Apuntes de Biología: Origen de la Vida (PDF)

### **Origen de la vida** #### **2. El origen de la vida** **2.1 La síntesis prebiótica** - **Antecedentes** - Después de los experimentos de Pasteur, el estudio del origen de la vida se detuvo durante más de 60 años. - En la década de 1920, **Alexander I. Oparin** (bioquí...

### **Origen de la vida** #### **2. El origen de la vida** **2.1 La síntesis prebiótica** - **Antecedentes** - Después de los experimentos de Pasteur, el estudio del origen de la vida se detuvo durante más de 60 años. - En la década de 1920, **Alexander I. Oparin** (bioquímico ruso) y **J. B. S. Haldane** (genetista británico) propusieron, de manera independiente, una teoría revolucionaria sobre el origen de la vida. - Propusieron una \"nueva generación espontánea\" aplicable al inicio de la vida. - **Etapas de la síntesis prebiótica** - **Formación de moléculas orgánicas sencillas** - Componentes de la atmósfera primitiva (agua, amoníaco, metano, hidrógeno). - Exposición a radiación solar y descargas eléctricas. - Resultado: Formación de aminoácidos y otras moléculas orgánicas simples. - **Formación de moléculas orgánicas complejas** - Moléculas sencillas se combinan para formar estructuras más complejas. - Estas moléculas se acumulan en los océanos primitivos, formando la \"sopa primordial\". - **Formación de coacervados** - Compuestos de la \"sopa primordial\" se agrupan en esferas huecas llamadas **coacervados**. - Dentro de los coacervados quedan encerradas moléculas como los ácidos nucleicos, capaces de replicarse. - Los coacervados son considerados precursores de los primeros organismos. **2.2 La simulación experimental de Miller** - **Experimento de Stanley Miller (1953)** - Apoyo a la hipótesis de Oparin y Haldane mediante una simulación en laboratorio de las condiciones de la Tierra primitiva. - **Etapas del experimento**: - Introducción de los gases de la atmósfera primitiva (agua, amoníaco, metano, hidrógeno). - Calentamiento del agua para generar vapor. - Exposición de la mezcla de gases a descargas eléctricas. - Condensación de los gases en un \"océano primitivo\". - **Resultados**: Después de una semana, se formaron aminoácidos y compuestos orgánicos sencillos. - **Conclusión**: Aunque no se lograron sintetizar todos los componentes de los seres vivos, se demostró que en condiciones similares a las de la Tierra primitiva se podían formar moléculas orgánicas básicas para la vida. **Aportación de Miller al debate sobre el origen de la vida** - Su experimento proporcionó evidencia experimental de que la vida podría haber surgido en las condiciones de la Tierra primitiva, apoyando la hipótesis de que los primeros compuestos orgánicos surgieron de reacciones químicas naturales. ### **Reinterpretación de la síntesis prebiótica y alternativas** #### **2.3 La reinterpretación de la síntesis prebiótica** - **Uniformidad de los organismos** - Todos los organismos tienen una gran uniformidad estructural y funcional. - Esto sugiere un **origen común** para todas las formas de vida. - **Hipótesis actuales sobre el origen de la vida** - La mayoría de las teorías parten de la existencia de **biomoléculas** como requisito para el surgimiento de los primeros organismos. - **Críticas a la hipótesis de la síntesis prebiótica:** - **Atmósfera primitiva no reductora** - Los datos actuales muestran que la atmósfera primitiva era **menos reductora** que lo propuesto por Oparin. - Repetir el experimento de Miller con una mezcla menos reductora da peores resultados. - A pesar de esto, la hipótesis de la \"sopa primordial\" sigue teniendo seguidores. - **Sopa primordial demasiado diluida** - **Problema de concentración de monómeros**: La condensación de monómeros en polímeros no ocurre en medios diluidos. - **Altas temperaturas en la Tierra primitiva**: - Si no existían océanos debido a la temperatura elevada, el agua se evaporaría rápidamente tras lluvias torrenciales. - Las moléculas orgánicas se concentrarían en **charcas húmedas**. - La adsorción en **arcillas** podría facilitar la concentración y transformación en polímeros. #### **2.4 Fuentes hidrotermales en lugar de la sopa primordial** - **Hipótesis alternativa: Fuentes hidrotermales submarinas** - Propuesta frente al sistema atmósfera-océano de Oparin-Haldane. - **Fuentes hidrotermales**: - Ubicadas en el fondo del mar, donde la actividad volcánica expulsa agua caliente y compuestos químicos. - Estos compuestos reaccionan en un ambiente **sin oxígeno**. - **Organismos primitivos en condiciones hidrotermales**: - En la actualidad, **procariotas termófilos** viven en estos ambientes. - Estos microorganismos pueden sobrevivir a temperaturas superiores a 100 °C y son considerados **primitivos**. - **Limitaciones actuales**: - Aunque esta teoría ofrece datos interesantes, aún **no se ha fabricado vida en un laboratorio**. - Persiste un vacío entre la síntesis prebiótica y la aparición del **primer organismo**. ### **Biodiversidad** #### **3. ¿Qué es la biodiversidad?** - El término **biodiversidad** fue acuñado por **Edward O. Wilson** en 1985. - Se refiere a la **diversidad biológica**, abarcando toda la variedad de formas de vida. - Incluye la diversidad desde **genes hasta especies** en diferentes ecosistemas. - La biodiversidad se compone de **tres niveles principales**: #### **3.1 Componentes de la biodiversidad** 1. **Diversidad genética** a. Se refiere a la **variabilidad genética** de los organismos dentro de una población. b. Se puede medir en términos de: i. Diversidad de genes. ii. Heterocigosis. iii. Número de alelos por locus. 2. **Diversidad específica** c. Es el concepto más utilizado de biodiversidad. d. Hace referencia a la **variedad de especies** en una región o en toda la biosfera. e. También puede aplicarse a grupos taxonómicos más amplios (clases, reinos). 3. **Diversidad ecológica** f. Se refiere a la **variedad de comunidades biológicas** y su interacción con el entorno. g. Es el componente más complejo, ya que los **ecosistemas** no tienen límites cerrados. h. Incluye la interacción entre organismos y sus **ambientes no vivos**. ### **Índices para medir la biodiversidad** #### **3.2 Índices para medir la biodiversidad** - La **diversidad de especies** es una propiedad emergente de las comunidades biológicas. - Se han desarrollado varios **índices** para medir la diversidad, que consideran: - **Número de especies**. - **Riqueza** de especies. - **Abundancia relativa** de cada especie. #### **Índice de diversidad de Simpson** - Uno de los índices más utilizados para medir la diversidad de especies es el **índice de Simpson**, representado por la fórmula: *D=1−∑(pi2)D = 1 - \\sum (pi\^2)*D=1−∑(pi2) Donde: - **pi** es la **abundancia relativa** de la especie i, calculada como: *pi=niNpi = \\frac{ni}{N}*pi=Nni - **ni** = número de individuos de la especie i. - **N** = número total de individuos. - Cuanto **mayor** es el valor de **D**, mayor es la **diversidad** de especies en el ecosistema. #### **Ejemplo teórico de tres ecosistemas:** 1. **Ecosistema 1**: a. **Especies**: 2 especies (a y b), ambas con el mismo número de individuos. b. **Abundancia relativa (pi)**: i. a: 0.5 ii. b: 0.5 c. **Cálculo de Σ(pi²)**: *Σ(pi2)=0.52+0.52=0.5Σ(pi\^2) = 0.5\^2 + 0.5\^2 = 0.5*Σ(pi2)=0.52+0.52=0.5 d. **Diversidad de Simpson (D1)**: *D1=1−0.5=0.5D1 = 1 - 0.5 = 0.5*D1=1−0.5=0.5 2. **Ecosistema 2**: e. **Especies**: 3 especies (a, b, c), con el mismo número de individuos. f. **Abundancia relativa (pi)**: iii. a: 0.33 iv. b: 0.33 v. c: 0.33 g. **Cálculo de Σ(pi²)**: *Σ(pi2)=0.332+0.332+0.332=0.33Σ(pi\^2) = 0.33\^2 + 0.33\^2 + 0.33\^2 = 0.33*Σ(pi2)=0.332+0.332+0.332=0.33 h. **Diversidad de Simpson (D2)**: *D2=1−0.33=0.67D2 = 1 - 0.33 = 0.67*D2=1−0.33=0.67 3. **Ecosistema 3**: i. **Especies**: 3 especies (a, b, c), pero la especie a es mucho más abundante. j. **Abundancia relativa (pi)**: vi. a: 0.8 vii. b: 0.1 viii. c: 0.1 k. **Cálculo de Σ(pi²)**: *Σ(pi2)=0.82+0.12+0.12=0.66Σ(pi\^2) = 0.8\^2 + 0.1\^2 + 0.1\^2 = 0.66*Σ(pi2)=0.82+0.12+0.12=0.66 l. **Diversidad de Simpson (D3)**: *D3=1−0.66=0.34D3 = 1 - 0.66 = 0.34*D3=1−0.66=0.34 #### **Comparación de diversidad entre ecosistemas:** - **Ecosistema 2** tiene la **mayor diversidad** de especies (D = 0.67). - **Ecosistema 3** tiene la **menor diversidad** de especies (D = 0.34). - **Predicciones**: Antes de calcular los valores, es posible estimar que el ecosistema con más especies en proporciones más equilibradas tendrá mayor diversidad. ### **El origen de la biodiversidad - Teorías evolutivas** #### **4. El origen de la biodiversidad: teorías evolutivas** - Los científicos concuerdan en que **todos los seres vivos tienen un origen común**. - La biodiversidad actual es el resultado de **4 mil millones de años de evolución**. - La idea de **cambio** en los seres vivos no siempre fue aceptada. Hasta el siglo XX predominaba el **fijismo**. #### **4.1 Fijismo y preevolucionismo** - **Fijismo**: - Las especies se consideraban **inmutables**, sin cambios a lo largo del tiempo. 1. **Carl Linné (Linnneo) (1707-1778)** a. **Fijista** convencido. b. Desarrolló un **sistema de clasificación** de animales y plantas basado en la figura de las especies, que sigue en uso con algunas modificaciones. 2. **Georges Cuvier (1769-1832)** c. Reconoció los **fósiles** como restos de seres vivos de épocas pasadas. d. Propuso la idea de que las especies desaparecían por **catástrofes planetarias**. e. Argumentaba que las especies no cambiaban porque algunas habían permanecido invariables desde la época de los faraones. 3. **Georges Leclerc (Buffon) (1707-1788)** f. **Dudaba de la inmutabilidad** de las especies. g. Proponía que los seres vivos podían cambiar por **\"degeneración\"**, debido a factores ambientales. - **Objección al argumento de Cuvier**: - Aunque algunas especies parezcan no haber cambiado, la evidencia fósil y genética sugiere que las especies evolucionan continuamente, y la inmutabilidad aparente puede ser solo en ciertos períodos o contextos. #### **4.2 El transformismo o Lamarckismo** - Propuesto por **Jean-Baptiste Lamarck** en su obra **Filosofía zoológica** (1809). - Primera **teoría evolucionista** conocida, aunque con falta de consistencia. **Principales ideas del Lamarckismo:** 1. **Cambio gradual en el tiempo**: a. Los organismos cambian de manera **continua** y **gradual**. b. Las **discontinuidades** en la naturaleza son solo aparentes. 2. **Interacción con el medio**: c. Los **nuevos hábitos** creados por el ambiente generan **nuevas necesidades**, lo que causa la aparición o modificación de órganos. d. **\"La función crea el órgano\"**. 3. **Herencia de caracteres adquiridos**: e. Los caracteres adquiridos durante la vida de un organismo se **transmiten a la descendencia**. f. A lo largo de las generaciones, los organismos se **adaptan progresivamente** al medio en el que viven. ### **La teoría de la selección natural - Charles Darwin** #### **4.3. Un cambio lento y gradual: La teoría de la selección natural** - **Teoría formulada por Charles Darwin** en su obra *Sobre el origen de las especies* (1859). - Propone la **selección natural** como el **mecanismo causal de la evolución**. - Una idea similar fue desarrollada por **Alfred Russel Wallace** (1823-1913). #### **Principios de la selección natural** 1. **Variación en la población**: a. Los individuos de una población presentan **variaciones** en rasgos como el tamaño o la forma. 2. **Herencia**: b. Algunas de las **variaciones son hereditarias** y se transmiten a la descendencia. 3. **Supervivencia diferencial**: c. **Nacen más individuos** de los que pueden sobrevivir. d. Solo algunos **sobreviven** lo suficiente para dejar descendencia. 4. **Selección natural**: e. Los individuos con **características ventajosas** sobreviven mejor y dejan más descendencia. f. El proceso **no es aleatorio**: los rasgos que ayudan a la supervivencia se **seleccionan**. #### **Mecanismo de la evolución por selección natural** 1. **Variaciones hereditarias en la población**: a. En una población de jirafas, algunas nacen con **cuello y patas más largas**, lo que les da ventaja para sobrevivir (acceder a las hojas más altas). 2. **Supervivencia en condiciones difíciles**: b. En tiempos de **escasez de alimentos** (como sequía), las jirafas con cuello más largo tienen una ventaja sobre las de cuello corto al poder alcanzar la comida disponible. 3. **Reproducción de los individuos mejor adaptados**: c. Las jirafas con **cuello largo sobreviven mejor** y dejan más descendencia. d. Las futuras generaciones tendrán una **mayor proporción** de jirafas con cuellos largos, lo que provoca un **cambio en la población**. #### **Resultado: Evolución gradual** - Con el tiempo, las **variantes hereditarias ventajosas** se incrementan en la población, produciendo un **cambio evolutivo**. ### **El neodarwinismo y la teoría sintética** #### **4.4. Neodarwinismo y teoría sintética** ##### **Redescubrimiento de las Leyes de Mendel (1900)** - Se \"redescubren\" las **leyes de la herencia** de Mendel. - Implica la existencia de **factores hereditarios precisos** (genes). - Este descubrimiento da lugar a dos teorías clave: - **Teoría cromosómica de la herencia**: Los factores hereditarios se localizan en los cromosomas. - **Teoría de la mutación**: Los cambios en los factores hereditarios son las **mutaciones**, que originan variaciones. ##### **Impacto en la teoría de la evolución** - Las **mutaciones** explican la **variación genética** en las poblaciones. - La variación se combina y amplifica a través de la **reproducción sexual**. - Las ideas de Darwin ganan soporte con la genética: - **Cambios hereditarios en los genes** → Cambios en los caracteres → **Evolución**. #### **Teoría Sintética de la Evolución (1937)** - **Theodosius Dobzhansky** retoma las ideas de Darwin con respaldo genético en su obra *Genética y el origen de las especies*. - La **teoría sintética** fusiona la selección natural de Darwin con los avances en genética. ##### **Puntos clave de la teoría sintética** 1. **Unidad evolutiva**: a. La **población** es la unidad evolutiva, no el individuo. b. La selección natural actúa sobre individuos, pero las **poblaciones evolucionan**. 2. **Reproducción diferencial**: c. El éxito reproductivo depende de la **adaptación al ambiente**. d. Los individuos mejor adaptados **reproducen más**, transmitiendo sus genes. e. Un conjunto de genes favorecidos se convierte en **dominante** en la población. 3. **Cambio gradual**: f. La evolución es un **proceso gradual** que ocurre a lo largo del tiempo debido a los cambios en la constitución genética de las poblaciones. #### **Mecanismo de la evolución por selección natural** 1. **Variación hereditaria**: a. Ejemplo: En una población de polillas, el **alelo A** tiene una frecuencia del 10%. 2. **Diferente éxito reproductor**: b. Las aves comen más **polillas oscuras** que claras, afectando su **supervivencia**. 3. **Evolución**: c. Con el tiempo, la **frecuencia de alelos cambia** en las generaciones futuras, produciendo evolución. ### **Estado actual de las teorías evolutivas** #### **5.1. La nueva síntesis** - **Diversidad de mecanismos**: - Distintos aspectos de la evolución pueden explicarse con **mecanismos diferentes**. - Las nuevas teorías evolucionistas podrían integrarse en la **teoría sintética**. - Las contradicciones entre estas teorías y la teoría sintética son **aparentes**. - **Neutralismo y selección natural**: - La mayoría de las variaciones genéticas son **neutrales**, sin valor selectivo. - Sin embargo, un pequeño número de variaciones **adaptativas** es suficiente para que la **selección natural** intervenga en la evolución. - **Evolución en mosaico**: - Punto de encuentro entre el **gradualismo** de la teoría sintética y el **saltacionismo** del equilibrio intermitente. - En una misma especie, algunos **caracteres permanecen estables** durante largos períodos mientras otros **evolucionan gradualmente**. #### **5.2. Evo-devo: ¿El nuevo paradigma?** - **Microevolución vs. Macroevolución**: - El neodarwinismo explica la **microevolución** (ajustes finos en organismos). - La **macroevolución**, grandes cambios que dan lugar a nuevas especies, podría explicarse con la teoría emergente **evo-devo** (evolución y desarrollo). - **Control genético del desarrollo**: - Estudios sobre el desarrollo embrionario revelan que el **número de genes** que controlan el diseño de un organismo es **muy reducido**. - Estos genes son **similares** en diferentes organismos, controlando procesos de desarrollo muy variados. - **Caja de herramientas genética**: - La **diversidad morfológica** de los animales es generada por un **pequeño grupo de genes** (la \"caja de herramientas genética\"). - Cambios en estas \"herramientas\" pueden ser responsables de **novedades morfológicas importantes**. #### **Evo-devo y neodarwinismo** - **Complementación**: - La teoría **evo-devo** no refuta el neodarwinismo, sino que lo **completa**. - Se inserta en el marco de una **teoría evolutiva más comprensiva**. ### **La especiación** #### **6.1 ¿Cómo se originan nuevas especies?** - **Diversidad a partir de un ancestro común**: - Todos los seres vivos proceden de un único **ancestro común**. - La evolución debe explicar no solo cómo cambia una especie, sino también cómo se originan **nuevas especies**. - El proceso por el cual una especie da lugar a dos o más especies se llama **especiación**. - **Modelos de especiación**: - No existe un **único modelo** aceptado por todos los científicos. - La diversidad de casos y factores evolutivos ha llevado a la propuesta de **diferentes modelos** de especiación. #### **6.2 Modelo general de especiación** **Etapas del proceso de especiación**: - **1ª Etapa**: - **Aislamiento reproductivo**: - Dos poblaciones quedan **aisladas** (ej., una población se aísla en una isla). - Desde ese momento, ambas poblaciones evolucionan de manera **independiente**. - **2ª Etapa**: - **Acumulación de diferencias genéticas**: - A lo largo del tiempo, se acumulan **diferencias genéticas** debido a la deriva genética, mutaciones y selección natural. #### **Posibles resultados tras el aislamiento:** - **Cruce sin desventaja**: - Si al desaparecer el aislamiento, los **híbridos no presentan desventaja** frente a los demás individuos, **no se han formado dos especies**. - **Híbridos con desventaja**: - Si los híbridos presentan **desventajas** (ej., **esterilidad**), la **especiación es completa**. - **Selección de híbridos**: - Si los híbridos tienen desventajas y la selección natural **impide su formación**, el proceso de especiación se **completa**. ### **7. Adaptación, aclimatación y selección natural** #### **7.1. La selección natural explica la adaptación** - **Adaptación**: - Definición: Característica o rasgo que mejora la capacidad del organismo para utilizar recursos del medio, con el fin de sobrevivir y reproducirse. - Ejemplos: - Alas: Adaptación para el vuelo. - Tela de araña: Adaptación para capturar insectos. - También se refiere al proceso de ajuste de los organismos a su entorno. - **Selección natural**: - Promueve la adaptación de los organismos a su ambiente. - **Variantes hereditarias**: - Surgen por mutaciones. - **Mutaciones favorables**: Aumentan en frecuencia, ya que sus portadores tienen más descendencia. - **Mutaciones desfavorables**: Eliminadas por selección natural (portadores dejan menos descendencia). - **Ambientes en cambio constante**: - Modificaciones físicas: Ej. Variaciones climáticas. - Modificaciones biológicas: Evolución de depredadores, parásitos, etc. #### **7.2. Adaptación y aclimatación** - **Diferencia entre adaptación y aclimatación**: - **Adaptación (en biología evolutiva)**: - Propiedad de las **poblaciones** (no individuos). - No se refiere a un cambio consciente del organismo ni a la modificación de genes individuales. - **Aclimatación**: - Cambios **fenotípicos** de individuos en respuesta a cambios ambientales (ej. temperatura, altitud). - No afectan al genotipo ni se transmiten a la descendencia. ### **7.3. Tipos de adaptaciones** #### **Adaptaciones de los organismos al medio** Se agrupan en **tres tipos** principales: #### **1. Adaptaciones morfológicas o estructurales** - **Definición**: Cambios en la forma del cuerpo o en la estructura de los órganos internos. - **Ejemplos**: - **Cactus**: Espinas (hojas modificadas) → Protegen de la pérdida de humedad y ataques de herbívoros. - **Mimetismo y coloración críptica**: - Los organismos adoptan una apariencia similar a otros seres vivos o al medio para camuflarse. #### **2. Adaptaciones fisiológicas o funcionales** - **Definición**: Cambios en el funcionamiento de los órganos internos, a menudo acompañados de adaptaciones morfológicas. - **Ejemplos**: - **Glándulas de sal** en aves y tortugas marinas → Permiten excretar el exceso de sal al tragar agua de mar. - **Hibernación y estivación** → Adaptaciones para sobrevivir en condiciones extremas (frío o calor). #### **3. Adaptaciones etológicas o de comportamiento** - **Definición**: Cambios en el comportamiento de los organismos para mejorar su supervivencia o reproducción. - **Ejemplos**: - **Aves**: Exhibiciones de cortejo para atraer a la pareja. - **Migración de aves** → En busca de mejores condiciones ambientales. - **Cortejo y reconocimiento de pareja** → Adaptaciones dentro de una misma especie. #### **Características que no son adaptaciones** - No todas las características son adaptaciones, ya que deben ser el **resultado de la selección natural**. - Ejemplos de **no adaptaciones**: - **Color de piel** en humanos → Resultado de la evolución relacionada con la radiación solar. - **Órganos vestigiales**: Ej. Coxis en humanos, bazo en gallinas → No aumentan la capacidad de supervivencia o reproducción. #### **Ejemplos de adaptaciones** - **Pelaje blanco de los osos polares** → Adaptación morfológica para camuflarse en nieve y hielo. - **Migración de aves** → Adaptación de comportamiento para encontrar mejores condiciones de vida. - **Producción de veneno en serpientes** → Adaptación fisiológica para capturar presas y defenderse.