BIOLOGÍA EVOLUTIVA
El origen de la vida, teoría
El origen de la vida ha tenido en todas las
civilizaciones una explicación cuyo denominador común era la intervención
divina. La ciencia, sin embargo, ante esta gran pregunta necesitaba buscar
causas, reglas o mecanismos que dieran a ese hecho una justificación
constatable.
La generación espontánea de la vida
fue una teoría autorizada y desautorizada consecutivamente en varias ocasiones
entre 1668 y 1862, año éste último en que que se disipó la incógnita (Teorías evolucionistas). En 1668 el médico
italiano Francesco Redi demostró que las larvas de mosca de las carnes en
descomposición se producían a causa de puestas previas, y no espontáneamente
por la propia carne. La generación espontánea quedaba en parte desautorizada
(no exenta de polémica) a pesar del arraigo que esa teoría tenía en la historia
de la biología.
|
1-matraz de 500 c.c. de agua;
2-acumulación de los materiales condensados;
3-condensador;
4-chispa eléctrica;
5-electrodos de tungsteno
|
Tuvieron que transcurrir cien años para que en 1768 el
fisiólogo italiano Lazzaro Spallanzani (uno de los fundadores
de la biología experimental) demostrase la inexistencia de generación
espontánea. Hirviendo un caldo que contenía microorganismos en un recipiente de
vidrio, y cerrándolo después herméticamente para evitar la entrada de aire, el
líquido se mantuvo claro y estéril. Los inmovilistas de esa época no dieron
validez al experimento, a pesar de su rotundidad, y expusieron como argumento
que se había alterado el aire del interior del recipiente por efecto del calor,
eliminando los principios creadores de la vida.
El
problema seguía sin resolverse definitivamente en la segunda mitad del siglo
XIX, hasta que el biólogo francés Louis Pasteur se propuso emprender una serie
de experimentos para solventar la cuestión de la procedencia de esos
microorganismos que, en apariencia, se generaban espontáneamente. En 1862 Pasteur llegó a la conclusión de que los gérmenes penetraban en las sustancias
procedentes de su entorno.
Ese descubrimiento dio lugar a un debate feroz con el
biólogo francés Félix Pouchet, y más tarde con el respetado bacteriólogo inglés
Henry Bastion; éste último mantenía que la generación espontánea podía darse en
condiciones apropiadas. Una comisión de la Academia de Ciencias aceptó
oficialmente en 1864 los resultados de Pasteur, a pesar de ello los debates duraron hasta bien
entrada la década de 1870.
En la actualidad, la base de referencia de la teoría
evolutiva del origen de la vida, se debe al bioquímico soviético Alexandr
Ivánovich Oparin, aunque el británico John Burdon Sanderson Haldane sostuvo una idea similar. Oparin
postuló en 1924 que las moléculas orgánicas habían podido evolucionar
reuniéndose para formar sistemas que fueron haciéndose cada vez más complejos,
quedando sometidos a las leyes de la evolución. Según esta teoría, los océanos
contenían en sus orígenes gran cantidad de compuestos orgánicos disueltos. En
un proceso que requirió mucho tiempo, esas moléculas se fueron agrupando en
otras mayores y éstas a su vez en complejos temporales. Alguno de esos complejos
se convirtió en un protobionte tras adquirir una serie de propiedades, por las
cuales podía aislarse e introducir en su interior ciertas moléculas que le
rodeaban y liberar otras. Las funciones metabólicas, la reproducción y el
crecimiento habrían aparecido después de que el protobionte adquiriera la
capacidad de absorber e incorporar las moléculas a su estructura, para
finalmente conseguir separar porciones de sí mismo con iguales características.
La teoría de Oparin
fue experimentada con validez por Stanley Miller en 1953, como parte de su
tesis doctoral dirigida por H. Urey; consiguiendo obtener compuestos orgánicos
complejos después de reproducir las condiciones primitivas del planeta en un
aparato diseñado al efecto. Miller creó un dispositivo, en el cual la mezcla de
gases que imitan la atmósfera primitiva, es sometida a la acción de descargas
eléctricas, dentro de un circuito cerrado en el que hervía agua y se condensaba
repetidas veces. Se producían así moléculas orgánicas sencillas, y a partir de
ellas otras más complejas, como aminoácidos, ácidos orgánicos y nucleótidos.
Se abrió así camino a la obtención
de numerosas moléculas orgánicas. En condiciones de laboratorio se han conseguido
sintetizar azúcares, glicerina, aminoácidos, polipéptidos, ácidos grasos, o
porfirinas que es la base de la clorofila y hemoglobina, etc
En resumen, la vida surgió en unas
condiciones ambientales muy distintas a las actuales, las de la Tierra primitiva, a partir
de moléculas orgánicas que no competían con ningún otro organismo vivo.
Mediante la intervención de la selección natural se habrían ido diversificando
hasta los actuales organismos.
Una condición indispensable para
la evolución de la vida a partir de materia orgánica no viva, era la existencia
de una atmósfera terrestre carente de oxígeno libre (Formación de las primeras células). En
opinión de Haldane, que sostenía esa idea, durante el
proceso biogenético los compuestos orgánicos no podrían ser estables en una
atmósfera oxidante (con O2); serían los organismos fotosintéticos los que
posteriormente producirían el O2 atmosférico actual.
Formación de las primeras células
Se ha convenido que el proceso de
formación de las primeras células debió superar varias etapas de evolución, tres de carácter prebiológico
(química) y una biológica: constitución de la Tierra, síntesis prebiológica, fase subcelular y fase protocelular.
Constitución de la Tierra.. .
Se estima que tuvo lugar hace unos
5.000 millones de años. El enfriamiento de las rocas emitía gases a la
atmósfera ricos en compuestos de carbono y carentes de oxígeno (reductores).
Durante la
constitución de la Tierra la atmósfera era reductora, debido a la carencia de
oxígeno de los gases emitidos al enfriarse las rocas
Síntesis prebiológica
Se produce a
partir de los monómeros, o moléculas sencillas procedentes de los gases de
la atmósfera primitiva, que posteriormente quedarían disueltos en el medio
líquido. Aminoácidos, azúcares y bases orgánicas se irían formando mediante
diferentes tipos de energía, descargas eléctricas o radiaciones ultravioletas.
Éstos, en el medio acuoso, tendrían una polimerización gradual dando lugar a
macromoléculas o cadenas proteicas y de ácidos nucleicos.
Las
descargas eléctricas y radiaciones ultravioleta darían lugar a la
polimerización gradual en el medio acuoso.
Diferentes
tipos de energía, como descargas eléctricas o radiaciones ultravioleta irían
formando aminoácidos, azúcares y bases orgánicas.
Fase
subcelular
Las microesferas de proteinoides (según Fox) o
coacervados (según Oparin), consistentes en gotitas ricas
en polímeros, inician su separación dentro del medio acuoso, que primitivamente
tenía una consistencia de sopa. Por selección química, se generarían
posteriormente protobiontes individualizados independientes del
entorno (formados por proteínas y ácidos nucleicos).
Fase
protocelular
Se activa un mecanismo de autorreproducción, y una evolución biológica por selección natural.
Ese mecanismo genético asegura que las protocélulas hijas adquieran las mismas
propiedades químicas y metabólicas de las protocélulas padre, es decir, se
realiza una transmisión hereditaria, que a su vez permite la existencia de
mutaciones (evolución biológica).
Las
actuales bacterias anaeróbicas como las de tipo Clostridium
(fermentadoras), serían parecidas a las que en el origen de la Tierra tendrían
los primeros seres vivos, que, probablemente, consistirían en formas
unicelulares heterótrofas; de todas formas, estas bacterias actuales requieren
adquirir en el entorno moléculas energizadas constituidas por reacciones no
biológicas. Las primeras células que dependían, como ya se dijo, de materia
orgánica formada por diferentes fuentes de energía como las descargas
eléctricas (que comenzaría a escasear), prescindieron progresivamente de esa
energía cuando la fotosíntesis entró en acción. La atmósfera comenzó entonces a
recibir O2, y por evolución aparecerían las cianobacterias o
algas azules, cuyos sedimentos fueron identificados en microfósiles de hace
unos 3.500 millones de años.
La
atmósfera del planeta cambió de reductora a oxidante en los 2.000 millones que
siguieron a los procesos descritos. De cada cinco moléculas una era de O2. Con
la formación de la capa de ozono se redujeron las radiaciones ultravioleta, y
por esa razón las condiciones que permitieron la aparición de la vida
desaparecieron definitivamente.
Por tanto, la instauración plena de vida eliminó las condiciones
originales que la hicieron posible. La aparición por evolución de los primeros
eucarióticos unicelulares y pluricelulares, se sitúan alrededor de hace unos
2.000 millones de años.
El origen de los homínidos
Del orden de los Primates, superfamilia de los Hominoides,
se desprenden las familias de los póngidos y homínidos. De
los homínidos, el Homo sapiens (seres humanos) constituye
la única especie.
El origen y proceso de evolución de la especie humana o de
hominización, se define como el desarrollo simultáneo del cerebro, locomoción
bípeda y capacidad tecnológica.
Darwin teorizó con que la humanidad descendía de un
antiguo miembro del subgrupo antropoide (no de los actuales monos como se le
atribuye), siendo el filósofo Kant el que apuntó a la descendencia de los
primates. La antropología actual ha podido confirmar mediante numerosos fósiles
encontrados, que el antecesor de la humanidad ha vivido en África. De todas
formas, los antropólogos moleculares han confirmado que los humanos no proceden
de los simios, sino que derivan de un antepasado común por descubrir, cuya
separación del tronco común (con gorilas y chimpancés) pudo suceder entre 7 y 3
millones de años (paleontológicamente es un tiempo muy corto).
Actualmente existen cinco géneros de antropoides (tres
asiáticos y dos africanos) que forman la familia de los simios (póngidos).
En Asia son los gibones (comprenden varias especies del género Hylobates),
el siamán (Simphalangus syndactylus) y el orangután (Pongo
pygmaeus); en África son el chimpancé (Pan troglodytes y P.
paniscus) y el gorila (Gorilla gorilla).
En cuanto a los homínidos, hagamos un repaso mas
conciso de la historia evolutiva:
Hace 30 millones de años existió un primate antepasado
común y más antiguo conocido durante el Oligoceno, el Aegyptopithecus,
del que partieron dos linajes: de un lado los gibones, y del otro los restantes
póngidos y homínidos.
Entre 25 y 15 millones de años (según que autores hasta
8), en el Mioceno medio, en Europa, Asia y África habitaron diversas especies
de monos superiores (subfamilia Driopitecinos), que fueron posibles
antecesores de los póngidos y homínidos. Al primer fósil de un gran antropoide
encontrado en Francia (Dryopithecus) se le supone 13 millones
de años de antigüedad. En Palestina, por su parte, fue encontrado el Sivapithecus,
probablemente relacionado con el antecesor del orangután
Entre 14 y 8 millones de años, en el Mioceno superior y
Plioceno inferior, habitaban el género Ramapithecus (R.
brevirostris)
en la India, Pakistán y China; otra forma similar, el Keniapithecus
(K.
africanus) en África. Con respecto a este periodo surgen diferentes
consideraciones antropológicas; así, mientras algunos autores sostienen que el Ramapithecus
es un homínido, y por tanto que la separación de esta familia del tronco común
con la de los póngidos, se realizó entre los 20 y 15 millones de años, la
mayoría de antropólogos lo consideran un mono antepasado del orangután.
El nexo común de los simios y humanos del que no se
tienen dudas, es el de los hombres mono del sur (género Australopithecus),
cuya familia australopitecinos ya está extinguida; vivieron en el centro
y sur de África hasta hace un millón de años, y probablemente incluso menos.
Varias especies han sido reconocidas, una de ellas el Australopithecus
robustus
poco parecido a los actuales humanos, de aspecto simiesco, grandes dientes,
mandíbulas y hocico, y una altura de 1,5 metros. Otra especie de menor tamaño y
fragilidad es el Australopithecus africanus,
que medía un metro de altura aproximadamente, y que posiblemente es el
antepasado más directo de la especie humana; vivió entre los 3 y 2 millones de
años y caminaba erguido, según se desprende de la forma de la pelvis y los
huesos de las piernas. Se especula entre varios autores la existencia de una
tercera especie (Australopithecus afarensis),
que serían más antiguos, con rasgos más arcaicos que todos los descritos y
próximos al chimpancé.
El Pithecanthropus erectus
(también llamado hombre de Java) y hoy clasificado como Homo
erectus,
es otro eslabón de la filogenia humana. Los pitecántropos eran bípedos y
caminaban erguidos.
Se encontraron restos de esta especie en Europa, África
y Asia. Otra forma más avanzada habitó China hace 800.000 a 500.000 años, el H.
erectus pekinensis (hombre de Pekín) cuyo
cerebro ya alcanzaba los 1.000 cm3, límite inmediato inferior al de la actuales
humanos. Se estima que esta subespecie no sólo fabricaba útiles de piedra, sino
que pudo haber sido el primero en utilizar el fuego. En Atapuerca
(Burgos-España) se han descubierto individuos de Homo erectus en
yacimientos del Paleolítico medio. Se ha datado que el paso del Homo
erectus al Homo sapiens se ha producido en Europa
durante el último periodo interglacial. La secuencia se constituye así: Australopithecus
africanus, Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens.
El primer Homo sapiens fue el hombre de
Neanderthal (Homo sapiens neanderthalensis), que habitó entre hace
150.000 y 35.000 años en Europa, África, Oriente Medio y Lejano Oriente,
durante el último periodo glacial. Tenía un parecido menor a los actuales
humanos que los presapiens, a pesar de que el cerebro era volumétricamente
moderno (1450 a 1650 cm3).
Aparentemente
fue sustituido bruscamente en Europa hace unos 40.000-35.000 años, por otras
razas de la actual subespecie Homo sapiens sapiens, entre los que
destaca el hombre de Cromagnon y Chancelade. Probablemente estas
subespecies ocuparan las mismas zonas al tiempo; si el hombre moderno invadió
los territorios neanderthales y no lo aniquiló, sino que se cruzaron las
poblaciones, es posible que en nuestra historia genética exista un origen
Neandertal
Biología evolutiva
Teorías evolucionistas
En el siglo XIX, concretamente el mismo año en que
nacía Charles Darwin (1809), surgió la primera
teoría organizada de la evolución con la publicación de la filosofía
ecológica, obra del Caballero de Lamarck, Jean Baptiste Monet. No obstante,
las ideas transformistas o evolucionistas (que las especies derivan unas de
otras por transformación), ya existían en la Grecia clásica; así, el mismo Aristóteles consideraba que algunos
animales, como ranas o abejas, podían surgir de la materia no viva por
generación espontánea; Heráclito de Efeso afirmaba que toda
existencia está en continuo cambio; Anaximandro decía que el hombre había
nacido de una criatura diferente. La creencia sobre el espontáneo origen de la vida, era para Santo
Tomás de Aquino siglos más tarde, compatible con la filosofía
cristiana. Por otra parte, el fijismo sostenía que los seres vivos no
cambiaban, sino que habían sido creadas así.
La teoría
de Lamarck fue vivamente atacada en su tiempo,
hasta el extremo de ser silenciada. Sin embargo, se mantuvo esta corriente de
pensamiento evolucionista, sirviendo de base para lo que terminaría siendo una
verdadera revolución en las ideas biológicas del momento, y que desembocaría en
la teoría de la evolución de las especies de Charles
Darwin. El eminente genetista Theodosius Dobzhansky afirmó a finales del
siglo XX que, con respecto a esta concepción de la naturaleza, nada tiene
sentido en biología si no es considerado bajo el punto de vista de la
evolución. Lamarck formuló dos leyes en su teoría, la
cual aceptaba la generación espontánea como un acontecimiento frecuente. Se
pueden resumir en los siguientes puntos:
· Los organismos poseen un instinto interno que les lleva a su propio
perfeccionamiento.
· Los organismos generan nuevas necesidades cuando se producen cambios en
el ambiente. Esta característica determina que se vean obligados a utilizar
ciertos órganos en mayor o menor medida, o incluso a no utilizarlos, lo que
provoca que estos órganos sufran formación, desarrollo, atrofias o
desaparición; finalmente por efecto de estas variables se producen
cambios o alteraciones en sus constituciones. Estos hechos se pueden resumir en
una frase: la función crea el órgano.
· Las alteraciones o cambios, adquisiciones o pérdidas, son heredables.
Charles Darwin, por su parte, formuló su
teoría completa El origen de las especies en 1859, y que previamente
esbozara, como así lo hiciera también Alfred Russel Wallace, influidos por la obra de Malthus Un ensayo sobre los principios de la población,
que publicara en 1798.
La teoría de Darwin
se resume en los siguientes puntos:
·
Nuestro mundo no
se mantiene estático, sino que está en continua evolución. Las especies cambian
continuamente, con el tiempo unas se extinguen y aparecen otras nuevas. Las
formas de las especies actuales son más diferentes cuanto más antiguas
sean.
·
Los cambios no
se producen súbitamente o a saltos discontinuos, sino que es un proceso continuo
y gradual.
·
Las especies
descienden de un antepasado común, por tanto los organismos semejantes están
emparentados. Remontándose en el tiempo se llegaría a un origen único de la
vida.
·
La evolución o
cambio evolutivo es resultado de un proceso de selección natural. En una
primera fase se produce variabilidad en cada generación, mientras que en una
segunda fase se produce la selección a través de la supervivencia (lucha por la
propia existencia). La segunda fase de selección constatada por Darwin, está basada en las observaciones que mantuvo sobre la reproducción de
distintas especies, las cuales siendo abundantes se mantenían no obstante en
equilibrio a través de las generaciones; este hecho implica que muchos
individuos mueren tempranamente. La razón de la muerte a edad temprana tiene su
respuesta en que, las diferencias existentes entre los descendientes de una
misma especie, los cuales se han adaptado diversamente al hábitat donde han
nacido, luchan entre sí por la propia existencia; los más aptos sobrevivirán, y
por tanto transmitirán posteriormente a sus hijos esas características de
fortaleza; el proceso se repetirá en cada generación.
En resumen, la evolución es un proceso de selección natural en la cual,
en una primera etapa se produce la mutación, recombinación y acontecimientos al
azar (producción de la variabilidad genética), para en una segunda etapa quedar
regulada esa variabilidad mediante la selección natural.
En 1937 comenzó a imperar el
neodarwinismo (teoría sintética),
fruto de los nuevos conocimientos genéticos surgidos de los estudios de Mendel o Morgan entre otros, siendo generalmente
aceptada en la actualidad la moderna teoría de la evolución elaborada en ese
momento por Theodosius
Dobzhansky en la obra Genética y el
origen de las especies, que fuera completada posteriormente con
trabajos en diferentes disciplinas: Ernst Mayr en
zoología, Stebbins en botánica y Simpson en paleontología.
Biología evolutiva
Evolución biológica y
sus mecanismos
En 1859,
con la teoría sobre el origen de las
especies de Charles Darwin, quedaron sentadas las bases de la evolución biológica. Darwin afirmaba que
los seres vivos que habitan nuestro planeta, son producto de un proceso de
descendencia en el que se introducen sucesivas modificaciones, con origen en un
antepasado común. Por tanto, todos partieron de un antecesor común y a partir
de él evolucionaron gradualmente. El mecanismo por el cual se llevan a cabo
estos cambios evolutivos es la selección natural. Muchos sucesos de la
naturaleza sólo tienen explicación mediante la teoría de la evolución; Darwin aportó numerosos hechos
que encajan en su teoría, y que posteriormente se vieron reforzados con nuevas
evidencias, constituyendo todos ellos lo que se llamó pruebas de la evolución. Entre otras destacan las de tipo
paleontológico, anatómica comparada, bioquímica comparada, embriológica,
adaptación/mimetismo, distribución geográfica y domesticación.
Pruebas paleontológicas: Los Fósiles
És considerado fósil cualquier indicio de la presencia
de organismos que vivieron en tiempos remotos de la Tierra. Las partes duras de
cuerpo de los organismos son aquellas las mas frecuentemente conservadas por
los procesos de fosilización, pero existen casos en que la parte mayor del
cuerpo también es preservada.
Dentro de estos podemos citar a los Fósiles congelados,
como, por ejemplo, el mamut encontrado en el norte de Siberia y los fósiles de
insectos encontrados en ámbar. En este último caso, los insectos que penetraban
una resina pegajosa, eliminada por los piñedos, morían, la resina se endurecía,
transformándose en ámbar y el insecto ahí atrapado era preservado con detalles de su estructura.
También son consideradas fósiles impresiones dejadas
por organismos que vivieron en eras pasadas, como, por ejemplo, pisadas de
animales extintos e impresiones de hojas, de plumas de aves extintas y de
superficies de pies de los dinosaurios.
La
importancia del estudio de los fósiles para la evolución está en las
posibilidades de conocer organismos que vivieron en la Tierra en tiempos remotos,
en condiciones ambientales distintas a las encontradas actualmente, y que
pueden ofrecer indicios de parentesco con las especies actuales.
Prueba de la adaptación/mimetismo
Demuestra la existencia de un proceso de cambio,
mediante la presencia de restos fósiles de floras y faunas extinguidas y su
distribución en los estratos.
Numerosas formas indican puentes entre dos grupos de
seres, como es una forma intermedia entre reptil y ave presentada por el Archaeopteryx,
verdadero ejemplo de la evolución desde los pequeños dinosaurios
del Mesozoico y las aves actuales..
Prueba de anatomía comparada
Distintas especies presentan partes de su organismo
constituidas bajo un mismo esquema estructural, apoyando una homología entre
órganos o similitud de parentesco, y por tanto de un origen y desarrollo común
durante un periodo de tiempo. Ejemplo: las extremidades anteriores de los
humanos, murciélagos o ballenas, cuya estructura, tipo de desarrollo
embrionario o relación con otros órganos, es básicamente la misma. Existen
órganos homólogos llamados vestigiales, que se mantienen presentes en cada
generación y que sin embargo no realizan función alguna; por ejemplo, en los
seres humanos el coxis es un remanente de la cola; otros órganos vestigiales
son el apéndice o las muelas del juicio; los músculos nasales y auriculares.
Prueba bioquímica comparada
Se han encontrado homologías de carácter bioquímico que
constituyen una de las características más destacables de la escala evolutiva.
Ejemplo: la hemoglobina de los eritrocitos sólo se diferencia en 12 aminoácidos
entre un humano y un chimpancé; básicamente presenta la misma estructura en
todos los vertebrados.
Prueba embriológica
En todas las especies se encuentran características
ancestrales similares en el desarrollo embrionario, y que desaparecen durante
dicho proceso. Por este hecho, Ernst Haeckel enunció en 1866 la teoría de la
recapitulación que se resume en: la ontogenia es una recapitulación de la
filogenia, es decir, la ontogénesis o desarrollo individual, es un compendio de
la filogénesis o desarrollo histórico de la especie.
Prueba de la adaptación/mimetismo
En 1848 se descubrió en Manchester una mariposa (Biston
betularia) que mutó al color negro, después de que se hubiese
adaptado al ennegrecimiento de los troncos de abedul producido por los humos de
las fábricas. Estas mariposas (originalmente de color blanco) se posaban sobre
los troncos con las alas extendidas, siendo fácilmente detectadas por las aves.
El genetista H.B.D. Kettlewell pudo verificar este hecho en 1955; tras liberar
mariposas marcadas con colores claros y oscuros, recuperó el doble de oscuras
que de claras. Las aves actuaron aquí como agentes de la selección natural. El
Mimetismo tiene un mecanismo similar al de la adaptación; mediante esta
característica los animales pueden confundirse para no ser detectados, sea
mediante la adopción de ciertas formas, o cambios momentáneos de color de la
piel acordes con el entorno.
Prueba de la distribución geográfica
El hecho de que no exista una presencia uniforme de
especies en todo el planeta, es una prueba de que las barreras geográficas o
los mecanismos de locomoción o dispersión han impedido su distribución, a pesar
de que existen hábitats apropiados para su desarrollo, como es el caso de
Australia, donde los zorros y conejos han sido introducidos artificialmente.
Los pinzones que Darwin observó en las Galápagos, por
ejemplo, son una prueba más de las adaptaciones evolutivas independientes a
partir de sus antecesores locales, dada 41la imposibilidad de migración de esas
especies.
Prueba de la domesticación
Son un
claro ejemplo de cambios evolutivos provocados en este caso por la mano del
hombre. Las actividades agrícolas o ganaderas de los humanos, han proporcionado
campo de experimentación en animales y vegetales; así, se ha logrado una gran
variabilidad de formas muy diferentes de los especimenes ancestrales; ejemplo:
los cruces entre razas de perros, caballos, vacas, ovejas, gallinas, o plantas
comestibles, sobre todo cereales. Todo ello resultado de cambios evolutivos
controlados.
Aquí van los anuncios
Comentarios