Genética y Evolución

Leyes de Mendel

1ª Ley (Ley de la uniformidad de los híbridos de la 1ª generación)

Cuando se cruzan dos variedades de individuos de razas puras (homocigóticos) para un determinado carácter, todos los híbridos de la primera generación son iguales.

2ª Ley (Ley de la segregación de los caracteres)

Los caracteres recesivos que no aparecen en la primera generación reaparecen en la segunda (F2) en la proporción de tres dominantes por un recesivo.

3ª Ley (Ley de la independencia de los caracteres)

Mendel se preguntó cómo se heredarían dos caracteres juntos, cruzando guisantes amarillos lisos con verdes rugosos. En la 1ª generación obtuvo amarillos lisos, pero al cruzar los guisantes obtenidos se obtuvieron 9 amarillos lisos, 3 amarillos rugosos, 3 verdes lisos y 1 verde rugoso.

Teoría cromosómica de la herencia

• Los genes están alineados en los cromosomas.
• Los genes del mismo cromosoma (ligados) se heredan juntos.
• Mediante el entrecruzamiento de cromátidas homólogas, ocurrido en la meiosis, se produce una recombinación de genes.
• Los cromosomas conservan la información genética, transmitiéndola a través de la mitosis de generación en generación.

Herencia del sexo

Las mujeres son homogaméticas (XX) y los hombres heterogaméticos (XY). Si se unen un óvulo X con un espermatozoide X, el cigoto será una mujer. Si se unen un óvulo X con un espermatozoide Y, será un hombre.

Herencia ligada al sexo

Basada en la variación de genes simples en los cromosomas determinantes del sexo (heterocromosomas). En los machos existen hemicigosis, los genes de la zona no común se manifiestan siempre. En las hembras, los alelos recesivos solo se manifiestan en homocigosis.

• Las hijas están afectadas si son homocigóticas para el alelo recesivo; si solo presentan el gen recesivo X son portadoras.
• Los hombres que hereden el X con el gen defectuoso están afectados.

Código genético

Es la correspondencia entre la secuencia de nucleótidos (codones o tripletas) de un gen del ADN, a través de su copia en el ARN mensajero, y la secuencia de los aminoácidos de la proteína que dicho gen sintetiza en los ribosomas.

Características:

• Es universal (compartido por todos los organismos, ha tenido un solo origen evolutivo; existen algunas excepciones en mitocondrias y protozoos).
• Sin imperfecciones (cada codón solo codifica a un aminoácido).
• Degenerado o redundante (a excepción de la metionina y el triptófano, un aminoácido está codificado por más de un codón).
• Sin solapamiento (los codones se disponen de manera lineal y continua sin espacios entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas).

Síntesis de proteínas

Entre la información del ADN que se encuentra en el núcleo y la síntesis de proteínas que se realiza en los ribosomas (citoplasma), existe un intermediario: el ARNm. El ARN mensajero pasa por los ribosomas, que son los encargados de leerlo y traducirlo en forma de proteína. Si el ARN a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma.

Mutaciones

Son cambios en la información hereditaria como consecuencia de alteraciones en el material genético: ADN, genes, cromosomas,… Las mutaciones sólo son heredables si afectan a las células germinales (gametos). Si la mutación afecta a una célula somática, desaparecerá con la muerte del individuo.

Según la extensión del material genético afectado se dividen en:

• Cromosómicas (Afectan a la disposición de genes en el cromosoma.^{{cromosomas estructurales}}).
• Génicas (Provocan cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen. Puntuales).
• Genómicas (Alteran el número de cromosomas típico de la especie. Cromosomas numéricas).

Pueden ser naturales (aparecen espontáneamente) o inducidas (son provocadas por la exposición a agentes mutágenos).

Biotecnología

Fines en plantas transgénicas:

• Conseguir plantas resistentes a herbicidas, plagas…
• Conseguir plantas resistentes a los insectos.
• Proteger las plantas frente a enfermedades microbianas y víricas.
• Resistencia a las heladas, sequías, acidez o salinidad del suelo,…
• Mejorar el producto que se obtiene (valor nutritivo,…).
• Retrasar la maduración.
• Producir sustancias de interés farmacológico.

Aplicaciones en salud:

• Prevención de enfermedades hereditarias.
• Terapia génica.
• Producción de vacunas.
• Obtención de anticuerpos monoclonales o interferones.
• Producción de hormonas.
• Producción de antibióticos y productos farmacéuticos.

Tiene otras aplicaciones como la clonación terapéutica para obtener células madre y la clonación reproductiva.

Evolución

Teoría de Lamarck

• La influencia del medio influye en los cambios en los organismos.
• Estos cambios son hereditarios.

Esta teoría se fundamenta en dos ideas:

• Los organismos cambian de modo continuo y gradual desde formas simples a más complejas.
• Los cambios en el medio provocan la transformación de las especies de este modo: cambios en el medio ambiente, modificaciones en los hábitos, cambios en los órganos, modificaciones transmitidas a la descendencia, transformación de la especie.

Teoría de Darwin

• En una población, los individuos presentan variaciones heredables.
• Como nacen más individuos de los que pueden sobrevivir, los individuos con variaciones ventajosas sobreviven.
• Hay una capacidad reproductiva elevada. Al haber más descendientes que recursos, hay una lucha por la supervivencia (competencia).
• Se mantienen las variaciones adaptativas favorables. Los individuos que las posean dejarán más descendencia y las transmitirán a los hijos.
• La selección natural elige a los individuos mejor adaptados para la supervivencia (supervivencia del más apto).
• Los cambios graduales acumulativos pueden llegar a formar nuevas especies (especiación).

Teoría sintética

Postulados:

• Las causas de las variaciones son:
  • Las mutaciones → nuevos genes.
  • La recombinación genética → nuevas combinaciones de genes.
• La selección natural elimina los individuos menos aptos y permite reproducirse a los mejor adaptados.
• La unidad sobre la que actúa la selección es la población (y no los individuos). Las poblaciones evolucionan al variar sus frecuencias génicas. Los fenotipos adaptativamente favorables derivan de las frecuencias de los genes que se van transmitiendo en el grupo reproductor.
• Para que se dé una nueva especie (especiación), es necesario un aislamiento geográfico.

Teoría del equilibrio puntuado (puntualismo)

Al igual que la teoría sintética, propone un proceso de especiación y evolución a partir de una especie antecesora común. El antecesor de todas las especies recibe el nombre de LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Este modelo supone:

1. El proceso de formación de especies dura entre 5.000 y 50.000 años.
2. Los fósiles muestran que una especie no cambia sustancialmente a lo largo de su existencia (estasis).
3. El mecanismo evolutivo es rápido y por ramificación (cladogénesis).

Mecanismos de especiación

Especiación alopátrica

Se produce un aislamiento entre poblaciones; se producen cambios graduales; se forman dos especies diferentes. El efecto fundador, la deriva génica, las mutaciones y la selección natural harán que las poblaciones vayan siendo cada vez más diferentes, hasta convertirse en especies diferentes.

Especiación simpátrica

Puede haber dos mecanismos:

• Precigóticos
  • Ecológicos (diferentes nichos).
  • Etológicos (diferentes comportamientos en el cortejo).
  • Mecánicos (diferente tamaño y configuración de genitales).
  • Gaméticos (imposibilidad de unión de gametos).
• Postcigóticos
  • Mortalidad del cigoto (se forma pero no se desarrolla).
  • Esterilidad del híbrido (el adulto se forma pero es estéril).

Especiación cuántica

Es una especiación súbita debida a grandes mutaciones, generalmente por poliploidía.

Pruebas de la evolución

Pruebas morfológicas y anatómicas:

• Estructuras análogas (origen embriológico diferente pero misma función).
• Estructuras homólogas (origen embriológico común pero distinta función). Las homologías indican un parentesco y una línea filogenética que conduce a un ancestro común. Derivan de una divergencia evolutiva.
• Órganos vestigiales: órganos atrofiados que pueden revelar la existencia de antepasados para los que estos órganos eran necesarios.

Pruebas biogeográficas

Estudia la distribución geográfica de las especies y permite comprobar que cuanto más alejadas estén dos regiones, mayores serán las diferencias entre sus especies. Permite ver que especies parecidas han podido estar juntas en un ancestro común, al haber estado unidas las regiones en las que habitaban.

Pruebas paleontológicas

Estudia los fósiles, restos de organismos que vivieron en la Tierra, y permite ordenar los fósiles de especies parecidas en las que pudo evolucionar la primera especie para llegar a la actual.

Pruebas embriológicas

Se basan en el estudio embrionario de los seres vivos. Las especies parecidas muestran semejanzas en sus procesos embrionarios. Las similitudes en las primeras etapas demuestran la existencia de un antepasado común.

Pruebas bioquímicas

La filogenia molecular busca la secuenciación de genomas de diferentes especies. Para ello, hace un seguimiento de las mutaciones (marcadores) a través del análisis de la secuencia de los aminoácidos de las proteínas que codifican dichos genes (y que son comunes a diferentes especies) (relojes moleculares). Cuanta más diferencia haya en la secuenciación de los aminoácidos de las proteínas que son comunes a varias especies, más distante en el tiempo habrá sido su divergencia en el árbol filogenético.

Hipótesis del origen de la vida

Generación espontánea

Helmont (médico flamenco) (XVII) dio algunas recetas para la generación espontánea:

• De las entrañas y excrementos surgían piojos, pulgas y garrapatas.
• De la ropa sucia con trigo colocada en un tonel surgían ratones (a los 21 días).
• De una charca con hojas surgían insectos y ranas.

Panspermia

La Tierra fue sembrada por microorganismos procedentes del espacio → cosmozoarios (Hermann Ritcher) (XIX). La vida en el Universo existe desde siempre…, y llegó a la Tierra en forma de esporas bacterianas (Svante Arrhenius) (1906). En los meteoritos podría haber esporas bacterianas que terminaron cayendo en la Tierra. En el espacio existen los ladrillos de las moléculas orgánicas: aminoácidos,… Parte de las moléculas prebióticas pudieron llegar del espacio… Quizás la vida no llegó del espacio, pero sí moléculas orgánicas que propiciaron su aparición en la Tierra.

Coacervados

Los ladrillos biológicos interactuaron en el mar caliente, surgiendo así los primeros polímeros biológicos: proteínas y ácidos nucleicos. Estos polímeros se agruparon en microestructuras que llegaron a formar sistemas autorreproductivos (coacervados). Los coacervados son grandes moléculas que pueden haberse combinado para formar los protobiontes, los cuales evolucionaron hasta la estructura celular. El proceso debió producirse sobre todo en el litoral, en presencia de arcillas (se proponen láminas de mica), ya que éstas, debido a su gran superficie de adsorción, sirvieron como centros catalíticos para la síntesis de polímeros. Al irse desecando zonas volcánicas (con el caldo a 130-180 ºC), se formaron polímeros de aminoácidos (proteinoides termales): son microesferas con enzimas catalíticas, que dieron lugar a los protobiontes, los cuales evolucionaron hasta la estructura celular.

Proceso de evolución humana

El cambio climático de África provocó el proceso de hominización:

• Pérdida de la braquiación y adquisición del bipedismo (el bipedismo ofrecía una mejor visión y tenía estas ventajas:
  • Deja manos y brazos libres al caminar.
  • Reduce la radiación solar recibida (mejor termorregulación).
  • Amplia el campo visual.
  • Se reduce el coste energético al caminar.
  • El tener las manos libres facilitó el desarrollo de la inteligencia.
  • El porte erguido suponía una cierta capacidad de intimidación sobre algunos depredadores).
• La dieta se diversifica, y se aprecia una reducción progresiva de la dentición.
• La compleja coordinación entre las manos y la vista favoreció el desarrollo del encéfalo. (El aumento del encéfalo posibilitó complejos comportamientos sociales como la caza en grupo).
• Aprendieron a fabricar y utilizar herramientas de piedra o huesos, curtir pieles, recoger frutos silvestres, aprendieron a dominar el fuego…
• Una importante diferencia del H. sapiens con el resto de los homínidos es la capacidad para desarrollar un lenguaje verbal, lo que se relaciona con la posición anatómica de la faringe (muy baja).

Australopithecus -> H. habilis -> H. erectus -> H. antecessor -> H. neanderthalensis -> H. sapiens.

Geología

Influencia del tipo de roca

Ante el mismo agente, unas rocas se erosionan más que otras.

Influencia de la estructura de las rocas

Si las rocas están dispuestas en capas horizontales, sufren menos que si están fracturadas o plegadas.

Influencia del clima

Modelado del hielo

Se da en zonas glaciares y periglaciares, en las que la vegetación es ausente (glaciares) o se da en forma de musgos y líquenes (periglaciares). En las zonas glaciares el agente es el hielo, en las periglaciares es el efecto hielo-deshielo. En las glaciares las formas de relieve son los horns, circos, valles en U y morrenas; en las periglaciares son los derrubios o canchales (montaña) y suelos poligonales (zonas llanas). El circo glaciar es la zona de mayor acumulación de hielo. El horn es una elevación de forma piramidal que se forma en la confluencia de varios circos. La presión del hielo en el circo hace que el hielo fluya y descienda formando una lengua con gran capacidad erosiva, que forma valles en U. Cuando una lengua desemboca en otra se forman valles colgados. En los circos se forman lagos (tarn) y en las depresiones (ibón). La lengua forma estrías en las rocas y las redondea formando rocas aborregadas. Los materiales que caen por las laderas se acumulan formando morrenas laterales, que al juntarse forman una morrena central. En el modelado periglaciar se forman derrubios producidos por hielo-deshielo y la termoclastia. Este fenómeno es característico de las altas montañas. También se forman taludes por la acumulación de materiales rocosos producidos en la meteorización física.

Modelado de aguas

Aparece en zonas templadas y húmedas en las que las temperaturas son suaves y las lluvias frecuentes. La vegetación está constituida por bosques caducifolios y por bosque mediterráneo. Los agentes son la meteorización física y química y las aguas continentales. Las formas de relieve son valles en V, hoces, cascadas, rápidos y marmitas (montaña) y valles en artesa, terrazas y meandros (cauce bajo), deltas, estuarios, rías y fiordos (desembocadura).

• Aguas de arroyada: en zonas con diferente resistencia en las rocas, se generan desigualdades en el terreno, escarpes y formas llamativas como chimeneas de hadas. En zonas de terrenos blandos se forman cárcavas o badlands.
• Torrentes: son los agentes erosivos más importantes. Tienen las siguientes partes: cuenca de recepción, canal de desagüe, que es el torrente, y cono de deyección en el que se acumulan los depósitos transportados en el canal de desagüe. Se forman valles en V, rápidos, marmitas, cascadas y hoces.
• Ríos:
  • Curso alto: es torrencial y predominan la erosión y el transporte. En él se forman valles en forma de V debido a la velocidad y a los materiales que arrastra. También forma hoces en las que el río produce una erosión en profundidad debido a la gran dureza de las rocas. También forma pozas o marmitas de gigante.
  • Curso medio: predominan los meandros, las terrazas fluviales y las llanuras de inundación. Se forman valles en artesa en la que la parte exterior de la curva del meandro es erosionada y la interior es sedimentada, el río se desplaza ensanchando los laterales del valle. En este curso se produce el transporte y sedimentación de materiales, también aparecen cascadas y rápidos.
  • Curso bajo: en este tramo predomina la sedimentación. Se forman estuarios, en los que los sedimentos se depositan a los lados, y rías, que se inundan con la subida del mar. También se forman deltas, en los que los sedimentos se disponen en forma de cuña y dividen la desembocadura.

Modelado kárstico

En las calizas se producen grietas por donde se infiltra el agua. Este agua va disolviendo la roca produciendo simas, cuevas, cavernas y galerías. Los hundimientos en los techos de las bóvedas producen dolinas. Los ríos se infiltran en el terreno y el agua sale en las surgencias. El agua, en la superficie, forma lapiaces, dolinas, torcas, poljes, sumideros, simas, cañones y surgencias. Internamente forma grutas y galerías, cavernas, estalactitas, estalagmitas y lagos subterráneos.

Modelado desértico

Aparece en los desiertos, en los que las oscilaciones térmicas son fuertes; las lluvias son escasas en las zonas desérticas y torrenciales en las subdesérticas. La vegetación es escasa en las desérticas y dispersa en las subdesérticas. Se forman rocas en seta y arcos en los regs (desiertos de piedra), dunas en los ergs (desiertos de arena) y depósitos de loess. La meteorización mecánica de los cambios de temperatura fragmenta la roca reduciéndola a granos de arena o polvo. El viento arrastra estos materiales finos (deflación) y los transporta. El viento no puede erosionar por sí mismo, pero la arena que transporta erosiona las rocas formando arcos y rocas en forma de seta. El transporte de grandes cantidades de arena forma dunas en las que la arena llega a la cumbre y desciende por el sotavento haciendo avanzar la duna. Las partículas de polvo fino son transportadas a grandes distancias, depositándose en lugares en los que cesa la acción del viento debido a la humedad. Así se forman los depósitos de polvo llamados loess.

Modelado del litoral

La erosión se produce por el oleaje y los clastos; ésta hace retroceder el acantilado. Las olas erosionan la zona inferior del acantilado, lo que hace que la superior caiga haciendo retroceder el acantilado y formando una plataforma de abrasión. Las corrientes litorales producen la depositación de sedimentos. Éstos se disponen en las zonas costeras en forma de playas, cordones litorales y tómbolos. Para evitar el transporte de arena se colocan espigones, que retienen la arena y sirven de protección contra las olas.