Exercicis: Els grans grups d'éssers vius

Enumera els grans grups (regnes) d'éssers vius i escriu una característica distintiva de cadascun que permeti reconèixer-lo.

Diferencia briòfits, pteridòfits, gimnospermes i angiospermes tenint en compte la presència de vasos conductors, llavors i flors, i posa un exemple de cada grup.

Explica el criteri que separa els vertebrats dels invertebrats, cita els cinc grups de vertebrats i una novetat evolutiva clau de cadascun.

Diferencia un organisme unicel·lular d'un de pluricel·lular amb dos exemples de cadascun, i explica quin avantatge suposa la divisió del treball entre cèl·lules especialitzades d'un organisme pluricel·lular.

Classifica cadascun d'aquests organismes en el seu gran grup (mòneres, protoctists, fongs, plantes o animals) i justifica la teva elecció: una ameba, un bolet, un roure, un cianobacteri i una esponja.

Explica dos trets que distingeixen els fongs de les plantes (composició de la paret cel·lular, forma de nutrició, substància de reserva) i raona per què els fongs estan emparentats més estretament amb els animals que amb les plantes.

Cita tres grans grups d'invertebrats (per exemple cnidaris, anèl·lids, artròpodes, mol·luscs o equinoderms) i una innovació evolutiva que caracteritzi cadascun (simetria radial, segmentació, exoesquelet articulat...).

Què és un protoctist (protista)? Explica per què es diu que és un grup «calaix de sastre», què tenen en comú els seus membres i posa dos exemples que mostrin la seva enorme diversitat (una alga unicel·lular i un protozou).

Identifica a quin gran grup pertany cada organisme a partir d'aquestes descripcions i justifica la teva resposta: a) organisme unicel·lular sense nucli diferenciat, amb lípids de membrana units per enllaços èter, que habita en aigües termals; b) organisme eucariota multicel·lular de nutrició heteròtrofa per absorció; c) organisme unicel·lular eucariota fotosintètic del plàncton.

Explica quines adaptacions anatòmiques i fisiològiques van permetre als primers vertebrats passar del medi aquàtic al terrestre, i quins problemes van haver de resoldre (sosté, respiració, dessecació i reproducció).

A partir de l'arbre filogenètic simplificat de l'esquema: a) indica quin grup actual comparteix un avantpassat comú més recent amb els animals; b) explica què representa el node assenyalat amb «?» i quin tipus d'organització cel·lular comparteixen tots els grups que en descendeixen; c) raona si és correcte afirmar que els bacteris estan «menys evolucionats» que els animals.

Ordena l'aparició d'aquestes innovacions en la història de les plantes i explica quina independència del medi aquàtic va aportar cadascuna: vasos conductors, llavor i flor.

Ordena l'aparició d'aquestes novetats evolutives dels vertebrats i assigna cadascuna al grup en què va sorgir: mandíbules, pulmons i extremitats amb dits, ou amniota i ploma.

Explica què és una sinapomorfia (caràcter derivat compartit) utilitzant el pèl i les mames dels mamífers, i raona per què els caràcters derivats compartits, i no les semblances generals, serveixen per construir arbres evolutius.

Distingeix evolució divergent i convergent utilitzant aquests exemples: el braç humà i l'ala del ratpenat (òrgans homòlegs) enfront de l'ala d'una papallona i l'ala d'un ocell (òrgans anàlegs). Explica què indica cada cas sobre el parentiu.

Les esponges són els animals vius d'organització més senzilla. Descriu el seu pla corporal (sense teixits veritables, coanòcits que filtren l'aigua) i raona què suggereixen sobre com van poder sorgir els animals a partir de protists colonials.

Un estudiant de 1r de Batxillerat afirma a classe: «Els cocodrils i els llangardaixos pertanyen a la mateixa classe (Rèptils) perquè comparteixen caràcters com les escates queratinitzades i l'ectotèrmia, mentre que els ocells són un grup totalment diferent perquè tenen plomes i homeotèrmia. Agrupar cocodrils i ocells en un mateix clade contradiu la morfologia». A partir dels principis de la sistemàtica filogenètica:

1. a) Rebat l'afirmació de l'alumne explicant per què basar la classificació en escates queratinitzades o ectotèrmia genera un grup parafilètic. Diferencia en la teva resposta entre plesiomorfies (caràcters ancestrals) i sinapomorfies (caràcters derivats compartits).
2. b) Dibuixa o esquematitza un cladograma en què situïs l'ancestre comú dels amniotes, els lepidosaures (llangardaixos), els cocodrils i els ocells. Ubica a les branques corresponents almenys dues sinapomorfies exclusives del clade Archosauria (que engloba ocells i cocodrils).
3. c) Prediu què passaria si en un estrat fòssil descobrissis un organisme amb finestra anteorbitària al crani i pedrer muscular, però cobert d'escates i sense rastre de plomes: en quin punt del teu cladograma el situaries i quina implicació tindria per a la definició tradicional de «rèptil»?

En una llacuna d'alta muntanya de la península Ibèrica s'ha registrat en l'última dècada un col·lapse poblacional del 80 % en el tòtil comú (Alytes obstetricans), mentre que les poblacions de serp d'aigua (Natrix maura) i de libèl·lules no mostren descensos significatius. Les analítiques ambientals revelen un augment de la radiació UV-B, una concentració moderada de nitrats d'origen ramader (18,5 mg/L) i la presència del fong patogen Batrachochytrium dendrobatidis.

1. a) Interpreta, relacionant-ho amb l'anatomia i la fisiologia dels amfibis (intercanvi gasós a través del tegument, cicle reproductor bifàsic i metamorfosi), per què aquests factors afecten de manera devastadora els amfibis i no els rèptils de la mateixa massa d'aigua.
2. b) Dissenya un pla d'actuació amb dues mesures de conservació específiques i viables sobre el terreny per frenar la desaparició del tòtil en aquest indret. Justifica el mecanisme biològic pel qual cadascuna de les teves propostes contrarestarà les causes concretes del declivi.

En una parcel·la experimental d'un bosc caducifoli es va aplicar un fungicida sistèmic d'ampli espectre al sòl durant tres anys, mantenint inalterades la radiació solar, la pluviositat i la concentració de CO₂ atmosfèric. Després d'aquest període es van constatar tres observacions empíriques:

1. El gruix de la capa de fullaraca sense descompondre va augmentar en un 180 %.

2. Els plançons de roure de fulla gran (Quercus robur) van experimentar una reducció del 45 % en el seu creixement i una acusada deficiència foliar de fòsfor i nitrogen.

3. La taxa de respiració del sòl es va reduir dràsticament.

1. a) Justifica les observacions 1 i 3 a partir de l'estratègia metabòlica i el mode de digestió externa característics dels fongs sapròfits en comparació amb la nutrició autòtrofa vegetal.
2. b) Explica el mecanisme biològic subjacent a l'observació 2: quina interacció simbiòtica específica s'ha destruït al sòl i quin flux net de nutrients entre fong i planta ha quedat interromput?
3. c) Prediu raonadament com afectarà a mitjà termini l'absència continuada de fongs a la productivitat primària neta del bosc i al cicle biogeoquímic del carboni.

En una mostra de permagel àrtic s'ha aïllat un microorganisme («A-24») amb les propietats següents: posseeix una càpsida icosaèdrica de 400 nm, un genoma bicatenari d'ADN d'1,2 Mb (més gran que el de bacteris com Mycoplasma genitalium), codifica enzims de reparació de l'ADN i diverses aminoacil-tRNA sintetases, però no té ribosomes propis, ni ATP-sintases ni potencial de membrana. Només es multiplica en penetrar en una ameba de vida lliure.

1. a) Avalua críticament si «A-24» s'ha de considerar un organisme viu o una partícula vírica segons la teoria cel·lular i els postulats metabòlics tradicionals.
2. b) Contrasta com explicarien l'origen evolutiu d'«A-24» la «hipòtesi de la reducció» (cèl·lules paràsites degenerades) i la «hipòtesi de l'escapament gènic». Quines firmes genòmiques específiques esperaries trobar en «A-24» per donar suport a la hipòtesi de la reducció enfront de la de l'escapament?
3. c) Un grup de biòlegs proposa crear un «quart domini de la vida» per situar aquests virus gegants al costat de Bacteria, Archaea i Eukarya. Utilitzant els fonaments de la filogènia molecular de Carl Woese basada en l'ARN ribosòmic (16S/18S), refuta la viabilitat tècnica d'aquesta proposta i planteja una alternativa taxonòmica coherent.

En un mostreig biològic es recull un organisme pluricel·lular terrestre sèssil, proveït de parets cel·lulars i amb nutrició heteròtrofa per absorció. La classificació linneana tradicional el situaria pròxim a les plantes pel seu aspecte morfològic. Tanmateix, les anàlisis de laboratori revelen:

1. Presència de cadenes polimèriques d'N-acetilglucosamina a la seva paret cel·lular.

2. Emmagatzematge de reserves energètiques en forma de glucogen i lípids, amb absència absoluta de midó.

3. En els arbres filogenètics basats en seqüències d'ARN ribosòmic i proteïnes contràctils, aquest organisme forma un clade monofilètic amb animals i coanoflagel·lats (Opisthokonta).

1. a) Justifica per què les semblances morfològiques amb les plantes (sèssil, presència de paret) són homoplàsies (convergències adaptatives) i no homologies evolutives.
2. b) Argumenta, emprant els conceptes d'homologia molecular i sinapomorfia, per què les dades 1, 2 i 3 demostren que aquest fong comparteix un avantpassat comú més recent amb un caragol que amb una falguera.
3. c) Un estudiant comenta: «Si abans els fongs eren plantes i ara diuen que estan emparentats amb els animals, les classificacions biològiques són mers invents arbitraris». Rebat el seu comentari raonant la diferència metodològica entre una classificació fenomenològica i una sistemàtica filogenètica basada en hipòtesis contrastables.

En un jaciment del Cretaci s'extreu un esquelet fòssil assignat a un teròpode no aviari (Dromaeosauridae). El fòssil presenta:

• Plomes de contorn asimètriques a les extremitats anteriors.

• Una fúrcula ossificada en «V» i estèrnum carenat incipient.

• Esquelet apendicular amb ossos buits pneumàtics.

• Dents serrades a les mandíbules i una llarga cua òssia articulada.

1. a) Interpreta aquests caràcters a la llum del concepte d'exaptació (cooptació funcional): demostra per què estructures associades al vol modern (plomes i esquelets pneumàtics) no van evolucionar inicialment 'per a' volar, sinó sota pressions selectives diferents en dinosaures terrestres.
2. b) Un mitjà de divulgació publica el titular: «Un nou fòssil ajuda a entendre com els dinosaures es van extingir i van donar origen als ocells». Identifica l'error conceptual cladístic del titular i redacta una formulació taxonòmicament rigorosa basada en el concepte de grup monofilètic.
3. c) Explica quines conseqüències taxonòmiques tindria per a la classe «Reptilia» mantenir els ocells en una classe separada: quin tipus de grup resultaria ser Dinosauria si excloguéssim expressament el llinatge dels ocells vivents?

En analitzar el registre fòssil dels jaciments continentals abans i després de la crisi biològica del límit Permià-Triàsic (~252 Ma), s'observa que els teràpsids (sinàpsids coneguts com a «rèptils mamiferoides»), que dominaven més del 70 % de les comunitats faunístiques d'herbívors i carnívors, van patir una extinció massiva superior al 85 % de les seves famílies. Durant el Triàsic, els arcosaures basals —prèviament escassos i marginals— van experimentar una ràpida diversificació ocupant la gran majoria dels nínxols ecològics terrestres.

1. a) Interpreta aquest relleu faunístic aplicant els conceptes de coll d'ampolla ecològic, vacança de nínxols i radiació adaptativa. Va ser la diversificació dels arcosaures una conseqüència d'una «superioritat biològica competitiva» prèvia o d'una contingència històrica?
2. b) Aplica el mateix raonament a l'esdeveniment d'extinció del límit Cretaci-Paleogen (K-Pg): justifica si l'auge ecològic dels mamífers placentaris després de l'impacte meteorític dona suport a la idea de progrés evolutiu acumulatiu o a la de contingència.
3. c) Enfront de l'actual crisi de pèrdua de biodiversitat provocada per l'acció humana, un informe afirma: «Les espècies dominants avui (humans, aus de corral, rosegadors) garanteixen l'estabilitat dels ecosistemes futurs perquè la seva abundància demostra el seu èxit adaptatiu». Jutja críticament aquesta afirmació basant-te en els patrons de supervivència observats en les grans extincions del registre fòssil.

El departament de medi ambient de la teva ciutat vol avaluar la salut ecològica d'un parc periurbà sotmès a dos règims diferents: la Zona A (amb sega contínua de gespa, retirada de fulles seques i ús d'herbicides) i la Zona B (renaturalitzada, sense desbrossades sistemàtiques ni fitosanitaris).

1. a) Dissenya un protocol de mostreig estandarditzat per quantificar i comparar la diversitat de dos grups taxonòmics clau: artròpodes edàfics i fongs del sòl. Per a cada grup, indica: mètode de captura o recollida de mostres sobre el terreny, esforç de mostreig (nombre de rèpliques o àrea) i una variable biològica quantitativa concreta que mesuraries al laboratori.
2. b) En analitzar l'aigua d'una bassa del parc amb mostreig visual i xarxes planctòniques convencionals no es detecta presència d'amfibis ni de macroinvertebrats bentònics amenaçats. Dissenya una estratègia analítica basada en ADN ambiental (eDNA) i metabarcoding que permeti verificar si aquestes espècies freqüenten o habiten la massa d'aigua, assenyalant quina diana genètica comuna s'utilitza per a la identificació taxonòmica i dos avantatges crítics d'aquesta tècnica enfront dels mètodes de cens tradicionals.
3. c) Prediu quines diferències quantitatives i estructurals esperaries trobar entre la xarxa tròfica de la Zona A i la de la Zona B després de dos anys de gestió diferenciada, justificant com repercutirà el maneig en la taxa de descomposició de la matèria orgànica i en la capacitat de resiliència de l'ecosistema.

Repte del tema. Imagina que treballes com a assessor científic per a un museu de ciències naturals. La teva missió és analitzar com les grans fites de la història de la vida expliquen la biodiversitat que avui habita al teu territori.

Segueix aquestes fases:

1. Obtenció de dades reals: Accedeix a la plataforma oficial GBIF.es i consulta les dades de biodiversitat de la teva província o comunitat autònoma. Extreu el nombre d'espècies registrades de quatre llinatges: bacteris, plantes, fongs i animals.

2. Reconstrucció evolutiva: Dissenya una taula cronològica on situïs l'aparició de cada grup a l'escala geològica (des de les primeres evidències de vida cel·lular fa $\approx 3,8$ Ga fins a l'explosió cambriana fa $\approx 0,54$ Ga). Afegeix en cada cas una innovació adaptativa determinant (com la fotosíntesi oxigènica, la simbiogènesi o la pluricel·lularitat).

3. Informe de síntesi: Elabora un gràfic comparatiu de la riquesa d'espècies actual enfront de la seva antiguitat i redacta una proposta raonada ($1$ pàgina) que argumenti com les extincions i radiacions adaptatives han modelat la biosfera local que observes.

Es valorarà:

• Rigor en l'extracció i tabulació de dades biològiques reals des de la base oficial.

• Correcció científica en datar les fites evolutives i vincular-les a les seves novetats biològiques.

• Qualitat de l'anàlisi crítica en connectar la història geològica amb els patrons actuals de biodiversitat.