El origen de los seres vivos (4º ESO)

ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA: EL ORIGEN DE LOS SERES VIVOS

A lo largo del curso hemos visto algunas de las principales características de los seres vivos que deberemos tener presentes ahora que intentamos averiguar algo acerca de su origen.

Recuerda:
1- ¿Por qué se distingue un ser vivo de un objeto inerte?
2- ¿De qué está formado un ser vivo?

Un dato importante a la hora de explicar el origen de los seres vivos es la existencia de fósiles: son restos de antiguos organismos, que en la mayor parte de los casos ya se han extinguido: restos de esqueletos y conchas, huellas, o fragmentos de plantas que han quedado convertidos en piedra y que han llegado hasta nosotros conservando su forma original. Aquí tienes algunos ejemplos:
Trilobites, animales ya desaparecidos que vivieron hace 300 m.a.
Dientes de mamíferos que vivieron hace 10 o 15 m.a.
Dientes de tiburones que se calcula que existieron hace 25 m.a.

Explicaciones (teorías) al origen de los seres vivos.
¿Qué respuestas se han dado a este problema del origen de los seres vivos?
A lo largo de la historia esta pregunta ha resultado especialmente compleja, y ha encontrado distintos tipos de respuesta por parte del hombre. Mitos y leyendas explican, como sabes, el origen de los seres vivos a través de distintos procesos, casi siempre con la intervención de un creador.

Vamos a considerar, de todas las que hemos visto, solo dos tipos de teorías que en su momento, al menos, fueron defendidas por personas que se dedicaban al estudio del mundo natural ("científicos"):

1- Las teorías que admiten la generación espontánea: algunos tipos de animales, al menos, sobre todo de pequeño tamaño (gusanos, insectos, incluso peces) pueden aparecer a partir de materia inerte, además de hacerlo por los procesos normales de reproducción. Existían incluso recetas para producir seres vivos por este sistema:
"Se llena de trigo un vaso que se cierra con una camisa sucia, preferentemente de mujer. Un fermento procedente de la camisa, transformado por el olor de los granos, cambia en ratones al propio trigo. Esta metamorfosis es por otra parte más de admirar, puesto que los ratones que provienen del trigo y de la camisa no son pequeños, ni están en época de mamar, ni son minúsculos ni malogrados, sino que están muy bien formados y pueden saltar"
(La cita está tomada del Curso Practico de CN de ed. Akal, donde no tiene referencia)
Estas teorías, como podrás observar, admiten la posibilidad de que la vida aparezca en cualquier momento, frecuentemente incluso, a partir de materia inerte. Aristóteles ya describía este proceso de generación espontánea, y así se explicaron numerosos fenómenos como la carne sobre la que aparecen gusanos, el fango de una charca en el que aparecen mosquitos, etc.

2- Otros científicos negaron la generación espontánea. Redi, en el siglo XVII, lo resumió en su frase: "Todo ser vivo nace de un huevo". Es decir, todos los seres vivos nacen a partir de una célula huevo que forman otros seres vivos (sus padres). Pasteur, por su parte, acabó demostrando que ni siquiera los microbios nacen espontáneamente.
Darwin, dos siglos más tarde, afirma algo más: todos los seres vivos que conocemos en la actualidad, incluido el hombre, y todos aquellos que han existido a lo largo de la historia de la Tierra, y que ya han desaparecido, tienen un origen común. A partir de un organismo vivo original se han ido diferenciando especies, que evolucionan (cambian) dando lugar a las distintas formas vegetales y animales.

Los primeros seres vivos.
Una vez aceptada la teoría de la evolución de Darwin, queda por plantear, como hemos hecho en clase, cuál fue el origen de esos primeros seres vivos a partir de los cuales aparecen los demás. Fue Oparín a principios de siglo el que expuso la siguiente hipótesis, que básicamente es aceptada hoy por la mayoría de los científicos, en la que plantea el origen de la materia orgánica sin la intervención de los seres vivos:
La Tierra, una vez formada como una masa en estado incandescente, hace unos 4500 m.a. comienza un lento enfriamiento. Se forma una corteza sólida de rocas, pero las erupciones volcánicas en esta época son muy frecuentes. Los abundantes gases emitidos en estas erupciones (vapor de agua, CO2, CH4, H2, NH3 etc.) van formando una capa gaseosa en torno a la Tierra. Esta atmósfera recibía del Sol radiaciones ultravioleta, tormentas y radiaciones cósmicas que proporcionan energía para que se unan algunas de estas moléculas, dando así lugar a la materia orgánica.
La atmósfera también se enfría, precipitándose el agua en forma de lluvia, dando lugar a los océanos. Esta agua arrastra las moléculas orgánicas, cada vez más abundantes, dando lugar a la llamada "sopa primitiva".
Miller, por su parte, demuestra experimentalmente que la teoría de Oparín es buena, si bien es cierto que el valor de dicha teoría y de su comprobación experimental dependen enteramente de que la "supuesta atmósfera primitiva de Oparín" careciese de oxígeno. Sin embargo, desde 1985, hay científicos que afirman que la atmósfera primitiva contenía más oxígeno del que Oparín había supuesto, habiéndose encontrado gases como los óxidos de carbono y de nitrógeno; de confirmarse este hecho, los experimentos de Miller y la teoría de Oparín perderían credibilidad ya que en estas condiciones los experimentos de Miller apenas si obtienen materia orgánica.
Otros escenarios donde posiblemente pudiera formarse materia orgánica serían el polvo cósmico, que bajaría a la Tierra con los meteoritos, y las emanaciones volcánicas del fondo de los océanos (dorsales oceánicas), ya que los gases que salen -similares a los de la atmósfera primitiva- están a temperaturas elevadas (300 ºC) y a una presión hidrostática alta, con lo que reaccionan entre sí y con los solutos del agua originando también materia orgánica.

Ya sólo quedan dos pasos para explicar la conversión de esta materia orgánica sencilla en las primeras células:

1º- Que las moléculas sencillas se combinen entre sí para originar las macromoléculas típicas de los seres vivos.
Este paso no ha podido demostrarse experimentalmente fuera de las células, y en las condiciones de la Tierra primitiva es muy difícil explicarlo. Algunos autores prefieren suponer que las primeras macromoléculas llegaron del espacio; otros piensan que este paso pudo darse alguna vez por azar, y estas primeras moléculas facilitarían la formación de más macromoléculas.

2º- Que esas macromoléculas se organicen encerradas en una membrana para constituir una célula. Esto es más fácil de explicar ya que las primeras células serían muy sencillas. Oparín lo explica del siguiente modo:

Las moléculas van creciendo en tamaño y complejidad, y se van uniendo entre ellas y rodeándose de una membrana. Oparín llamó a estas asociaciones de moléculas, coacervados. Alguno de los muchos que surgieron tenían la capacidad de tomar moléculas orgánicas del medio, y por lo tanto aumentar su tamaño y masa. Rompían las moléculas orgánicas que tomaban del medio, obteniendo su energía, y produciendo CO2. Estos coacervados, al crecer y llegar a un tamaño demasiado grande, se rompían formando dos más pequeños.
El perfeccionamiento de estos coacervados dio lugar a las primeras células (los primeros seres vivos).
Comenzaría así la primera evolución biológica o biótica, que fue muy lenta: todos los fósiles con edades comprendidas entre 3.500 y 1.500 m.a. son procariotas, y los primeros fósiles de seres pluricelulares no aparecen hasta hace 600 m.a. El que todas las células actuales tengan una composición química parecida y realicen las mismas reacciones químicas vitales es un indicio de que todas las células actuales derivan de una o de unas pocas células primeras que sobrevivieron sobre otros modelos desaparecidos.
1- Estos primeros seres vivos ¿qué tipo de energía utilizaban?
2- ¿Qué tipo de materia?
3- ¿Crees que se parecían más en su funcionamiento a los actuales animales o a los actuales vegetales?
4- ¿Pueden funcionar totalmente como lo hacen actualmente estos organismos? ¿Por qué?
5- Aquella situación se mantuvo durante un tiempo (en realidad, millones de años), pero finalmente aquellas células empezaron a morir. ¿Sabrías decir por qué?

¿Qué ocurrió después de aparecer la vida?
Como consecuencia de la actividad de estas primeras células, la atmósfera debió ser cada vez más rica en dióxido de carbono (CO2). Es entonces cuando aparecieron las primeras células con clorofila (cianofíceas[]): gracias a su presencia, podían utilizar la energía solar para la síntesis de materia orgánica a partir de CO2, tan abundante en la atmósfera.
6- ¿Qué cambio importante se debió producir en la atmósfera como consecuencia de la aparición de células con clorofila[]?
7- ¿A qué tipo de organismos vivos han dado lugar, por evolución, estas células con clorofila?
8- ¿De qué tipo de células[] crees que vienen los animales? ¿Se debió producir algún cambio importante?
9- Ya desde aquellas fases iniciales de la vida los seres vivos dependían unos de otros. Señala por qué[]:

Evolución celular
Los primitivos heterótrofos
Las primeras células probablemente fueron heterótrofas y obtenían la energía por fermentación de moléculas orgánicas que flotaban en la superficie de los océanos primitivos, verdadero «caldo nutritivo» capaz de alimentar a pequeños microorganismos dotados de un metabolismo rudimentario.
De esta manera, los componentes moleculares de la «sopa primitiva» no solamente aportaron los elementos a partir de los cuales se formaron las células, sino que también suministraron la energía necesaria para su mantenimiento y autoperpetuación. Pero este jugoso alimento molecular empezó a escasear conforme crecía la población de células heterótrofas y llegó a convertirse en un recurso escaso y precioso[].
El descubrimiento de la fotosíntesis
Todos estos primitivos seres vivos habrían desaparecido, muertos por el hambre, una vez agotadas las reservas alimenticias, o devorados[] unos por otros, de no ser porque algunas estirpes «descubrieron» otro sistema de obtener energía: la fotosíntesis, mecanismo que utiliza la energía de la luz solar, obtenida gracias a la clorofila, para convertir el dióxido de carbono en hidratos de carbono, mediante una reacción que elimina oxígeno como producto residual.
La fotosíntesis fue la única oportunidad para sobrevivir, ya que liberó a las primitivas células de su enorme dependencia alimentaria con respecto a las moléculas del «caldo oceánico»; sin embargo, el oxígeno residual liberado se convirtió poco a poco en un veneno mortal para las células heterótrofas, cuyos mecanismos de fermentación anaerobia eran destruidos por la presencia de este gas, que presenta un elevado poder oxidante y, por tanto, provoca importantes transformaciones moleculares.
La utilización de la luz solar por parte de los organismos fotosintéticos proporcionó una fuente ilimitada de energía, pero, además, modificó drásticamente la composición de la atmósfera terrestre, a causa de la aparición de una gran cantidad de oxígeno que fue acumulándose progresivamente. A partir de este oxígeno se originó el ozono[], un derivado triatómico que se forma por acción de la radiación ultravioleta y de las descargas eléctricas sobre las moléculas de oxígeno.
La revolución del oxígeno: los aerobios
La disminución de la intensidad de la radiación ultravioleta permitió a las primitivas formas vivas colonizar áreas más superficiales, pues ya no estaban obligadas a vivir protegidas por capas de agua o debajo de las rocas u otros objetos que servían de pantalla frente a la radiación letal. Los seres vivos pudieron así invadir nuevas zonas y extenderse por regiones donde antes no existía la vida.
Pero la gran explosión demográfica que supuso la aparición de una enorme variedad de formas de vida surgió a partir de primitivas células que fueron capaces de utilizar el oxígeno para obtener energía de los nutrientes orgánicos de forma más eficaz. A partir de los primitivos heterótrofos anaerobios se desarrollaron otros nuevos heterótrofos aerobios, que ya no empleaban la fermentación en su metabolismo, y usaban el oxígeno atmosférico para extraer más energía de la misma cantidad de alimento, mediante un proceso químico, llamado respiración celular, que desprende dióxido de carbono como producto residual.
Cuando agotaron las reservas orgánicas de la «sopa primitiva», estos modernos heterótrofos aerobios «aprendieron» a obtener los nutrientes de las moléculas sintetizadas previamente por los fotosintéticos. A lo largo de cientos de millones de años heterótrofos y fotosintéticos han evolucionado conjuntamente y han sabido reciclar, con beneficio mutuo, los productos de desecho de su metabolismo: los animales y demás heterótrofos utilizan polución fotosintética (oxígeno) y las plantas y otros fotosintéticos consumen polución animal (dióxido de carbono).
La vida constituye, pues, un fenómeno tal vez inevitable en las condiciones iniciales y que resulta irrepetible, ya que, cuando hizo su aparición en la Tierra, modificó la atmósfera del planeta y destruyó así las condiciones que habían hecho posible su propia aparición.

Actividad: Evolución (Lamarck y Darwin)

EVOLUCIÓN
Lectura del texto propuesto
- Realizar un esquema resumen de dicha teoría
- Explicar cada uno de los puntos del esquema

"Evolución" implica cambio con continuidad, normalmente con un componente direccional. La evolución biológica se define mejor como cambio en la diversidad de adaptaciónes de las poblaciones de organismos.
Darwin estuvo inicialmente intrigado por el problema del origen de la diversidad, y más específicamente por el origen de la especie a través de la diversificación en una dimensión geográfica, esto es, por la evolución horizontal. Como es bien sabido, ese interés por la diversificación y la especiación despertó durante su viaje alrededor del mundo, de cinco años de duración, como naturalista a bordo del H.M.S. Beagle. Así, en las islas Galápagos vio que cada isla tenía su propia forma de tortuga, de cerción y de pinzón. Las diversas formas, aunque estaban muy estrechamente relacionadas, eran completamente distintas. Al sopesar sus observaciones, de retorno ya en Inglaterra, Darwin llegó a la conclusión de que la población de cada isla constituía una especie incipiente y, con ello, a la idea de "transmutación" o evolución de las especies. En 1838, concibió el mecanismo que podría explicar la evolución: la selección natural. Después de muchos años de observación y experimentación, con amplios conocimientos de geología, zoología y otras materias, adquiridos tras muchas horas de lectura, Darwin anunció, en 1858, un esbozo de su teoría sobre la evolución a través de la selección natural, en una comunicación presentada a la Linnean Society de Londres. Alfred Russel Wallace, un joven naturalista inglés que se hallaba realizando trabajos de campo en las Indias Orientales, había llegado, a su vez, a la idea de selección natural, y había plasmado sus ideas en un manuscrito que envió por correo a Darwin; su comunicación se leyó en la misma sesión que el informe de Darwin.
La teoría completa de Darwin, reforzada con innumerables observaciones personales y cuidadosamente argumentada, se publicó el 24 de noviembre de 1859 en On the Origin of Species ("El origen de las especies"). El amplio esquema aclaratorio constaba de varias subteorías o postulados, de las que señalaré las que, a mi juicio, constituyen las cuatro principales. Dos de ellas concuerdan con el modo de pensar de Lamarck: la primera es el postulado de que el mundo no es estático, sino que evoluciona; las especies cambian continuamente, se originan unas y se extinguen otras. Las biotas, tal como refleja el registro fósil, cambian con el tiempo; cuanto más antiguas son, más diferenciadas se nos presentan con respecto a los organismos vivos. Al contemplar la naturaleza viviente se observan fenómenos que carecen de sentido a no ser que se interpreten en el marco de la evolución. El segundo concepto lamarckiano que asumió Darwin era el postulado de que el proceso de la evolución es gradual y continuo; y que no consiste en saltos discontinuos o cambios súbitos.
Los otros dos postulados principales de Darwin encerraban, en sus grandes líneas, ideas nuevas. Uno era el postulado de la comunidad de descendencia. Para Lamarck, cada organismo o grupo de organismos representaba 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. Afirmaba que todos los mamíferos habían derivado de una única especie ancestral, que todos los insectos tenían un antepasado común, y que, en definitiva, tal era lo que ocurría entre todos los demás organismos de cualquier grupo. Lo que de hecho implicaba que los organismos vivientes podían remontarse hasta un origen único de la vida.
Hubo muchas personas que consideraron un insulto imperdonable a la raza humana la inclusión, por parte de Darwin, del hombre en la comunidad de descendencia de los mamíferos; ello provocó un aluvión de protestas. Pero la idea de la comunidad de descendencia tenía un poder explicativo tan enorme que, casi inmediatamente, fue adoptada por la mayoría de los biólogos. Daba cuenta tanto de la jerarquización linneana de las características taxonómicas como del hecho, revelado por la anatomía comparada, de que podían asignarse todos los organismos a un número limitado de tipos morfológicos.
La cuarta subteoría de Darwin, la de la selección natural, constituía la clave para interpretar su amplio esquema. El cambio evolutivo, decía Darwin, no es el resultado de algún misterioso impulso lamarckiano, ni una simple cuestión de azar, sino el resultado de la selección. La selección es un proceso que consta de dos fases, la primera etapa de las cuales es la producción de variabilidad. En cada generación, según Darwin, se genera una enorme cantidad de variabilidad; Darwin no conocía el origen de esta variación, que no se esclarecería hasta después de la aparición de la genética como ciencia. Todo lo que tenía era un conocimiento empírico de la reserva, aparentemente inagotable, de grandes y pequeñas diferencias.
La segunda etapa es la selección a través de la supervivencia en la lucha por la existencia. En la mayoría de especies animales y vegetales, una sola pareja de progenitores llega a procrear millares, si no millones, de descendientes. La lectura de Thomas Malthus reveló a Darwin que solamente muy pocos de ellos podían sobrevivir. Sobrevivirían sólo aquellos individuos que presentaran una combinación de caracteres más idónea para hacer frente al ambiente, entendiendo por tal el clima, los competidores y los enemigos; ellos tendrían una probabilidad mayor de sobrevivir, reproducirse y dejar descendientes, y sus caracteres pasarían, por tanto, al siguiente ciclo de selección.
Los PINZONES de las Islas Galápagos despertaron en Darwin una importante intuición. A la vista de la extensa gama de tamaños y formas del pico en "un grupo pequeño e íntimamente emparentado de aves", escribió, "uno podría realmente suponer que... se ha tomado una especie y se la ha modificado de acuerdo con diferentes finalidades".

1- ¿Qué es la evolución?
2- ¿Qué es la variabilidad?
3- ¿Qué significa que un individuo es genéticamente apto?
4- ¿Qué es la selección natural?
5- ¿Quién ejerce la selección natural?
6- ¿Cómo se ejerce la selección natural?
7- ¿Sobre quién se ejerce?
8- ¿Cuál es la consecuencia de la selección natural?
10- ¿La evolución afecta a la especie o a la población?
11- Enumera y explica las causas de la variabilidad

Problemas de Genética 4º ESO

PROBLEMAS DE GENÉTICA

1. Un cobaya de pelo blanco, cuyos padres son de pelo negro, se cruza con otro de pelo negro cuyos padres son de pelo blanco uno y negro el otro. ¿Cómo son los genotipos de los cobayas que se cruzan y su descendencia?
2. La forma de los rábanos puede ser alargada, redondeada y ovalada. Cruzando plantas alargadas con redondas se obtienen plantas ovales. ¿Qué generación filial cabría esperar del cruzamiento de dos plantas ovales?
3. Varios cobayas negros del mismo genotipo se aparearon y produjeron una descendencia de 29 negros y 9 blancos. ¿Qué genotipo pudiera predecirse que tuvieran los padres?
4. El pelo negro de los cobayas es un carácter dominante. La alternativa es el carácter recesivo de pelo blanco. Cuando un cobaya puro negro se cruza con uno blanco, ¿qué fracción de la F2 negra se espera que sea heterocigota?
5. Se cruzaron plantas puras de guisante con longitud de tallo alto y cuya flor era de color blanco, por plantas con longitud de tallo enano y flor de color rojo. Sabiendo que el carácter tallo alto es dominante sobre tallo enano y que la flor de color blanco es recesiva respecto a la de color rojo, ¿Cuál será la proporción de dobles heterocigotos esperados en la F2?
6. Como sabemos, los cromosomas sexuales de la especie humana son XX para la mujer y XY para el varón. Una mujer lleva en uno de sus cromosomas X un gen recesivo letal l (si se manifiesta produce la muerte) y el otro el dominante normal L. ¿Cuál es la proporción de sexos en la descendencia de esta mujer con un hombre normal?
7. La ceguera para los colores depende de un gen recesivo situado en el cromosoma X. Una muchacha de visión normal cuyo padre era ciego para los colores se casa con un varón de visión normal cuyo padre también era daltónico. ¿Cómo será la descendencia?
8. El albinismo lo produce un gen recesivo a frente al gen normal color moreno A. La hemofilia es producida por un gen reces ligado al cromosoma X. Un hombre albino y sano se casa con una mujer normal cuyo padre era hemofílico y cuya madre era albina. ¿Qué hijos pueden tener y en qué proporción?
9. La abuela materna de un varón tiene visión normal . Su abuelo materno era daltónico. Su madre es daltónica y su padre es de visión normal. Razonar qué tipo de visión tiene este varón. Si él se casara con una mujer genotípicamente igual a sus hermanos, ¿qué tipo de visión cabría esperar de ese cruce?
10. Si el padre de un niño de grupo sanguíneo 0 es del grupo A, y la madre del grupo B, ¿qué fenotipos sanguíneos pueden presentar los hijos que puedan tener?
11. Un hombre desea divorciarse de su esposa por infidelidad. Su primer y segundo hijo los considera legítimos, y tienen grupos sanguíneos 0 y AB respectivamente. El tercer hijo es un varón que considera ilegítimo porque es de tipo sanguíneo B. ¿Puede aprovecharse esta información para apoyar el caso del hombre?
12. Un hombre con grupo sanguíneo B es demandado por una mujer de grupo sanguíneo A para exigir la paternidad de su hijo. El hijo de la mujer es del grupo sanguíneo 0. a) ¿Es este hombre padre del niño? b) Si este hombre es realmente el padre del niño, especifique los genotipos de ambos padres. c) Si es imposible que este hombre del grupo B sea el padre del niño de sangre tipo 0, no considerando el genotipo de la madre, especifique el genotipo del padre. d) Si un hombre tiene el tipo sanguíneo AB podría ser el padre de un niño del grupo 0?

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