Historia de la Tierra y de la vida · La historia de la vida
El origen y la evolución de la vida
En el salar de Uyuni y en las lagunas del Altiplano boliviano, a más de 3.600 m s. n. m., viven comunidades de microorganismos que, en otros lugares del mundo, forman rocas llamadas estromatolitos, parecidas a las que dejaron las primeras comunidades de vida hace más de 3.000 millones de años. Ningún experimento ha creado vida en un tubo de ensayo, y lo que ocurrió entonces fue un proceso gradual, no un instante mágico. La ciencia no pretende demostrar exactamente cómo surgió la vida, sino acotar, con química y con fósiles, cómo pudo haber surgido.
Ideas históricas sobre el origen de la vida
Durante siglos se explicó el origen de la vida de distintas maneras. El creacionismo es una explicación de carácter religioso y de fe, no científica: se respeta como creencia, pero no se puede poner a prueba con experimentos. La generación espontánea sostenía que los seres vivos surgían de la materia inerte, por ejemplo larvas a partir de carne en descomposición. Francesco Redi (1668) tapó frascos con carne con una gasa y no aparecieron larvas: las moscas ponían los huevos. Louis Pasteur (1860) usó matraces de cuello de cisne con caldo hervido y el caldo no se contaminó: los microorganismos vienen de otros microorganismos. Hoy se habla de abiogénesis: la vida pudo surgir, hace muchísimo tiempo y poco a poco, de materia no viva en condiciones muy distintas a las actuales.
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Diferencia un organismo autótrofo de uno heterótrofo y razona por qué es más plausible que los primeros seres vivos fueran heterótrofos (aprovechando las moléculas…
Diferencia un organismo autótrofo de uno heterótrofo y razona por qué es más plausible que los primeros seres vivos fueran heterótrofos (aprovechando las moléculas orgánicas del medio) que fotosintéticos.
Las rocas muy antiguas contienen minerales de hierro sin oxidar e isótopos de azufre que muestran una atmósfera sin oxígeno libre, junto con restos de carbono orgánico. ¿Cómo pudieron formarse las primeras biomoléculas en un planeta hostil y sin seres vivos que las fabricaran?
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Resume la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explica en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué…
Resume la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explica en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué demostró.
Describe cómo era la atmósfera primitiva de la Tierra según la hipótesis clásica (sin oxígeno, con $\text{CO}2$, vapor de agua, metano y amoníaco) y explica qué…
Describe cómo era la atmósfera primitiva de la Tierra según la hipótesis clásica (sin oxígeno, con $\text{CO}_2$, vapor de agua, metano y amoníaco) y explica qué diferencia clave la separa de la atmósfera actual.
El experimento de Miller y Urey asumió una atmósfera muy reductora que hoy se considera poco probable. a) Explica qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b)…
El experimento de Miller y Urey asumió una atmósfera muy reductora que hoy se considera poco probable. a) Explica qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b) Razona por qué el experimento sigue considerándose un hito aunque la atmósfera real fuera distinta: ¿qué principio demostró? c) Indica qué otros escenarios (fuentes hidrotermales, espacio) podrían haber aportado las moléculas orgánicas.
Los primeros seres vivos fueron probablemente heterótrofos: un organismo autótrofo fabrica su alimento a partir de sustancias inorgánicas (por ejemplo, por fotosíntesis), mientras que un heterótrofo se alimenta de moléculas orgánicas ya formadas. En el mar primitivo había moléculas orgánicas acumuladas, y la fotosíntesis exige una maquinaria mucho más compleja, así que lo más plausible es que los heterótrofos hayan aparecido primero.
LUCA y la Gran Oxidación (ampliación)
Una bacteria de las profundidades, una levadura del pan y una célula humana comparten el mismo código genético de 64 codones y los mismos 20 aminoácidos. ¿Por qué seres tan distintos funcionan con la misma «gramática» bioquímica?
Los hitos de la historia de la vida se ordenan con fechas aproximadas: primeras células procariotas y estromatolitos (hace unos 3.500 millones de años, Ma), Gran Oxidación (2.400 Ma), primeras células eucariotas (alrededor de 1.500 Ma), explosión cámbrica (541 Ma) y conquista del medio terrestre por las plantas (unos 470 Ma). La fotosíntesis oxigénica de las cianobacterias empezó antes de la Gran Oxidación, porque el oxígeno tardó en acumularse en la atmósfera.
Lo que cuentan las rocas: hierro bandeado y capas rojas
La Gran Oxidación no se «ve» directamente: se lee en las rocas. En el océano sin oxígeno había mucho hierro disuelto como $\mathrm{Fe^{2+}}$ (soluble). Al liberar oxígeno, las cianobacterias lo oxidaron a $\mathrm{Fe^{3+}}$, que forma óxidos insolubles y precipita al fondo. Así se formaron las formaciones de hierro bandeado (BIF): capas alternas de óxidos de hierro y sílice, muy abundantes entre unos 2.700 y 2.400 Ma. El hierro del océano funcionó como una esponja de oxígeno.
Mientras el oxígeno se consumía así, no llegaba a la atmósfera. Por eso hay un desfase de cientos de millones de años entre las primeras cianobacterias y la acumulación atmosférica. Sirven de testigo los minerales inestables con oxígeno: la uraninita ($\mathrm{UO_2}$) y la pirita ($\mathrm{FeS_2}$) detrítica se oxidan y se disuelven en una atmósfera oxigenada, así que si aparecen como granos transportados por ríos, el aire aún no tenía oxígeno libre.
Cuando el hierro del océano se agotó, el oxígeno se acumuló. Entonces los BIF casi desaparecen y surgen las capas rojas continentales, ricas en óxidos de $\mathrm{Fe^{3+}}$, porque el suelo expuesto al aire se oxida (como el hierro de una reja, y de ahí el color). A la vez cae la diversidad de microfósiles anaerobios.
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¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explica por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explica por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.
Ordena cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justifica el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas,…
Ordena cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justifica el orden elegido: aparición de la fotosíntesis oxigénica, primeras células procariotas, explosión cámbrica, primeras células eucariotas, conquista del medio terrestre por las plantas.
Hace unos $2\,400$ millones de años el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera (la Gran Oxidación). Explica qué organismos lo produjeron y describe dos…
Hace unos $2\,400$ millones de años el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera (la Gran Oxidación). Explica qué organismos lo produjeron y describe dos consecuencias de ese cambio para la vida y para la superficie del planeta.
¿Qué es LUCA, el último ancestro común universal? Explica qué características se le atribuyen (célula procariota, código genético, metabolismo) y qué evidencia molecular…
¿Qué es LUCA, el último ancestro común universal? Explica qué características se le atribuyen (célula procariota, código genético, metabolismo) y qué evidencia molecular —el código genético prácticamente idéntico en todos los seres vivos— sostiene que todos descendemos de él.
El origen de la célula eucariota: la teoría endosimbiótica (ampliación)
Recuerda las diferencias básicas: la célula procariota no tiene núcleo (su ADN está libre en el citoplasma), es pequeña y no tiene organelas con membrana; la eucariota tiene núcleo, es más grande y posee organelas membranosas como mitocondrias y retículos.
En el esquema, 1 es la célula hospedadora, 2 son las bacterias que se acercan para ser englobadas (una aerobia y otra fotosintética) y 3 es la célula eucariota resultante, con mitocondria y cloroplasto.
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Expón tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señala qué características de las mitocondrias (tamaño, doble membrana, ADN propio, ribosomas)…
Expón tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señala qué características de las mitocondrias (tamaño, doble membrana, ADN propio, ribosomas) delatan su origen bacteriano.
El esquema representa la teoría endosimbiótica del origen de la célula eucariota propuesta por Lynn Margulis. Explica qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a…
El esquema representa la teoría endosimbiótica del origen de la célula eucariota propuesta por Lynn Margulis. Explica qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a la célula 3, y cita tres evidencias que apoyan esa teoría relacionadas con las mitocondrias y los cloroplastos.
Compara una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razona, a partir de esos datos, por qué se cree que la mitocondria se…
Compara una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razona, a partir de esos datos, por qué se cree que la mitocondria se incorporó antes que el cloroplasto a la célula eucariota (¿qué eucariotas tienen mitocondrias pero no cloroplastos?).
En las fosas oceánicas hay fuentes hidrotermales a más de $300\ ^\circ\mathrm{C}$ con ecosistemas prósperos sin luz solar, y el meteorito Murchison reveló más de 70 aminoácidos venidos del espacio. ¿Pudo surgir la vida lejos de la superficie de los mares primitivos?
Fuentes hidrotermales alcalinas: una «pila» natural
En algunas chimeneas hidrotermales de baja temperatura (alcalinas), el fluido que sale del subsuelo es alcalino (pH de 9 a 11) y rico en hidrógeno ($\mathrm{H_2}$) disuelto. Se encuentra con el agua del océano primitivo, que era ácida (pH de 5{,}5 a 6) y estaba saturada de $\mathrm{CO_2}$ y de $\mathrm{Fe^{2+}}$ disuelto. Las dos soluciones quedaban separadas por paredes muy delgadas de sulfuros de hierro ($\mathrm{FeS}$) llenas de microporos.
En ese escenario, el $\mathrm{H_2}$ del fluido (que cede electrones) y el $\mathrm{CO_2}$ del océano (que los acepta) quedaban a ambos lados de la pared. Los sulfuros de hierro y el hierro de las paredes actuaban como catalizadores inorgánicos, y los microporos concentraban los reactivos y los protegían de la dilución. La energía del gradiente de pH y la reacción entre $\mathrm{H_2}$ y $\mathrm{CO_2}$ podían favorecer la formación de moléculas orgánicas sencillas, sin luz solar y sin vida previa.
Es una hipótesis, no un hecho demostrado: se sostiene con modelos y experimentos de laboratorio, y no explica por sí sola cómo surgieron la herencia ni la membrana.
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Compara la hipótesis de la «sopa primordial» con la hipótesis de la panspermia: en qué coinciden, en qué se diferencian y qué problema deja sin resolver la segunda.
Compara la hipótesis de la «sopa primordial» con la hipótesis de la panspermia: en qué coinciden, en qué se diferencian y qué problema deja sin resolver la segunda.
Analiza la siguiente información evolutiva sobre los mamíferos y los dinosaurios: Durante el Mesozoico (unos 140 Ma), los mamíferos convivieron con los dinosaurios…
Analiza la siguiente información evolutiva sobre los mamíferos y los dinosaurios:
Durante el Mesozoico (unos 140 Ma), los mamíferos convivieron con los dinosaurios manteniendo un tamaño corporal reducido (menos de 5,0 kg), hábitos mayoritariamente nocturnos y una morfología dental poco variada, a pesar de poseer ya endotermia y pelo.
En el límite K-Pg (hace 66 Ma) se extinguieron los dinosaurios no aviares. En los siguientes 15 Ma (Paleoceno y Eoceno), el registro fósil muestra una explosión morfológica en los mamíferos, con la aparición repentina de formas voladoras (quirópteros), marinas (primeros cetáceos) y grandes herbívoros de más de 1000 kg.
a) Explica este contraste temporal utilizando los conceptos de «nicho ecológico vacante» y «radiación adaptativa». ¿Por qué las adaptaciones ventajosas de los mamíferos no bastaron por sí solas para provocar su diversificación antes del límite K-Pg?
b) Un compañero sostiene: «Las catástrofes y extinciones masivas son el motor primario que crea nuevas especies y acelera la tasa de mutación». Rebate de forma razonada esta afirmación, aclarando cuál es el papel biológico real de las extinciones masivas en la macroevolución.
c) Predice razonadamente qué grupo animal actual (por ejemplo, aves no voladoras, roedores o artrópodos) tendría una mayor probabilidad de experimentar una radiación adaptativa equivalente si desaparecieran todos los grandes mamíferos terrestres en la actualidad, y qué presiones selectivas guiarían su divergencia.
Vuelve al principio: los microorganismos de las lagunas del Altiplano son parientes vivos de los que forman estromatolitos, es decir, de de las comunidades que, hace miles de millones de años, llenaron la atmósfera de oxígeno y prepararon el camino de las células eucariotas.
Resumen
¡A practicar! 8 ejercicios de nivel medio en este apartado