tema 4 el origen de la vida y del ser humano
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TEMA 4: EL ORIGEN DE LA VIDA Y DEL SER HUMANO
1. ¿QUÉ ES LA VIDA?
2. EL ORIGEN DE LA VIDA.
2.1. ORIGEN DEL CARBONO.
2.2. ORIGEN DEL AGUA.
2.3. IMPORTANCIA DEL MEDIO.
2.4. EL EXPERIMENTO DE MILLER.
2.5. OTRAS HIPÓTESIS:
- Hipótesis metabólica.
- Mundo ARN.
- Panspermia.
2.6. EVOLUCIÓN HISTÓRICA.
3. LA EVOLUCIÓN: PRUEBAS BIOLÓGICAS, PALEONTOLÓGICAS Y
MOLECULARES.
4. ¿CÓMO EXPLICAMOS LA EVOLUCIÓN?
4.1. DARWIN Y LA SELECCIÓN NATURAL.
4.2. SELECCIÓN ARTIFICIAL.
4.3. RADIACIONES EVOLUTIVAS.
5. EXTINCIONES.
5.1. EXTINCIÓN DE LOS DINOSAURIOS.
5.2. ENIGMA DE LA SUPERVIVENCIA.
6. EL ORIGEN DEL SER HUMANO.
IES Jiménez de la Espada Dpto. Física y Química
1. ¿QUÉ ES LA VIDA? Dependiendo del punto de vista religioso, filosófico o científico, podemos definir la vida de
diversas maneras.
Los bioelementos y las biomoléculas que forman a los seres vivos se clasifican según su importancia del siguiente modo:
Religión Ciencia Filosofía
Acto de creación Conjunto de BIOELEMENTOS Forma evolutiva
por un ser divino. y BIOMOLÉCULAS que forman del Universo.
una estructura material muy
organizada y compleja, capaz de
desempeñar 3 funciones básicas:
NUTRICIÓN, RELACIÓN y REPRODUCCIÓN.
VIDA
BIOELEMENTOS
PRIMARIOS SECUNDARIOS Aparecen en un 98 % de la materia viva. Aparecen en un 2% de la materia viva.
En menos del 0.01% se llaman OLIGOELEMENTOS.
ORGÁNICOS INORGÁNICOS Función constitutiva. Función fisiológica. C, H, O, N, P, S Na, Ca, K, Cl, Mg
2. EL ORIGEN DE LA VIDA. Las primeras explicaciones sobre el origen de la vida son de tipo mitológico y sobrenatural: Los
dioses son los creadores de la vida. Sin embargo, con la llegada de la civilización griega
comienza a imponerse la filosofía y aparece la teoría aristotélica de la GENERACIÓN ESPONTÁNEA. Según ésta, la vida surge de manera espontánea por la combinación de cuatro
elementos fundamentales de la naturaleza: Agua, tierra, aire y fuego.
En la Edad Media aparece el concepto de Método Científico, basado en la resolución de
problemas por medio de la experimentación. Aplicando esta técnica, Redi consigue refutar la
teoría de la Generación Espontánea mediante un sencillo experimento.
ACTIVIDAD 4.1: ¿En qué consistió el experimento llevado a acabo por Redi, y por el cual logró demostrar el carácter erróneo de la teoría de la generación espontánea?
BIOMOLÉCULAS
ORGÁNICAS INORGÁNICAS Esqueleto de carbono Esqueleto de otros elementos
Glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Simples: Mismos átomos en el esqueleto. Compuestas: Átomos distintos en el esqueleto.
RECETA PARA FABRICAR RATONES
Jean Baptiste Van Helmont vivió en el siglo XVII. Este médico belga realizó un experimento con el cual se podían, supuestamente, obtener ratones y consistía en colocar una camisa sucia y granos de trigo por veintiún días, lo que daba como resultado algunos roedores. El error de este experimento fue que Van Helmont sólo consideró su resultado y no tomo en cuenta los agentes externos que pudieron afectar el procedimiento de dicha investigación. Si este científico hubiese realizado un experimento controlado en donde hubiese colocado la camisa y el trigo en una caja completamente sellada, el resultado podría haber sido diferente y se hubiese comprobado que lo ratones no se originaron espontáneamente sino que provenían del exterior.
Posteriormente, Schleiden y Schwan emplearon la observación microscópica para enunciar la
TEORÍA CELULAR, según la cual “la célula es la unidad funcional de vida, y todos los seres
vivos están formados por células que provienen de otras células preexistentes”. Esta teoría
demostraba la inexactitud de la generación espontánea, al igual que los experimentos que
Pasteur llevaría a cabo en 1860.
1. Pasteur introdujo un caldo de cultivo en un matraz, recipiente de cuello largo y estrecho. 2. Calentó el cuello del matraz hasta curvarlo en forma de cuello de cisne, dejando su extremo abierto. 3. Hirvió el contenido del matraz para matar cualquier forma de vida. 4. Dejó que se enfriase el caldo. Entró aire, pero no se depositaron microorganismos en el caldo. Si el matraz se mantenía vertical, no se producía la contaminación microbiana del caldo,
incluso después de mucho tiempo, debido a que los microorganismos no podían ascender por
el cuello del recipiente. Pero si este se inclinaba hasta poner en contacto el caldo con la
abertura del cuello (llena de microbios), se producía la contaminación microbiana de dicho
caldo. Por tanto, la ausencia de vida en el recipiente vertical no se debía a la destrucción de
algún principio vital por el calentamiento del caldo, sino a que se impedía su contaminación.
Con este experimento, Pasteur demostró que «todos los seres vivos proceden de otros seres vivos» y que la teoría de la generación espontánea de vida no era cierta.
ACTIVIDAD 4.2: Busque información acerca del experimento de Pasteur y el caldo primordial.
Se requiere una transferencia energética que se obtiene a partir de reacciones químicas (como
la respiración celular), en las que interviene materia orgánica fabricada en la fotosíntesis por
organismos autótrofos (glúcidos).
Caldo nutritivo
Polvo y microorganismos
Ausencia de microorganismos
El Sol nos envía radiación ultravioleta (UV) , visible (VIS) e infrarroja (IR), que es parcialmente
absorbida y parcialmente reflejada (fundamentalmente como IR). Los gases invernadero
absorben radiación IR, provocando un aumento de la temperatura terrestre.
1. 2. LOS OCÉANOS.
2. 1. ORIGEN DEL CARBONO. El carbono es un elemento presente en todos los seres vivos. Se forma por la fusión de 3
núcleos de helio, reacción que tiene lugar en las estrellas y que ha sido comprobada en sentido
inverso en el laboratorio:
Desintegración beta
Carbono------------------------------------------------- 3 átomos de Helio
Por tanto, decimos que el carbono tiene origen extraterrestre, a pesar de que posteriormente se
expulsa a la atmósfera como dióxido de carbono procedente de la actividad volcánica.
2. 2. ORIGEN DEL AGUA.
- TEORÍA VOLCÁNICA: El agua se formó en el centro de la Tierra, por reacciones entre
hidrógeno y oxígeno a altas temperaturas. Las explosiones y erupciones volcánicas
producidas en la formación del planeta expulsaron a la atmósfera, entre otras
sustancias, vapor de agua. Al disminuir la temperatura atmosférica este vapor se
condensó y generó el agua líquida y sólida de la superficie terrestre.
- TEORÍA EXTRATERRESTRE: El 14% del agua del planeta tiene su origen en
meteoritos que impactaron con la Tierra. La NASA ha demostrado que los cometas
están formados por grandes cantidades de hielo espacial, de composición muy similar
al agua oceánica. Por lo tanto, si la atmósfera primitiva presentaba elementos químicos
capaces de reaccionar entre sí, el origen de la vida fue debido a esos elementos y a las
condiciones bajo las que se encontraban.
ORGANISMOS
AUTÓTROFOS FOTOSINTÉTICOS HETERÓTROFOS CO2 + H2O + energíamateria orgánica + oxígeno Materia orgánica + oxígenoCO2 + H2O + energía
Actualmente sabemos que la Tierra es el único
planeta que presenta agua en estado líquido, y en el
que habitan seres vivos que surgieron de este medio.
Es por ello que decimos que “el agua es fuente de
vida”. Pero, ¿cuál es su origen? En la actualidad se
aceptan como válidas dos teorías complementarias:
2. 3. IMPORTANCIA DEL MEDIO. Según lo que hemos visto, la vida surge en la Tierra en un entorno caracterizado por un
vulcanismo intenso y una atmósfera sin oxígeno ni ozono.
Oparin sostenía que la atmósfera terrestre primitiva tuvo que sufrir una evolución química
previa a la aparición de la vida. Los gases de la atmósfera primitiva (metano, hidrógeno,
amoníaco y agua) reaccionaron entre sí cuando se produjo el enfriamiento terrestre, originando
una gran cantidad de moléculas orgánicas (MONÓMEROS) de carbono, hidrógeno, oxígeno y
nitrógeno. Éstas se acumularon en la hidrosfera, constituyendo el CALDO PRIMITIVO.
monómeros de bajo peso molecular polímeros de alto peso molec.+ enzimas coacervados
Los COACERVADOS tendrían una estructura metabólica que les permitiría crecer y dividirse.
Sin embargo, Oparin no explicó cómo surgían las enzimas que se unen a los polímeros para
formar los coacervados y esto requería de una demostración empírica para validar la teoría.
2. 4. EL EXPERIMENTO DE MILLER. Miller confirmó experimentalmente la hipótesis de Oparin: En un matraz esférico introdujo los
gases que presumiblemente constituían la atmósfera primitiva (metano, hidrógeno, amoníaco y
vapor de agua) y los sometió a descargas eléctricas que simulaban las posibles tormentas
durante una semana. Mantuvo el recipiente a una temperatura próxima a la de ebullición del
agua y comprobó que aparecían moléculas orgánicas sencillas, como los glúcidos, ácidos
grasos y aminoácidos (precursores de proteínas).
Montaje del experimento de Miller
Electrodo
Condensador
Refrigeración
Vapores
Atm. primitiva
2. 5. OTRAS HIPÓTESIS. Además de la hipótesis de la atmósfera primitiva existen otras 3 menos aceptadas por la
comunidad científica:
- HIPÓTESIS METABÓLICA: Las moléculas sencillas se aislaron mediante una
membrana e iniciaron una serie de reacciones químicas metabólicas, que dieron lugar
a los seres vivos.
2. 6. EVOLUCIÓN HISTÓRICA. A pesar de que no sabemos cómo surgió la capacidad autorreplicantes de las primeras
moléculas vivas, sí sabemos dónde aparecieron: En el fondo del mar, en Groenlandia.
Pero, ¿cómo se ha llegado a esta conclusión? El carbono de las rocas tiene dos isótopos
(carbono 12 y carbono 13). Las enzimas trabajan mejor con el más ligero (carbono 12), por lo
que la materia orgánica está enriquecida en éste y empobrecida en carbono 13.
- MUNDO ARN: Las moléculas sencillas de ARN
surgieron al azar e iniciaron una evolución por
mutaciones sucesivas. En la primera etapa se
produce la autorreplicación del ARN, y su posterior
unión a proteínas genera el ADN. De la unión de
ADN y ARN surgen nuevas proteínas necesarias
para continuar la cadena.
- PANSPERMIA: Las primeras
formas de vida llegaron del
espacio. Hoy día, sigue siendo
estudiada.
Midiendo el contenido de carbono 12 frente al de carbono 13 podemos calcular la edad de las
rocas y relacionarla con la aparición de seres vivos, que consumen el isótopo 12 del carbono.
Otras dataciones de fósiles son las llevadas a cabo con carbono 14:
Así podemos estimar que la vida apareció en la Tierra hace unos 4000 millones de años. 3. LA EVOLUCIÓN: PRUEBAS BIOLÓGICAS, PALEONTOLÓGICAS Y MOLECULARES. La evolución biológica es el proceso de transformación de unas especies en otras mediante la
acumulación de nuevas características adquiridas de generaciones anteriores. Existen 3
grupos de pruebas que apoyan la TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN de la vida:
- PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS: El estudio de los fósiles revela un incremento en la
complejidad estructural de los organismos y en la diversidad de las especies. El “árbol de la
vida” es el modelo que plantea la evolución de los seres vivos por especialización a partir de un
antecesor común.
- PRUEBAS BIOLÓGICAS: Se basan en
la comparación de la estructura y
disposición de huesos y órganos
vestigiales (partes del cuerpo sin utilidad
en la especie actual). Además, se
complementan con pruebas taxonómicas
o de semejanza morfológica y genética,
como el mecanismo de transmisión de
información (ADN) o ciertas reacciones
químicas.
- PRUEBAS MOLECULARES: Se basan en el estudio comparado de las moléculas de
los organismos de distintas especies. Cuanto más similares son las características
morfológicas entre los individuos, más parecidas son las moléculas que los constituyen.
Ejemplo: El 80% de los genes del ratón son idénticos a los humanos.
ACTIVIDAD 4.3: Enumere 3 órganos vestigiales de organismos actuales y comente su función en el organismo precesor.
ALGAS HONGOS ANIMALES
PLANTAS HIPERTERMÓFILOS METANÓGENOS
Mitocondria Cloroplasto
(resp. celular) (fotosíntesis)
ARQUEA EUCARIOTA (procariota unicelular) (con núcleo)
PROTOBIONTE BACTERIAS (procariota sin núcleo)
Dentro de una
misma rama la
coincidencia en el %
de genes de las
distintas especies es
muy elevada, lo que
indica un origen
común.
4. ¿CÓMO EXPLICAMOS LA EVOLUCIÓN? Los seres vivos se agrupan en ESPECIES, que son conjuntos de organismos capaces de
reproducirse entre sí y que tienen descendencia fértil.
La evolución de las especies se explicó inicialmente en base a dos tipos de teorías
denominadas FIJISTAS:
- LA TEORÍA CATACLICISTA: La evolución se produce de forma cíclica. Hay períodos
de extinción masiva, seguidos de períodos de creación.
Sin embargo, las pruebas que hemos visto anteriormente llevaron al cambio de opinión
entre la comunidad científica de la época, admitiéndose el concepto de EVOLUCIONISMO,
y apareciendo dos nuevas teorías:
- TEORÍA DEL USO Y DESUSO DE LAMARCK: Los organismos reaccionan frente a un
cambio ambiental creando, desarrollando o potenciando un órgano determinado. El
abandono del uso de un órgano conduce a su atrofia o desaparición. Por lo tanto, los
caracteres adquiridos son heredables (lo cual se rechazó posteriormente).
Lamarck propuso como ejemplo el cuello de las jirafas. Según éste, fue desarrollado para
adaptarse a la necesidad de alimentarse de las hojas de árboles de copas altas.
- TEORÍA DE DARWIN: Propone que la evolución se debe a una SELECCIÓN
NATURAL basada en la supervivencia de los organismos más aptos.
- LA TEORÍA DILUVIANA: Los fósiles son organismos
que no sobrevivieron al Diluvio Universal.
4. 1. DARWIN Y LA SELECCIÓN NATURAL. En 1831 Darwin, naturalista inglés, participa en una expedición científica alrededor del
mundo y de sus observaciones llega a 3 conclusiones:
- Hay una GRAN VARIABILIDAD entre individuos de una población de la misma
especie.
- La EDAD DE LA TIERRA es de 3 millones de años aproximadamente (datación en
función de los fósiles encontrados).
- La lucha por la existencia en un medio difícil conduce a una SELECCIÓN NATURAL.
Así, las poblaciones sufren variaciones al azar y las ventajosas se transmiten a la
descendencia. A pesar de que no se pudo demostrar, hoy llamamos GENES a esos
factores determinantes.
La unión de la Teoría de Darwin y la Genética se denomina NEODARWINISMO, y tiene en
cuenta que las transformaciones transmitidas genéticamente son MACROSCÓPICAS y
generalmente se producen en poblaciones aisladas, con pocos individuos (DERIVA GENÉTICA). Además, actualmente es posible seleccionar ciertas características
permitiendo una reproducción selectiva (SELECCIÓN ARTIFICIAL).
4. 2. SELECCIÓN ARTIFICIAL. Es el proceso por el que el hombre separa ejemplares de una especie en función de sus
características y con fines reproductivos.
SELECCIÓN ARTIFICIAL
Según el tipo de PLANIFICACIÓN Según la METODOLOGÍA CONSCIENTE INCONSCIENTE POSITIVA NEGATIVA
predeterminada no predeterminada se reproducen organismos con ciertas características
se impide la reproducción de organismos determinados
4. 3. RADIACIONES EVOLUTIVAS. Son procesos de aparición de nuevas especies debidos a las condiciones evolutivas del
planeta.
PANGEA 5 CONTINENTES DISTINTAS AGRUPACIONES NUEVAS ESPECIES
También puede darse de forma inversa, provocando la desaparición de especies.
Tardo de reflejos, el dodo no huía del hombre, que lo
capturaba para que le sirviese de alimento. Junto con el hombre la llegada de diversos
mamíferos, como cerdos, ratas, perros y gatos terminó por acabar con sus huevos, y con ello
con su descendencia. En poco más de un siglo, en Mauricio y en otras islas próximas donde
vivían dos subespecies de este ave, no quedó ni rastro del dodo. Oficialmente se declaró
extinta en 1681.
5. EXTINCIONES. La extinción es la desaparición de una especie como forma de vida. Desde los orígenes de la
vida han tenido lugar 5 extinciones masivas, pero nos centraremos en las 2 principales:
- LA GRAN EXTINCIÓN: Hace 225 millones de años desaparecieron la mitad de las
especies que existían en la Tierra. Se cree que el motivo fue un calentamiento
atmosférico, lo que generó una “anoxia” (atmósfera sin oxígeno) y produjo un efecto
dominó extintivo.
- LA EXTINCIÓN DE LOS DINOSAURIOS: Hace 65 millones de años, debido a la caída
de un gran meteorito de 10 kilómetros de diámetro. Al chocar a alta velocidad, habría
producido una gran explosión que lo pulverizó, además de generar una enorme onda
de choque que dio varias vueltas a la Tierra, generando calor —más que el producido
por millones de bombas nucleares— que envió a la atmósfera una gran cantidad de
partículas de polvo. Estas oscurecieron el cielo provocando que la temperatura de la
Tierra bajara drásticamente. Los dinosaurios y otras especies de plantas y animales
murieron lentamente.
El dodo, una paloma del tamaño de un pavo, con alas
reducidas a inútiles muñones y patas cortas y torpes había
llegado a la isla Mauricio en tiempos remotos. Allí había perdido
la capacidad de volar ya que no existían depredadores de los
que huir. Se alimentaba de semillas y de los frutos que caían de
los árboles, ponía un sólo huevo en el suelo y, sin ser
molestado, seguía aumentando de tamaño.
En 1507 llegó a la isla un navío portugués.
No obstante, existen especies supervivientes a grandes extinciones como las cucarachas. Se
debe a que su posición en la cadena trófica no se vio alterada por estos fenómenos, de modo
que fueron capaces de adaptarse a los cambios producidos.
6. EL ORIGEN DEL SER HUMANO.
Actividad 4.4: En grupos de 3 alumnos, elaborad un collage o composición en la que se refleje el origen del ser humano y su evolución.