1. LA CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS DEFINICIÓN: Clasificar los organismos es repartirlos en grupos excluyentes. Para clasificar los organismos los científicos observan y analizan características internas y externas con el fin de obtener criterios que los agrupen en conjuntos según compartan o no características comunes. Ejemplo: tener o no tener columna vertebral, así clasificamos a los seres vivos en vertebrados e invertebrados. 1.1. EL NOMBRE DE LOS SERES VIVOS Carlos Linneo estableció en el S.XVIII el sistema de NOMENCLATURA BINOMIAL para nombrar científicamente las especies. Para nombrar las especies se usan dos palabras (Binomial): una corresponde al género y la otra a la especie. Ejemplo: Canis lupus (lobo). La especie es el taxón más pequeño y por tanto donde se encuentran los organismos que comparten más características comunes. DEFINICIÓN: conjunto de individuos que comparten un número de características más grande y que se pueden reproducir entre sí y dejar descendencia fértil. 1.2. LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN Las clasificaciones pueden ser artificiales o naturales: Las clasificaciones artificiales se basan en algunas características externas de los seres vivos, fácilmente identificables, elegidas arbitrariamente pero sin relación de parentesco entre individuos. Las clasificaciones naturales tienen en cuenta el parentesco evolutivo entre las especies, por lo que los organismos de cada grupo comparten muchas características que han heredado de sus antecesores. Tienen en cuenta las características internas de los individuos (anatomía y función). 1 Los seres vivos se clasifican en taxones Los científicos agrupan a los seres vivos en conjuntos y subconjuntos en función de las características que tienen en común. Estos conjuntos y subconjuntos se llaman taxones. Estos taxones tienen unos nombres especiales: Especie, género, familia, orden, clase, filo y reino. Esta clasificación es de tipo jerárquico, es decir, el género incluye varias especies; la familia incluye diferentes géneros; el orden incluye diferentes familias… Todos los seres vivos comparten ancestros comunes en el pasado. A partir de ellos han divergido evolutivamente. Cuando más reciente sea esa divergencia, es decir, que compartan un ancestro común más cercano en el tiempo, mayor será la cantidad de características comunes que compartan 2 especies entre sí. Esto explica la distribución jerárquica del parecido entre las especies. 2 2. ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS TEORÍAS DEL ORIGEN DE LA VIDA El ser humano ha elaborado diversas hipótesis para explicar cómo y cuándo surgió la vida. Las más representativas son el creacionismo, la generación espontánea, la biogénesis, la panspermia y la síntesis abiótica. Creacionismo Según la mayoría de las religiones, la vida tiene un origen sobrenatural en el que no intervienen reacciones físico-químicas de ningún tipo, ya que todo lo que existe ha sido creado por uno o varios dioses. La generación espontánea Desde la Antigüedad hasta los estudios de Pasteur estuvo muy extendida la idea de que la vida nacía de la materia en descomposición, es decir por generación espontánea, de la nada. Siglos IV a.c hasta XVII-XIX. La teoría se mantuvo durante siglos. Sin embargo, la evolución de la ciencia terminó por demostrar el planteamiento erróneo de la misma. EJEMPLO: cocodrilos surgiendo de troncos descomponiéndose en agua 3 Biogénesis En el siglo XVII mediante un experimento (carne y gusanos) que realizó el naturalista italiano Francesco Redi (1626-1697), con el cual demostró que los seres vivos no surgen de la materia inanimada, sino a partir de otros seres vivos: Es la teoría que se conoce como biogénesis: la vida surge de la vida ya existente. Sin embargo, esta idea no se aceptó hasta el siglo XIX, cuando el químico francés Louis Pasteur (18221895) demostró mediante una serie de experimentos (caldo) que la biogénesis también es aplicable a los microorganismos. 1. Francesco Redi colocó varios trozos de carne en tres recipientes. Al cabo de unos días, observó la presencia de larvas de mosca solo dentro del frasco abierto. Concluyó que las larvas de mosca que aparecen en la carne en descomposición proceden de otras moscas, no de la carne. 4 2. Louis Pasteur en el siglo XIX comprobó que el caldo esterilizado por ebullición se contaminaba en contacto con el aire. La contaminación no se producía tras estriar y curvar la boca del matraz, ya que los microorganismos no podían pasar. Al romper el cuello del matraz, los microorganismos sí entraban en él. 5 2.1. LAS HIPÓTESIS ACTUALES En la actualidad, la comunidad científica acepta que todo ser vivo procede de otro; queda por resolver cuál fue el origen del primer organismo. 1) PANSPERMIA: La hipótesis de la panspermia supone que las esporas de los primeros microorganismos pudieron llegar a la Tierra transportadas por cometas y meteoritos. Sin embargo, esta idea no ofrece ninguna explicación sobre el origen de esos seres vivos procedentes de otros planetas. La hipótesis original de la panspermia, propuesta por S. A. Arrhenius, suponía que la vida en la Tierra se originó gracias a la contribución cósmica de seres vivientes provenientes de algún punto del Universo. La hipótesis científica emitida por los exobiólogos habla de substancias químicas complejas (no de “microorganismos viajeros”) que se habían formado desde los orígenes del universo, las cuales alcanzaron la Tierra en un momento determinado. La explicación más aceptada de esta teoría para explicar el origen de la vida es que algún ser vivo primitivo (probablemente alguna bacteria) viniera del planeta Marte (del cual se sospecha que tuvo seres vivos debido a los rastros dejados por masas de agua en su superficie) y que tras impactar algún meteorito en Marte, alguna de estas formas de vida quedó atrapada en algún fragmento, y entonces se dirigió con él a la Tierra, lugar en el que impactó. 2) SÍNTESIS ABIÓTICA: A principios del siglo XX, el bioquímico soviético Alexander Oparin y el biólogo británico John Haldane propusieron que los primeros seres vivos surgieron cuando las moléculas orgánicas se organizaron en sistemas aislados esféricos, a los que Oparin llamó coacervados, que después evolucionaron hacia formas celulares. Las primeras células obtenían su alimento a partir de las moléculas orgánicas del medio; su evolución dio lugar a los distintos tipos celulares y, posteriormente, a los organismos pluricelulares. 6 7 Experimento de Miller Para reproducir las condiciones de los mares antiguos, conectaron un matraz con agua hirviendo a un depósito que contenla una mezcla de gases (amoniaco, nitrógeno, metano y vapor de agua) similar a la que existía en la atmósfera primitiva. Aplicaron al recipiente dos electrodos, a través de los cuales hicieron pasar 60000 voltios, simulando los relámpagos y las intensas radiaciones ultravioleta solares que debieron de darse en la Tierra hace unos 4000 millones de años. Los gases de la reacción eran arrastrados por el vapor de agua del matraz y atravesaban un condensador, posteriormente, se depositaban en un tubo en forma de U. Después de una semana, el agua condensada recogida en el tubo tenía un aspecto turbio por la presencia de compuestos derivados del carbono; entre ellos, habla algunos aminoácidos sencillos. Dedujeron entonces que, en aquellos tiempos, el clima favorecerla la evaporación masiva. La abundancia de nubes sería el escenario ideal para la creación de relámpagos y la radiación ultravioleta atravesaría la atmósfera, creándose de esta manera, los primeros compuestos orgánicos, como los aminoácidos. 3. LAS TEORÍAS EVOLUTIVAS Fijismo-evolucionismo No se aceptaron las teoría de la evolución hasta el siglo XIX. Hasta ese momento, prevalecían las doctrinas fijistas, que defendían la inmutabilidad de las especies. Para ello, se apoyaban tanto en la notoriedad de los filósofos griegos Platón y Aristóteles, como en su coincidencia con la visión del Antiguo Testamento. El evolucionismo afirma que todos los seres vivos de la Tierra tienen un origen común y que las especies actuales proceden de otras anteriores, por sucesivas transformaciones. 8 LAMARCKISMO Lamarck propuso que los cambios en las especies se deben a dos mecanismos, el progreso y la adaptación: Progreso. Los seres vivos de menor complejidad estructural se originan por generación espontánea y tienden a transformarse en otros de perfección creciente. Este progreso se da gracias a que la circulación de fluidos corporales a través de los tejidos blandos escava canales y moldea órganos cada vez más complejos. Lamarck propone que las especies actuales se han originado a partir de otras con menor grado de perfección. 9 Adaptación. La tendencia a la perfección puede verse interrumpida para responder a la necesidad de adaptarse a los cambios ambientales, según las siguientes leyes: 1.- Ley del uso y del desuso. El empleo frecuente y continuado de un órgano, lo desarrolla y aumenta su tamaño (la función crea el órgano); así, el cuello de una jirafa se alarga para alcanzar las hojas altas de las acacias. Del mismo modo, la falta de uso lo debilita y deteriora, hasta hacer que desaparezca, como las patas de las serpientes o los ojos de un topo. 2.- Ley de la herencia de los caracteres adquiridos. Los cambios que se producen en los órganos se transmiten a la descendencia. Así, las crías de las jirafas que alargaron su cuello en respuesta a su necesidad, nacen con el cuello más largo que otras, siempre que esa característica esté presente en los dos progenitores. La teoría de Lamarck no se aceptó en su época, debido a la influencia de Cuvier y a la evidencia de que los caracteres adquiridos por los organismos no se transmiten a la descendencia. 10 ESQUEMA DARWINISMO Los naturalistas británicos Charles Darwin (1809-1882) y Alfred Wallace (1823-1913), a partir de sus observaciones respectivas de la fauna de las islas Galápagos y de Malasia, propusieron un mecanismo que explicaba el proceso evolutivo: la selección natural. Fue Darwin quien sentó las bases de las teorías evolutivas actuales en su obra “El origen de las especies” 11 ESQUEMA Darwin plantea que las especies se originan por acumulación de cambios graduales a partir de un antecesor común, pero no supo explicar la causa de estos cambios ya que no conocía todavía el concepto de las mutaciones. 12 LAMARCKISMO VS DARWINISMO NEODARWINISMO O TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCIÓN El genetista belga Hugo de Vries y el estadounidense Thomas H. Morgan otros, descubrieron que las variaciones hereditarias ocurren espontáneamente mediante alteraciones de los genes: las mutaciones. Durante el primer tercio del siglo XX, se impuso un nuevo modelo, el mutacionismo. A partir de los años treinta del siglo XX, el genetista ucraniano Theodosius Dobzhansky formuló el neodarwinismo o teoría sintética de la evolución, que integraba los planteamientos de Darwin con los nuevos descubrimientos de la genética. 13 ESQUEMA LA ESPECIACIÓN SEGÚN EL NEODARWINISMO El proceso evolutivo culmina con la aparición de nuevas especies, ya que la acumulación de cambios en distintas poblaciones hace que aparezca una barrera reproductiva entre ellas. 1.- LA ESPECIACIÓN ALOPÁTRICA: LA GRAN FRONTERA 14 2.- LA ESPECIACIÓN SIMPÁTRICA ALTERNATIVAS A LA TEORÍA SINTÉTICA En el último tercio del siglo XX, se hicieron nuevas propuestas que cuestionaron la hipótesis de que el proceso evolutivo sea gradual y que las mutaciones sean el único origen de las variantes en las poblaciones. EQUILIBRIO PUNTUADO O SALTACIONISMO El gradualismo filogenético ha sido acusado de funcionar bien para los cambios dentro de una población, pero no para los grandes saltos evolutivos. En este contexto se sitúa la teoría del equilibrio puntuado de Stephen Jay Gould y Niles Eldredge. El gradualismo propone que el proceso evolutivo es continuo y gradual. Se da una especiación lineal con formas intermedias. Se originan especies diferentes: MICROEVOLUCIÓN. 15 El saltacionismo propone que las especies se originan en periodos cortos con grandes cambios, sin especies intermedias. Este mecanismo podrá originar especies diferentes pero grandes grupos de organismos (familias, ordenes o incluso filos): MACROEVOLUCIÓN. Existen períodos de tiempo de notable estabilidad llamados estasis donde las especies permanecen sin cambios durante millones de años, interrumpidos, puntuados por súbitos episodios de cambios en los que se producen especies nuevas a partir de las existentes y extinciones de otras. La ausencia de pasos intermedios (gradualismo) no se observa en el registro fósil porque a veces la evolución se da a saltos. KIMURA Y EL AZAR DE LA DERIVA GENÉTICA El Neutralismo (Kimura, M.) surgido en la década de los años 60-70 del siglo XX disiente abiertamente al Neodarwinismo, afirmando que la mayoría de las mutaciones acaecidas en un ADN, causadas por deriva génica de mutantes, son de efecto neutro, por lo que no suponen ventaja ni desventaja competitiva para el organismo, y por tanto no están sujetas a la selección natural (sin ventaja adaptativa). Para esta teoría la unidad de selección no es el individuo (darwinismo) ni la población (neodarwinismo) sino el gen (ADN) cuyo único objetivo es reproducirse a sí mismo, por consiguiente lo único que tiene importancia es el gen. “El gen es una unidad que sobrevive a través de un gran número de cuerpos sucesivos e individuales”. EJEMPLO: las hembras devoran a los machos tras la cópula, lo único importante es la transmisión de los genes. Los seres vivos solo son recipientes donde se transportan dichos genes. PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN 1. 2. 3. 4. 5. Pruebas morfológicas Pruebas biogeográficas Pruebas paleontológicas Pruebas embriológicas Pruebas bioquímicas 16 1. Pruebas morfológicas Se basan en el estudio comparado de la morfología de los órganos de seres vivos actuales o de fósiles. Mediante la ANATOMIA COMPARADA se estudian las semejanzas y diferencias entre órganos de diversas especies. Si dos especies han compartido un antepasado común, también compartirán algunos órganos. La estructura ósea de la extremidad anterior de los mamíferos es igual en todos ellos. Este hecho demuestra que todos los mamíferos proceden de un antepasado común que debió de tener una extremidad con esta organización. Son los llamados órganos homólogos: órganos con un origen común se van diferenciando al adquirir funciones diferentes. Sirven para establecer relaciones de parentesco. Órganos homólogos: órganos con un origen común se van diferenciando al adquirir funciones diferentes. Los órganos HOMÓLOGOS representan la DIVERGENCIA ADAPTATIVA, por la cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en que están, etc. Los órganos análogos, aunque superficialmente parecen indicar un parentesco entre las especies que los poseen, en realidad son el resultado de una convergencia adaptativa: dos estructuras diferentes adquieren la misma forma para realizar la misma función, como las aletas de un tiburón y de un delfín, pero tienen distinto origen. No sirven para establecer relaciones de parentesco. 17 En muchas especies existen órganos —o partes de órganos— que han experimentado una reducción de su tamaño. Esto ocurre cuando han perdido su función; son los órganos vestigiales- 18 2. Pruebas paleontológicas Los fósiles son evidencias de que en el pasado existieron especies que no han perdurado hasta nuestros días. Las especies fósiles se pueden ordenar en series filogenéticas, que muestran las variaciones morfológicas que se han sucedido a lo largo del tiempo en especies parecidas, poniendo de manifiesto el proceso evolutivo. Las formas intermedias son fósiles que muestran características de dos especies que actualmente se clasifican en grupos diferentes, lo que indica que esos grupos tienen antecesores comunes. Aunque la mayoría de las especies actuales muestran grandes cambios en su morfología respecto a sus ancestros, algunas son similares a otras que poblaron la Tierra hace millones de años. Por esta razón reciben el nombre de fósiles vivientes. EJEMPLOS: el ginkgo, la araucaria, el celacanto y el cangrejo herradura. 19 3. PRUEBAS BIOQUÍMICAS Por último, las pruebas más recientes y las que mayores posibilidades presentan, consisten en comparar ciertas moléculas que aparecen en todos los seres vivos de tal manera que esas moléculas son tanto más parecidas cuanto menores diferencias evolutivas hay entre sus poseedores, y al revés; esto se ha hecho sobre todo con proteínas (por ejemplo proteínas de la sangre) y con ADN. COINCIDENCIA DE SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS: A mayor parentesco, las especies presentan un mayor número de secuencias de nucleótidos iguales y de mayor extensión. AGLUTINACIÓN DEL SUERO SANGUÍNEO: Cuando se mezcla sangre de diferentes especies se produce una coagulación. A mayor parentesco entre las especies, mayor coagulación. 20 4. PRUEBAS EMBRIOLÓGICAS Estas similitudes embrionarias han permitido a los científicos enunciar la ley de la recapitulación o ley biogenética, según la cual, los embriones de los animales tienden a reproducir estados de desarrollo que se parecen a los de los embriones de sus antecesores. La ontogenia (desarrollo embrionario) recapitula la filogenia (relaciones de parentesco) propuesta por Ernst Haeckel. 5. PRUEBAS BIOGEOGRÁFICAS La deriva continental (separación de los continentes) han tenido influencia en los procesos evolutivos. Los seres vivos que ocupan territorios que se separaron hace 200 millones de años, presentan notables diferencias entre ellos, mientras que aquellos que habitan territorios que se separaron recientemente (50 millones de años), son mucho más parecidos. Cuando se separan, se aíslan genéticamente, de forma que se acumulan mutaciones y con el tiempo se convierten en especies distintas que no se pueden reproducir entre sí. Se trata de un mecanismo de especiación alopátrica que ya explicamos. 21
