Tema 3. Origen de la vida i evoluci贸. Evoluci贸 humana
1. Característiques d’un ésser viu
Els éssers vius Un ésser viu és matèria organitzada en cèl·lules que fa processos vitals i que mantenen contant el seu medi intern (homeòstasi) Matèria inorgànica Aigua, Sals minerals i Gasos Matèria orgànica formada per C, H, O, N P: Glúcids, Lípids, Proteïnes i Àcids nucleics
Teoria cel·lular : 1. La cèl·lula és la unitat morfològica 2. La cèl·lula és la unitat funcional 3. La cèl·lula és la unitat d’origen (unitat genètica)
Nutrició: Intercanviar matèria i energia Reproducció: Fer rèpliques o còpies de si mateixos Relació: Rebre la informació del medi i respondre-hi
ORIGEN I EVOLUCIÓ DE LA VIDA • Fa aproximadament 4500 milions d’anys es va formar la Terra i els organismes vius més antics datats tenen uns 3500 milions d’anys : ESTROMATÒLITS, Cianobacteris. • Però, Com es va originar la vida?
TEORIES
3. Origen de la vida Des d’antic hi ha hagut teories CREACIONISTES que han explicat l’origen de la vida gràcies a la intervenció divina. Des de llavors totes les espècies han mantingut les seves característiques fixes i invariables ( fixisme ). • El món i tot el que hi habita van ser creats per déu en sis dies ( creacionisme ) .
GENERACIÓ ESPONTÀNIA: Alguns científics es desmarquen del creacionisme: algunes espècies poden sorgir del fang, d’una camisa suada... Autors que la van defensar: des d’Aristòtil (384-322 aC) fins A Helmont (1577-1644) En el segle XVII, el metge i alquimista belga Jan Baptist van Helmont (1580-1644) escrivia receptes per a produir animals: Prengui's una camisa bruta i deixi's en ella uns grans de blat durant 21 dies en un lloc fosc, apareixeran amb seguretat alguns ratolins. L'aigua de la font més pura, col·locada en un recipient impregnat per l'aroma d'un ferment, es rovella i engendra cucs. Les olors que s'eleven des del fons dels pantans produïen granotes, bavoses, sangoneres, herbes. Facin un forat en un maó, introdueixin alfàbrega triturada, col·loquin un segon maó sobre el primer de manera de cobreixi totalment el forat, exposin els dos maons al sol i, al cap d'alguns dies, l'olor de l'alfàbrega actuant com ferment, transformarà l'herba en autèntics escorpins. Per a van Helmont el principi actiu es trobava en la suor humana.
En contra de la generació espontània
cera
gasa
Experiment de Redi
La teoria es va deixant de banda però encara hi ha autors que defensen l’aparició de microbis per generació espontània fins el segle XIX.
Louis Pasteur Louis Pasteur és un dels científics més famosos de tota la història. Les seves contribucions al coneixement científic i a la salut i al benestar de la humanitat van ser enormes. Per exemple: •Teoria microbiana de les malalties infeccioses. •Promoció de canvis en la pràctica hospitalària, que han salvat milions de vides. •Descobriment del fet que les fermentacions són produïdes per microbis. •Refutació definitiva de la teoria de la generació espontània. •Desenvolupament de la vacuna contra el carboncle. •Desenvolupament de la vacuna contra la ràbia. •Desenvolupament de la 'pasteurització', un mètode utilitzat encara actualment per a destruir microbis perillosos en alguns productes alimentaris. Pasteur va nàixer a Dole (França), el 27 de desembre de 1822. A la seva mort, el 1895, va ser enterrat com a heroi nacional pel govern francès. Les seves restes reposen en una cripta en l'Institut Pasteur, a París, construït per a continuar la recerca que Louis Pasteur començà.
•George Cuvier (1769 – 1832)
• - Biòleg francès. Fundador de l’Anatomia comparada. • - S’ocupà del problema dels fòssils, establint la classificació sistemàtica dels mateixos. • - Per conviccions religioses Cuvier no acceptava cap idea d’evolució dels éssers vius. • Creà la teoria del CATASTROFISME, postulant que la Terra, encara que antiga, patia catàstrofes periòdiques que anihilaven la vida damunt d’ella: o Els fòssils constituïen les restes dels éssers vius destruïts en cada catàstrofe. o El catastrofisme era fàcil de reconciliar amb la Bíblia: El “Gènesi” exposa explícitament varis actes de creació i esmenta, a més, almenys un gran cataclisme, el diluvi universal, al que sobrevisqué Noé. Hi havia, doncs, una tendència a associar el catastrofisme amb l’ortodòxia religiosa; mentre es considerava que l’evolucionisme era doctrina atea.
3.3. Aleshores, com s’havien format les primeres cèl·lules a la terra? Hi ha hagut generació espontània de vida en les condicions inicials del planeta?
3.3.1. L’origen de la vida a partir de coacervats Oparin i Haldane: de l’evolució química a evolució biològica
1924 A. Oparin: bioquímic rus va proposar, per 1er cop, una teoria sobre l’origen de la vida a partir de matèria inert 1929 J. Haldane publica un article sobre l’origen de la vida molt semblant a Oparin SÍNTESI ABIÒTICA Segons Oparin: fa uns 4.600 milions d’anys es va formar la Terra. Les erupcions volcàniques se succeïen i llençaven grans quantitats de vapor d’aigua, NH3, CH4, H2, CO, CO2 i SO2, que poc a poc anirien constituint l’atmosfera primitiva. No hi havia oxigen. Era reductora. En refredar-se la Terra es va començar a condensar-se el vapor, es van formar els primers oceans. Degut a la radiació ultraviolada provinent del Sol i a les descàrregues elèctriques de les tempestes, els gasos de l’atmosfera es van combinar entre si i van formar les primeres molècules orgàniques.
• QUINS CIENTÍFICS VAN PROPOSAR PER PRIMERA VEGADA UNA TEORIA SOBRE L’ORIGEN DE LA VIDA ABIÒTIC? • FEU UN ESQUEMA D ELES PRINCIPALS ETAPES
Les molècules orgàniques, arrossegades per la pluja, es van acumular als oceans i van formar el brou primitiu.
De la síntesi prebiòtica als primers organismes: En el mar, algunes molècules es van combinar i van formar molècules més complexes, i aquestes es van combinar entre si fins a formar gotetes minúscules plenes de brou i d’altres molècules: els coacervats. Partícula col.loïdal
aigua
Algunes d’aquestes gotetes va adquirir la particularitat de poder-se dividir en altres gotetes iguals: eren les primeres cèl·lules. Aquestes primeres cèl·lules s’alimentaven del brou primitiu.
Cèl. quimiosintètiques Després de les primeres cèl.lules: -- el brou escasseja i apareixen cèl·lules que poden fabricar el seu propi aliment (fotosintètiques). -- En el procés de fabricar l’aliment, aquestes algues deixaven anar oxigen (O2). -- Fa uns 2.400 M.a. hi havia prou oxigen com per afirmar que l’atmosfera era oxidant. -- Amb el pas de milions d’anys, una part de l’oxigen de les altes capes de l’atmosfera va ser transformat, per acció de la radiació ultraviolada, en ozó. -- Fa 400 M.a. ja existia la capa d’ozó, i els continents van ser colonitzats per les primeres plantes i animals.
Cèl. fotosintètiques
ATMOSFERA PRIMITIVA REDUCTORA, SENSE OXIGEN
DESCÀRREGUES ELÈTRIQUES
UVA,
CONDENSACIÓ VAPOR AIGUA: OCEANS I MARS
ERUPCIONS VOLCÀNIQUES
FORMACIÓ PRIMERES MOLÈCULES ORGÀNIQUES
COACERVATS
OXIGEN
CRISI ALIMENTARIA
CAPA OZÒ AUTROTOFOS
• La hipòtesi d’Oparin explica com es passa de la matèria inorgànica a l’orgànica però no de la no-vida a la vida ja que no explica l’origen dels enzims ni com podien evolucionar L’edat aproximada dels fòssils de les primeres cèl·lules és de 3500 Ma
3.3.2.Un salt importantíssim: 1953 Experiment que demostrà la síntesi de matèria orgànica a partir de matèria inorgànica
Metà, amoníac, hidrogen molecular i vapor d’aigua
condensador
Esquema de l’aparell experimental amb què Stanley Miller i Harold Urey van produir al laboratori les condicions hipotètiques de l’atmosfera terrestre Van obtenir aminoàcids (1953)
3.3.4. Una altra dada: 1959 Joan Oró, seguint el protocol de Miller però canviant la composició inicial de gasos va obtenir compostos orgànics que formen part dels àcids nuclèics
A partir d’àcid cianhídric (HCN), àcid abundant a l’Univers va obtenir adenina
(Lleida, 26 d'octubre de 1923 - Barcelona, 2 de setembre de 2004)
3.3.5.Altres hipòtesis prebiòtiques 1. L'hipòtesi del món d'ARN Postula que abans de l'aparició de la vida actual, basada en l’ADN va existir un món ple de vida basada en àcid ribonucleic (ARN). L'ARN pot servir tant per a emmagatzemar informació com per actuar com un enzim, podria haver suportat vida cel·lular o precel·lular. La biosfera va evolucionar fins l’actual basada en l’ADN i les proteïnes per dues raons: -- l’ADN té més estabilitat química (emmagatzema millor la informació) -- les proteïnes són més flexibles com a enzims gràcies a la gran varietat
2. La panspèrmia és la teoria segons la qual l'aparició de la vida a la Terra és d'origen extraterrestre. Suggereix que les "llavors" o l'essència de la vida prevalen disseminades per tot l'univers i que la vida va començar a la Terra gràcies a l'arribada de tals llavors al nostre planeta. Estructures en el meteorit ALH84001 (NASA) en el què es creu que podria ser d'un bacteri.
3.4. Evoluci贸 bi貌tica
Les roques més velles •
•
•
•
La roca més vella del món: Uns gneis d’Acasta (Canadà) 4030 milions d’anys Els primers fòssils: Roques amb fòssils a Isua (Grenlàndia) i Apex (Austràlia) de fa 3500 milions d’anys. Eren cèl·lules procariotes Els primers fòssils possibles eucariotes: 2100 milions d’anys de la mina Empire a Michigan Els primers fòssils segurs eucariotes fa 1500 milions d’anys
Poc més de 500 ma
Entre 1400 i 2300 ma
Origen de les cèl·lules eucariotes: -- Hipòtesi autògena de Taylor i Dobson: la cèl·lula es compartimenta -- Hipòtesi de l’endosimbiosi de Lyn Margulis
Teoria endosimbiòntica va ser formulada per la biòloga nordamericana Lynn Margulis (1967) Explica la presència d'orgànuls intracel·lulars amb genoma propi en les cèl·lules eucariotes
La recolzen: -- ribosomes de tipus bacterià en mitocondris i plastidis. -- genoma circular i es troba lliure. -- estructura de dobles bicapes lipídiques.
La Teoria Endosimbiòntica (biòloga americana Lynn Margulis) per tal d'explicar la presència d'orgànuls intracel lulars amb genoma propi en les cèl lules eucariotes. Aquests orgànuls, els mitocondris i els plastidis haurien estat en el seu inici bacteris que s'haurien instal lat a l'interior d'una primitiva cèl lula eucariota de forma simbiòtica. Amb el pas del temps part dels gens d'aquests simbionts s'haurien transferit al genoma de la cèl lula hoste i només una petita part restaria en el genoma original del simbiont. Proves que recolzen aquesta teoria són la presència de ribosomes de tipus bacterià en l'interior de mitocondris i plastidis. El genoma d'aquests orgànuls éstà organitzat com el dels bacteris, és circular i es troba lliure sense cap coberta. L'estructura de dobles bicapes lipídiques és semblant a la d'alguns bacteris actuals.
LAMARCK • Observeu: Aquesta seria resumida la teoria de Lamark
J. Baptiste de Monet (Cavaller de Lamarck) ( 1744-1829)
LAMARCKISME
DARWIN I WALLACE • ABANS DE L’ESTUDI DE LA TEORIA DE LA SELECCIÓ NATURAL, MIRAREM D’ENTENDRE EL SIGNIFICAT D’ALGUNS PUNTS
Variabilitat de les poblacions • Dins d’una població de la mateixa espècie hi ha individus molt diferents, que s’adapten de diferent manera al medi ambient. Aquestes diferències són produïdes per MUTACIONS
Lluita per la supervivència • La capacitat reproductiva de les espècies és elevada , però els recursos del medi són limitats.
Adaptació • Aquells individus amb un caràcter avantatjós podran reproduir-se i passar aquesta informació a la descendència. Aquest caràcter serà cada vegada més freqüent en la població.
Selecció Natural • Procés en el que la Natura permet prosperar als individus millor adaptats i elimina al no adaptats. Mitjançant la selecció natural les espècies canvien al llarg del temps.
Teoria Sintètica de l’Evolució • Un gran problema per a l’acceptació del darwinisme era conèixer el mecanisme de l’herència i la forma en què es genera la variabilitat de les espècies. Els passos crucials per aconseguir comprendre aquests mecanismes es van produir a principis de segle vint amb el redescobriment de les lleis de Mendel i de la mutació. Julian Huxley
Ernst Mayr T. Dobzhansky G. Simpson
Neodarwinisme • • • • •
En els anys 40 del segle XX els científics, Huxley, Dobzhansky i Mayr van portar a terme una profunda revisió de la teoria de l’evolució de la qual va sorgir la teoria sintètica de l’evolució, denominada també neodarwinisme. La nova teoria sintètica incorporava a la teoria proposta per Darwin els moderns coneixements aportats per la genètica i la biologia molecular. Els principis fonamentals de la teoria sintètica de l’evolució són els següents: La variació entre els individus d’una població es deu, d’una banda, a la recombinació genètica que té lloc en la reproducció sexual i, d’una altra, no menys important, a l’existència de mutacions. Les mutacions són producte de l’atzar i la major part d’aquestes són perjudicials i fins i tot letals, per la qual cosa normalment desapareixen.
• •
Tan mateix, de vegades, algunes mutacions poden resultar favorables per als individus, especialment quan les condicions ambientals canvien. SÓN PREADAPTATIVES Segons la idea de la teoria sintètica de l’evolució, la naturalesa selecciona les mutacions favorables, denominades mutacions adaptatives, de manera que, a la llarga, les poblacions estan perfectament adaptades a el seu entorn.
•
http://weib.caib.es/Recursos/seleccio/darwin.html
FORMACIÓ DE NOVES ESPÈCIES •
L'especiació és el procés evolutiu pel qual s'originen noves espècies biològiques. Una espècie no apareix per una mutació que condueix a l'aparició d'un individu d'un tipus diferent. Les espècies s'individualitzen a partir de poblacions que pertanyen a una espècie d'origen (excepte en el cas de certs vegetals). L'especiació resulta de la selecció natural i/o de la deriva genètica, que són els motors de l'evolució. El concepte d'especiació ha estat essencialment desenvolupat per Ernst Mayr.
• Notes de Darwin sobre l'especiació
TIPUS D’ESPECIACIÓ
PROVES A FAVOR DE L’EVOLUCIÓ PALEONTOLÒGIQUES
PROVES ANATÒMIQUES • Organs anàlegs: Origen embriològic difernt peró igual funció. Convergència adaptativa
• Organs homòlegs Igual origen embriològic peró diferent funció. Divergència adaptativa
PROVES EMBRIOLÒGIQUES
PROVES BIOQUÍMIQUES
PROVES BIOGEOGRÀFIQUES