TEMA 3

                     ORIXE E EVOLUCIÓN DA VIDA

Que é a vida?

 Na Terra, os organismos vivos teñen en común unha composición química moi similar. Dos 90 elementos que se atopan na natureza, só uns 20 forman parte dos organismos vivos, e tamén nunha porcentaxe moi diferente

Auga: 

Trátase dunha substancia que posúe unhas características únicas que a fan esencial para a existencia da vida tal e como a coñecemos na Terra: • é un bo disolvente para sales minerais imprescindibles para as reaccións químicas vitais • alta capacidade calorífica: hai que quentalo moito para aumentar a súa temperatura. Isto fai que sexa un bo illante térmico. • alta temperatura de ebulición: deste xeito é líquido nun amplo rango de temperaturas • expándese ao conxelar entre 4 e 0oC: deste xeito o xeo flota, e cobre lagos e ríos xeados, permitindo que a auga líquida quede baixo a capa de xeo, preservando a vida acuática. • alta tensión superficial e capilaridade: a auga é capaz de subir por un tubo fino, e esta propiedade é a que permite que o zume bruto (auga e sales minerais) ascenda polos talos da planta dende as raíces ata as follas.

características da vida: Poderíase dicir que os requisitos para considerar un organismo vivo son que teña un metabolismo que lle permita obter enerxía da materia (nutrientes), que creza, se relacione e responda aos cambios do medio, que se reproduza e sexa capaz de evolucionar. Hoxe considérase que os virus están na fronteira entre os vivos e os inertes, pero non se poden considerar vivos xa que necesitan parasitar unha célula para crecer e reproducirse. Un ser vivo debe ter a capacidades de realizar as tres función vitais: nutrición, relación e reproducción.

A vida necesita materia e enerxía para desenvolverse.                                                       A materia pódese obter do seu contorno mediante dous mecanismos: 

• Organismos autótrofos: fabrican as moléculas que necesitan para crecer a partir de materia inorgánica e enerxía. Por exemplo, os organismos fotosintéticos usan CO2, H2O e enerxía solar para fabricar glicosa.                                                                                                                                                          • Organismos Heterótrofos: aliméntanse de materia orgánica elaborada previamente polos autótrofos. 

Segundo a forma de obter enerxía, clasifícanse en:                                                                       • Aerobios: mediante o proceso de respiración celular, a materia orgánica (glicosa) oxidase co O2 atmosférico para obter enerxía, CO2 e H2O.                                                                                               • Anaerobios: obteñen enerxía dos nutrientes pero en ausencia de osíxeno. A respiración anaerobia que realizan algunhas bacterias distínguese da fermentación anaeróbica (como a que realizan os fermentos na fermentación do viño, ou a que realizan algunhas células animais, por exemplo as células musculares, que en ausencia de osíxeno forman ácido láctico), producindo maniotas (agujetas)).

Teorías sobre a orixe da vida                                                                                                 O problema da orixe da vida é quizais un dos máis importantes e difíciles aos que se enfrontou o ser humano, o que deu lugar a todo tipo de explicacións relixiosas, mitolóxicas e científicas. Actualmente existen varias teorías pero ningunha delas é concluínte.                                                                                • Ata o século XIX mantívose vixente a Teoría da Xeración Espontánea, apoiada dende antigo por filósofos como Aristóteles. Esta teoría afirmaba que os organismos vivos podían xurdir espontáneamente da materia inerte, en medios como o orballo, a suor ou a humidade.                                • En 1860 Pasteur refuta definitivamente esta teoría experimentalmente, chegando á conclusión de que os organismos vivos xorden doutros seres vivos depositados previamente nestes ambientes. O experimento de Pasteur deu o aval definitivo á Teoría da Bioxénese, que propoñía que os seres vivos proviñan doutros seres vivos.Esta teoría foi proposta por Virchow en 1855. Porén, esta teoría non explica como se formou a primeira célula, o primeiro organismo vivo.

O problema sobre a orixe da vida                                                                                          é quizais un dos enigmas científicos que mais se resisten á investigación científica. Porén, na actualidade existen varias teorías que coinciden á hora de entender a orixe da vida como consecuencia dun dobre proceso evolutivo: 

a) En primeiro lugar, cómpre explicar como a materia inorgánica podería dar lugar a moléculas orgánicas que conforman os seres vivos (evolución química ou prebiótica).                                                 • Aminoácidos Proteínas                                                                                                                               • bases nitroxenadas Ácidos nucleicos (ADN e ARN)                                                                                 • ácidos graxos Lípidos

 b) e en segundo lugar, habería que explicar como a partir da materia orgánica poderían xurdir as primeiras estruturas celulares. Estas protocélulas evolucionarían posteriormente para formar verdadeiras células que, á súa vez e mediante un longo proceso evolutivo, alcanzarían a actual diversidade biolóxica. As condicións iniciais na Terra serían inhóspitos para case todos os seres vivos actuais. As temperaturas estarían por riba dos 400ºC. A atmosfera era redutora, é dicir, con pouco ou ningún osíxeno libre

propostas sobre a orixe da vida

• Na década de 1920 o ruso A.Oparin e o británico J. Haldane propuxeron de forma independente unha hipótese para explicar a síntese de biomoléculas: a Teoría da Síntese Prebiótica; asumiron que a atmosfera terrestre estaría formada por hidróxeno, metano, amoníaco e vapor de auga. As descargas eléctricas provocadas polas tormentas farían posible a síntese de multitude de moléculas orgánicas que caían aos océanos, dando lugar á chamada “sopa primordial”. Estas pequenas moléculas (monómeros) iríanse combinando paulatinamente dando lugar a moléculas máis complexas (polímeros) que á súa vez se unirían formando estruturas microscópicas pechadas chamadas coacervados e que, sen ser aínda seres vivos, constituirían os organismos precursores de células tamén chamadas protobiontes. Segundo Oparin, a enerxía necesaria para que se produzan estes procesos procedía de descargas eléctricas, radiación solar e enerxía xeotérmica.

En 1953 os estadounidenses H. Urey e S. Miller confirmaron experimentalmente esta hipótese: prepararon unha mestura de gases ricos en H2, CH4, H20 e NH3 e expuxérono a descargas eléctricas que simulaban a actividade eléctrica da atmosfera primitiva. A análise dos compostos producidos nunha semana revelou a síntese dunhas vinte moléculas orgánicas, incluíndo algúns aminoácidos. Polo tanto, estes resultados apoiaron a chamada Teoría da Síntese Prebiótica de Oparin e Haldane

Evolución biolóxica 

1. Os primeiros procariotas vivían nunha atmosfera sen osíxeno, polo que tiñan que realizar respiración anaeróbica ou fermentación da materia orgánica dispoñible que lles permitise obter a enerxía necesaria para as súas funcións vitais. Eran, polo tanto, organismos procariotas heterótrofos anaerobios.              

2. O aumento dos organismos heterótrofos provocou a diminución da materia orgánica nutritiva. Pero entón xurdiron organismos capaces de sintetizar os seus propios nutrientes a partir da materia inorgánica e utilizar a enerxía solar, é dicir, organismos autótrofos ou fotosintéticos. Hai 3500 Ma, os microorganismos procariotas que se fotosintetizaban en augas cálidas formaron montículos coñecidos como estromatolitos: masas de sedimentos en capas con películas de bacterias fotosintéticas na superficie. Hoxe en Australia coñécense fósiles destes organismos primitivos pero tamén existen estromatolitos modernos.                                                                                                                            

3. A atmosfera, rica en osíxeno e protexida polo ozono, permitiu novas formas de vida: os organismos procariotas heterótrofos aeróbicos desenvolveron o mecanismo da respiración celular, utilizando o osíxeno para obter enerxía da materia orgánica. 

4. A aparición das células eucariotas constitúe un dos fitos evolutivos máis importantes da historia da evolución da vida. As células eucariotas diferéncianse principalmente das procariotas en que teñen material xenético cunha estrutura lineal (non circular), posúen un núcleo dentro do cal se atopa o material xenético. 

5. Pero a evidencia fósil directa máis antiga de organismos pluricelulares procede de fósiles atopados no Ártico canadense que datan de 1200 Ma. Xa se observa algunha especialización nas súas células, incluíndo estruturas que indican reprodución sexual (o que permite o aumento considerable da variabilidade e polo tanto unha maior capacidade de supervivencia). 

6. Hai 1000 Ma a evolución dos organismos pluricelulares que se reproducen sexualmente abriu o camiño para organismos máis complexos e diversos. A reprodución sexual facilitou a combinación de material xenético dentro da especie, aumentando a súa diversidade.

Evolución das especies                                                                                                   

Hai moitas evidencias que apoian este mecanismo de evolución das especies. Clasifícanse en probas biolóxicas e paleontolóxicas. 

a) Probas biolóxicas: baséanse nas características dos seres vivos, por exemplo:                                        • Ás veces atópanse órganos similares en especies diferentes, herdados dun antepasado común con anatomía similar. Por exemplo as ás dos paxaros, as aletas dos peixes e as mans do home.                       • Órganos vestixiais, que son restos de órganos que xa non se utilizan, que son restos dun órgano dun antepasado pasado cunha forma de vida moi diferente. Por exemplo as vértebras do coxis dos humanos, o fémur e a pelve das baleas e dos golfiños...                                                                                              • O feito de que os seres vivos utilicen o ADN como molécula de herdanza é unha proba irrefutable de que proveñen dun antepasado común que utilizaba esta molécula para almacenar información xenética. • Os embrións de moitas especies son sorprendentemente similares, especialmente nas primeiras fases de desenvolvemento. Na imaxe, de esquerda a dereita: peixe, salamandra, tartaruga, polo, porco, ovella, caniche e home

b) Evidencias paleontolóxicas: baséanse nos restos fósiles de especies xa desaparecidas. Identificáronse uns 300.000 fósiles pero crese que había uns 2.000 millóns de especies, polo que a maioría delas son descoñecidas. Moitas especies non deixaron restos fósiles porque non teñen esqueletos duros. O estudo destes fósiles permite rastrexar a xenealoxía da especie, a árbore da vida, que procede dun antepasado común.

 C) probas moleculares: a xenétiva nos permite comprobar o parentesco entre especie a nivel molecular: proteínas universais, ou gragmento de ADN presentes en especies moi diferentes que apuntan á posibilidades dun antepasado común.

Teorías evolutivas                                                                                                                         Especie: defínese como un conxunto de organismos capaces de reproducirse entre eles e que teñen descendencia fértil. A teoría evolutiva sostén que as especies actuais proceden doutras especies máis antigas a través dos cambios que se producen nelas. Dentro do evolucionismo hai dúas teorías que propoñen mecanismos diferentes que explican como se produce a evolución dunha especie noutra. 

a) Lamarckismo: esta teoría proposta por Lamarck no S XVII afirmaba que as especies variaban á hora de adquirir novos órganos para resolver novas necesidades; é dicir, a función crea o órgano. Ademais, segundo Lamarck, estes novos personaxes adquiridos son herdables. Hoxe sabemos que isto último non é certo, porque para que os trazos sexan herdables, os cambios deben producirse nas células xerminais (óvulos...). Por exemplo: as serpes proceden de réptiles que prefiren gatear para camiñar, e deixan de usar as súas patas, que desaparecen. Ao final esta característica transmítese á descendencia. 

b) Darwinismo: no século XIX Charles Darwin publicou dous libros “A orixe das especies” e “A orixe do home”. Neles propuxo a selección natural baseada na supervivencia dos individuos máis aptos como mecanismo de evolución.                                                                                                                             • Na natureza só unha minoría de individuos nacidos consegue sobrevivir, polo que a poboación permanece constante.                                                                                                                                   • As características dos individuos varían e só sobreviven aqueles con carácteres máis adaptados ao medio.                                                                                                                                                           • Os individuos superviventes reprodúcense, transmitindo as súas características favorables á súa descendencia.                                                                                                                                                • Despois de moito tempo, a acumulación de todos estes cambios dá lugar a unha nova especie.

c) Postdarwinismo: este termo refírese ás teorías darwinistas que tratan de explicar os mecanismos do cambio das especies a partir dos novos coñecementos sobre a xenética. Inclúe o neodarwinismo, as teorías endosimbióticas e a teoría do equilibrio puntuado. 

• Neodarwinismo ou teoría sintética da evolución: Darwin afirmou que os individuos dunha especie presentaban unha variabilidade nos seus carácteres, pero non sabía por que. Hoxe sabemos que esta variabilidade débese a cambios ou mutacións no ADN dos individuos. O neodarwinismo propón que os cambios se producen a partir de pequenas mutacións puntuais no ADN, que paso a paso introducen pequenos cambios.

•A teoría da Endosimbiose proposta por Lynn Margulis propón que as células eucariotas xurdiron cando certos procariotas uníronse a outro microorganismo que as fagocitaba e a partir dese momento estableceron unha relación simbiótica entre elas

• A Teoría do Equilibrio Puntuado, proposta por Stephen Jay-Gould e Niels Eldredge, propón que a evolución non se produciu de forma gradual, senón que houbo períodos de estabilidade na especie, seguidos de momentos específicos nos que algún fenómeno externo provocou moitos cambios que deu orixe a unha nova especie.

Evolución humana                                                                                                                         Darwin xa propuxo en "A orixe do home" que o home moderno veu pola evolución dun antepasado común ao dos simios. A nosa especie Homo Sapiens pertence á orde dos primates e á familia dos homínidos. A familia dos homínidos inclúe o home e os grandes simios (orangután, gorila, chimpancé e bonobo). A evolución a partir do antepasado común do home e do mono non é lineal, senón ramificada. O antepasado común de todos os primates chámase Procónsul e viviu hai 24 millóns de anos. As liñaxes de humanos e simios separáronse 5 Ma. Segundo o rexistro fósil de homínidos, aparecen en África e realizan varias migracións, estendéndose polo resto dos continentes. 

O fósil de homínido máis antigo atopado foi chamado Toumai, procede de Chad e ten 6-7 Ma                  O xénero Australopithecus caracterízase por ser bípedo e camiñar erguido. Ten un cranio pequeno e unha intelixencia semellante á dos chimpancés.                                                                                         O xénero Homo xurdiu hai 2,6 Ma. Xa tiña a capacidade de construír ferramentas. Dentro deste xénero hai varias especies importantes:                                                                                                                     A especie Homo habilis: atópase en África e constrúe ferramentas de pedra.                                             A especie Homo erectus: vivía en Asia e, ademais de fabricar ferramentas, xa usou o lume.            Homo antecessor: atopado na Gran Dolina de Atapuerca, é antepasado dos neandertais e dos homes modernos. Viviu hai 900.000 anos.                                                                                                              A especie Homo heidelbergensis, atopada en Atapuerca, viviu hai 300.000 anos e evolucionou cara a Homo neanderthalensis.                                                                                                                       Homo neanderthalensis: viviu en Europa dende hai 250.000 anos ata hai 30.000 anos. Ten unha caveira semellante á actual e xa vivía en cabanas. Foi substituído pola especie Homo sapiens, coa que conviviu en Europa.                                                                                                                                            Homo sapiens: xurdiu hai 150.000 anos en África, dende onde emigraron para colonizar o resto dos continentes. Desenvolveron a agricultura e a gandaría e agrupáronse en poboacións cada vez máis grandes.