Evolución Biológica: Un Proceso Continuo
La evolución es el proceso a través del cual el ambiente y las especies ancestrales dan origen a las que conocemos hoy. Es un proceso lento y gradual, donde se van produciendo cambios en las especies. Todos los seres vivos están relacionados entre sí por un origen en común. La Tierra se originó hace aproximadamente 4600 millones de años.
El Universo y el Big Bang
El universo es el conjunto de toda la materia que existe. Antiguamente, se creía que era estático e infinito. Sin embargo, George Gamow propuso que el universo se creó por el Big Bang, una gigantesca explosión. Según esta teoría, el universo era una pequeña masa densa, compacta y caliente. En un momento dado, esta masa explotó, produciendo una nube de materia muy caliente que se expandió en todas las direcciones. Al enfriarse, se convirtió en una sopa de radiación y materia.
El Origen de la Vida en la Tierra
Existen varias teorías sobre el origen de la vida en la Tierra:
- Teoría de Weizsäcker-Kuiper: La Tierra se formó debido a que las partículas de hierro, magnesio, aluminio y silicio fueron retenidas por atracción en el centro y la corteza. Los gases (hidrógeno, helio, metano) fueron expulsados por la presión de la radiación solar.
- Vitalismo: (Teoría más aceptada hasta el siglo XIX) Postulaba que las sustancias orgánicas solo se sintetizaban a partir de seres vivos, con el poder vital de un ser superior.
La Revolución de la Química Orgánica
En 1928, Friedrich Wöhler obtuvo urea (un desecho orgánico) a partir de un compuesto inorgánico. Este experimento refutó la teoría vitalista y dio origen a la teoría del mecanicismo, que establece que los fenómenos orgánicos pueden originarse a partir de procesos físico-químicos.
La Teoría de Oparin-Haldane y el Experimento de Miller-Urey
Oparin y Haldane plantearon que las moléculas orgánicas sencillas se habrían formado a partir de compuestos inorgánicos en una atmósfera con poca cantidad de oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, y con energía radioactiva y solar. Esta teoría fue inicialmente rechazada, pero en 1953, Miller y Urey realizaron un experimento que la respaldó. Hicieron circular en un aparato de vidrio estéril y cerrado, vapor de agua, metano, hidrógeno y amoníaco, y aplicaron descargas eléctricas. Posteriormente, Orgel señaló que se había formado una capa de materia orgánica sobre la superficie terrestre a partir de reacciones químicas de sustancias inorgánicas.
Los Coacervados de Oparin
Oparin propuso la teoría de los coacervados. Denominó coacervados a gotitas microscópicas en suspensión que se formaban por la tensión superficial.
La Evolución de los Primeros Organismos
Los primeros organismos surgieron hace aproximadamente 3600 millones de años. Fueron procariontes heterótrofos (bacterias). Debido a la gran cantidad de materia orgánica, estas bacterias pudieron sobrevivir y obtener energía por fermentación. Hace 3000 millones de años, algunos organismos utilizaron la energía solar y compuestos simples para realizar la fotosíntesis (sintetizando moléculas orgánicas y liberando oxígeno). Los primeros eucariontes aparecieron hace 1000 millones de años.
La Teoría Endosimbiótica
La teoría endosimbiótica explica el origen de las células eucariotas. Propone que, a través de un proceso continuo de simbiosis entre diferentes células procariontes, una célula procariota fue ingerida por una célula ancestral anaeróbica. Esta célula ingerida se dividió y se reprodujo, originando las mitocondrias y los cloroplastos, que poseen su propio aparato genético (cierta autonomía).
La Clasificación de los Seres Vivos: Los Cinco Reinos de Whittaker
En 1969, Whittaker clasificó los organismos vivos en cinco reinos:
- Monera: Unicelulares procariontes (algas azul-verdosas y bacterias).
- Protista: Protozoos y algas unicelulares.
- Fungi: Hongos.
- Plantae: Plantas.
- Animalia: Animales.
Los primeros seres vivos fueron las bacterias y algas verdeazules. Hace 1400 millones de años surgieron los primeros protistas. Hace 600 millones de años aparecieron los invertebrados y animales con boca y ano separados. Hace 430 millones de años aparecieron los primeros peces. El avance del agua a la tierra es el acontecimiento más importante de la evolución animal. Los reptiles fueron los primeros en independizarse completamente del agua hace 230 millones de años. Las primeras aves aparecieron hace 180 millones de años.
Teorías Modernas de la Evolución
- Teoría del Equilibrio Puntuado: La evolución no siempre tiene un carácter gradual, sino que muchas veces se produce a saltos.
- Teoría Neutralista: Las mutaciones originan genes neutros, los cuales, al heredarse, pueden modificarse y provocar la aparición de otras especies.
Lamarck y Darwin: Dos Visiones de la Evolución
Lamarck
- Existe evolución: Verdadero.
- Los seres vivos tienden a la perfección: Falso.
- Solo los organismos complejos evolucionan: Falso (el ADN demuestra que todos los organismos evolucionan).
- Los organismos se adaptan al medio donde viven: Falso (la adaptación es resultado de la selección natural, no de un esfuerzo consciente).
- Los órganos que se utilizan se desarrollan; los que no, se atrofian: Verdadero (aunque no explica la herencia de estos cambios).
- Los cambios adquiridos en vida se heredan: Falso (la genética moderna ha demostrado que esto no es posible).
Darwin
- Existe evolución: Verdadero.
- Los organismos que se parecen entre sí descienden de un antepasado común: Verdadero.
- Hay lucha por la existencia: Verdadero.
- Los que tienen características aptas para un medio ambiente sobreviven: Verdadero.
- Entre los más fuertes se seleccionan y sobreviven: Verdadero (aunque la «fuerza» no es el único factor).
- Variabilidad: Verdadero.
Darwin propuso la selección natural, que consta de dos fases:
- Producción de variabilidad.
- Supervivencia y reproducción diferencial de los individuos de una población.
Teorías Sobre el Origen de las Especies
- Fijismo: Sostiene que las especies son inmutables, independientes y estáticas, es decir, que no han cambiado sus características desde que surgieron. Fue postulado por Linneo y Cuvier.
- Transformismo: Afirma que las especies cambian en el transcurso del tiempo, dando origen a otras diferentes (propuesto por Lamarck).
Mecanismos de la Evolución
- Mutación: Cambio heredable del genoma. Afectan a los genes estructurales y a los reguladores, con lo que pueden afectar el control de la activación y desactivación de genes, produciendo cambios considerables. Algunas mutaciones pueden ser dañinas, pero otras pueden incrementar la capacidad para vivir. Sin mutaciones, no habría variabilidad.
- Flujo génico: Desplazamiento de genes hacia dentro o fuera de una población.
- Deriva genética: Cambio en las frecuencias génicas que se produce debido al azar, especialmente en las poblaciones pequeñas.
- Selección estabilizadora: Proceso que elimina a los individuos con características extremas.
- Selección direccional: Aumenta la proporción de individuos con una característica alejada de la media.
Especie y Especiación
Especie: Grupo de poblaciones naturales cuyos miembros pueden cruzarse entre sí, pero no pueden cruzarse con los miembros de otras poblaciones.
Mecanismos de Aislamiento
Mecanismos de aislamiento precigótico:
- Aislamiento ecológico.
- Aislamiento sexual.
- Aislamiento temporal.
- Aislamiento mecánico.
- Aislamiento gamético.
Aislamiento postcigótico:
- Inviabilidad del cigoto híbrido.
- Baja viabilidad del híbrido.
- Infertilidad del híbrido.
- Deterioro de la segunda generación híbrida.
Especiación: Proceso donde una especie se divide en dos especies que evolucionarán como linajes distintos.
Ecología: La Ciencia de las Interacciones
La ecología es la ciencia que estudia las relaciones entre las diferentes poblaciones de organismos de un determinado lugar y su relación con el medio ambiente en el que viven.
- Especie: Grupo de seres vivos de características semejantes que son capaces de reproducirse y dar descendencia fértil.
- Población: Conjunto de organismos de la misma especie, en un mismo lugar y un mismo tiempo cronológico. De la población se estudia: la densidad, la distribución espacial, la distribución etaria y la estrategia reproductiva.
- Ecosistema: Conjunto de seres vivos de una comunidad y el espacio físico donde viven y se relacionan recíprocamente.
- Comunidad: Grupos de organismos de diferente especie que habitan en el mismo lugar y que se relacionan entre sí.
Tipos de Relaciones en la Comunidad
- Relaciones agresivas:
- Competencia (por el hábitat).
- Depredación (mata a la presa).
- Parasitismo (invade a otro organismo).
- Relaciones no agresivas:
- Mutualismo (beneficio mutuo, pero con independencia).
- Simbiosis (dependencia mutua).
- Comensalismo (un organismo se beneficia sin perjudicar al otro, como un pájaro que vive en un árbol).
La abundancia y distribución de una especie en un área determinada depende de un conjunto de variables. Cualquiera de ellas que presente un nivel muy bajo o muy alto puede convertirse en un factor limitante para la abundancia de esa especie.
- Consumidores: Organismos heterótrofos; viven de la materia orgánica que elaboran los productores.
- Descomponedores o transformadores: Bacterias encargadas de descomponer y mineralizar en su totalidad la materia orgánica muerta.
Cadenas Tróficas y Ecosistemas
Cadena trófica: Los seres vivos de un ecosistema están relacionados unos con otros mediante relaciones tróficas, ya que uno es alimento de otro. Una cadena trófica es la relación de alimentación en la cual un ser vivo se come al que procede.
Constituyentes fundamentales de un ecosistema: Sustancias inorgánicas, orgánicas (producidas por los organismos vivientes), factores ambientales y tres componentes: autótrofos, heterótrofos y descomponedores.
- Autótrofos: Plantas capaces de realizar la fotosíntesis.
- Heterótrofos: Consumidores; utilizan, reestructuran y consumen materiales complejos.
- Descomponedores: (Hongos) Encargados de descomponer la materia orgánica en sustancias más simples.
- Biocenosis: Conjunto de organismos de distintas especies o poblaciones que se constituyen en unas condiciones ecológicas dadas y que se mantienen en un equilibrio dinámico.
- Biotopo: Sustrato físico de la biocenosis o comunidad de seres vivos de un ecosistema.
- Hábitat: Determinado lugar que reúne las condiciones para la vida de una especie.
Tipos de Ecosistemas
- A) Microecosistema (tronco de árbol).
- B) Mesoecosistema (pradera, bosque).
- C) Macroecosistema (mar).
Nicho ecológico: Papel que juega un organismo dentro de la comunidad biótica. Es un término que expresa la especialización de la población de una cierta especie, dentro de una comunidad.
Nivel trófico: Posición de los organismos en la cadena alimenticia, estando los autótrofos en la base.
Niveles Tróficos
- A) Productores: Realizan la fotosíntesis, es decir, captan la energía del sol y la transforman en materia que almacenan en su cuerpo.
- B) Consumidores primarios: Herbívoros; obtienen la materia y la energía alimentándose de productores.
- C) Consumidores secundarios: Carnívoros; obtienen la materia y la energía que necesitan alimentándose de los herbívoros.
- D) Descomponedores: Se alimentan de restos de seres vivos (hojas, ramas, cadáveres, etc.).