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Diversidad biológica (36347) Doryaspis nathorsti Curso 2024-2025 Grado en Bioquímica y C...

Diversidad biológica (36347) Doryaspis nathorsti Curso 2024-2025 Grado en Bioquímica y Ciencias Biomédicas Eurypterus, Silúrico TEMA 3  TEMA 3 Doryaspis nathorsti La historia de la vida sobre la Tierra. El registro fósil Condiciones de la tierra que hicieron posible la aparición de la vida. Eventos clave en la historia de la vida. Extinciones La colonización del medio terrestre. Eurypterus, Silúrico  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 Procesos por los cuales los organismos vivos han evolucionado, desde el origen de la vida en la Tierra (hace 4200 millones de años) hasta la gran diversidad presente en los organismos actuales. Aspectos ambientales, en forma de catástrofes globales, cambios climáticos o uniones y separaciones de continentes y océanos, han condicionado su desarrollo. Las similitudes entre todos los organismos actuales indican la existencia de un ancestro común universal (LUCA) del cual todas las especies conocidas han divergido a través de procesos evolutivos. 3 https://www.nature.com/articles/s41559-024-02461-1?utm_source=Live+Audience&utm_campaign=f8586bf0ce-nature-briefing-daily-20240715&utm_medium=email&utm_term=0_b27a691814-f8586bf0ce-51799132 https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/luca-antepasado-comun-toda-vida-tierra-nacio-mucho-antes-esperado_22805 Diversidad biológica TEMA 3 4  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 https://www.youtube.com/watch?v=TBikbn5XJhg 5  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 6  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 7  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 8  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 9  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 10  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 11  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 12  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 13 La historia de la vida sobre la Tierra. Diversidad biológica TEMA 3 Unidades Cronoestratigráficas/Geocronológicas: Eonotema/Eón-Eratema/Era-Sistema/Período-Serie/Época-Piso/Edad 14 Ejemplo: Fanerozoico -Paleozoico -Devónico -Devónico Superior -Frasniense  Diversidad biológica La historia de la vida sobre la Tierra. TEMA 3 Cómo medir el tiempo. Datación Hay dos maneras de determinar cuándo ha sucedido (de datar, poner fecha) cada acontecimiento: Datación relativa. Consiste en determinar qué proceso ocurrió antes y cuál después. Esto es, interesa saber el orden de los procesos geológicos sin señalar una fecha concreta. Datación absoluta. Consiste en determinar cuándo ocurrió un suceso geológico, en qué fecha tuvo lugar, estableciendo una fecha concreta. 15 Métodos de datación Diversidad biológica Diversidad biológica Tema 3 TEMA 3 Estratigráficos: el principio de superposición, “las varvas”. Biológicos: los fósiles, los ritmos biológicos (dendrocronología, anillos de crecimiento de corales), los relojes moleculares, racemización. Estructurales: relaciones tectónicas o magmáticas. Físicos y geofísicos: exposición a rayos cósmicos, trazas de fisión, paleomagnetismo, dataciones radiométricas. En cursiva, métodos que ofrecen dataciones numéricas. 16 Métodos de datación estratigráficos Diversidad biológica Diversidad biológica Tema 3 TEMA 3 Principio de superposición de estratos. Si no han sido objeto de fuertes plegamientos o fracturas que cambien la posición original, los estratos más antiguos yacen bajo los más modernos (relativo). Las varvas. Una varva es cada una de las capas sedimentarias de pequeño espesor formadas estacionalmente en el fondo de lagos. Su acumulación presenta una típica estructura laminar, alternando sedimentos arenosos o limosos claros, formados en verano, con sedimentos arcillosos oscuros, formados en invierno. Es un método de datación absoluta en lagos activos (absoluto). 17  Diversidad biológica Métodos de datación biológicos TEMA 3 Registro fósil (datación relativa) Principio de Sucesión Faunística (Biótica) [Smith, 1800] «Cada estrato o conjunto de estratos poseen un contenido fosilífero característico que permite identificarlos y que no se repite en otros estratos anteriores o posteriores» «Estratos de diferentes localidades, que contienen los mismos fósiles característicos y tienen el mismo orden de superposición, son de la misma edad» 18  Diversidad biológica Métodos de datación biológicos: Ritmos biológicos TEMA 3 Dendrocronología: anillos de crecimiento de los árboles. Cada anillo tiene una parte clara y otra oscura, representa un año, y su grosor depende del clima durante el periodo de crecimiento. Además de proporcionar un calendario, los anillos de los árboles son indicadores climáticos, ya que permiten registrar las variaciones de pluviosidad.  Diversidad biológica Métodos de datación biológicos: Reloj molecular TEMA 3 Técnica que utiliza las informaciones fósiles y las tasas de cambio molecular para deducir el tiempo en que dos especies o taxones divergieron en la historia geológica: Los datos moleculares utilizados: - secuencias de nucleótidos de ADN, - secuencias de aminoácidos de las proteínas. De acuerdo con la teoría neutralista Asume que la tasa de sustituciones sea más o menos constante para cualquier locus determinado, es decir, la tasa de error de enzimas de replicación es baja (altamente conservadas entre especies). NO SIEMPRE LO ES. https://www.youtube.com/watch?v=gXhe0xhE70Y https://es.wikipedia.org/wiki/Reloj_molecular  Diversidad biológica Métodos de datación biológicos: Reloj molecular TEMA 3 21 Calibrado a partir del registro fósil  Diversidad biológica TEMA 3 Métodos de datación físicos o geofísicos: dataciones radiométricas Medida de la edad de los minerales y de las rocas a partir de la presencia de isótopos radiactivos Los isótopos radiactivos son inestables y se descomponen espontáneamente emitiendo partículas, ondas y calor La radiación que emiten puede ser de tres tipos: alfa, beta y gamma Radiación α: Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio). Radiación β: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un estado excitado. Radiación γ: Son ondas electromagnéticas. 22  Diversidad biológica TEMA 3 Métodos de datación físicos o geofísicos: dataciones radiométricas Cada isótopo radiactivo tiene una constante de desintegración (λ) característica, relacionada con el período de semidesintegración: La edad "t" se calcula aplicando la ecuación: D: átomos radiogénicos ( "hijos") P: átomos radiactivos ( "padres") 23  Diversidad biológica TEMA 3 Métodos de datación físicos o geofísicos: dataciones radiométricas Elemento padre Elemento hijo T ½ (años) Observaciones Samario 147 Neodimio 143 106 x 109 Rocas arcaicas Rubidio 87 Estroncio 87 48,8 x 109 Cualquier roca Torio 232 Plomo 208 14,01 x 109 Circonio Uranio 238 Plomo 206 4,468 x 109 Más preciso Potasio 40 Argon 40 1,25 x 109 Más común Uranio 235 Plomo 207 704 x 106 Más preciso Berilio 10 Boro 10 1,5 x 106 R. sedimentarias Materiales de origen Carbono 14 Nitrógeno 14 5730 biológico Edades agua o Argon 39 Potasio 39 269 glaciares -1.000 24años  Diversidad biológica ¿Qué condiciones hicieron posible el origen de la vida? TEMA 3 Los procesos químicos y físicos en la Tierra primitiva pueden haber producido células muy simples a través de una secuencia de etapas: 1. Síntesis abiótica de pequeñas moléculas orgánicas; 2. Unión de estas pequeñas moléculas en macromoléculas; 3. Embalaje de moléculas en protocélulas; 4. Origen de las moléculas autorreplicantes. La atmósfera primitiva de la Tierra tenía poco oxígeno y probablemente contenía vapor de agua y productos químicos liberados por las erupciones volcánicas. Por ejemplo, nitrógeno y sus óxidos, dióxido de carbono, metano, amoníaco, hidrógeno. 25  Diversidad biológica ¿Qué condiciones hicieron posible el origen de la vida? TEMA 3 26 ¿Qué condiciones hicieron posible el origen de la vida? Diversidad biológica TEMA 3 En la década de 1920, A. I. Oparin y J. B. S. Haldane plantearon independientemente la hipótesis de que la atmósfera temprana era un ambiente reductor Stanley Lloyd Miller (1930– 2007) Harold Clayton Urey (1893– 1981) Alexandr Ivanovich Oparin (1894 – 1980) En 1953, Stanley Miller y Harold Urey realizaron experimentos de laboratorio demostrando que era posible la síntesis abiótica de moléculas orgánicas en una atmósfera reductora. John Burdon Sanderson Haldane (1892 – 1964) ¿Qué condiciones hicieron posible el origen de la vida? Diversidad biológica TEMA 3 El análisis de las moléculas formadas en los experimentos de Miller descubrió que numerosos aminoácidos se formaron en condiciones que simulan una erupción volcánica. Los compuestos orgánicos pueden haberse producido en respiraderos (fuentes, fumarolas) hidrotermales de aguas profundas, áreas en el fondo marino donde el agua caliente y los minerales brotan del interior de la Tierra hacia el océano. Las condiciones ambientales producidas cerca de los respiraderos de aguas profundas varían: las “chimeneas negras” liberan agua a 300-400°C, los respiraderos alcalinos liberan agua con pH alto (9–11) y agua tibia (40–90°C) (“chimeneas blancas”). Las condiciones cerca de estas últimas fuentes alcalinas fueron probablemente más adecuadas para la formación de compuestos orgánicos estables. https://metode.es/revistas-metode/monograficos/uno-de-los-experimentos-mas-importantes-del-siglo-xx.html ¿Qué condiciones hicieron posible el origen de la vida? Diversidad biológica TEMA 3 En 2008, otros investigadores analizaron material remanente en el aparato de Miller usando técnicas modernas más sensibles. El análisis encontró 20 aminoácidos (componentes de proteínas) y 6 componentes de los ácidos nucleótidos.  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: El Precámbrico TEMA 3  Primera y más larga etapa de la historia de la Tierra (>88%), engloba los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico.  Duró aproximadamente 4027 millones de años y dio paso al eón fanerozoico / era paleozoica / período cámbrico.  El estudio del Precámbrico es muy complejo: vulcanismo intenso, rocas formadas muy transformadas (deformación tectónica, metamorfismo...) fósiles muy escasos.  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: El Precámbrico TEMA 3 520 Ma: etapas finales de la fracturación de Rodinia 750-580 Ma: segunda era glacial (Snowball Earth) 800 Ma: comienzo de la fracturación de Rodínia 2.200-2.000 Ma: primera era glacial 2.300-1.800 Ma: oxígeno libre en la atmósfera. ¿Primera gran extinción? 2500 Primeros eucariotas ¿Endosimbiosis? 3.850 Ma: primeras rocas sedimentarias 32  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: El Precámbrico TEMA 3 33  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: El Precámbrico TEMA 3 34  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: El Precámbrico TEMA 3 35 Eventos clave en la historia de la vida: Los seres vivos condicionan el clima, el Proterozoico Diversidad biológica TEMA 3 La primera glaciación (Huroniense) se produce por un descenso brusco en el CO2 de la atmósfera. – Uno de los posibles desencadenantes fue el incremento de la actividad fotosintética por parte de los eucariotas. Quizás la glaciación que alcanzó más intensidad fue la del Proterozoico Superior (Criogeniense): Snowball Earth. – Al inicio se produjo una importante extinción en el fitoplancton y en la diversidad de los estromatolitos. 36 Eventos clave en la historia de la vida: Los seres vivos condicionan el clima, el Proterozoico Diversidad biológica TEMA 3 Aparición y radiación de diferentes grupos de animales en el registro fósil: EXPLOSIÓN CÁMBRICA 37  Diversidad biológica ¿Qué desencadenó la explosión cámbrica? TEMA 3 Concentración de oxígeno libre semejante a la actual – Lo confirman datos geoquímicos de isótopos de Sr, C y S – Permite cuerpos de mayor tamaño y mayores tasas metabólicas Aparición de partes duras mineralizadas Nuevas interacciones ecológicas – Nuevas fuentes de alimentación (“revolución agronómica”) y modos de locomoción – Ecosistemas más complejos Variabilidad genética y posibilidad de un alto orden de remodelación genética Fracturación definitiva de Rodínia: aparición de nuevos océanos – Provincialidad: fenómenos de vicarianza – Elevación del nivel del mar: ampliación plataformas continentales 38  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: Eón Fanerozoico, Era Paleozoica TEMA 3 40  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: Eón Fanerozoico, Era Mesozoica TEMA 3 41  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: Eón Fanerozoico, Era Mesozoica TEMA 3 El Mesozoico es conocido como la era de los dinosaurios. Se produce la diversificación de las plantas con flores (angiospermas) al final del Mesozoico. También hay que destacar la aparición de las aves y los mamíferos, aunque estos grupos no empiezan a dominar hasta la era siguiente (Cenozoico). La fragmentación de Pangea probablemente permitió la especiación que se produjo en los diferentes hábitats. El final del Mesozoico está marcado por una nueva extinción masiva producida por el impacto de un meterorito en la península de Yucatán, México. 42  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: Eón Fanerozoico, Era Cenozoica TEMA 3 43  Diversidad biológica Eventos clave en la historia de la vida: Eón Fanerozoico, Era Cenozoica TEMA 3 El Cenozoico comprende desde la última extinción, hace 65Ma, hasta la actualidad. Los mamíferos se convierten en las formas de vida dominantes en la tierra después de la desaparición de los dinosaurios. Se produce su gran radiación, con formas que conquistan todos los ecosistemas. Se produce una radiación de las aves y de las plantas con flor y evolucionan de forma importante las gramíneas Los peces y los reptiles no cambian mucho durante el Cenozoico. Geológicamente, los continentes que habían ido separándose empiezan a colisionar: África con Europa, Norteamérica con Sudamérica, India con Asia. A mediados de esta era, hace unos 30Ma, aparecen los homínidos y hacia el final destaca la aparición de la especie humana. 44  Resumen Diversidad biológica La Tierra se forma hace 4.600 millones de años. TEMA 3 La superficie terrestre se solidifica hace unos 4.000 millones de años. Comienza la vida hace unos 3.800 millones de años. La Era Arcaica: la edad de las bacterias. Se desarrolla una atmósfera de oxígeno hace unos 2.000 millones de años. El Eón Proterozoico: se desarrollan los eucariotas. La fauna de Ediacara hace 650 millones de años. Primera vida multicelular, formas desconocidas hoy en día. La explosión del Cámbrico: la mayoría de formas de vida actuales aparecen hace 550 millones de años. Paleozoico: 550-250 millones de años. Gran desarrollo de los invertebrados marinos, peces y anfibios. Se produce la invasión de la tierra. La extinción masiva del Pérmico, hace 250 millones de años, elimina el 95% de toda la vida; final del Paleozoico. Mesozoico: 250-65 millones de años. Era de los dinosaurios (reptiles). Mamíferos, aves y plantas con flores hacen su aparición. La extinción masiva del Cretácico, por el impacto de un meteorito, extingue gran parte de la vida, incluyendo los dinosaurios. Era Cenozoica: 65 millones de años hasta el presente. Mamíferos dominantes; radiación de las Gramíneas. La evolución de la Tierra en solo 10 minutos: https://www.youtube.com/watch?v=XrA5qcs31iw 45  Diversidad biológica EXTINCIONES: Cambios faunísticos a través del tiempo TEMA 3 Sepkoski1, utilizando el número de familias y de géneros de animales marinos durante el Fanerozoico, obtuvo una serie de curvas. Distinguió tres faunas: – Fauna cámbrica – Fauna paleozoica – Fauna moderna Estas faunas se solapan en el tiempo. Figura de Sepkoski modificada con la inclusión de los microfósiles y los arqueociatos. (1) J. J. Sepkoski Jr. (1948-1999). Paleontólogo. Counterclockwise, from the upper left corner, Coscinoptycta zunyiensis, Kotuyicyathus debilis, Tumuliolynthus musatovi, Beltanacyathus digitus, Fransuasaecyathus novus, Orbicyathus mongolicus, Center, Paranacyathus subartus. 46 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3479391  Diversidad biológica TEMA 3 EXTINCIONES en masa Extinción de fondo “excepcional extinción en la biota terrestre (> 50% especies) que ocurre en un periodo relativamente corto de tiempo geológico (~106 años)” 47 Tilacino (lobo marsupial)  Diversidad biológica Explicación de las extinciones en masa TEMA 3 Vulcanismo basáltico (Trapps) Cambios climáticos globales Impacto de asteroides 48  Diversidad biológica Extinción Pérmica (límite P/T) TEMA 3 La extinción pérmica fue la mayor extinción en la historia de la Tierra. 90-95% de todas las especies marinas desaparecieron. Se ha especulado sobre diversas causas : − Reducción de los ambientes de plataforma debido a la formación de Pangea. − Erupciones volcánicas en Siberia. El polvo volcánico suspendido en la atmósfera hizo mermar drásticamente la temperatura, lo que dio lugar a una época glacial y provocó un descenso del nivel marino (con reducción de los ambientes de plataforma). − Cambios climáticos: incremento de los niveles de CO2 que habrían producido un calentamiento global y episodios de anoxia en los océanos. 49 Extinción del límite Cretacico/Paleógeno: extinción masiva catastrófica Diversidad biológica TEMA 3 Magnitud de la extinción Biosfera marina: 15 % de todas las familias 50 % de los géneros Biosfera terrestre: 25 % de todas las familias 56 % de los géneros NADA POR ENCIMA DE 25 kg SOBREVIVIÓ Una de las teorías más aceptadas de esta extinción es la de la caída de un meteorito de cerca de 10 km de diámetro que impactó en la península de Yucatán en México (cráter de Chicxulub). Cabe destacar que la extinción de los dinosaurios permitió la radiación de otros grupos de animales durante el Cenozoico, como por ejemplo los mamíferos o las aves. Diversidad biológica TEMA 3 51  Diversidad biológica TEMA 3 Radiaciones evolutivas tras una extinción en masa vestigiales Las radiaciones evolutivas pueden ser explicadas por: 1) Recuperación tras una extinción en masa 2) Invasión de un nuevo hábitat 3) Nuevas invenciones biológicas 52  Diversidad biológica Radiaciones evolutivas de las primeras plantas terrestres TEMA 3 Se originan en el Silúrico, pero se diversifican en el Devónico. Los primeros árboles son progimnospermas (predecesoras de las gimnospermas). Estas, con los helechos cladoxilales y las licópsidas, dieron lugar a las plantas arbóreas del Carbonífero y del Pérmico. Archaeopteris Callixylon 53  La radiación evolutiva de las angiospermas Diversidad biológica TEMA 3 Durante el Cretácico superior se produce la radiación de las angiospermas Ejemplos de flores carbonizadas del Cretácico Superior de Georgia (EE.UU.). A-B, Protofagacea allonensis (Fagaceae) 85.8 a 84.9 Ma. C, Antiquacupula sulcata (tomado de Crame et al., 2004). Archaefructus liaoningensis 145 Ma Fagaceae 85.8 a 84.9 Ma  Diversidad biológica La radiación de los mamíferos durante el Cenozoico TEMA 3 55  Diversidad biológica La conquista de la tierra: Las primeras floras terrestres TEMA 3  La invasión de la tierra por las plantas es uno de los mayores acontecimientos en la historia de la vida;  creó nuevos ambientes para los animales  cambió la naturaleza de los procesos físicos y químicos sobre la tierra  Requisitos para vivir sobre la tierra:  intercambio nutrientes / agua  mantener la humedad  intercambio de gases  estructura (soporte mecánico)  reproducción 56  Diversidad biológica TEMA 3 Plantes silúricas/devónicas Cooksonia Silúrico 428 - 423 millones de años Licopodios arbóreos del Devónico Medio 57 Aglaophyton mayor (≡Rhynia mayor) aprox. 417 Ma Plantas Devónico Superior / Carbonífero Diversidad biológica TEMA 3 Psilophyton 58 Archaeopteris  Diversidad biológica TEMA 3 Las primeras faunas terrestres  REQUERIMIENTOS PARA LOS ANIMALES (problemas similares a los de las plantas):  Estructura de soporte  Mantener la humedad  Termorregulación  Intercambio de gases  Reproducción  Modificación de sistemas sensoriales (oído, vista) Los cambios evolutivos que permiten solucionar estos problemas no sólo facilitan la invasión de la tierra por los animales, sino su radiación a los continentes. Los primeros artrópodos terrestres Diversidad biológica TEMA 3 Silúrico Superior / Devónico Inferior Miriápodos Escorpiones Arácnidos Insectos sin alas Pneumodesmus newmani El primer animal terrestre conocido Jeram et al. (1990). «Land Animals in the Silurian: Arachnids and Myriapods from Shropshire, England». 60 Science, vol. 250.  Diversidad biológica La colonización de los vertebrados TEMA 3 Transición osteolepiforme-tetrápodo. Devónico Superior Coates MI, Ruta M & Friedman M. 2008. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 39:571–92 61 http://estaticos.elmundo.es/especiales/2009/02/ciencia/darwin/seccion3/periodos/graficos/tiktaalik.swf  Anguita, F. 1988. Origen e Historia de la Tierra. Ed. Rueda, Madrid Campbell N.A.; Urry L.A.; Cain M.L. ; Wasserman S.A.; Minorsky P.V.; Reece J.B. 2018. Biology, a global aproach. Global edition, 11d. Pearson. Tema 25. Carrión, J. 2003. Evolución vegetal. DM Ed. Murcia. Coates MI., Ruta M., Friedman M. 2008. Ever since Owen: changing perspectives on the early evolution of tetrapods. Annu Rev Ecol Evol Syst, 39: 571 -592. 5. Cowen R. 2005. History of Life, 4th ed. Blackwell Publishing, Crane, P. R., Herendeen, P. and Friis, E. M. (2004), Fossils and plant phylogeny. Am. J. Bot., 91: 1683-1699. doi:10.3732/ajb.91.10.1683 Fedonkin, M.A. et al. 2007. The rise of animals. Evolution and diversification of the Kingdom Animalia. The Johns Hopkins University Press Fortey, R. 1999. La vida, una biografía no autorizada. Taurus Freeman S. & Herron, J. C. 2002. Análisis Evolutivo, 2º edic. Prentice Hall, Madrid. Jeram et al. (1990). «Land Animals in the Silurian: Arachnids and Myriapods from Shropshire, England». Science, vol. 250. Knoll, A.H. 2004. La vida en un joven planeta. Drakontos Linkies A, Graeber K, Knight CA, Leubner-Metzger G. 2010. The evolution of seeds. New Phytologist 186: 817-831. Liñán, E., Gámez Vintaned, J.A. & Gozalo, R. 2009. Origen y diversificación de los animales pluricelulares. En: Paleontología de Invertebrados (Eds. M.L. Martínez Chacón & P. Rivas). Sociedad Española de Paleontología-Instituto Geológico y Minero-Universidad de Oviedo-Universidad de Granada, 13-31. Schopf, J.W. 2000. La cuna de la vida. Drakontos Waloszek, K. ; D. 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