TEMA 4ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

Nada en Biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución. Dobzansky

ÍNDICE

1. EL ORIGEN DE LA VIDA1.1. ¿Qué es la vida?1.2. Evolución Prebiótica

1.2.1. Requerimientos 1.2. 2. Hipótesis de Oparín y experimento de Miller y Urey.

1.3. Las primeras células. 1.3.1. Los coarcervados1.3.2. Teoría endosimbionte

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA2.1. Teorías evolutivas2.2. Pruebas de la evolución 2.3. Lamarkismo2.4. Darwinismo2.5. Tipos de selección2.6. Neodarwinismo2.7. Teoría del Equilibrio Puntuado2.8. Teoría Neutral

3. EVOLUCIÓN HUMANA3.1. Características de los homínidos3.2. Los primeros homínidos3.3. Los primeros humanos

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

¿Cómo podemos determinar que és la vida?

NASA: la vida corresponde a un sistema químico autosuficiente, capaz de experimentar una evolución de tipo darwinista.

Dawkins: En algún momento surgió por casualidad una molécula de particular interés que denominaremos replicador. Puede que no fuese la molécula de mayor tamaño o complejidad, pero poseía la extraordinaria capacidad de autorreplicarse.

¿Cuál fue la 1ª molécula?

ADN : Muller: el material genético es el material vivo, el representante actual de la primera vidaC. Sagan: un gen primitivo desnudo, con vida independiente e inmerso en una disolución diluida de materia orgánica

ARN: el mundo del ARN

Metabolismo primigenio

Generación Espontánea : Los seres vivos surgen de la materia orgánica en descomposición.

EXPERIMENTO DE REDI 1668

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

EXPERIMENTO DE PASTEUR 1860

Todo ser vivo procede de otro ser vivo.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Evolución Prebiótica o Prebiológica

La vida se originó a partir de materia inanimada en un proceso que se denomina evolución química, el cual se debe haber desarrollado en varias

etapas.

Evolución Biológica

Cambio experimentado desde que se formó el primer ser vivo hasta la actualidad.

Requerimientos para la Evolución prebiótica

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

1. ausencia total o casi completa de Oxígeno libre: ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.

2. una fuente de energía: la tierra primitiva era una lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta

3. sustancias químicas que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.

4. tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardo solo unos 800 millones de años en formarse

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Hipótesis sobre el origen de la vida:

• Hipótesis de la panspermia: La vida se originó en el espacio y llegó a la Tierra en un cuerpo celeste.

• Síntesis prebiótica; La vida proviene de moléculas orgánicas que surgieron en el planeta a partir de materia inorgánica.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Hipótesis de Oparín

• Hace unos 4500 m.a. el planeta estaba rodeado de una atmósfera reductora, sin oxígeno, con metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua.

• Cuando la temperatura descendió, el vapor de agua se condensó formando las nubes.

• La energía que llegaba del sol, y las descargas eléctricas que se producían en la atmósfera permitieron la formación de compuestos orgánicos a partir de los compuestos inorgánicos.

• Estos compuestos precipitaron sobre la corteza terrestre y fueron arrastrados hacia los océanos formando la llamada sopa primitiva.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Experimento de Miller y Urey

Condiciones ambientales

Se cree que la atmósfera primitiva contenía: o Dióxido de Carbono (CO2) o Monóxido de Carbono (CO) o Vapor de Agua (H2O) o Hidrógeno (H) o Nitrógeno (N2)

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

Posiblemente Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS

• No está claro como se formaron las primeras células.

• Oparín propuso la aparición de moléculas complejas como proteínas a partir de moléculas más sencillas.

• Con el tiempo se producirían asociaciones moleculares en forma de esferas huecas lipídicas denominadas coacervados que habrían encerrado en su interior ácidos nucleicos (ARN).

• Estos coacervados habrían sido los precursores de las primeras células

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

Carl Woese (1980) denominó protobionte o progenote al antepasado común de todos los organismos y representaría la unidad viviente más primitiva, pero dotada ya de la maquinaria necesaria para realizar la transcripción y la traducción genética. De este tronco común surgirían en la evolución tres modelos de células procariotas :

Arqueas Urcariotas Bacterias

Durante un período de más de 2000 millones de años, solamente existieron estas formas celulares, por lo que se puede pensar que se adaptaron a vivir en todos los ambientes posibles y "ensayarían" todos los posibles mecanismos para realizar su metabolismo.

La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos. La teoría más aceptada es que :

1. Las primeras células serían Heterótrofas anaerobias,

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

2. Algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del CO2. Se iniciaba así la fotosíntesis, como un proceso de nutrición autótrofa. El empleo del agua en la fotosíntesis como donante de electrones, tuvo como origen la liberación de O2 y por tanto la transformación de la atmósfera reductora en la atmósfera oxidante que hoy conocemos. Empezó una revolución del oxígeno que causaría la muerte de muchas formas celulares para las que fue un veneno, otras se adaptarían a su presencia y ...

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

3. Algunas células aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, lo que dio lugar a la respiración aerobia, realizando una nutrición heterótrofa aerobia.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULAEstas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.

                               

                                                                         

                                     

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las eucariotas hace unos 1.500 millones de años.

     

                       

Lynn Margulis, en su teoría endosimbiótica propone que se originaron a partir de una primitiva célula procariota, que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de tamaño, esta primitiva célula un momento dado, englobaría a otras células procariotas, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte conocida con el nombre de urcariota.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

Algunas fueron las precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas formadas por el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. Otras fueron las precursoras de las mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la célula huésped contra su propio oxígeno.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

Por último, algunas células procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos .De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos semejantes a los de las bacterias.

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula urcariota, le proporcionó dos características fundamentales de las que carecía: La capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse en aerobia. La posibilidad de realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas. Así mismo, la célula primitiva le proporcionaba a las procariotas simbiontes un entorno seguro y alimento para su supervivencia. Se trataría de una endosimbiosis altamente ventajosa para los organismo implicados, ya que todos ellos habrían adquirido particularidades metabólicas que no poseían por sí mismos separadamente, ventaja que sería seleccionada en el transcurso de la evolución. En el siguiente dibujo, puede verse esquematizada esta teoría endosimbiótica:

1. EL ORIGEN DE LA VIDA

LA CÉLULA

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

Evolución biológica: es el proceso de transformación que sufren las especies a lo largo del tiempo

Teorías evolutivas

• Fijismo: Las especies han permanecido inmutables desde su creación.

• Creacionsimo: Las especies eran creaciones de Dios que se mantenían inmutables en el tiempo. Basándose en interpretaciones literales de la Biblia, se estimaba que la Tierra tenía una edad de 6000 años. (Linneo)

• Catastrofismo: Fue propuesta por Cuvier para explicar el descubrimiento de los fósiles. En el pasado existieron seres vivos distintos de los actuales que se habían mantenido sin cambios y que se habían extinguido como consecuencia de una catástrofe natural (ej, el diluvio universal)

• Evolucionismo: las especies cambian y en ese cambio se pueden generar nuevas especies. Teorías evolucionistas: lamarckismo, darwinismo, neodarwinismo, equilibrio puntuado y neutralismo.

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN

• Pruebas anatómicas Se basan en el estudio de las estructuras corporales de los organismos con el fin de establecer posibles relaciones de parentesco.• Órganos homólogos: son aquellos que tienen la misma

estructura interna aunque su forma externa y función sean diferentes.

• Órganos análogos: son aquellos que desempeñan la misma función en organismos diferentes pero tienen un origen distinto.

• Órganos vestigiales: son aquellos cuya función se ha ido perdiendo a lo largo de la evolución.

• Pruebas paleontológicas: Se basan en el estudio de los fósiles (restos petrificados de seres vivos). El registro fósil es incompleto pero en algunas ocasiones ha permitido reconstruir la evolución de ciertos organismos al observar en los fósiles modificaciones graduales de ciertas estructuras.

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN

• Pruebas embriológicas: Se basan en el estudio comparado del desarrollo embrionario de distintos animales. (Haeckel, la ontogenia recapitula la filogenia).

• Pruebas biogeográficas: Se basan en el estudio de la distribución de las especies y en la historia geológica de la Tierra (tectónica de placas, glaciaciones, etc.)

• Pruebas bioquímicas: Se basan en la comparación de organismos diferentes a nivel molecular (ADN, proteínas etc.)

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

LAMARCKISMO O TRANSFORMISMO (Lamarck, 1809)TEORÍA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS

• Los organismos muestran una tendencia hacia la complejidad. Los organismos evolucionan desde formas más simples a formas más complejas.

• El uso repetido de un órgano induce su desarrollo.

• La función crea un órgano y su desuso produce degeneración.

• De esta forma los caracteres originales van siendo sustituidos lentamente por una serie de caracteres adaptativos o adquiridos.

• Los caracteres adquiridos son heredables. Las modificaciones inducidas por el ambiente que un organismo adquiere durante su vida, pueden transmitirse a la descendencia.

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICADARWINISMO

(Darwin y Walace, 1859)TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN

DE LAS ESPECIES POR MEDIO DE LA SELECCIÓN

NATURAL

• La selección natural es el mecanismo por el cual las especies cambian a lo largo del tiempo.

• Entre los organismos existe una lucha por la supervivencia. Los recursos (alimento, espacio…) son limitados, por lo tanto los individuos deben luchar entre sí para conseguirlos. Solo los que sean más exitosos sobrevivirán (no todos los individuos que nacen llegan a edad reproductiva).

• Los factores que afectan de manera negativa a la supervivencia de los individuos se denominan presión de selección. Las poblaciones están continuamente sometidas a la presión de selección del medio. Aquellos individuos que no la puedan superar morirán antes que otros, por el contrario, aquellos que presenten alguna variación que les permita superar ventajosamente una determinada presión de selección sobrevivirán y tendrán mayor probabilidad de supervivencia.

• Entre los individuos de una población existe variabilidad en determinados caracteres heredables.

• El medio selecciona los individuos mejor adaptados en una determinada circunstancia.

• La evolución por selección natural es continua y gradual.

La selección direccional tiende a modificar la media de la población favoreciendo a los individuos con fenotipos más extremos en algún sentido.

La selección estabilizadora tiende a reducir la variación y favorece a los individuos de fenotipo intermedio

La selección disruptiva tiende a aumentar la variabilidad intra-poblacional y, para ello, favorece a los individuos en ambos extremos de la distribución fenotípica. Este proceso puede causar una discontinuidad en la distribución y una distribución bimodal

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICATIPOS DE SELECCIÓN

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

NEODARWINISMO TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCIÓN

(Mayr, Simpson, Dobzhansky, 40’)• Rechaza el lamarckismo, y todas las demás teorías evolucionistas.

• La variabilidad de las poblaciones es genética y se debe a dos procesos: la

mutación y la recombinación génica.

• Se define el acervo génico o pool génico como la suma de todos los

genes (cada uno con sus distintos alelos) presentes en todos los individuos

de una población.

• La selección natural se produce sobre la variabilidad genética. Cada

individuo en una población es portador de distintos alelos responsables de su

fenotipo.

• La selección natural conduce a cambios en el conjunto de alelos de la

población. Los alelos que confieran a los individuos que los presentan un

fenotipo ventajoso incrementarán su frecuencia en la población.

• La unidad de selección es la población, no el individuo. Evoluciona la

población. Se define población como un grupo de individuos de la misma

especie que comparten un área y pueden cruzarse entre ellos originando una

descendencia fértil.

• La evolución se produce de manera gradual. La evolución es el resultado de

pequeños cambios en las frecuencias de los diferentes alelos en la población.

El proceso para que aparezca una nueva especie es muy largo.

NEODARWINISMO TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCIÓN

(Mayr, Simpson, Dobzhansky, 40’)

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

TEORÍA DEL EQUILIBRIO PUNTUADO(Nile Eldredge y Stephen Jay Gould,

1970)

• Es una alternativa a la teoría sintética para explicar las grandes extinciones observadas en el registro fósil y la aparición repentina de nuevas formas.

• No todos los cambios evolutivos son graduales.

• En la Tierra a lo largo de su historia han existido grandes periodos de estabilidad en los que aparentemente, las especies no han sufrido modificaciones, llamados periodos de estasis.

• Estos periodos de estasis se alternan con otros periodos de corta duración denominados de especiación, en los que se producen rápidos cambios y aparecen muchas especies nuevas a partir de las ya existentes, se trataría de periodos de explosión de biodiversidad.

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

MICROEVOLUCIÓN Y MACROEVOLUCIÓN

La microevolución es la ocurrencia de cambios a pequeña escala en

las frecuencias alélicas de una población, a lo largo de unas pocas

generaciones. También se conoce como cambio a nivel o debajo del nivel

de especies.

Estos cambios pueden deberse a varios procesos: mutación, selección

natural, flujo génico y deriva génica.

Se denomina macroevolución a los grandes cambios evolutivos, frente

a los pequeños y progresivos cambios de la microevolución.

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICATEORIA NEUTRAL

(M.Kimura)

• La mayoría de las mutaciones son neutras (ni ventajosas ni desfavorables).

• Las mutaciones ocurren al azar.

• Los cambios se deben a que la reproducción al azar ha favorecido la supervivencia de ciertos genes en las poblaciones.

• Las mutaciones fijadas al azar se habrían fijado en una población sin que ello se debiera a ninguna ventaja selectiva

2. LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA

ESPECIES Y ESPECIACIÓN

• Se denomina especiación a aquellos procesos que conducen a la formación de una nueva especie a partir de otra preexistente.

• La condición esencial para que se produzca la especiación es que exista aislamiento reproductivo.

• El aislamiento reproductivo puede ocurrir de diversas formas siendo una de ellas el aislamiento geográfico de las poblaciones.

3. EVOLUCIÓN HUMANA

Los homínidos son un grupo de primates no arborícolas cuyo origen se sitúa en África hace al menos siete millones de años.

Las principales características de los homínidos son:

• Se desplazan siempre en posición vertical bípeda. Como consecuencia el agujero occipital se desplaza a la base del cráneo.

• Doble articulación del cráneo sobre el atlas.• Las vértebras son más circulares por lo que soportan mejor el peso.• La columna vertebral presenta tres curvaturas. • La pelvis se ensancha y acorta.• Alargamiento de los huesos de las piernas.• Se acorta el pulgar de las extremidades inferiores.

• Su paladar tiene forma de U: Arco palatino redondeado. Dientes pequeños.

• Cráneo con voluminoso cerebro: En relación un una dieta alimenticia de elevado contenido energético .

3. EVOLUCIÓN HUMANA

LOS PRIMEROS HOMÍNIDOS

• Ardipithecus ramidus: • El homínido más antiguo y mejor conocido • Fósiles de 4,5 m.a. • No parece que fuera bípedo

• Australopithecus anamensis.• Aspecto simiesco• Bípedo

• Australopithecus afarensis• Cara con hocico saliente (prognatismo).• Cresta sagital• Capacidad craneal algo superior a la del chimpancé.• Pelvis y extremidades inferiores con aspecto humano

(bípedo).

• Australopithecus africanus y garhi:• Australopithecus posteriores a A. afarensis.

• Paranthropus• Grupo con estructura ósea robusta.• Casi todas las especies vegetarianas

2. EVOLUCIÓN HUMANA

LOS PRIMEROS HUMANOS

• Aunque no se han encontrado restos de las primeras especies de Homo se supone que debían de tener un cerebro más grande con mayores capacidades intelectuales.

• Su aparición coincidió con un cambio climático que produjo una disminución de las temperaturas y aumento de la aridez en África.

• Las especies de Homo de las que se han encontrado restos por orden cronológico son:

3. EVOLUCIÓN HUMANA

LOS PRIMEROS HUMANOS

Homo habilis: • Datado en 2,4 a 1,8 m.a. • Capacidad craneana de 500 a 750 cc• Restos procedentes de Tanzania.• Dentadura similar a la del hombre

actual.• Se supone que comenzaron a perder el

vello corporal.• Dieta más diversificada con predominio

de restos duros de origen vegetal y ocasionalmente carnívoros (carroñeros o productos de caza).

3. EVOLUCIÓN HUMANA

LOS PRIMEROS HUMANOS

Homo ergaster: • Datado en 1,9 a 1,2 m.a. • Capacidad craneana de 800 a 900 cc• Restos procedentes de Tanzania.• Dientes pequeños adaptada a la alimentación carnívora.• Estructura corporal similar al de los humanos actuales.• Se han encontrado huesos con marcas de utensilios de

piedra.• Se suponen que fueron los primeros homínidos en

abandonar África.Homoerectus:

• Datado en 1 m.a. a 100.000 a. • Capacidad craneana de 790/900 a 1300 cc• Hombre de Java y hombre de Pekín• Utilizaba el fuego.• Cráneo más alargado y de paredes más gruesas que el de los

humanos.• Se han encontrado huesos con marcas de utensilios de piedra.• Cara prominente con mandíbulas y carecía de mentón.

3. EVOLUCIÓN HUMANA

Homo antecesor: • Datado en 1 m.a. a 750.000• Capacidad craneana de 1000 cc• Restos procedentes de Atapuerca (Burgos).• Fueron los primeros europeos.• Presentaba caracteres arcaicos y modernos.• Cazadores/recolectores y practicaban el canabilismo.• Se cree que surgieron en África a partir de H.

ergaster. De allí emigró, vía a Asia, a Europa y llegó a la península Ibérica donde evolució para dar H. heidelbergensis (restos en la Sima de los Huesos), antecesor en Europa de los neardentales.

• La población que se quedó en África evolucionó dando lugar al H. rhodesiensis y posteriormente al H. sapiens (especie que tras su salida de África, hace unos 100.000 años colonizó toda la Tierra.)

3. EVOLUCIÓN HUMANA

Homo neanderthalensis

• Datado en 300.000 a 28.000 años.• Capacidad craneana de 1400 cc• Se extendió hacia Asia (llegó al sur de

Siberia) y Oriente Próximo.• Altura media 1,65 cm y una

musculatura muy desarrollada.• Cráneos más largos y voluminosos que

los actuales pero tenían un aspecto primitivo con un cerebro moderno.

• Cazadores/recolectores y practicaban el canabilismo.

3. EVOLUCIÓN HUMANA

FOTO DE FAMILIA

3. EVOLUCIÓN HUMANA

LAS PRIMERAS MIGRACIONES HUMANAS