Adaptaciones Biológicas

Las adaptaciones son características que permiten a los seres vivos sobrevivir y reproducirse en su ambiente. Se clasifican en:

• Adaptaciones estructurales: Son modificaciones en las partes del cuerpo de los seres vivos. Ejemplo: la forma del pico de las aves según su alimentación.
• Adaptaciones fisiológicas: Afectan al funcionamiento interno del organismo. Ejemplo: la capacidad del dromedario para producir agua metabólica a partir de la grasa de su joroba.
• Adaptaciones de comportamiento: Son acciones que realizan los organismos. Ejemplo: la migración de las aves huyendo de las bajas temperaturas.

Evolución Biológica y Teorías Evolutivas

La evolución biológica se define como los cambios lentos y graduales que han experimentado los seres vivos a lo largo de millones de años.

Teorías Fijistas y Catastrofismo

Las teorías fijistas sostenían que las especies son inalterables desde su origen. Sin embargo, la observación de fósiles demostró que unas especies se habían extinguido y otras habían aparecido posteriormente. Georges Cuvier explicó esto mediante el catastrofismo: proponía que catástrofes periódicas habían extinguido especies locales, y posteriormente, nuevas especies, creadas por intervención divina o migradas de otras áreas, repoblaban la zona.

Teoría de la Evolución de Lamarck (Lamarckismo)

Jean-Baptiste Lamarck propuso que:

• Cuando se producen cambios en el ambiente, los seres vivos se ven obligados a utilizar más o menos un órgano.
• El uso continuo provoca el desarrollo de dicho órgano, mientras que el desuso conduce a su atrofia (la función crea al órgano).
• Estas modificaciones adquiridas (órganos que aparecen, desaparecen o se modifican) se transmiten a la descendencia (herencia de los caracteres adquiridos).

Teoría de la Evolución de Darwin (Selección Natural)

Charles Darwin propuso la Teoría de la Selección Natural, basada en los siguientes puntos:

• Variabilidad de los caracteres: Dentro de una población, los individuos presentan variaciones en sus características. Algunas de estas variaciones pueden conferir ventajas sobre otros individuos.
• Lucha por la existencia: Existe una competencia entre los organismos de una población por los recursos limitados (alimento, espacio, pareja).
• Supervivencia y reproducción diferencial: Los individuos que poseen variaciones favorables para su ambiente sobreviven con mayor probabilidad y se reproducen con más éxito, transmitiendo estas variaciones ventajosas a sus descendientes. Los individuos con variaciones menos favorables (menos aptos) tienen menor probabilidad de sobrevivir y dejar descendencia.
• Acumulación de cambios y especiación: La acumulación gradual de variaciones favorables a lo largo de muchas generaciones puede dar lugar a la formación de nuevas razas y, eventualmente, nuevas especies.

Neodarwinismo o Teoría Sintética de la Evolución

El Neodarwinismo integra la teoría de Darwin con los conocimientos de la genética:

• La unidad evolutiva no es el individuo, sino la población (conjunto de individuos de la misma especie que comparten un acervo genético).
• La variabilidad genética dentro de una población procede de dos fuentes principales: las mutaciones (cambios aleatorios en el ADN) y la recombinación genética (mezcla de genes durante la reproducción sexual).
• La selección natural actúa sobre esta variabilidad genética. Los individuos con combinaciones genéticas que les confieren alguna ventaja adaptativa en su entorno sobreviven y dejan más descendientes, transmitiendo esas ventajas. Con el tiempo, esto puede llevar a la aparición de nuevas especies.

Puntualismo (Equilibrio Puntuado)

Propone que el proceso evolutivo no siempre es gradual, sino que puede ocurrir a saltos. Se basa en la observación de que en el registro fósil hay largos períodos de estabilidad (estasis) interrumpidos por épocas puntuales de rápida aparición de muchas especies nuevas, a menudo después de grandes extinciones o catástrofes geológicas.

Neutralismo

La Teoría Neutralista de la Evolución Molecular afirma que la mayoría de las mutaciones a nivel molecular son neutras, es decir, no son beneficiosas ni perjudiciales para el individuo que las porta. En este caso, el principal mecanismo de evolución a nivel molecular no sería la selección natural, sino la deriva genética (cambios aleatorios en las frecuencias de los alelos en una población).

Especiación: La Formación de Nuevas Especies

La especiación es el proceso evolutivo mediante el cual, a partir de una población de una determinada especie, se generan nuevas especies distintas, incapaces de reproducirse entre sí y dejar descendencia fértil.

Etapas de la Especiación (modelo más común: alopátrica)

• Aislamiento geográfico: Una barrera física (río, montaña, etc.) divide a una población original en dos o más poblaciones aisladas, impidiendo el flujo genético (reproducción) entre ellas.
• Diferenciación genética: En cada población aislada, ocurren mutaciones, recombinación y actúa la selección natural (y/o deriva genética) de forma independiente, adaptándose a las condiciones ambientales específicas de su nueva localización. Esto provoca una acumulación gradual de diferencias genéticas entre las poblaciones.
• Aislamiento reproductivo: Los cambios genéticos acumulados llegan a ser tan grandes que, incluso si las barreras geográficas desaparecieran, los individuos de las poblaciones ahora diferenciadas ya no podrían reproducirse entre sí o su descendencia sería inviable o estéril. En este punto, se consideran especies distintas.

Pruebas de la Evolución

Pruebas Paleontológicas (Registro Fósil)

• Especies fósiles: Muestran organismos que vivieron en el pasado, muchos de los cuales son antepasados de especies actuales o representan linajes extintos.
• Series filogenéticas: Conjuntos de fósiles que se pueden ordenar cronológicamente por antigüedad, permitiendo observar los cambios graduales de ciertas estructuras o linajes a lo largo del tiempo (ej., la evolución del caballo).
• Formas intermedias (fósiles de transición): Fósiles que presentan características de dos grupos taxonómicos distintos, evidenciando la conexión evolutiva entre ellos (ej., Archaeopteryx, con rasgos de reptil y ave).
• Tendencia a la complejidad: En general, los fósiles más antiguos corresponden a organismos más sencillos (como invertebrados), mientras que los más recientes incluyen organismos más complejos (como los vertebrados), aunque esta tendencia no es universal ni lineal.

Pruebas Biogeográficas

• Los seres vivos de regiones geográficamente cercanas tienden a parecerse más entre sí que a los de regiones lejanas, incluso si las condiciones ambientales son similares. Las diferencias aumentan cuanto mayor es la distancia o el aislamiento.
• Existe flora y fauna con características similares en continentes actualmente separados que tuvieron un origen común cuando estos continentes estaban unidos (Pangea). Tras la separación continental (deriva continental), estos organismos evolucionaron de forma independiente en cada región.

Pruebas de Anatomía Comparada

• Órganos homólogos: Son aquellos que tienen una estructura interna similar (debido a un origen evolutivo común) pero que se han adaptado a realizar funciones distintas en diferentes especies. Indican divergencia adaptativa. Ejemplo: el ala de un murciélago, la aleta de una ballena, la pata de un caballo y el brazo humano comparten la misma estructura ósea básica heredada de un ancestro común.
• Órganos análogos: Son aquellos que tienen estructuras internas diferentes (origen evolutivo distinto) pero que han adquirido formas o funciones semejantes debido a adaptaciones a condiciones ambientales similares. Indican convergencia adaptativa. Ejemplo: el ala de un insecto (libélula) y el ala de un ave (o murciélago) sirven para volar, pero su estructura interna y origen embrionario son completamente diferentes.

Pruebas Embriológicas

El estudio comparado del desarrollo embrionario revela similitudes entre especies emparentadas. Se observa que:

• Los embriones de grupos más emparentados entre sí mantienen similitudes durante más tiempo en su desarrollo. Los grupos menos emparentados se diferencian más tempranamente.
• En las primeras etapas del desarrollo, muchos embriones de vertebrados presentan estructuras similares, como las hendiduras branquiales y la cola, que luego pueden modificarse o desaparecer en el adulto según el grupo. Ejemplo: los peces mantienen las hendiduras branquiales funcionales, mientras que en aves y mamíferos, estas estructuras se modifican o desaparecen durante el desarrollo embrionario. Esto sugiere un ancestro común para los vertebrados.

Pruebas Bioquímicas y Moleculares

• Todos los seres vivos están formados por biomoléculas similares (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, glúcidos) y comparten procesos metabólicos fundamentales (como la glucólisis).
• La estructura y función de los orgánulos celulares son notablemente similares en todas las células eucariotas.
• El código genético es prácticamente universal.
• El estudio comparado de las secuencias de ADN y proteínas entre diferentes especies permite establecer el grado de parentesco evolutivo. Cuantas más similitudes existen en estas moléculas, más cercana es la relación de parentesco entre las especies. Estos datos se utilizan para construir árboles filogenéticos precisos.

El Proceso de Hominización

La hominización es el proceso evolutivo que condujo a la aparición del Homo sapiens a partir de ancestros primates. Incluye cambios clave como:

• Bipedismo: Caminar erguido sobre dos piernas. Ventajas: liberación de las manos para fabricar herramientas, transportar objetos o alimentos; campo de visión más elevado para detectar depredadores o presas; mayor eficiencia energética en la locomoción en ciertos entornos.
• Aumento de la capacidad craneal y cerebral: Desarrollo de un cerebro más grande y complejo, lo que permitió el desarrollo del pensamiento abstracto, la planificación, la resolución de problemas y la inteligencia.
• Adquisición del lenguaje articulado: Capacidad de comunicarse mediante sonidos complejos y estructurados, permitiendo la transmisión de conocimientos, la cooperación social y el desarrollo cultural.
• Neotenia: Retención de rasgos juveniles en la edad adulta. En humanos, se manifiesta como un desarrollo cerebral prolongado después del nacimiento, lo que implica una larga dependencia infantil pero permite un mayor aprendizaje y plasticidad cerebral.

Origen de la Vida

Primeras Hipótesis y Refutación de la Generación Espontánea

Antiguamente se creía en la generación espontánea (la vida surgía de materia inerte). Francesco Redi, utilizando el método científico, demostró que los gusanos (larvas) en la carne podrida no surgían espontáneamente, sino de huevos depositados previamente por moscas.

Louis Pasteur refutó definitivamente la teoría de la generación espontánea, incluso para los microorganismos. Utilizó matraces con cuello de cisne (en forma de S) que contenían un caldo nutritivo. Hirvió el caldo para esterilizarlo. El aire podía entrar, pero los microorganismos quedaban atrapados en la curvatura del cuello. Mientras el caldo no entraba en contacto con los microbios del aire, permanecía estéril, demostrando que la vida solo proviene de vida preexistente (Omne vivum ex vivo).

Hipótesis de Oparin y Haldane (Síntesis Prebiótica)

Alexander Oparin y J.B.S. Haldane propusieron, de forma independiente, que las primeras formas de vida pudieron haberse formado a partir de materia inorgánica en las condiciones de la Tierra primitiva. Sugirieron que:

• La atmósfera primitiva era reductora, compuesta principalmente por vapor de agua (H₂O), metano (CH₄), amoniaco (NH₃) e hidrógeno (H₂), sin oxígeno libre (O₂).
• Fuentes de energía como las descargas eléctricas de las tormentas, la radiación ultravioleta del sol y el calor volcánico actuaron sobre estos gases atmosféricos.
• Estas reacciones químicas formaron moléculas orgánicas sencillas (aminoácidos, azúcares, bases nitrogenadas) que se acumularon en los océanos primitivos, formando la «sopa primitiva«.
• Estas moléculas orgánicas sencillas se combinaron para formar moléculas más complejas (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, glúcidos).
• Eventualmente, estas moléculas complejas pudieron organizarse en estructuras precursoras de las células (como los coacervados de Oparin), capaces de mantener un medio interno diferenciado y, crucialmente, de replicarse (hacer copias de sí mismas), dando origen a las primeras formas de vida.

Evolución de las Primeras Células

1. Procariotas heterótrofas anaerobias: Las primeras células serían similares a bacterias, obteniendo nutrientes y energía mediante la fermentación de la materia orgánica abundante en la «sopa primitiva». Vivían en ausencia de oxígeno.
2. Procariotas autótrofas:
   • Fotosintéticas (cianobacterias): Cuando la materia orgánica comenzó a escasear, algunas bacterias desarrollaron la capacidad de usar la energía del sol para sintetizar su propio alimento (fotosíntesis). Un subproducto crucial de esta fotosíntesis fue la liberación de oxígeno (O₂) a la atmósfera.
   • Quimiosintéticas: Otras bacterias desarrollaron la capacidad de obtener energía oxidando compuestos inorgánicos (quimiosíntesis). Algunas pudieron adaptarse al creciente oxígeno.
3. Procariotas heterótrofas aerobias: La acumulación de oxígeno en la atmósfera permitió la aparición de bacterias capaces de utilizarlo para obtener energía de forma mucho más eficiente mediante la respiración celular, consumiendo moléculas orgánicas.
4. Células eucariotas: Surgieron posteriormente a partir de células procariotas, según la Teoría Endosimbiótica.

Teoría Endosimbiótica

Propuesta por Lynn Margulis, explica el origen de las mitocondrias y los cloroplastos en las células eucariotas:

• Una célula procariota grande (probablemente una arquea o una bacteria primitiva) fagocitó (ingirió) a una bacteria aerobia más pequeña (capaz de realizar la respiración celular). En lugar de ser digerida, la bacteria aerobia sobrevivió dentro de la célula hospedadora y estableció una relación simbiótica (endosimbiosis). Con el tiempo, esta bacteria se transformó en la mitocondria. Esta célula sería el ancestro de las células eucariotas animales y fúngicas.
• Posteriormente, algunas de estas células eucariotas primitivas fagocitaron también a una cianobacteria (bacteria fotosintética). Esta cianobacteria también estableció una endosimbiosis y se transformó en el cloroplasto. Estas células evolucionaron hacia las algas y las plantas (células eucariotas vegetales).

Pruebas que apoyan la Teoría Endosimbiótica:

• Las mitocondrias y los cloroplastos poseen su propio ADN circular, similar al de las bacterias.
• Poseen sus propios ribosomas (70S), también similares a los bacterianos (diferentes de los ribosomas 80S del citoplasma eucariota).
• Tienen una doble membrana: la interna sería la membrana original de la bacteria fagocitada, y la externa procedería de la membrana de la célula hospedadora que la englobó.
• Son capaces de dividirse de forma independiente dentro de la célula eucariota, mediante un proceso similar a la fisión binaria bacteriana.

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