El Origen de la Vida y la Refutación de la Generación Espontánea

En la antigüedad, una de las ideas más extendidas fue la creencia de que los seres vivos surgían por generación espontánea a partir de la materia inerte, como consecuencia de una fuerza vital de origen sobrenatural. El primer intento por refutar de forma científica esta idea fue el de Francesco Redi. Redi introdujo un trozo de carne en dos recipientes, uno abierto y otro cubierto por una gasa. En ambas la carne se estaba descomponiendo, aunque solo aparecían gusanos en el frasco que no estaba cubierto.

Hubo que esperar hasta la segunda mitad del siglo XIX cuando Louis Pasteur logró demostrar con sus experimentos que ningún ser vivo proviene de generación espontánea, sino que todo ser vivo proviene de otro. Introdujo caldo de carne en dos matraces de cuello estrecho e hirvió el líquido de cada matraz y, tras dejarlo reposar, a uno de ellos le quitó el cuello. Tras un tiempo, observó que el caldo que contenía el matraz con cuello no se había descompuesto, mientras que el otro sí. Pasteur demostró que los microorganismos estaban en el aire adheridos a partículas de polvo. Al pasar el aire por el cuello curvado de los matraces, el polvo quedaba depositado en el primer codo. Sin embargo, al romper el cuello, los microorganismos entraban en contacto con el caldo y lo descomponían.

Especiación: El Proceso Evolutivo de Formación de Especies

La especiación es el proceso evolutivo de formación de especies por el que una especie antecesora se diversifica en dos o más especies diferentes. La principal causa de especiación es el aislamiento reproductivo, es decir, la incapacidad de un grupo de individuos para reproducirse con otros de su misma especie, interrumpiendo el libre intercambio de genes.

Teorías Modernas Sobre el Origen de la Vida

Panspermia

Defiende que la vida se originó en el espacio y que pudo llegar hasta la Tierra transportada por meteoritos. Este modelo tomó fuerza al confirmarse la presencia de materia orgánica en algunos meteoritos y cometas.

Abiogénesis

Este modelo es el más aceptado y reúne un conjunto de teorías sobre el origen de las primeras formas de vida. Se plantean tres pasos necesarios:

• Formación de moléculas orgánicas sencillas a partir de inorgánicas.
• Desarrollo de moléculas complejas.
• Aparición de las primeras células, un proceso que se conoce como evolución química.

Teoría de la Sopa o Caldo Primordial

Propusieron que una atmósfera primitiva sin oxígeno, constituida por gases como el metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua. La radiación ultravioleta y la energía eléctrica provenientes de fuertes tormentas sirvieron de fuentes de energía para que se produjese una gran variedad de moléculas que fueron depositándose en las aguas poco profundas de los primeros mares.

Teoría de las Fuentes Hidrotermales

Propone que la vida se originó en las fuentes hidrotermales, situadas en el fondo marino a salvo de la radiación solar y protegidas de fuerzas como el viento y las fuertes corrientes. En estos lugares, ricos en metano, ácido sulfúrico y hierro, proliferaron una gran diversidad de formas de vida, entre ellas bacterias que se alimentan de dichos compuestos y son resistentes.

El Origen de la Biodiversidad

Hasta el siglo XIX se creía que los seres vivos que se conocían habían existido siempre, sin tener ningún cambio. Las dos teorías predominantes de la época eran:

• Creacionismo: Los seres vivos han sido creados por Dios y, por tanto, no son fruto de la evolución. En la actualidad, todavía se estudia en algunas escuelas de Estados Unidos el creacionismo como una teoría al mismo nivel que la teoría de la evolución.
• Fijismo: Las especies que existen en la actualidad han permanecido invariables, sin evolucionar desde su aparición.

Ambas ideas postulaban que todas las especies de seres vivos aparecieron al mismo tiempo sobre la Tierra, fueron creadas por Dios y han permanecido inmutables a lo largo del tiempo.

Estas ideas se pusieron en duda cuando se descubrieron restos de organismos fosilizados muy diferentes a los que existen en la actualidad. George Cuvier, observando la gran cantidad de fósiles, dedujo que las especies aparecían sobre la Tierra, se mantenían durante un tiempo sin tener ningún cambio, y desaparecían cuando se producía una catástrofe, y así sucesivamente. Una de estas catástrofes podía haber sido el diluvio universal y surgió una variante del fijismo llamada catastrofismo. Algunos de los primeros evolucionistas fueron:

• Anaximandro: Defendió que algunas especies evolucionaron a partir de otras. Como por ejemplo, los animales terrestres provenían de los peces.
• George Louis Leclerc: Las especies podían sufrir cambios según las condiciones del medio, dando lugar a híbridos.
• Erasmus Darwin: Unas especies se transforman en otras según las necesidades impuestas por el medio.

Lamarck y la Herencia de los Caracteres Adquiridos

La primera teoría coherente fue propuesta por Jean Baptiste de Monet, Caballero de Lamarck. Lamarck dedicó gran parte de su vida al estudio de invertebrados, incluidos fósiles. Llegó a la conclusión de que las especies se van haciendo más complejas con el paso del tiempo. Los aspectos más importantes de la teoría transformista de Lamarck son:

• Importancia del ambiente: La modificación de las condiciones el medio es el motor que impulsa el cambio en los organismos.
• Ley de uso y desuso: En función de las necesidades impuestas por el medio natural, los órganos pueden crecer y desarrollarse e incluso modificar su forma, según el uso que se les dé. Sin embargo, también pueden reducirse y llegar a desaparecer cuando dejan de usarse.
• Herencia de los caracteres adquiridos: Los cambios ventajosos producidos en vida son transmitidos a la descendencia.

Con el desarrollo de la genética se pudo comprobar que los caracteres adquiridos no se transmiten a la descendencia.

Principio de usos y desuso de Lamarck: Para Lamarck, los canguros y las avestruces tienen las patas muy desarrolladas porque las usan mucho. En cambio, tanto las alas de las avestruces como las extremidades superiores del canguro, como no se usaban, redujeron su tamaño.

Los cuernos de los ciervos machos son muy grandes por su uso. Como son frecuentes las peleas con otros ciervos, se van desarrollando y haciéndose más resistentes.

Darwin, Wallace y la Selección Natural

Charles Darwin y Alfred R. Wallace fueron naturalistas que estudiaron la fauna y flora en diferentes zonas del mundo. Llegaron de forma independiente a las mismas conclusiones sobre el origen de la diversidad de especies, aportaron numerosas pruebas. Se pueden resumir en los siguientes puntos:

• Todas las especies, incluyendo los humanos, descienden de otras diferentes y están relacionadas entre sí porque tienen un antepasado común.
• Las especies cambian a lo largo del tiempo, es decir, evolucionan, siendo este proceso gradual, continuo y lento. Esto se conoce como gradualismo.
• El principal mecanismo para explicar de qué modo pueden cambiar las especies es la selección natural, un proceso relacionado con los cambios en las condiciones del medioambiente y la capacidad de adaptación de los seres vivos.

Las Mutaciones como Fuente de Variabilidad Heredable

Las mutaciones son alteraciones del material genético. Son el origen de la formación de los variantes de un gen, los alelos. Cuando tienen lugar en los gametos se transmiten a la descendencia. Tipos de mutaciones:

• Favorable: Proporcionan algún tipo de beneficio al portador, por lo que aumenta su probabilidad de tener descendencia y transmitir sus genes.
• Perjudiciales: Reducen el éxito reproductivo del individuo, por lo que tienen poca o ninguna probabilidad de ser transmitidas a la descendencia.
• Neutras: En principio no tiene consecuencias. Por tanto, la selección natural no actúa sobre ellas, ya que no influyen en el éxito reproductivo del individuo.

¿Cómo Actúa la Selección Natural?

El concepto de selección artificial se fundamenta en tres principios:

• Existencia de variabilidad heredable: Entre los individuos que forman una población existen diferencias y estas características tienen que poderse transmitir a la descendencia. Esta variedad dentro de una población es la materia prima sobre la que actúa la selección natural.
• Descendencia con modificación: Los descendientes no son réplicas exactas de sus progenitores, sino que durante la reproducción se combinan las características heredadas de cada uno de los progenitores y se obtienen individuos diferentes.
• Reproducción diferencial: Los seres vivos hacen todo lo posible por sobrevivir y tener descendencia, por lo que aquellos que presenten características heredables ventajosas tienen más probabilidad de sobrevivir.

Selección Sexual

Algunos individuos muestran características que aparentemente no mejoran su supervivencia e incluso la perjudican pero, en cambio, tienen más facilidad para reproducirse y transmitir sus genes a sus descendientes. La reproducción, por tanto, no sólo depende de la capacidad de supervivencia, sino de la capacidad de llamar la atención de una pareja o de luchas entre machos para conseguir copular con la hembra.

Coevolución

Algunas especies están tan interrelacionadas que los cambios de una afectan a la otra.

Adaptación

La adaptación es toda aquella característica que proporcione a su portador una ventaja que le permita aumentar sus probabilidades de llegar a reproducirse de forma eficiente. Este puede ser un comportamiento que permite escapar de un depredador.

La Reproducción Sexual como Fuente de la Descendencia con Modificación

Mediante la reproducción sexual se obtienen nuevos individuos, diferentes entre sí y también respecto a sus progenitores. No es un proceso que origine nuevas variantes genéticas, pero sí nuevas combinaciones de genes, es decir, nuevos genotipos. Los tres procesos clave en los que se genera variabilidad son:

• El entrecruzamiento que tiene lugar durante la profase I, en la que hay intercambios de fragmentos de las secuencias de nucleótidos entre los homólogos.
• La separación de cromosomas homólogos durante la anafase I. La distribución de estos es al azar, por lo que en cada célula haploide resultante hay una mezcla de cromosomas paternos y maternos.
• La fecundación, puesto que el cigoto resultante es portador de una combinación de genes distinta a los progenitores.

Pruebas Anatómicas de la Evolución

Las pruebas anatómicas están basadas en la comparación de la anatomía de distintas especies, tanto su estructura como su función. Se distinguen tres tipos de órganos que apoyan el proceso evolutivo:

• Los órganos vestigiales: Son órganos que están presentes, pero no se usan. Su presencia indica que provienen de un antecesor que sí lo usaba.
• Los órganos homólogos: Son aquellos que tienen la misma estructura, pero con forma y función diferentes. Su presencia confirma que comparten un antecesor común, aunque con formas de vida diferentes. Es el caso de las alas de murciélago y el brazo humano.
• Órganos análogos: Son aquellos que tienen una estructura distinta, aunque su forma y función sean similares. Ante la misma necesidad, las adaptaciones pueden ser semejantes, como las alas de un murciélago y una mosca.

Mecanismos Evolutivos Más Comunes

• Selección natural: Actúa aumentando la proporción de los caracteres que aportan ventajas a los individuos portadores, puesto que van a tener mayor probabilidad de reproducirse y transmitir a la descendencia el carácter en cuestión. Si las condiciones del entorno persisten y la presencia de ese carácter sigue proporcionando a los portadores una mayor probabilidad para reproducirse, con el tiempo su presencia será mayoritaria en la población, reduciéndose la otras variantes menos ventajosas.
• Deriva genética: Es un proceso de cambio de las proporciones alélicas que puede tener lugar cuando un grupo de individuos al azar queda aislado del resto de individuos de una población y forma una población nueva que pueda tener una proporción de alelos diferente a la original. Los fenómenos más conocidos de deriva son el efecto fundador, en el que un grupo pequeño se separa y funda una nueva población, y los cuellos de botella, cuando unos pocos individuos sobreviven a un evento de gran mortalidad.
• Flujo génico: Las migraciones de individuos de una población pueden alterar la proporciones génicas tanto de la población de origen como de la que acogen. En la población originaria se produce pérdida de variabilidad, porque al abandonarla no van a aportar descendencia nueva y sus genes se pierden. En la población de acogida aumenta la variabilidad, ya que al tener descendencia en ella van a aportar sus genes e incluso nuevas variantes que no habían y que pueden resultar beneficiosas.

Pruebas Biogeográficas de la Evolución

La biogeografía es el estudio de la distribución geográfica de las especies. Darwin y Wallace investigaron muchas muestras de fauna y flora de diversas zonas y llegaron a la conclusión de que:

• En los archipiélagos, existían especies próximas que presentaban grandes diferencias entre sí. Estas provenían de una única especie antecesora.
• Algunas características se repetían en especies distintas que vivían en lugares muy alejados entre sí, pero con condiciones ambientales similares.

Pruebas Paleontológicas de la Evolución

En muchos casos, el registro fósil está incompleto. Esto puede deberse a que no todos los individuos fosilizaron, que no se conservaron bien o que no se han encontrado aún. Sin embargo, en algunos casos ha sido posible construir series muy completas, ordenadas de más antiguos a más modernos, que reciben el nombre de filogenias. Algunos fósiles tienen una gran importancia, pues son formas intermedias entre dos grandes grupos de seres vivos y presentan rasgos de ambos, por lo que reciben el nombre de fósiles transicionales.

Pruebas Bioquímicas de la Evolución

Se realizan a partir del estudio de las diferencias existentes entre a nivel molecular entre especies. Para ello, se usan principalmente proteínas y ácidos nucleicos, sobre todo ADN. Cuando dos poblaciones se aíslan y se enfrentan a condiciones distintas, con el paso del tiempo van acumulándose diferencias hasta constituir dos especies distintas. Este mismo principio puede observarse a escala molecular, al acumularse variaciones que permiten distinguir unas especies de otras.

Tipos de Especiación

Especiación Alopátrida

Las especies son separadas espacialmente y quedan aisladas. Con el tiempo las especies se diferencian, acumulando cambios. Cuando se vuelven a reunir, sus diferencias impiden la reproducción.

Especiación Simpátrida

Algunos individuos buscan nuevas formas de alimentación. Se diferencian dos grupos aislados por el tipo de alimento. Aunque viven juntos, sus diferencias impiden la reproducción.

El Aislamiento Reproductivo

Las barreras que pueden limitar la reproducción entre los individuos de una población se clasifican atendiendo a varios factores:

• Evitan el apareamiento: Se distinguen varios tipos:
  • Aislamiento estacional: Cuando dos poblaciones que viven en el mismo lugar presentan diferencias.
  • Aislamiento conductual: Cuando dos poblaciones desarrollan rituales de cortejo o conductas de apareamiento diferentes.
  • Aislamiento ecológico: Cuando en un mismo hábitat conviven dos poblaciones que se especializan en nichos ecológicos distintos.
  • Aislamiento mecánico: Cuando hay diferencias morfológicas que hacen imposible el apareamiento entre individuos de una población.
• Impiden la fecundación: Cuando se desarrollan incompatibilidades entre los gametos que impiden la formación del cigoto. También se las conoce como aislamiento gamético.
• Reducen la viabilidad de híbridos: Cuando los híbridos tienen poca o ninguna posibilidad de lograr descendencia fértil.

Teoría Sintética de la Evolución

La síntesis moderna de la evolución, que es como oficialmente se presentó, se fundamenta en los siguientes principios:

• Rechaza la herencia de los caracteres adquiridos propuesta por Lamarck, idea que ni el propio Darwin rechazó.
• Reconoce que la selección natural es el principal mecanismo de cambio evolutivo en las poblaciones. Esta actúa sobre los individuos, pero lo que evolucionan son las poblaciones.
• Defiende que las variaciones existentes entre los individuos de una población se deben a las mutaciones, como principal fuente de nuevas variantes genéticas, y a los procesos de combinación aleatoria de genes en la reproducción sexual.
• Mantiene que la evolución biológica es un proceso gradualista de acumulación de pequeñas variaciones en los genes de los individuos de una población. Con el paso del tiempo, las diferencias serán tan grandes que se podrá originar una nueva especie.

Esta teoría es la más aceptada, especialmente por su desarrollo en forma de modelos matemáticos, área conocida como genética de poblaciones. Pese a ello, cada vez hay más críticas sobre su validez para explicar los grandes fenómenos de diversificación de especies.

Teoría Neutralista de la Evolución

La teoría neutralista habla de un nivel molecular, ya que a nivel macroscópico sigue afirmando que la selección natural es el motor evolutivo.

Teoría del Equilibrio Puntuado

Cuando se estudia el registro fósil, los paleontólogos ponían en duda el gradualismo que afirma la teoría sintética de la evolución. Si el gradualismo fuera cierto, debería haber multitud de fósiles con características intermedias entre una especie y otra, mostrando un cambio lento y continuo en la evolución. Pero en muchos casos, desaparece de repente una especie y aparece otra. Según algunos paleontólogos, como Stephen Jay Gould, creen que es más acertada la teoría del equilibrio puntuado o intermitente. Según esta teoría, las especies están mucho tiempo sin ningún cambio o con cambios poco importantes, pero en determinados momentos, algunas especies tienen periodos de cambio muy rápido.

No hay que confundir el puntualismo con el saltacionismo. El saltacionismo postula que aparecen nuevas especies en una sola generación, y el puntualismo no está a favor de eso. El puntualismo no niega el neodarwinismo, sino que propone una explicación para los casos en los que se produce una rápida diversificación de especies.

Simbiogénesis

Aunque no existe una teoría unificada como tal, la simbiogénesis reúne un conjunto de propuestas que, con mayor o menor acierto, han refutado algunos de los planteamientos de la teoría sintética. Entre sus ideas básicas destacan las siguientes:

• Rechaza que las mutaciones sean el principal mecanismo de obtención de nuevos genes en una población. Para ello, propone otros fenómenos, como el de la transferencia de genes e incluso genomas completos entre especies.
• Defiende procesos rápidos de formación de especies mediante el establecimiento de relaciones simbióticas extremas entre ellas.

Bipedismo

El bipedismo o bipedestación es la capacidad para andar sobre las dos extremidades inferiores, sin apoyar las palmas de las manos ni los nudillos, adquiriendo una posición erguida. El tener una posición erguida les permitía localizar presas y depredadores, ya que podían ver con más facilidad a su alrededor. Además, al no usar las manos, las podían utilizar para otros fines. El bipedismo llevó asociados otros cambios morfológicos en el esqueleto y la musculatura:

• La columna vertebral deja de ser recta a tomar forma de «S». Así soporta mejor la postura erguida y mantiene el centro de gravedad sobre la cintura y que los pies soporten el peso. El bipedismo genera mucha tensión en la columna vertebral, por lo que no es raro que tengamos dolor de espalda.
• Estrechamiento del canal pélvico, lo que dificulta el parto en las mujeres. El parto humano es más doloroso que el del resto de primates.
• Acortamiento de las extremidades superiores, que dejan de tener función locomotora.
• Modificación del cráneo para adaptarse a la posición erguida. El orificio del cráneo por donde pasa la médula espinal, el foramen magnum, se va desplazando hasta la base del cráneo. El cráneo pasa de estar insertado en la columna por su parte trasera a hacerlo por su parte inferior. Gracias a este cambio en la inserción de la columna vertebral en el cráneo se produjeron cambios en la laringe que han permitido desarrollar las cuerdas vocales y tenemos la capacidad de hablar. El lenguaje permitió la coordinación de grupos y la transmisión de conocimientos, permitiendo la evolución cultural y el pensamiento simbólico.
• La aparición de un pulgar oponible permite agarrar y manipular objetos.
• Los pies se hacen menos flexibles, con la planta arqueada para distribuir el peso de una forma más uniforme. El pulgar es más ancho y no oponible al resto de los dedos, ya que sólo se utiliza para andar.

Ventajas y Desventajas del Bipedismo

Ventajas

• Permite dejar las manos libres, ya que no se emplean para desplazarse, por lo que las pueden utilizar para coger objetos.
• Al tener los ojos a más altura, pueden ver el horizonte por encima de la vegetación para encontrar presas o huir de los depredadores.
• El desplazamiento bípedo es más lento que el cuadrúpedo, pero como consume menos energía le permite recorrer grandes distancias. Como hace falta menos energía para sobrevivir, necesitan menos esfuerzo para alimentarse.

Desventajas

• El bipedismo genera enormes tensiones en la estructura esquelética, especialmente en la columna vertebral y las articulaciones de las extremidades inferiores. El dolor de espalda es parte del precio por mantener la postura erguida.
• Los cambios que tienen lugar en la pelvis afectan especialmente a las mujeres, sobre todo por el estrechamiento del canal pélvico. Como consecuencia de este cambio, el parto humano es un proceso más complejo y doloroso.

Hominización

Las características de los humanos modernos, tal y como somos en la actualidad, son fruto de un largo proceso de evolución conocido como hominización. Este proceso está relacionado con un cambio en el clima de la región oriental del continente africano. Grandes áreas de bosque fueron afectadas por falta de lluvias, lo que redujo la vegetación hasta formar las extensiones de sabana que conocemos en la actualidad. Las poblaciones de primates que consiguieron sobrevivir en ese nuevo ambiente, entre las que se encontraban los antecesores de los humanos modernos, evolucionaron en un ambiente seco y cálido. Entre las adaptaciones destaca el bipedismo.

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