comparación de la materia viva con la materia inanimada permite distinguir con claridad una serie de características propias de los seres vivos. • Complejidad molecular. La materia inerte, una roca por ejemplo, está formada pocas moléculas, generalmente sencillas. Sin embargo, la composición de un ser vivo resulta muy compleja, tanto por la diversidad de sustancias presentes como por la complejidad estructural de las mismas (macromoléculas como los ácidos nucleicos y las proteínas, ausentes en la naturaleza no viva) • Automantenimiento. Los seres vivos incorporan materia y energía del exterior que utilizan para construir sus propios componentes y realizar sus procesos vitales. Se denomina metabolismo al conjunto de procesos químicos mediante los que el organismo utiliza la materia que ha incorporado. • Sensibilidad. Los seres vivos poseen la capacidad de percibir los cambios que se producen en su entorno y de reaccionar ante ellos, es decir, presentan respuestas ante los estímulos ambientales. Las respuestas ante los estímulos pueden ser tan simples como el crecimiento hacia la luz de una planta o tan complejas como las migraciones de miles de kilómetros de algunas aves. • Reproducción. Los seres vivos tienen la capacidad de reproducirse, esto es, de generar copias de sí mismos. No surgen de forma espontánea: todo ser vivo procede de otro anterior a él. La reproducción no es esencial para la supervivencia del organismo, pero si para la continuidad de su especie ¿Está vivo el fuego? El fuego comparte los rasgos descritos para los seres vivos, Se reproduce: con la llama de una vela podemos prender otras muchas. Crece, desde el momento de prender la mecha hasta alcanzar su tamaño “adulto”. Se alimenta, de la cera que envuelve la mecha; respira (toma oxígeno del aire), excreta (gases como el CO2) y, al igual que cualquier ser vivo, muere cuando acaba su comida. Reacciona ante los estímulos (oscila ante una brisa) El metabolismo es, quizás, la función más característica de la vida. Un ser vivo es capaz de mantener y perpetuar su composición a pesar de los cambios ambientales, y lo más importante, sus actividades están controladas por programas genéticos. La información incorporada en estos programas es el fruto de 3800 millones de años de evolución 3 2 . EL ORIGEN DE LA VIDA El origen de la vida en la Tierra es quizás el más interdisciplinar de los temas científicos, ya que, además de la propia biología, y su rama bioquímica, interesa a la astronomía y a la geología, sin olvidarnos de la filosofía. Pero lo que lo convierte en uno de los más arduos problemas de la ciencia moderna no es carácter de mosaico, sino su lejanía en el tiempo y su categoría de hecho único. En palabras de Francis Crick, uno de los descubridores del ADN: La vida parece ser casi un milagro, tantas son las condiciones que debieron cumplirse para ponerla en marcha. 2.1. Primeras teorías sobre el origen de la vida Desde el principio de los tiempos, los seres humanos nos hemos preguntado cual es nuestro origen y como pudo ocurrir la transición de la materia inerte al ser vivo en los inicios del planeta. En todas las épocas se ha relacionado el origen de la vida con una mayor o menor implicación divina. Un mito griego habla de la capacidad fertilizadora del viento; otros surgieren que todas las criaturas nacieron en el océano o que la madre Tierra produjo hierbas, flores y animales fertilizados por la lluvia de Urano. El Talmud hebreo nos habla de la creación del hombre a partir del polvo; la Biblia, del barro. Cuando la ciencia se comenzó a organizar y sistematizar esta idea se plasmó en la teoría de la generación espontánea, que afirmaba que los seres vivos nacían de forma espontánea de la materia orgánica en descomposición, incluso de la materia inorgánica. Sus defensores creían que los gusanos nacían del suelo; las ratas, de la basura y las moscas, de los alimentos en descomposición. El primer intento para derrotar esta teoría lo protagonizó Francesco Redi (1626-1697). Dejó unos trozos de carne en tres frascos; dos los cerró y el tercero lo dejó abierto. Al cabo de unos días, había gusanos en el frasco abierto pero no en los cerrados. Redi concluyó que los gusanos procedían de huevos que las moscas habían depositado en la carne, No obstante hubo que esperar al año 1862 para desterrar de forma definitiva la teoría de la generación espontánea. En un famoso experimento, Louis Pasteur (1822-1895) depositó caldo de carne en sendos matraces y les curvó el cuello de manera que podía entrar el aire pero los posibles microorganismos del aire quedaban atrapados en la curvatura. Hirvió el caldo y, finalmente, cortó el tubo de uno de los matraces. Observó que era en éste matraz donde se descomponía la carne por la acción de microoorganismos. Con ello quedó establecido que todo ser vivo procede de otro ser vivo anterior a él. Experimento de Redi Experimento de Pasteur 4 2.2. La síntesis prebiótica La hipótesis más aceptada entre los científicos actuales supone que la materia viva sería el resultado de una evolución química que habría precedido a la evolución biológica. Durante esta primera etapa, se habrían sintetizado los compuestos orgánicos complejos cuya interacción posterior habría provocado el surgimiento de la vida. Hipótesis de Oparin y Hadane En 1924 el científico ruso Oparin y el británico Haldane propusieron independientemente una hipótesis en la que la vida se habría originado como en un proceso cuyas fases iniciales serían: 1. Formación de moléculas orgánicas sencillas. Supone una atmósfera primitiva con un carácter más o menos reductor, ya que carecía de oxígeno libre. Estaría compuesta por metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua. Dichos gases, expuestos a una intensa radiación (rayos ultravioleta, “viento solar”) y a las descargas eléctricas producidas durante las tormentas, reaccionarían para dar lugar a moléculas orgánicas sencillas como los aminoácidos. 2. Formación de moléculas orgánicas complejas. La lluvia arrastró los compuestos orgánicos atmosféricos a los océanos donde se disolvieron e interaccionaron para dar lugar a compuestos orgánicos más complejos tales como hidratos de carbono o nucleótidos. Su acumulación en los océanos primitivos dio lugar a la llamada sopa primordial. 3. Formación de coacervados. Algunas de las moléculas anteriores se organizarían para dar lugar a macromoléculas como proteínas o ácidos nucleicos. Algunos lípidos pudieron plegarse sobre sí mismos y formar burbujas o coacervados, en cuyo interior quedarían encerrados moléculas como los primeros ácidos nucleicos, capaces de hacer copias de sí mismas. Serían los precursores de los primeros organismos. El experimento de Miller La investigación del origen de la vida se puede abordar por dos vías: el laboratorio y la naturaleza, o lo que es lo mismo, reproducir experimentalmente la condiciones de la Tierra primitiva o bien buscar emplazamientos naturales (en la Tierra o fuera de ella) donde puedan darse condiciones parecidas. La comprensión última del proceso del origen de la vida tiene un objetivo final: sintetizar vida. Pero un paso previo e imprescindible es la síntesis de los compuestos orgánicos típicos de la vida, tales como los aminoácidos, los “ladrillos del edificio de la vida” como suelen llamarse. Esto fue lo que se propuso en un genial experimento Stanley Miller (1930-2007) en 1953. Miller, un estudiante de doctorado, reprodujo en laboratorio las condiciones de la Tierra primitiva propuestas por Oparin y consiguió que se formasen compuestos orgánicos. Además de aminoácidos, Miller también encontró en su condensado urea y varios ácidos grasos. Sin embargo, dado que hoy sabemos que probablemente nunca hubo metano ni amoniaco en la atmósfera primitiva, el experimento de Miller sólo tiene valor histórico, pero no explica el origen de la vida. Añadir, por último, que, en 1960, el español Juan Oró sintetizó adenina, ribosa y desoxirribosa, constituyentes esenciales de los ácidos nucleicos Ni el experimento de Miller ni otros experimentos posteriores han logrado sintetizar todos los componentes de los seres vivos, ni mucho menos crear un organismo sencillo. Sin embargo, la conclusión innegable a la que conducen es que, al menos la materia prima para la vida, pudo haberse generado, de forma espontánea, a partir de materia inorgánica. 5 2.3. Las condiciones de la tierra primitiva Los fósiles más antiguos que se han hallado tienen una edad cercana a 3600 millones de años (m.a.) y proceden de bacterias filamentosas. Puede, sin embargo, que ya existiera vida con antelación. Se han encontrado indicios de actividad biológica en rocas de hace 3850 m.a. Son las rocas de origen sedimentario más antiguas que se conocen. Pero, dado que es altamente improbable que esos indicios correspondan precisamente al primer ser vivo de la Tierra, significa que la vida empezó antes, en algún momento entre la formación de los océanos (hace 4200 m.a., puede que antes) y esos 3850 m.a. ¿Cómo era aquella Tierra primitiva donde se originó la vida? Tres características deben destacarse: • Las radiaciones ultravioleta llegaban hasta la superficie terrestre. La atmósfera no disponía de la capa protectora de ozono, ya que este gas se origina a partir del oxígeno. • Su atmósfera era muy diferente de la actual. Las envueltas gaseosas de los planetas gigantes, ricas en metano, amoníaco e hidrógeno, son atmósferas primarias, procedentes de la nebulosa que dio origen al sistema solar. Pero dada la cercanía de la Tierra al Sol, nuestra atmósfera primaria fue erosionada por el fuerte viento solar de aquellos instantes. Todos los gases que rodean nuestro planeta surgieron posteriormente, por desgasificación en procesos de vulcanismo masivo. La atmósfera actual y la protoatmósfera del Arcaico son atmósferas secundarias. A partir del estudio de las emanaciones volcánicas actuales podemos suponer una atmósfera primordial compuesta sobretodo por monóxido y dióxido de carbono (CO y CO2), nitrógeno (N2) y agua. Pero esta atmósfera presenta un serio inconveniente: nadie ha conseguido hasta ahora sintetizar moléculas orgánicas complejas en una atmósfera de CO2 . • Se encontraba sometida al bombardeo de asteroides. La edad aproximada de la Tierra es de unos 4600 m.a. Aunque 600 m.a. de evolución del sistema solar parece un período razonable para “limpiar” de asteroides la órbita terrestre, investigaciones recientes han descubierto que hace unos 3900 m.a. la Luna sufrió un intensísimo bombardeo asteroidal, conocido como Gran Bombardeo Terminal que también debió afectar a la Tierra. Durante un período mínimo de 20 M.a. cayeron sobre la Tierra un millar de cuerpos de decenas a centenares de kilómetros de diámetro, a razón de uno cada 50.000 años por término medio. 6 El impacto de un asteroide de 200 o 500 km de diámetro produciría una catástrofe global, poniendo en ebullición la casi totalidad de la hidrosfera y generando atmósferas de vapor de agua y vapor de roca a 1700 ºC. Dado que los bioquímicos calculan que la síntesis de la vida necesitó entre cien mil y un millón de años, el taller de la vida era esterilizado cada cierto tiempo. ¿Tendría que esperar la vida hasta el final del bombardeo? Quizás lo hizo, pero seguimos pensando que la vida surgió hace unos 4000 m.a. ¿Pudo ser este chaparrón de roca, por alguna forma inimaginable, biológicamente beneficioso? Para los bioquímicos es un enigma el origen de la vida, dado la rapidez con la que tuvo lugar un proceso tan complejo y desarrollado en unas condiciones ambientales tan traumáticas. 2.4. Posibles escenarios para la vida: panspermia y chimeneas hidrotermales Uno de los grandes debates sobre el origen de la vida en la Tierra es el que se refiere al marco físico de las síntesis prebióticas. Tres son las hipótesis propuestas. Charco mareal Es el ambiente preferido de la biología clásica. El mismo Charles Darwin citó expresamente la posibilidad de que la vida surgiese en una zona litoral en la que la evaporación favorecería la concentración de los productos de las primeras síntesis. Las objeciones son conocidas: estaría muy expuesta a los factores adversos (radiación solar, impactos de asteroides, atmósfera oxidante) además de que la sopa primordial en el océano primitivo estaría muy diluida. Los defensores del charco mareal proponen que la vida aparecería tras finalizar el Gran Bombardeo Terminal y que una pequeña cavidad de una roca costera conferiría protección y concentración a la sopa primordial. Chimeneas hidrotermales submarinas Son lugares en los que emanan gases volcánicos y agua a elevadas temperaturas (hasta 400 ºC) Pueden encontrarse hoy en los fondos submarinos, asociados a las cámaras magmáticas que alimentan las dorsales oceánicas. Es el ambiente favorito entre los especialistas para albergar la cuna de la vida. Los argumentos a favor son numerosos: • Estaría protegido de los impactos de asteroides, ya que sólo los de mayor tamaño podrían hacer hervir también el océano profundo. • Ambiente reductor. Emisiones de gases reductores de origen volcánico podrían crear, en cavidades cerradas de rocas volcánicas, el ambiente propicio para la síntesis prebiótica. • Es el único ecosistema terrestre que no depende de la energía solar, por lo que soportarían bien la oscuridad posterior a los choques. • En ellos proliferan los organismos más primitivos que se conocen, unas bacterias termófilas capaces de vivir a temperaturas entre 80 y 110 ºC También hay argumentos en contra. Una chimenea hidrotermal no duraría más de 100.00 años, un tiempo insuficiente para las síntesis prebióticas. Además, temperaturas demasiado altas desestabilizarían las proteínas. 7 Panspermia La hipótesis de la panspermia (término griego que significa semilla universal) sostiene que los primeros organismos vivos, o sus compuestos precursores, se habrían originado fuera de la Tierra y habrían viajado hasta aquí a bordo de un asteroide o cometa. Ya fue sugerida, hace 2500 años, por el filósofo griego Anaxágoras, pero solía ser considerada pura fantasía por la comunidad científica. Dos descubrimientos han hecho surgir la hipótesis de la panspermia: • En 1969 cayó un meteorito en Australia que “parecía un producto del experimento de Miller” ya que rebosaba de aminoácidos, de los que se tiene la certeza que han sido fabricados en el espacio. • En 1996 se hallaron formas semejantes a las bacterias terrestres en un meteorito de origen marciano, localizado en la Antártida. La panspermia se considera hoy una alternativa posible. Un asteroide al chocar con un planeta provoca “salpicaduras de impacto” que pueden acabar en otro planeta. Si el asteroide viajero, o las rocas de la zona del impacto, contenían organismos, estos podrían llegar hasta otro planeta siempre que se superen tres momentos críticos: el impacto de salida, el viaje interplanetario y la brusca llegada a la Tierra. Ni el impacto de salida ni el de llegada son problemas importantes: las rocas son malas conductoras del calor y la fusión solo afecta a una delgada capa superficial del meteorito. El gran problema de la panspermia es el viaje interplanetario: en el vacío, a temperaturas cercanas al cero absoluto y sometido a una intensa radiación. Y todo ello durante largo tiempo. Sorprendentemente, algunos microorganismos terrestres lo han podido soportar: bacterias de la cavidad bucal sobrevivieron durante varios años en la Luna, un medio comparable al espacio. Marte es el planeta con mayores posibilidades de de haber sido la cuna de la vida en el Sistema Solar interior. Su menor gravedad hace más fácil extraer rocas de su superficie. Y las imágenes de la superficie marciana parecen mostrar cursos de agua líquida discurriendo por su superficie. En cualquier caso, la panspermia podría explicar como empezó la vida en la Tierra, pero no el origen de la vida; simplemente traslada el problema a otro lugar. Aún no se sabe con seguridad como, donde ni en qué momento exacto comenzó la vida en la Tierra. Pero, ocurriese lo que ocurriese, sólo sucedió una vez y a partir de aquellos primeros organismos se originaron todos los que después han poblado nuestro planeta, incluida la especie humana. En 1980, Orgel y Crick, propusieron una “panspermia dirigida” que apelaba a inteligencias superiores sembrando vida por el Universo, un tema tan querido por la ciencia ficción que es el argumento de clásicos como “2001: Una odisea espacial”, de Arthur C. Clarke. Luego, Orgel declaró que se trataba de una broma, una pequeña provocación dirigida tanto al público como a sus doctos colegas, aunque en el fondo de la broma había, como suele suceder, una intención seria: recordar las grandes incógnitas que aún subsisten en el problema del origen de la vida. “Biografía de la Tierra”, Francisco Anguita. 2.5. Las primeras células. Hace 3800 o 4000 m.a., como resultado del lento proceso evolutivo de las primeras moléculas orgánicas, surgieron las primeras células. Se cree que el impulso decisivo fue la aparición de una membrana biológica que separó el medio externo del interno. Esta membrana favoreció la existencia de un metabolismo rudimentario que permitió a la célula ancestral obtener energía (mediante nutrición) y utilizarla para reproducirse y responder a los estímulos del medio. 8 Estos primeros organismos serían muy sencillos, de organización procariota , nutrición heterótrofa (se alimentarían de la misma sopa primordial que les vio nacer) y anaerobios, dada la ausencia de oxígeno en la primitiva atmósfera. Obtendrían la energía por fermentación, La proliferación de organismos agotó los nutrientes orgánicos del medio. Las mutaciones, estimuladas por los rayos UVA, dieron lugar a células con un nuevo tipo de metabolismo, capaces de sintetizar sus propios nutrientes. Hace 3500 m.a. surgieron los primeros organismos autótrofos fotosintéticos. Estos organismos sintetizaban hidratos de carbono a partir del CO2 y del H2 S, usando luz solar como fuente de energía y liberando azufre en el proceso, un gas “ecológico” para los organismos de la época Pronto surgieron modificaciones del modelo anterior, que sustituyeron el H2 S por el H2 O. Estos nuevos motores metabólicos liberaban oxígeno (O2), como las actuales cianobacterias, un gas letal para el resto de los organismos. La fotosíntesis se convirtió en la primera fuente de contaminación del planeta y originó una crisis biológica global. El resto de organismos autótrofos anaeróbicos se vieron obligados a refugiarse en recónditas zonas carentes de oxígeno. Y allí siguen hoy día. Las cianobacterias continuaron liberando oxígeno hasta cambiar por completo la atmósfera terrestre. Propició la formación de la capa de ozono (O3), pantalla para los rayos ultravioleta del sol. Y, protegida de los rayos UVA, la vida pudo desarrollarse en la superficie de la Tierra, en contacto con la nueva atmósfera. Así surgió el metabolismo aerobio, mucho más eficaz que la fermentación. Durante los 2000 primeros millones de años de la historia de la vida sobre la Tierra, los procariontes fueron sus únicos protagonistas. Hace al menos 2700 m.a. aparecieron los primeros eucariontes. ¿Cómo pudo formarse una célula tan compleja como la eucariota a partir de la célula procariota? La bióloga norteamericana Lynn Margulis ha sugerido una interesante hipótesis: los organismos eucariontes surgieron como producto de la simbiosis de dos o más procariontes diferentes. Como prueba alega que el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos poseen genes de tipo bacteriano, además de la propia estructura interna de estos orgánulos recuerdan a la de una bacteria. 1. 2. 3. Busca razones que apoyen la teoría de que los virus no son seres vivos. ¿Cuál es la objeción principal que se le puede hacer al experimento de Miler? ¿Por qué se discute que la vida pudo surgir en un charco mareal de la superficie terrestre? 4. “Quizá, no tengamos que viajar hasta Marte para encontrar marcianos: puede los marcianos seamos nosotros” (F. Anguita, “Biografía de la Tierra”). Explica esta afirmación. “Sólo desde el Proterozoico podemos imaginar cielos azules” ¿Por qué? 5. 9 3 . LA EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS 3.1. El largo camino hacia el evolucionismo. Al observar la diversidad de seres vivos, surge un nuevo interrogante: ¿Cómo ha podido surgir tal diversidad de organismos? Hasta el siglo XIX, la mayoría de las personas, científicos incluidos, estaban convencidos de que todas las especies habían sido creadas tal y como las vemos hoy. Pero, influidos por las pruebas que poco a poco iba aportando la paleontología, científicos pioneros aventuraron a comienzos del XIX una nueva hipótesis: los seres vivos cambian con el tiempo. El fijismo El fijismo es una teoría que afirma que las especies no cambian, sino que se mantienen básicamente invariables a lo largo del tiempo. El creacionismo propone que las especies han sido creadas, por un ser superior, para ocupar un lugar determinado en la naturaleza. Ambas ideas suelen estar asociadas La perspectiva fijista estaba anclada en una larga tradición caracterizada por: • Visión antropocéntrica del mundo. Copérnico había retirado a la Tierra del centro del universo, pero, aún así, se consideraba que este planeta había sido creado para la especie humana. • Una edad de la Tierra de apenas 6000 años. Cálculo basado en una interpretación literal del Génesis, que proporcionaba un tiempo claramente insuficiente para cambios evolutivos importantes • Las evidencias aportadas por el sentido común. Observaciones que parecen obvias y se presentan como pruebas irrefutables. A escala temporal humana, las especies parecen no cambiar Uno de los más ilustres defensores del fijismo fue George Cuvier (1769-1832). Su trabajo como paleontólogo le permitió conocer en profundidad los fósiles y comprobar que entre ellos había especies muy diferentes de las actuales. Cuvier fue el primer científico que habló de extinción de especies. Sin embargo, partiendo de ahí no dio el paso que parecía evidente: admitir cambios en esas especies. Muy al contrario, para explicar la presencia de especies extintas propuso una historia de la Tierra en la que, periódicamente, se producían grandes catástrofes que suprimían la mayor parte de los seres vivos. Tras cada una de ellas, una nueva creación divina proporcionaría nuevas especies en sustitución de las desaparecidas. Esta teoría es conocida como catastrofismo. La primera teoría evolucionista: el lamarckismo El evolucionismo afirma que las especies biológicas sufren cambios o se transforman a lo largo del tiempo. Lamarck y Darwin son los autores de las primeras teorías evolucionistas importantes La idea de que las especies biológicas experimentan cambios fue expresada en la antigüedad por algunos filósofos griegos. Pero fue Jean Baptiste de Monet, caballero de Lamarck, el primero en elaborar una teoría de la evolución extensa y estructurada. Se publicó en 1809 bajo el título Filosofía Zoológica. La evolución según Lamarck se fundamenta en las siguientes ideas: • Los organismos tienen una fuerza interna que les impulsa a perfeccionarse. Los organismos cambian necesariamente a lo largo del tiempo en un proceso que pasa de manera continua y gradual de formas más simples a otras más complejas. 10 • Las condiciones del medio ambiente en el que vive un organismo varían a lo largo del tiempo. Los seres vivos están continuamente esforzándose para adaptarse mejor a las condiciones del medio, • Los cambios ambientales crean nuevas necesidades que exigen a los organismos la modificación de sus hábitos o conductas. Estos nuevos hábitos irían acompañados del mayor o menor uso de determinados órganos, lo que provocaría su desarrollo o debilitamiento progresivo. La necesidad podría, incluso, originar un nuevo órgano. • Herencia de los caracteres adquiridos. Las modificaciones adquiridos por un individuo a lo largo de su vida son heredados por sus descendientes. Estos cambios son los responsables de que surjan nuevas especies mediante las transformaciones graduales de otras especies preexistentes. Todos los científicos coinciden en que las modificaciones adquiridas por un individuo a lo largo de su vida no se transmiten a la descendencia: sólo se heredan aquellos caracteres cuya información reside en los genes. Tampoco existen evidencias de que exista un impulso de los organismos hacia la transformación o hacia la complejidad. Algunas especies han permanecido inalterables durante cientos de millones de años. No obstante la teoría de Lamarck tuvo como importante consecuencia la de mentalizar a los naturalistas de su época en el problema de la evolución y contribuir a su aceptación progresiva. 3.2. La revolución darwiniana Un mal estudiante. Charles Darwin (18091882), hijo y nieto de médicos distinguidos, no tuvo gran éxito en sus estudios. Inició medicina en Edimburgo, que pronto abandonó para estudiar Teología en Cambridge. Su vida cambió a los 22 años cuando se le ofreció la oportunidad de embarcar como naturalista en el Beagle, un velero de la armada británica, que iba a realizar un viaje de exploración alrededor del mundo que duraría cinco años. El entorno de Darwin Tras su viaje en el Beagle, Darwin pospuso durante más de 20 años la publicación de sus ideas. Quería tener las suficientes pruebas y argumentar de forma adecuada su teoría. Escribe cientos de páginas. Mientras tanto un joven naturalista autodidacta, Alfred Wallace, también tras un largo viaje por el sudeste asiático y Sudamérica, llega a las mismas conclusiones que Darwin. Más impulsivo que éste, redacta sus ideas en veinte páginas y le envía en 1858 el manuscrito a Darwin. Ese mismo año deciden ambos hacer una presentación conjunta de sus descubrimientos en la Sociedad Linneana de Londres. Podemos concluir, pues, que la teoría de la evolución de DarwinWallace fue un fruto maduro de su época. ¿Qué influencias recibió Darwin de su entorno? • El viaje en el Beagle. En el largo viaje realizado por Darwin se sentaron las bases de lo que acabó por constituir su teoría de la evolución. Durante el viaje realizó múltiples observaciones y recolectó numerosos ejemplares que fueron objeto de una larga reflexión en los años posteriores. 11 • Las lecturas de sus contemporáneos entre las que cabe destacar Los principios de la Geología (1833) de Charles Lyell y Un ensayo sobre el principio de la población (1798) de Thomas Malthus: a. Lyell se enfrenta en su obra a las ideas catastrofistas dominantes en la época y propone la hipótesis de una serie cambios pequeños pero continuos para explicar la historia de una Tierra cuya edad se reconoce cada vez mayor. De Lyell, extrajo Darwin la idea de sucesión y cambio gradual a lo largo de los tiempos geológicos, idea que aplicó a los seres vivos. b. Malthus sostenía que la desproporción entre el aumento de la población humana y el de los alimentos conduciría, necesariamente, a una lucha por los recursos disponibles, de la que saldrían vencedores quienes poseyeran algún tipo de ventaja sobre los demás. Darwin extrajo de Malthus la idea de la lucha por la supervivencia. • La elección del término selección natural la realizó Darwin por analogía con la actividad de los agricultores y ganaderos, que conseguía la mejora de animales y plantas por medio de la selección como progenitores a aquellos individuos con las características idóneas (selección artificial) La teoría de la evolución por selección natural La teoría la evolución de Darwin-Wallace se puede resumir en las siguientes ideas fundamentales: • Nacen más seres vivos de los que pueden sobrevivir. Los organismos tienden a producir el mayor número posible de descendientes, pero los recursos del medio son limitados. En consecuencia, se establece una lucha por la supervivencia o competencia por los escasos recursos • Existen pequeñas diferencias o variaciones entre los individuos de una misma especie. La mayoría de estas variaciones son heredables, aunque Darwin desconocía los mecanismos que originaban esta variabilidad o que regulaban su herencia • Se produce la selección natural. Algunas variaciones proporcionan ventajas en la lucha por la supervivencia y los individuos portadores de las variaciones favorables tendrán más oportunidades de sobrevivir y de dejar descendientes frente a los que carecen de ellas. • La especie cambia. Si las condiciones ambientales se mantienen, se producirá un aumento gradual de las variaciones hereditarias ventajosas y las menos favorables irán desapareciendo. Así, de forma continua y gradual, la especie cambia. 12 .La evolución de las jirafas según Darwin. Entre los antecesores de las jirafas los habría de cuello corto y de cuello largo. Éste carácter se transmitía de padres a hijos. El cuello largo supuso una ventaja adaptativa cuando las hojas bajas se acabaron. Sin competencia en las hojas altas, las jirafas de cuello largo se alimentaban mejor y se reproducían más que las de cuello corto. En cada generación aumentaba su número. Al cabo de muchas generaciones, toda la población de jirafas era de cuello largo. Cuestión de vocabulario. El término que define la teoría de Darwin – la palabra “evolución”- no figura en todo el libro “Sobre el Origen de la especies”. Sólo aparece, y pocas veces, en la sexta edición. Muchas veces se trata de resumir la selección natural como “la supervivencia del más apto”, una expresión que tampoco está en el libro de Darwin, sino que fue acuñada por el sociólogo H. Spencer años después y que es poco afortunada. ¿Cómo podemos decidir quién es el más apto o capacitado? Sólo lo sabremos en el contexto de un cambio ambiental, en el que puedan probarse las diferencias y decidir el individuo “más apto” para sobrevivir en las nuevas condiciones ambientales. No hay ningún ser vivo más apto en términos absolutos. En los instantes previos a la caída del meteorito, los dinosaurios eran “los más fuertes”; instantes después, ser grande y fuerte no era buena idea. La explosión cámbrica De toda la biosfera que existió hace 531 m.a. apenas queda algún pequeño resto fósil; pero 5 m.a. después, en la llamada “explosión cámbrica” aparecen representantes de todos los grupos del reino animal: gusanos, artrópodos, equinodermos, corales, moluscos.. En total hasta 25 planes anatómicos diferentes. Este esfuerzo creativo pareció agotar a la biosfera, ya que en los restantes 500 m.a. ésta no hace más que retocar lo inventado, sin aportar ni un solo diseño nuevo. En tiempos de Darwin, este brusco ensayo general de la vida fue considerado un serio obstáculo al evolucionismo, puesto que se parecía mucho más a una creación que a una lenta transformación de unas especies en otras, como propugnaba el darwinismo. Lo repentino del acontecimiento le ha merecido el apelativo de “big bang” de la evolución, y la reputación de ser la mayor paradoja de la biología evolutiva. Hoy día seguimos tan impotentes para explicarlo como en tiempo de Darwin. Anguita, F. La reacción social Tras salir a la luz El origen de las especies la obra suscitó numerosos comentarios, provocando la aparición de grupos de opinión enfrentados, a favor o en contra de la obra. La prensa religiosa se pronunció contra las “herejías modernas” utilizando tanto la burla como la crítica razonada a las argumentaciones darvinistas. En su mayoría los debates giraban en torno a dos consecuencias: • Situaba al hombre dentro de la naturaleza, como una especie más, sujeta a los mismos principios. Los orígenes del hombre parecían estar en un primate ancestral, lo cual era humillante. • El materialismo de la teoría darviniana, donde la evolución carece de cualquier intencionalidad. Esta falta de propósito que se desprende de un mundo gobernado por el azar de las variaciones anatómicas y los cambios ambientales soliviantó a la sociedad victoriana y sigue siendo digerido a duras penas por muchas personas de cultura religiosa, incluidos no pocos científicos. Frente a la evolución “dirigida” de Lamarck, en Darwin el final nunca está decidido previamente. 3.3, La evolución después de Darwin La teoría de la evolución de Darwin no sólo no ha perdido vigencia sino que ha sido enriquecida con los conocimientos científicos surgidos a lo largo del siglo XX. Ello ha provocado que, manteniendo la esencia de su mensaje, hayan surgido diversas teorías evolucionistas que matizan diversos aspectos de su teoría o iluminan puntos oscuros que él no pudo explicar. La teoría sintética de la evolución El desconocimiento de la genética fue una de las dificultades con las que se encontró Darwin, y le impidió explicar el origen de la variabilidad entre los individuos de una especie así como el mecanismo de la herencia de las variaciones ventajosas. A mediados del siglo XX, las propuestas de Darwin fueron actualizadas con los nuevos conocimientos de genética y otras ramas de la ciencia. El resultado fue la teoría sintética de la evolución, cuyas aportaciones más importantes son: 13 • La unidad evolutiva no es el individuo sino la población. Por población se entiende el conjunto de individuos de una especie que viven en la misma área. La evolución funciona a través del trabajo de selección realizado por el ambiente sobre el conjunto de genes, con todas sus variantes, que existe en la población. La evolución beneficia al grupo, no al individuo. • El origen de la variabilidad está en las mutaciones. Una mutación genética es un cambio accidental y súbito del ADN. Las mutaciones se producen al azar y por ello, aunque la mayoría de ellas son perjudiciales, algunas son favorables y proporcionan una ventaja adaptativa. También hay mutaciones neutras, que no producen ventajas ni inconvenientes y se mantienen en la población en bajos porcentajes. Los cambios ambientales pueden provocar que una mutación neutra pase a la categoría de perjudicial o ventajosa. El saltacionismo La teoría de Darwin sostiene que los cambios evolutivos se producen como consecuencia de la acumulación lenta y progresiva de pequeños cambios. Es una teoría gradualista. Pero para los paleontólogos Stephen Gould y N. Eldredge los datos del registro fósil no encajan con el modelo gradualista. Si la evolución fuese gradual, el registro fósil estaría lleno de especies en permanente cambio y encontraríamos numerosas formas intermedias entre una especie y la que le sucede. Por el contrario, lo que muestra el registro fósil es que las especies suelen tener largos períodos de estabilidad de millones de años interrumpidos por cortos episodios de explosión evolutiva en los que se producen nuevas especies (o grupos de organismos enteros) y la extinción de otras. Se han encontrado formas intermedias, pero son más escasas de lo que necesitaría una evolución gradual. 3.4, La formación de las especies El proceso por el que a partir de una especie se forman dos o más especies nuevas se denomina especiación. Tiene lugar en varias etapas: • Dos poblaciones de la misma especie quedan separadas por una barrera geográfica como el mar o una alta cordillera (aislamiento geográfico) • Las dos poblaciones siguen una evolución independiente. En cada una de ellas se producirán mutaciones distintas, dado que estas ocurren al azar. • La acumulación de diferencias entre ambas poblaciones y la selección natural terminarán por originar dos especies distintas. Entendemos que dos poblaciones pertenecen a especies distintas si no son interfecundas, de manera que los cruces entre individuos de una y otra población no tienen descendencia o ésta es estéril. Se dice, entonces, que entre ambas poblaciones hay aislamiento reproductivo. El aislamiento geográfico es una de las circunstancias que pueden causar la especiación pero no la única. Cualquier proceso que interrumpa de manera continua el cruce entre los individuos de una población y los de otras poblaciones de su especie puede causar especiación. Por ejemplo, que en una especie de hábitos diurnos, una población pase a tener costumbres nocturnas (aislamiento ecológico) El aislamiento reproductor es el criterio que se utiliza para decidir si dos poblaciones actuales son o no de la misma especie. Sin embargo, este criterio ofrece grandes dificultades de aplicación en el caso de especies fósiles y resulta de imposible aplicación en organismos que sólo tienen reproducción sexual 14 3.5, La pruebas de la evolución La evolución de las especies es un hecho incuestionable que ha sido avalado por múltiples pruebas. Ningún científico actual niega la evolución. Muchos de los sólidos argumentos que la apoyan ya fueron utilizados por Darwin, otros han sido aportados por modernas disciplinas como la genética. • El registro fósil. Los fósiles hallados permiten comprobar que a lo largo de la historia de la tierra las especies han aparecido y se han extinguido. En ciertos grupos, como el caballo, ha sido posible reconstruir la secuencia evolutiva de transformación. También se han encontrado formas intermedias como Archaeopteryx, un ave con características reptilianas. • La anatomía comparada estudia las homologías o similitudes estructurales heredadas por los organismos. Los órganos homólogos son el resultado de la evolución divergente de un órgano ancestral común que se diferenció para adaptarse a funciones diferentes. Es el caso de las extremidades de los vertebrados, que están constituidas por las mismas piezas óseas. • El desarrollo embrionario. En fases tempranas de su desarrollo, los embriones de diferentes vertebrados son muy parecidos entre sí. Estas semejanzas van desapareciendo a medida que van formándose, aunque entre los embriones de ciertas especies los parecidos persisten hasta etapas más tardías del desarrollo. Esto refleja un mayor grado de parentesco evolutivo. • Distribución geográfica de los seres vivos. Continentes que estuvieron unidos en otra época (como América del Sur y África) y compartieron la misma fauna (iguales fósiles), poseen en la actualidad especies animales diferentes aunque afines. La separación continental provocó el aislamiento de las especies y favoreció un proceso evolutivo por separado a partir de antecesores comunes • La biología molecular. Comparar secuencias de nucleótidos en el ADN (o la secuencia de aminoácidos de una misma proteína) de especies diferentes puede proporcionar información sobre su parentesco evolutivo. Cuanto mayor sea el número de diferencias detectadas, más lejos en el tiempo se encontrará su antecesor común. 15 6. Describe, utilizando la terminología adecuada, el proceso que reflejan estas imágenes, 7. El esquema muestra el árbol filogenético de la mosca de la fruta, Drosophila. En él aparecen tres especies y se marca el momento donde se inicia el proceso de especiación. a. b. Sitúa en este árbol la variable tiempo Dibuja una “A” junto al ancestro común a las tres especies c. Marca el tramo evolutivo exclusivo de D. Dentissima ¿Cuál de las dos especies tiene un mayor grado de parentesco evolutivo con D. melanograter? Razona d. 8. Un autor estudiado en el tema escribió: “A los reptiles, como al resto de los vertebrados, les corresponde tener cuatro patas dependientes de su esqueleto. Así, pues, las serpientes deberían tener cuatro patas. Sin embargo, y puesto que adquirieron la costumbre de arrastrarse por el suelo y esconderse entre las hierbas, su cuerpo, por esfuerzos repetidos una y otra vez por alargarse, y poder pasar por sitios estrechos, adquirió una longitud notable y totalmente desproporcionada a su anchura. Ahora las patas ya no le servían para nada, así que no las emplearían (…) Por lo tanto, la no utilización de estas partes, constante en la raza de estos animales, las hizo desaparecer. . .” a. b. 9. Identifica al autor de esta teoría y describe, utilizando la terminología adecuada, las etapas de la evolución de las serpientes. Intenta imaginar como habría descrito Darwin la evolución de las serpientes. Los órganos análogos, como el ala de una mariposa y el ala de un ave, no son prueba de parentesco evolutivo. Su forma exterior es parecida, porque ambos órganos desarrollan la misma función, pero su origen es diferente. Es un ejemplo de convergencia evolutiva. El alacrán cebollero (un insecto) y el topo (un mamífero) poseen patas excavadoras. Dichas patas, ¿son órganos homólogos o análogos? 10. a. Cita algunas teorías no citadas en el texto cuyos postulados vayan contra el sentido común. b. La observación de pinturas del antiguo Egipto, con3000 años de antigüedad, en las que aparecen aves similares a las actuales, fueron utilizadas en el debate sobre la evolución ¿Te imaginas que científico las usó y a que teoría sirvieron de apoyo? 16 4 . ORIGEN Y EVOLUCIÓN DEL HOMBRE Desde Darwin sabemos que no somos el objetivo de la evolución, sino una especie más, entre los millones que hay en el planeta y sujeta a las mismas leyes. 4.1. La posición del hombre en la escala zoológica Poco después de la extinción de los dinosaurios, ocurrida hace 65 m.a., se produce una gran diversificación de los mamíferos, entre los que aparecen los primates, mamíferos adaptados a la vida arborícola. Las principales características de los primates son: • Extremidades de gran movilidad, dedos prensiles, uñas planas y pulgar oponible a los otros dedos, lo que permite agarrarse a las ramas y manipular objetos. • Ojos situados en posición frontal y visión estereoscópica, que le permite calcular distancias. • Sistema digestivo poco especializado, con una dieta relativamente variada. • Un número de crías muy escaso y con una gran dependencia de la madre. Los hominoideos son un grupo de primates que incluye a los simios antropomorfos – como el orangután, el gorila y el chimpancé- así como a los homínidos, representados en la actualidad por una sola especie, el homo sapiens, aunque se conocen numerosas especies fósiles. ¿La especie humana procede del mono? Quienes formulan la pregunta en estos términos, suelen pensar en el chimpancé o en el gorila, y hacen una interpretación incorrecta del Homo sapiens no procede del chimpancé actual sino que tiene antepasados comunes con antepasados comunes con el gorila, aunque algo más antiguos. En realidad, si retrocedemos tiempo, encontraremos antepasados comunes con todas las especies actuales. al hablar del mono proceso evolutivo. él. También tiene lo suficiente en el El genoma del hombre moderno y el del chimpancé se diferencian en tan sólo un 1,2 %. Es tan poco que algún antropólogo ha dicho que “somos engorrosamente parecidos a los chimpancés”. Sin embargo, este pequeño porcentaje es suficiente para caminar erguidos o para tener un cerebro tres veces mayor. Los linajes de humanos y chimpancés se separaron hace 11 M.a. (algunos datos lo retrasan hasta hace solo 7 M.a.) 4.2. Cambios que nos hicieron humanos. Durante los últimos 7 m.a. los homínidos han evolucionado desde formas similares a los chimpancés hasta el humano moderno: es lo que se denomina proceso de hominización. Los cambios, que han afectado a diversas características anatómicas y funcionales (bipedestación, adquisición del lenguaje articulado, incremento del volumen cerebral), no han ocurrido simultáneamente sino que se ha seguido una “evolución en mosaico” (unos cambios han surgido antes que otros). Así, el primer homínido que caminaba erguido tenía la capacidad craneal de un chimpancé. Caminar erguido La postura bípeda o erecta es el primer criterio que se utiliza para diferenciar entre el linaje de los homínidos y el de los simios antropomorfos. Probablemente fue el primer cambio importante ocurrido en el proceso de hominización, ya que la postura bípeda facilita la visión por encima del nivel de las plantas herbáceas de la sabana. Pero caminar erguido requiere determinadas características anatómicas diferentes a las de los simios antropomorfo. El análisis de estas características permite discernir si un resto fósil pertenece o no a un homínido: 17 • Posición del foramen mágnum. El foramen mágnum es el orificio del cráneo donde se inserta la columna vertebral. En los homínidos se orienta hacia abajo, mientras que en los simios lo hace hacia atrás. La columna vertebral adopta forma en “S”, con dos curvaturas características. • Disposición de la cadera. En los homínidos, los fémures se dirigen oblicuamente desde las caderas hasta converger en las rodillas. En los simios, sin embargo, se disponen verticalmente, manteniendo muy separadas las rodillas. • Cambios en el pie. El pie de un chimpancé es muy parecido a nuestra mano, incluso tiene el pulgar oponible. En los homínidos, los pies adoptan la forma de plataformas aplanadas, el pulgar se alinea con los demás dedos y éstos han reducido su tamaño, perdiendo la capacidad de agarrar objetos. • Cambios en la mano. La postura bípeda permitió la liberación de las manos. Las manos adquieren mayor movilidad de forma progresiva y pasan de ser unas pinzas de presión, característica de los demás primates, a ser unas pinzas de precisión. Éstas se caracterizan por su pulgar más largo que puede tocar la punta de los demás dedos. Esta característica proporciona a nuestra mano fuerza y habilidad a la vez: permite el golpeo con el martillo y el dibujo con el pincel. Encefalización y ciclo vital El ser humano moderno tiene un volumen cerebral entre 1300 y 1400 cm 3, el triple que un chimpancé y que el primer homínido. Este desarrollo del cerebro, que ha desempeñado un papel crucial en el proceso de hominización, tiene un origen complejo en el que han intervenido varios factores: • Una dieta más variada, que conlleva una remodelación de la dentición, en la que se aprecia una reducción progresiva del tamaño de las piezas dentarias, que sufren un menor desgaste, por el consumo de alimentos de mejor calidad, como frutas y carne (más proteínas). El cráneo se hace más grácil, ya que reduce su zona facial, y la mandíbula inferior • El adelantamiento del parto. Una cadera estrecha es más adecuada para caminar, pero también hace más estrecho el canal del parto. El aumento del volumen cerebral se convirtió en un problema hace 1,5 m.a. cuando los adultos llegaron a tener unos 850 cm3de volumen craneal. La cabeza del recién nacido era demasiado grande como para pasar fácilmente por el canal del parto. La solución evolutiva consistió en detener el incremento del cerebro durante la gestación y completarlo en la infancia. El cerebro del chimpancé tiene al nacer unos 300 cm3 y durante su infancia aumenta un 50 %; el bebé humano nace con un volumen cerebral de 350 cm3 y aumenta durante la infancia y adolescencia un 400%. El cerebro humano se desarrolla mucho más lentamente, y durante un período más prolongado, que el de otros mamíferos. Esto permite que se formen un mayor número de neuronas y que se produzcan entre ellas una mayor cantidad de conexiones: se crea un cerebro más complejo. 18 • Prolongación de la infancia y de la niñez. Esto supone una mayor duración del intervalo entre nacimientos y la implicación del grupo en el cuidado de los individuos jóvenes, que nacen muy desvalidos. Una niñez prolongada favorece el aprendizaje de la cultura y la adquisición de hábitos sociales mediante el juego y la interacción con el resto del grupo. • La vida en sociedad aumenta la eficacia de los individuos en su lucha por la supervivencia pero también requiere de una comunicación eficaz, necesaria para la caza y para compartir los alimentos en grupo. Ello culminaría con el desarrollo del lenguaje ¿Por qué surge el hombre? Hace 8 millones de años, las corrientes convectivas del manto comenzaron a romper África en dos partes desiguales. Así nació el valle del Rift, una gran grieta volcánica en el este del continente. Este cambio del relieve modificó el clima de África oriental hace unos 3 m.a. y convirtió la selva en sabana. Ello obligó a algunos primates a modificar sus hábitos alimenticios y a abandonar la vida arborícola, lo que pudo haber sido determinante de los grandes cambios que caracterizan al proceso de hominización. Por todo ello, la formación fortuita de esta gran cicatriz africana es la responsable última de la formación del hombre 4.3. La evolución de los homínidos La evolución de los homínidos no es una cadena lineal que empieza con Australopithecus para acabar con Homo sapiens, sino que constituye en árbol con muchas ramas laterales, en las que sólo algunas especies son antepasados del humano moderno. El árbol de la evolución humana no ha sido resuelto aún y existen varios modelos alternativos. Sus especies más representativas son las siguientes: • Orrorin tugenensis. Es el homínido conocido más antiguo. Inició la postura bípeda hace unos 6 m.a. Se cree que vivía en un hábitat arbolado. El Ardipithecus ramidus es algo más reciente (4,5 a 5 m.a.) y vivía ya en la sabana arbolada. Los restos de ambos se han encontrado en África oriental. • Australopithecus. Género que vivió en el período 4 m.a. - 2,5 m.a. Su capacidad craneal osciló entre los 350 y 500 cm 3 A la especie A. afarensis pertenece Lucy, el conocido fósil descubierto en 1974 en Etiopía y considerado durante dos décadas el homínido más antiguo. Era poco más que un “chimpancé bípedo”, por su pequeño volumen cerebral y su rostro simiesco, aunque tenía una dentadura proporcionada, con unos caninos pequeños como los del hombre moderno. Hubo otras especies: A. anamensis y A. africanus • Homo hábilis (“hombre diestro”). Su edad es de 2,5 m.a. a 1.5 m. a. y su capacidad craneal: 550 a 700 cm3. Junto con H. rudolfensis, coetáneo del H. hábilis, son los primeros homínidos que empezaron a fabricar utensilios de piedra (sencillos, talladas por un solo lado). • Homos ergaster (“hombre trabajador”). Edad: 1,8 m.a. – 1,2 m.a.. Capacidad craneal 800 a 950 cm3 Fabricaba utensilios de piedra tallados por ambas caras. Dio origen a las dos primeras especies de homínidos que salieron de África. H. erectus y H. antecessor. Su constitución física era bastante moderna • Homo erectus (“hombre erguido”). Edad: 1,6 m.a -. 100.000 años. Capacidad craneal: 900-1200 cm3 Fue un homínido explorador. Salió de África y ocupó Asia y Europa oriental. Fabricaba objetos de piedra muy perfeccionados, como hachas de mano. Llegó a controlar el uso del fuego y daba caza a animales de gran tamaño (relaciones sociales complejas) 19 Homo habilis Homo ergaster Homo erectus • Homo antecessor (“hombre pionero”) Surge hace 1,2 m.a. y desaparece hace 300.000 años. Su capacidad craneal era de 1000-1100 cm3 Descubierto en Atapuerca (Burgos), es considerado el homínido más antiguo de Europa. Se piensa que es el antepasado común de las dos últimas especies de homínidos, H. sapiens y H. neanderthalensis. Hace algo más de un millón de años, una población de H. antecesor salió de África y colonizó Europa, donde evolucionó hasta originar el H. neanderthalensis. Mientras tanto, las poblaciones africanas dieron origen al hombre moderno. • Homo neanderthalensis. Aparece en Europa hace unos 250.000 años y su extinción es reciente, hace sólo 28000 años. No es nuestro antepasado, sino una rama evolutiva paralela. Tenía una capacidad craneal superior a la nuestra (1500 cm3), aunque su cerebro era diferente Carecía de mentón, su frente era huidiza y, como los homínidos anteriores, un arco superciliar prominente. Su mandíbula sobresalía algo más que la nuestra (prognatismo). Con una gran fortaleza física y unos huesos muy robustos, estaba bien adaptado al frío intenso que le tocó vivir • Homo sapiens (“hombre sabio”). Es el ser humano actual. Se originó en Africa hace unos 200.000 años ya con todos los rasgos de nuestra especie: estructura ósea “aligerada”, frente alta, rostro retraído y mandíbulas con mentón. Su cerebro presenta un gran desarrollo de los lóbulos frontales, lo que pudo posibilitar cambios en los mecanismos del pensamiento. Hace unos 50.000 años tuvo una gran expansión demográfica hace. Llegó a Europa y coexistió durante más de 10.000 años con el H. neanderthalensis. Una propuesta de árbol genealógico para el hombre. Desde el Sahelanthropus hasta el Homo sapiens, las 17 especies fósiles halladas nos permiten hacernos una idea general sobre nuestros antepasados, pero las relaciones entre ellos aún están llenas de dudas. Se ha dicho que cada antropólogo tiene su árbol particular. La competencia fue fiera: por ejemplo, hace 2 m.a. hasta cuatro homínidos convivieron en África Oriental. El hombre controla su evolución. Durante mucho tiempo, la selección natural ha actuado (a través de la enfermedad) eliminando de la población humana a aquellos individuos menos aptos para la supervivencia. Con la evolución cultural, el ser humano se ha hecho más independiente de la naturaleza y los “débiles” pueden transmitir sus genes a la descendencia. Por otro lado, ahora sabemos que muchas enfermedades están impresas en nuestros genes, y estamos aprendiendo a sustituir los genes defectuosos por otros sanos. Últimamente, incluso aspiramos a “mejorar la especie humana” (eugenesia). Pero debemos preguntarnos ¿Quién es el débil y quien es el fuerte? ¿qué gen es bueno y qué gen es malo? Arrogarse la capacidad de decidirlo ha costado mucho sufrimiento a la humanidad. 20 11. Busca información sobre Lucy: edad, estatura, rasgos físicos, descubridor, origen del nombre. 12. Al menos uno de estos esqueletos corresponde a un homínido y al menos uno corresponde a un primate no homínido. ¿Cómo podremos clasificarlos? 13. Por qué los bebés humanos nacen en un estado tan desvalido, necesitados de tantos cuidados? 14. Describe este cráneo utilizando la terminología adecuada. Intenta clasificarlo. Su capacidad craneal es de 900 c 15. En Laetoli (Tanzania) se han encontraron unas huellas de homínidos de hace 3500 m.a. dejadas por un Australopithecus afarensis. Las huellas han quedado grabadas sobre unas cenizas volcánicas que habían sido humedecidass por la lluvia, antes de que las pisaran estos antepasados de Lucy. La imagen muestra huellas de pisadas de chimpancé, la huella humana actual y la del homínido de Laetoli. a. b. c. Describe las diferencias entre la huella de Laetoli (derecha) con las otras dos. ¿Podemos deducir que el Australopithecus era bípedo? Realiza un comentario sobre el hecho de que las pisadas se encontraran sobre cenizas volcánicas ACTIVIDADES FINALES 1. 2. En un experimento se recrearon las condiciones que generan la resistencia a los antibióticos. a. En el cultivo inicial, el gen que confiere resistencia a los antibióticos ¿era neutro o ventajoso ¿raro o frecuente? Razona b. Explica paso a paso el proceso de evolución de las bacterias. Analiza el árbol genealógico de los homínidos a. b. Enumera los géneros de homínidos recoge el árbol genealógico propuesto d. Señala los homínidos que coexistieron con el Homo sapiens (en cada nombre, el primer término nombra el género, el segundo la especie) Elabora una posible secuencia evolutiva que pudo dar origen al hombre. c. Indica las especies de homínidos que no son antecesores del hombre moderno. 3. Lee el TEXTO 1 y responde: a. ¿Cómo utiliza Dawkins las ideas de Darwin para “deshacerse de Dios”? Resume el argumento básico b. ¿Cómo utiliza Ayala las ideas de Darwin para “salvar a Dios”? Resume el argumento básico c. Explica la frase: “La bestia negra de Gould es la idea de progreso”. ¿Qué teoría evolucionista crees que está atacando? d. El “saltacionismo” es utilizado como argumento en este debate. ¿Quién y con qué intención lo utiliza? 21 TEXTO 1. EL DEBATE SOCIAL EN TORNO AL DARWINISMO En su libro Sobre el origen de las especies, Charles Darwin rompe con la fe cristiana. Sustituir la mano de Dios por la selección natural supuso para muchos una ofensa intolerable. Y esto sigue sucediendo hoy. Aquí te presento los argumentos principales de las tres partes posturas principales. El Darwinismo, como prueba de la inexistencia de Dios “Algunos especialistas se quejan de que la historia de la vida se sigue leyendo en una clave determinista que en realidad está basada en el sustrato religioso de la sociedad occidental. El más señalado entre estos protestotes es el paleontólogo Stephen Jay Gould, de la Universidad de Harvard (…) Gould libra desde hace años una batalla dialéctica a favor de la contingencia (…) La gran bestia negra de Gould es la idea de “progreso” que queda explícita en el archiconocido icono de la evolución humana en el que los sucesivos primates desfilan hacia el futuro como un ejército bien organizado. La idea subyacente, según argumenta el paleontólogo, es la del Hombre-Rey-de-laCreación, la culminación final de un proceso laboriosamente conseguido que, pasase lo que pasase, no podía tener un final destinto del que ha tenido. En otras palabras, dice Gould, se está intentando traducir al lenguaje científico el relato del Génesis, añadiendo los temas del progreso biológico y del “inevitable” ascenso hacia la complejidad. Por el contrario, Gould defiende, apasionadamente, que el surgimiento de Homo sapiens es el resultado final de una larguísima serie de casualidades, entre las que cita la caída del asteroide que fulminó a los dinosaurios, acontecimiento sin el que los mamíferos nunca hubiesen podido desarrollarse como lo hicieron”. Anguita, Francisco; “Biografía de la Tierrra “ Pregunta.- Según usted la muerte de Dios es una consecuencia lógica de la teoría de Darwin. Richard Dawkins.- Yo no iría tan lejos. Diría más bien que, después de Darwin, la hipótesis de un ser superior que ha diseñado el mundo deja de sostenerse. Si uno cree en Dios debe hacerlo por otros motivos, pero no porque lo necesite para explicar el mundo. P.- Usted ha escrito: “Darwin hizo posible que yo fuera un ateo intelectualmente realizado”. ¿A qué se refiere? R. D.- Antes de Darwin, cada vez que uno miraba el mundo, veía una presencia masiva de pruebas de que alguien lo había diseñado. Y eso hacía muy complicado ser ateo. Fue Darwin quien hizo más fácil serlo, al descubrir que era la selección natural lo que movía el mundo. P.- Pero él no era ateo. R. D.- Él decía que era un agnóstico porque pensaba que le aceptarían mejor si se llamaba así. Pero Darwin era tan ateo como lo soy yo. Nadie puede demostrar que no existe Dios. Solo que no hay una sola evidencia de ello. Pero la carga de la prueba debe recaer en aquellos que creen en algo que tiene las mismas probabilidades de existir que un hada o un unicornio. Entrevista a R. Dawkins. El Mundo. 7-2- 2009 El antidarwinismo El creacionismo. Es un movimiento que niega la evolución desde una postura estrictamente religiosa. Los cristianos evangélicos de Estados Unidos defienden la enseñanza en las escuelas americanas de la “ciencia de la creación” que sostiene lo siguiente: 1. Todas las especies aparecieron repentinamente durante la Creación; 2.El mundo sólo existe desde hace 6000 años ( ó 10000 años como mucho). Según una encuesta de Gallup en 2008, el 44% de los estadounidenses creen en el creacionismo. 22 El movimiento Intelligent Desing, (Diseño inteligente) ha cobrado fuerza en los últimos 20 años. Sus seguidores intentan darle un enfoque “científico”. Según esta variante del creacionismo, la mera complejidad de los organismos vivos delata que han sido “diseñados por un diseñador”: todo reloj implica un relojero. El doctor Antonio Martínez lo defendía con estos argumentos “ La teoría de la evolución no tiene una respuesta ni al origen de la vida ni a la transformación” (…) Si yo dejo un coche en la calle durante un tiempo, no se convierte en un BMW (…) Un sistema funciona si cuenta con todas sus piezas perfectamente preparadas y colocadas. Es imposible que un mecanismo que se genera gradualmente a partir de elementos simples, funcione: o todo está junto desde el inicio o no funciona (…) Además, muchos fósiles nacieron de forma abrupta y no fruto de un proceso evolutivo” (Palabras de Antonio Martínez recogidas en El Mundo 18-1- 2008:) Desde la filosofía y utilizando argumentos plenamente científicos, J.A. Herrero Brasas escribe: “La idea de que dada la suficiente cantidad de tiempo, el azar es capaz de sustentar por sí solo la evolución, ha sido desmentida. Sir Alfred Hoye, prestigioso matemático, ateo militante y evolucionista convencido, publicó en 2001 The matematics of evolution donde demuestra matemáticamente la imposibilidad de la evolución al azar. Y Michael Starbird, informático de la universidad de Texas, demostró que si tuviéramos mil millones de chimpancés tecleando al azar una vez por segundo una combinación de 18 letras y espacios desde el inicio del universo, hace 13700 millones de años, la probabilidad de que, para el momento actual de alguno de eso tecleos al azar hubiera surgido la frase To be or not to be era de una entre mil millones. En definitiva: no ha habido tiempo suficiente para que, por acumulación de millones de coincidencias fortuitas, mutaciones y combinaciones de mutaciones al azar, se pueda originar en la Tierra la extrema sofisticación del organismo humano. Este problema ya había sido intuido por los grandes físicos del siglo XX. A Einstein se debe la famosa frase de que “Dios no juega a los dados”. J.A. Herrero Brasas. El Mundo, 26-12- 2008 La conciliación de darwinismo y cristianismo. Para Ayala “la ciencia y la fe religiosa no pueden estar en contradicción porque sus respectivos ámbitos no se solapan. La ciencia trata de descubrir y explicar el mundo natural y sus procesos. La religión busca significado y propósito, la relación con el Creador y el entramado moral de la vida humana”. A los modernos partidarios del diseño inteligente les recuerda Ayala que el mundo de la vida está lleno de imperfecciones, sufrimientos, crueldad y sadismo. Los depredadores devoran cruelmente a sus presas, la mandíbula humana es demasiado pequeña para los dientes de manera que nos tienen que sacar la muela del juicio, y el canal del parto es demasiado pequeño, de manera que millones de niños mueren al nacer. Si todos estos males fueran fruto del diseño específico del Creador, éste sería un diseñador torpe y cruel, viene a decir Ayala. Dado que la teoría de la evolución explica tanta calamidad como consecuencia de la selección natural, la teoría de la evolución debe verse como un gran regalo de Darwin a la religión. 2007 Artículo sobre Francisco J. Ayala El Cultural de 21-6- Para Nicolás Jouve, catedrático de Genética, “No es cierto que el darwinismo eliminara la necesidad de un creador del Universo. La evolución no se refiere a los hechos anteriores a los seres vivos. La aparición de la vida es heredera y consecuencia del mismo impulso creador que tendría su origen en el Big-Bang. La aparición de los seres vivos se entiende como el fruto de unas transformaciones sorprendentes desde la materia inorgánica. Pero, ¿Qué hizo que apareciese la materia?” El Mundo, 3-9-2010 23 TEXTO 2. LA EXTINCIÓN DE LOS NEANDERTALES Durante años hemos imaginado a los neandertales como unos seres de aspecto brutal y estúpido, pero en realidad eran humanos muy parecidos a nosotros: conocían el fuego, practicaban el entierro ritual de sus muertos (tenían conciencia de la muerte), cuidaban de ancianos y enfermos. Las herramientas que fabricaban hace 200.000 años eran avanzadas para la época y fueron los primeros en vestirse. También se han encontrado adornos corporales de hace 40.000 años. Se cree que poseían capacidad lingüística. ¿Por qué desaparecieron? Hace unos 28.000 años, un grupo de neandertales luchaba por sobrevivir en los acantilados de la costa mediterránea. Muy posiblemente eran los últimos de su especie. En el resto de Europa y Asia occidental habían desaparecido miles de años antes, tras haber sido dominantes en la zona durante más de 200.000 años. Tras la llegada del Homo sapiens a Europa, hace unos 40.000 años, los neandertales no desaparecieron de forma brusca, sino que sobrevivieron más de 15.000 años. Ello contradice la hipótesis de una sustitución súbita. Investigaciones recientes inducen a pensar que la extinción de lo neandertales no se debió a un único factor, como pueda ser la presencia del Homo sapiens, sino a la compleja interacción de diversos factores. Estudios paleoclimáticos del período 65.000 a 25000 años indican que comenzó con unas condiciones climáticas moderadas y acabó con una glaciación. Es cierto que existen pruebas de la supervivencia de los neandertales en condiciones glaciales. Su torax robusto y sus extremidades cortas favorecían la conservación de calor corporal. Su fuerza muscular le permitía la caza de los grandes mamíferos de los climas fríos, como el rinoceronte lanudo. Pero los datos climáticos no hablan de un enfriamiento gradual, sino de oscilaciones climáticas amplias y bruscas. El clima pasaba de gélido a templado y a la inversa en cuestión de decenios. Durante las olas de frío, el hielo se extendía y los prados sustituían a los bosques. En el curso de una vida, todas las plantas y animales conocidos desaparecían para ser sustituidas por una nueva flora y fauna. La caza sin árboles donde ocultarse, era difícil. Fueron esas condiciones ambientales en vaivén, y no el frío, las que habrían exigido una rápida adopción de nuevas formas de vida. Muchos neandertales no pudieron adaptarse. Su población se redujo y se fragmentó. Para otros investigadores, sin embargo, el hecho de que los neandertales no desaparecieran en Europa hasta la entrada de Homo sapiens, indica que el recién llegado tuvo alguna influencia en su extinción, Aún cuando no los matara directamente, probablemente, hubieron de competir con los nuevos humanos por los recursos y fueron perdiendo terreno. Aunque, lo que dio a Homo sapiens esa ventaja sigue siendo una cuestión debatida. En primer lugar, los Homo sapiens quizá fueran más versátiles en su alimentación. Los neandertales estaban especializados en el consumo de mamíferos de gran talla, bastante escasos. El robusto cuerpo neandertal, requería una importante demanda de calorías (hasta 5000 diarias) que obtenían básicamente de la carne; ello obligaba a participar, y morir, en la caza a mujeres y niños. Los sapiens consumían todo tipo de animales y plantas. Y presentaban una división del trabajo, cazaban los hombres y recolectaban las mujeres y niños. Cuando algunos se adentraron en territorio neandertal, el número de grandes mamíferos se redujo aún más. En segundo lugar, quizá los humanos modernos fueran simplemente más inteligentes. Prueba de ello sería el estancamiento de la industria lítica neandertal (durante los 200.000 años de existencia apenas evolucionó) frente a la diversificación que experimentó la del homo sapiens hace 40.000 años. Ambos confeccionaban vestidos, pero la vestimenta neandertal debió ser más tosca al no usar agujas. Según esta hipótesis, también la capacidad lingüística de los neandertales era más limitada que la nuestra. Además, los sapiens vivían en grupos más grandes, lo que favorecía las interacciones sociales y aumentaba la esperanza de vida del grupo. Datos recientes adelgazan la frontera entre ambas especies. Es cierto que el Homo sapiens disponía de mayor variedad de herramientas, pero neandertales y sapiens las habían empleado en las mismas actividades: “no necesitas una cuchara para pomelos para comer un pomelo”. También es discutible la capacidad lingüística de los neandertales. El adorno del cuerpo con alhajas manifiesta un comportamiento simbólico que se utiliza como indicio de lenguaje. Además, portaban el gen FOXP2, gen que faculta para el lenguaje en los humanos modernos. Y, finalmente, los neandertales de Gibraltar también explotaban los recursos marinos (focas, delfines) y capturaban presas pequeñas como aves y conejos. Podemos concluir, pues, que entre el neandertal y el Homo sapiens, las diferencias biológicas y culturales eran probablemente más pequeñas de lo que se pensaba hace unos años, pero existían. Y en un contexto de empeoramiento e inestabilidad climática, donde se habría acentuado la competición entre ambo grupos humanos, las pequeñas ventajas adquirirían suma importancia y, quizá, marcarían la diferencia entre la supervivencia y la muerte. Investigación y Ciencia. Octubre 2009 24 1. Indica en que aspectos de su comportamiento, los neandertales eran parecidos al Homo sapiens. 2. Indica las diferencias entre el comportamiento de ambos. 3. ¿Qué dos hipótesis maneja el texto para explicar la desaparición de los neandertales? ¿Se decanta por alguna de ellas? TEXTO 3. EL ORIGEN DE LA VIDA El origen de la vida en la Tierra es quizá el más interdisciplinar de los temas científicos, ya que, además de la propia biología y su rama bioquímica, interesa a la astronomía y a la geología, sin olvidarnos de la filosofía. Pero lo que lo convierte en uno de los más arduos problemas de la ciencia moderna no es su carácter de mosaico, sino su lejanía en el tiempo y su categoría de hecho único. Esto último, un problema común en las ciencias de la Tierra, queda de relieve cuando nos preguntamos, por ejemplo, si las proteínas o el carbono mismo son imprescindibles para la vida, o tan solo las variantes elegidas (de entre muchas posibles) por la vida en este planeta. Más enigmática aún es la posibilidad de que existan otros sistemas de transmitir información distintos a los ácidos nucleicos, el código genético que el hombre comparte con los mirlos, los álamos y las bacterias. Algo parecido sucede con el intervalo de tiempo necesario para que lo vivo aparezca en un planeta (por cierto, ¿es imprescindible un planeta?): no sabemos si el apresuramiento con el que se aposentó la vida en la Tierra es un rasgo casual o necesario. La ciencia moderna está poniendo cerco a esta cuestión fundamental, pero es importante evitar pensar que nuestro planeta es el modelo biológico universal. Por ejemplo, en un artículo reciente, Cristopher McKay, un especialista en la búsqueda de vida en Marte, planteaba los siguientes requisitos mínimos para la vida: - Una fuente de energía, normalmente luz solar. Carbono Agua líquida Algunos otros elementos como nitrógeno, fósforo o azufre. Es evidente que con estas premisas difícilmente se podrá encontrar en Marte una vida que no sea exactamente igual que la terrestre. El tiempo dirá si estas búsquedas geocéntricas tienen o no sentido. Lo que parece claro es que no podremos despejar nuestras dudas hasta que no encontremos otra biosfera. Si alguna vez creemos haberlo conseguido, ¿Cómo sabre os que estamos ante un sistema vivo? Anguita, Francisco; “Biografía de la Tierra”. Pg. 68-69 Ed. Aguilar Cuestiones: 1. 2. 3. 4. 5. Pon un título al texto. ¿Cuál es el tema central del mismo? ¿Qué ramas de la ciencia están implicadas en la búsqueda de vida? ¿Qué variantes, respecto a la vida terrestre, puede tener la vida extraterrestre? Explica que quiere decir la expresión “búsqueda geocéntrica de vida” ¿Por qué es tan importante el carácter de “hecho único” que tiene la vida? 6. Recuerda como ha imaginado el cine o la literatura a la vida “extraterrestre”. 25 1 . 26 27 28
