Tema 3: El origen de la vida y la evolución - Sciencia

Tema 3: El origen de la vida y la
evolución
Introducción
Actualmente, nadie ha podido demostrar el origen de la vida, hasta nuestros días
han habido tres hipótesis (excluyendo explicaciones religiosas sobre la creación de la
vida por un ser superior) que han intentado explicarla: la hipótesis de la generación
espontánea, la panspermia (origen extraterrestre) y la hipótesis de Oparin (hipótesis
química del origen de la vida). La primera dice que la vida se puede originar de forma
espontánea (puede aparecer de repente), la segunda dice que la primera célula o ser vivo
llegó a la Tierra desde el espacio y la tercera dice que moléculas inorgánicas
reaccionaron dando lugar a moléculas orgánicas que con el tiempo formarían la primera
célula. La primera parte de este tema tratará pues del origen de la vida.
Además, durante el tiempo que existe la vida en el planeta ha habido diferentes
interpretaciones de lo que ha sucedido con los seres vivos: teorías fijistas y teorías
evolucionistas. La primera afirma que todos los seres vivos son inmutables desde su
creación (no han cambiado), mientras que la segunda afirma que con el paso del tiempo
los seres vivos han ido evolucionando, sufriendo cambios y pudiendo dar nuevas
especies. La segunda parte de este tema tratará pues de la evolución.
La evolución del ser humano es la que más interesa a los investigadores, la cual
no está del todo clara y cambia cada vez que se descubren nuevos restos de homínidos
intermedios entre los simios y los humanos, la evolución humana se tratará en la última
parte del tema.
El origen de la vida: la generación espontánea.
En las civilizaciones antiguas, mucha gente estudiaba la naturaleza, la
observaban y proponían hipótesis o explicaciones, para lo que veían. Sin embargo, sus
hipótesis muy pocas veces eran sometidas a pruebas. Antes de empezarse a usar el
método científico, no se obtuvieron respuestas confiables a las interrogantes que había
acerca de la naturaleza. Ha habido varias hipótesis en relación con la forma en que se
originan los seres vivientes.
La generación espontánea es la hipótesis que dice que los seres vivientes se
pueden originar de materia no viviente. El maestro y filósofo griego Aristóteles (384322 AC) creía en la generación espontánea. Aristóteles había observado una charca
durante un largo período de sequía. El agua de la charca se fue secando hasta que solo
quedó fango en el fondo. Al terminar la sequía, la charca se volvió a llenar de agua.
Aristóteles observaba que, al principio, no había peces. Después, observó peces en la
1
charca. Aristóteles llegó a la conclusión de que estos peces no habían sido producidos
por otros peces, porque todos los peces que había antes murieron durante la sequía.
Llegó a la conclusión de que los nuevos peces habían salido del fango.
Aristóteles creía también que las moscas salían de la carne podrida de los
animales. Pensaba que otros tipos de insectos salían de la madera, de las hojas secas y
hasta del pelo de los caballos.
Francesco Redi (1626-1697), un médico y científico italiano, diseñó un
experimento para determinar si se desarrollaban gusanos (larvas de mosca) en caso de
que no se dejara a ninguna mosca entrar en contacto con la carne. Puso carne en ocho
frascos. Cuatro de ellos permanecieron abiertos. Selló los otros cuatro frascos. En los
frascos abiertos, observó que había moscas continuamente. Después de un corto período
de tiempo, había gusanos solo en los frascos abiertos. Redi llegó a la conclusión de que
los gusanos aparecían en la carne descompuesta solo si las moscas habían puesto antes
sus huevos en la carne. Gracias a Redi los defensores de la generación espontánea
aceptaron la hipótesis de que las moscas provienen de moscas. Sin embargo, todavía
creían que los microorganismos, organismos muy pequeños que solo se ven a través de
un microscopio, se producían por generación espontánea, ya que la carne de los frascos
sellados también se descomponía y aparecían microorganismos en ella.
Hasta el siglo XIX todavía se pensaba que podía existir la generación
espontánea, ya que no fue hasta 1864 que Louis Pasteur (1822-1895), un científico
francés, puso fin a la controversia. Pasteur había demostrado que hay microorganismos
en las partículas de polvo. Decidió probar la hipótesis de la generación espontánea:
Empezó colocando caldo en varios frascos. Después, calentó los cuellos de
algunos de los frascos y les dio la forma del cuello de un cisne (como se ilustra a
continuación)
El resto de los frascos tenían los cuellos derechos. Entonces, Pasteur hirvió el
caldo de todos los frascos, permitiendo que saliera vapor de los cuellos de los frascos.
Los frascos con cuellos derechos fueron expuestos al aire y sellados después. Los
microorganismos crecieron solamente en los frascos con el cuello derecho.
2
La forma de cuello de cisne en algunos de los frascos permitía que entrara el
aire. Pero las partículas de polvo se quedaban en las partes de abajo de los cuellos. Al
no generarse microorganismos en estos frascos, Pasteur llegó a la conclusión de que la
generación de microorganismos dependía directamente de la contaminación por los
microorganismos de las partículas de polvo que hay en el aire. El trabajo de Pasteur
confirmó la hipótesis de la no existencia de la generación espontánea.
El origen de la vida: la panspermia.
La panspermia es una teoría que sostiene que la vida en la Tierra puede haber
venido de otro planeta en forma de gérmenes o esporas trasportados por meteoritos u
otros medios. A partir de este concepto, cada uno puso su granito de arena y se ha
hablado de que las bacterias pudieron llegar a la Tierra sobre la cola de los cometas,
sobre meteoritos procedentes de Marte o, incluso, naves robotizadas (alienígenas más
inteligentes y con tecnología espacial)… Fuere como fuere, lo cierto es que hay vida en
la Tierra y que no conocemos ningún planeta próximo, por lo menos de momento, que
goce de tal regalo del Universo.
El origen de la vida: la teoría de Oparin.
En 1922, el bioquímico A. Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de
evolución química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, las
moléculas orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera, sometidos a
grandes descargas eléctricas que ocurrían durante grandes tormentas. Estas moléculas
orgánicas se irían concentrando en los mares y lagos terrestres, formando lo que
denominó como una "rica sopa", con el tiempo estas moléculas orgánicas se podrían
unir entre sí (debido a la energía proveniente de la luz ultravioleta por carecer de capa
de ozono la Tierra en aquella época, o debido a más descargas eléctricas o al excesivo
calor proveniente también de la actividad volcánica). Al unirse entre sí formarían
moléculas orgánicas de mayor tamaño que si son agrupadas y aisladas del exterior por
una especie de membrana formarían los llamados coacervados, que podrían dar lugar a
la primera célula si tuviera la capacidad de dividirse. La comunidad científica de
entonces ignoró sus ideas.
Sin embargo, en 1950 un estudiante de la Universidad de Chicago, Stanley
Miller, probó la hipótesis de Oparín. Miller demostró en el laboratorio, utilizando un
aparato diseñado por él, similar al que ves en el dibujo, la posibilidad de que se
formaran espontáneamente moléculas orgánicas.
3
Para ello, hizo pasar vapor de
agua a través de un recipiente de cristal
que contenía una mezcla de gases como
metano (CH4), amoníaco (NH3),
hidrógeno (H2) entre otras moléculas que
se suponía serían las más abundantes en
la primitiva atmósfera reductora. Al
mismo tiempo, las sometía a descargas
eléctricas. El resultado fue la formación
de una serie de moléculas orgánicas
como aminoácidos, ácido acético, ácido
fórmico, urea, entre otras moléculas.
Gracias a Miller se demostró que se
pueden formar moléculas orgánicas a
partir de moléculas inorgánicas, pero
nadie ha podido demostrar todavía cómo se pudo formar la primera célula a partir de
estas moléculas orgánicas.
La evolución
Dos tipos de teorías opuestas, las teorías fijistas y las evolucionistas, tienen
explicaciones opuestas de lo que ocurre en el tiempo a los seres vivos, las primeras
dicen que no cambian y las segundas afirman que cambian con el tiempo y a este
cambio a lo largo del tiempo se le llama evolución.
Las teorías fijistas afirman que los seres vivos son inmutables en el tiempo, es
decir, están igual desde su creación. El descubrimiento de fósiles se opone a esta teoría
ya que muchos fósiles son animales distintos (han cambiado), para explicarlo surgen
teorías fijistas como la teoría diluviana o la teoría cataclista. La teoría diluviana afirma
que los animales que no sobrevivieron al diluvio universal son esos fósiles distintos a
los actuales (por ejemplo decían que los dinosaurios se extinguieron porque no cabían
en el arca de Noé), pero se ha demostrado que nunca ha existido un diluvio universal
(nunca ha llovido tanto en todo el planeta y en el mismo tiempo como para inundar
todos los continentes). Además, ha habido varios episodios de extinción masiva a lo
largo de la historia de la vida y no una única extinción masiva llamada diluvio
universal. La teoría cataclista o catastrofista se defiende afirmando que ha habido
sucesivos episodios de extinción seguidos de inmediatas creaciones.
A lo largo del siglo XIX, el evolucionismo fue abriéndose paso lentamente a
pesar de la oposición de los estamentos religiosos y los seguidores de las teorías fijistas.
Al final las teorías fijistas perdieron toda razón ya que tanto los descubrimientos fósiles,
4
como las observaciones de la naturaleza y las leyes de la genética demostraron que los
seres vivos cambian con el tiempo (evolucionan).
Las teorías evolucionistas afirman que los seres vivos evolucionan (cambian)
pudiéndose incluso producir cambios tan grandes que se formen especies distintas,
aunque para eso tiene que pasar mucho más tiempo y lo más común es simplemente
variaciones como distinto color del pelo, distinto tamaño, distinta forma de las orejas…
Las dos teorías evolucionistas más conocidas fueron la de Lamarck y la de
Darwin (o teoría de la selección natural) ambas en el siglo XIX, aunque actualmente
gracias a los avances en genética ha aparecido la teoría neodarwinista o teoría sintética
en la que aceptan la selección natural de la teoría de Darwin pero añaden explicaciones
genéticas que Darwin desconocía y que son responsables de las variaciones que
presentan los seres vivos, variaciones necesarias para que existan evolución (cambio a
lo largo del tiempo).
La Teoría de Lamarck afirmaba que los seres vivos cambian para adaptarse a
los cambios del medio, por ejemplo si hace mucho frío les crecerá más pelo, si hay
muchos depredadores les crecerá patas más largas y rápidas para escapar mejor de los
depredadores,… Estos cambios eran producidos por el uso o desuso de determinados
órganos, según Lamarck si usan mucho las piernas les crecerán más o se harán más
musculosas, si no usan los ojos porque vive bajo tierra le desaparecerán los ojos,… Al
pasar estos cambios a la descendencia evolucionarán los seres vivos, siendo con el
tiempo cada vez más distintos.
¿Qué fallos ves en la teoría de Lamarck?
La Teoría de Darwin o teoría de la selección natural afirmaba que los seres
vivos ya presentaban las variaciones (no sabía por qué) y que el medio ambiente
favorecía las variaciones beneficiosas para ese medio ambiente y perjudicaba las
variaciones negativas o desfavorables para ese medio ambiente en concreto (por
ejemplo el pelo largo es una variación favorable en un clima frío, pero es una variación
desfavorable para un clima cálido). Como el medio ambiente favorece a las variaciones
beneficiosas, los seres vivos que tengan variaciones beneficiosas tendrán más
posibilidades de sobrevivir y reproducirse, y por tanto, estas variaciónes tendrán más
posibilidades de pasar a los descendientes aumentando las variaciones beneficiosas a lo
largo del tiempo (evolución). Mientras que los individuos con variaciones desfavorables
tendrán menos posibilidades de sobrevivir y reproducirse, y por tanto, estas variaciones
irán disminuyendo en las generaciones futuras (evolución). Como el medio ambiente
5
selecciona aquellos individuos más aptos (aquellos con variaciones favorables o
beneficiosas), Darwin lo llamó la teoría de la selección natural. Ejemplos: en un clima
frío sobrevivirán más aquellos individuos con el pelo más largo, en un lugar con
muchos depredadores tendrán más posibilidades de sobrevivir aquellos individuos con
patas más largas y musculosas para huir de los depredadores…
¿Compara las teorías de Lamarck y Darwin para explicar por qué las jirafas
tienen ahora el cuello más largo (han evolucionado) que sus antepasados fósiles con
cuello más corto?
¿Qué ves que le falta a la teoría de Darwin?
La Teoría Neodarwinista o teoría sintética es una síntesis que engloba la
selección natural de Darwin junto con las explicaciones genéticas para explicar el origen
de la variabilidad que aparece en todos los individuos (aunque sean de la misma especie
no hay 2 individuos exactamente iguales ya sea por diferente forma o color del pelo,
ojos, altura, color de la piel, forma de la boca, huella dactilar, grupo sanguíneo…). La
variabilidad es debida a las mutaciones (cambios en el ADN), a la recombinación
genética de la meiosis (división celular para formar gametos como espermatozoides u
óvulos) y a la mezcla de genes (mitad del padre y mitad de la madre) en la fecundación,
por lo que los hijos no salen exactamente iguales a sus padres.
La teoría quedaría pues: el medio ambiente beneficia o perjudica (selección
natural) aquellos genes que producen variaciones beneficiosas o perjudiciales,
respectivamente. Los genes favorables aumentarán en la población con el tiempo
(evolución) ya que los individuos con estos genes tienen más posibilidades de
sobrevivir y reproducirse pasando los genes a las sucesivas generaciones (y los genes
desfavorables disminuirán o incluso desaparecerán de la población con el tiempo).
Explica, usando la teoría neodarwinista, por qué las jirafas tienen ahora el cuello
más largo (han evolucionado) que sus antepasados fósiles con cuello más corto.
6
La evolución humana
Hace unos 200 millones de años desaparecieron los grandes reptiles llamados
dinosaurios y comenzó el desarrollo de los mamíferos. Hace 40 millones de años, entre
los mamíferos se desarrollaron diferentes tipos de monos llamados primates. Los
primeros primates fueron animales pequeños, de hábitos nocturnos, que vivían (casi
siempre) en los árboles. Durante su desarrollo evolutivo, estos primates se hicieron de
ciertos rasgos especiales: buena visión, manos con las que se pueden sujetar firmemente
objetos y un cerebro relativamente grande. Entre los diferentes tipos de monos
aparecieron un tipo que bajaron de los árboles y tenían marcha bípeda, son los
homínidos de los que por evolución darían lugar a los humanos. Los Homínidos,
primates bípedos, habrían surgido hace unos 6 ó 7 millones de años en África, cuando
dicho continente se encontró afectado por una progresiva desecación que redujo las
áreas de bosques y selvas. Como adaptación al bioma de sabana aparecieron primates
capaces de caminar fácilmente de modo bípedo y mantenerse erguidos. Pueden
mantenerse erguidos y caminar en dos pies, tienen un cerebro relativamente grande en
relación con el de los monos y su mano tiene un dedo pulgar desarrollado que les
permite manipular objetos.
Australopithecus: Es el primer homínido conocido, tiene una combinación de
humano (bipedalismo) y similitudes simiescas (piernas cortas y brazos relativamente
largos). Medía más de un metro de altura, poseía mandíbulas poderosas y fuertes
7
molares. Su cerebro tenía un volumen inferior a los 400 centímetros cúbicos. De aquí
se deduce que el andar erguido se produjo mucho antes que la expansión del cerebro. Se
extinguió hace 1 millón de años.
El género Homo, que apareció hace 2.5 millones de años y que incluye por lo
menos tres especies: Homo habilis (parece ser el primer Homo apareció hace 2.5
millones de años), Homo erectus (apareció hace 1.5 millones de años), Homo sapiens
(apareció hace tan solo unos 200.000 años). Uno de los grandes misterios de los
estudiosos es cuándo, cómo y dónde el género Homo remplazó a los Australopithecus.
Con la aparición del género Homo y su habilidad para fabricar útiles de piedra se inicia
la llamada Edad de Piedra.
Homo habilis: coexistiendo con el australopithecus apareció esta especie de
homínidos. Tenían un cerebro más grande, alrededor de 700 centímetros cúbicos. Su
característica más importante fue el cambio en su forma de alimentación: ya no sólo
comían frutas y vegetales sino también animales (ocasionalmente comía carne). Su
altura alcanzaba el metro y 55 cms. Era robusto, ágil, caminaba erguido y tenía
desarrollada la capacidad prensil de sus manos. Sabía usar el fuego, pero no producirlo,
y se protegía en cuevas.
Homo erectus: Su cuerpo es la culminación de la evolución biológica de los
homínidos: era más alto, más delgado, capaz de moverse rápidamente en dos pies, tenía
el pulgar más separado de la mano y su capacidad craneana era de 800 cm3. También
fabricó herramientas, como el hacha de mano de piedra, y aprendió a conservar el
fuego. Son los primeros homínidos que se distribuyeron ampliamente por la superficie
del planeta, llegando hasta el sudeste y este de Asia. Se extinguió hace unos 125.000
años.
Homo antecessor: En atapuerca se encontraron fósiles de homínidos de unos
800.000 años de antigüedad, se le llamó homo antecessor porque deriva del homo
erectus y sería el antecesor tanto de los neandertales como de los humanos actuales
8
Homo neanderthalensis: Vivió en Europa, llamado el hombre de Neandertal
(Alemania) que enterraba a sus muertos (Los muertos no sólo eran enterrados
cuidadosamente, sino que también el muerto era provisto de utensilios y comida). El
hombre de Neaderthal desapareció bruscamente, su lugar fue ocupado por los hombres
modernos, hace unos 35 mil años. Coincidió durante un tiempo con el Homo sapiens y
se desconoce si esto tuvo algo que ver con su extinción. En contra de lo que se pensaba
en el pasado, no es nuestro antepasado, sino una rama evolutiva paralela a la nuestra. Su
esqueleto era extremadamente robusto y eran mucho más fuertes que los humanos
actuales. Tenían una capacidad craneal elevada (incluso superior a la nuestra), pero su
cerebro era muy diferente al nuestro.
Homo sapiens: Al igual que los neandertales, los hallazgos arqueológicos
reflejan cambios importantes en el comportamiento de estas especies: utilización de
instrumentos de piedra y hueso más trabajados, cambios en las formas de cazar, uso y
dominio del fuego y manifestaciones rituales. A la vez que los primeros neandertales
poblaban Europa (hace 200.000 años) surgía en África una nueva especie, el Homo
sapiens, extendiéndose desde África hacia Asia y Europa. El Homo sapiens es el único
homínido del que podemos estar seguros que estaba capacitado para desarrollar un
lenguaje verbal.
Homo sapiens sapiens: Es el hombre actual. Su capacidad cerebral es de
alrededor de 1400 centímetros cúbicos. Se cree que apareció en Europa hace alrededor
de 40.000 años. Los Homo sapiens sapiens se extendieron por la Tierra más que
ninguno de los primates anteriores. Un grupo prehistórico de esta especie fueron los
hombres de Cro-Magnon (32 mil años), llamados así por la cueva cercana a la aldea de
Les Eyzies, Francia, donde fueron hallados sus restos óseos. Los cro-magnones vivieron
la última glaciación y aunque su cerebro no era mayor que el del hombre de
Neanderthal, le dieron nuevos usos pues, entre otras cosas, hicieron y mejoraron
muchos instrumentos y armas. Los cro-magnones son también los artistas más antiguos
(pinturas rupestres). El Homo sapiens sapiens es el que protagonizó, a partir del año
10.000 a.C., cambios muy importantes en la organización económica y social, como las
primeras formas de agricultura y domesticación de animales, y la vida en ciudades.
Observa el esquema evolutivo más ampliado, aceptado y complejo (no estudiar).
9
¿Qué conclusiones más importantes obtienes de la evolución humana con el esquema?
EVOLUCIÓN DEL CRÁNEO:
El cráneo humano ha cambiado drásticamente durante los últimos 3 millones de
años. La evolución desde el Australopithecus hasta el Homo sapiens, significó el
aumento de la capacidad craneana ajustándose al crecimiento del cerebro, el
achatamiento del rostro, el retroceso de la barbilla y la disminución del tamaño de los
dientes. Los científicos piensan que el increíble crecimiento de tamaño del cerebro
puede estar relacionado con la mayor sofisticación del comportamiento de los
homínidos. Los antropólogos, por su parte, señalan que el cerebro desarrolló su alta
capacidad de aprendizaje y razonamiento, después de que la evolución cultural, y no la
física, cambiara la forma de vida de los seres humanos.
10