Ejercicios: El origen y la evolución de la vida

Resuma la hipótesis heterotrófica de Oparin y Haldane sobre el origen de la vida y explique en qué consistió el experimento de Miller y Urey, qué obtuvieron y qué demostró.

¿Qué son los estromatolitos y qué organismos los forman? Explique por qué se consideran una de las evidencias más antiguas de vida en la Tierra.

Compare 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.

Explique qué son los coacervados o protobiontes y qué propiedades «casi vivas» presentan (membrana, intercambio con el medio, crecimiento por incorporación), indicando qué les falta para ser considerados células.

¿Qué es la hipótesis del «mundo de ARN»? Explique por qué el ARN es mejor candidato que el ADN para haber sido la primera molécula de la vida, recurriendo a su doble función: almacenar información y catalizar reacciones.

Diferencie un organismo autótrofo de uno heterótrofo y razone por qué es más plausible que los primeros seres vivos fueran heterótrofos (aprovechando las moléculas orgánicas del medio) que fotosintéticos.

Describa 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 explique qué diferencia clave la separa de la atmósfera actual.

Exponga tres diferencias entre una célula procariota y una eucariota, y señale 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. Explique qué ocurre entre las células 1 y 2 para dar lugar a la célula 3, y cite tres evidencias que apoyan esa teoría relacionadas con las mitocondrias y los cloroplastos.

Ordene cronológicamente estos hitos de la historia de la vida y justifique 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). Explique qué organismos lo produjeron y describa dos consecuencias de ese cambio para la vida y para la superficie del planeta.

El experimento de Miller y Urey asumió una atmósfera muy reductora que hoy se considera poco probable. a) Explique qué asumieron y qué obtuvieron de todas formas. b) Razone por qué el experimento sigue considerándose un hito aunque la atmósfera real fuera distinta: ¿qué principio demostró? c) Indique qué otros escenarios (fuentes hidrotermales, espacio) podrían haber aportado las moléculas orgánicas.

Los meteoritos carbonáceos (condritas) contienen aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Explique qué aporta ese hallazgo al estudio del origen de la vida, en qué se diferencia de la hipótesis de la panspermia y por qué demuestra que la química orgánica es común en el universo.

¿Qué es LUCA, el último ancestro común universal? Explique 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.

Compare una mitocondria y un cloroplasto: tamaño, número de membranas, tipo de ADN y de ribosomas. Razone, 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?).

Ordene estos pasos hacia la primera célula y justifique el orden elegido: aparición de una molécula autorreplicativa, formación de membranas lipídicas, síntesis de monómeros orgánicos, polimerización e integración de metabolismo, herencia y envoltura.

En un sondeo geológico del Precámbrico se analizan estratos comprendidos entre los 2700 y los 2100 Ma. En los niveles inferiores (2700-2400 Ma) se registran abundantes depósitos de hierro bandeado (BIF) con uraninita y pirita detrítica (minerales inestables en presencia de O2), junto a biofirmas de cianobacterias. Hacia los 2200 Ma, los BIF casi desaparecen y surgen las primeras capas rojas continentales (ricas en óxidos de Fe³⁺), al tiempo que el registro fósil muestra una drástica caída en la diversidad de microfósiles anaerobios.

1. a) Justifique por qué existió un desfase de cientos de millones de años entre la aparición de los primeros organismos fotosintéticos oxigénicos y la oxigenación efectiva de la atmósfera libre.
2. b) Un estudiante afirma: «El oxígeno fue un residuo tóxico que casi acaba con la biosfera, pero sin él los organismos eucariotas complejos nunca habrían sido viables energéticamente». Evalúe críticamente esta afirmación comparando el balance energético (rendimiento en ATP) y las adaptaciones bioquímicas necesarias frente al estrés oxidativo.

Analice 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.

1. a) Explique 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?
2. b) Un compañero sostiene: «Las catástrofes y extinciones masivas son el motor primario que crea nuevas especies y acelera la tasa de mutación». Rebata de forma razonada esta afirmación, aclarando cuál es el papel biológico real de las extinciones masivas en la macroevolución.
3. c) Prediga 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.

Durante el Criogénico (hace entre 720 y 635 Ma), la Tierra sufrió dos fases de glaciación casi global («Tierra bola de nieve»). Inmediatamente después del deshielo final se depositan sobre las tillitas glaciares gruesas capas de «carbonatos de cobertura» y, en el periodo Ediacárico subsiguiente, irrumpen los primeros macroorganismos pluricelulares complejos de cuerpo blando (fauna de Ediacara).

1. a) Explique el ciclo de retroalimentación climática: justifique cómo el hielo pudo llegar hasta el ecuador debido al albedo y deduzca qué proceso geoquímico interno permitió que la Tierra saliera de la congelación global si el ciclo hidrológico estaba casi detenido.
2. b) Durante las glaciaciones, las poblaciones biológicas quedaron confinadas en refugios aislados y fragmentados (oasis hidrotermales, fisuras con agua líquida). Justifique cómo esta fragmentación poblacional aceleró los mecanismos evolutivos (deriva genética, selección diferencial) respecto a una biosfera en condiciones globales homogéneas y estables.
3. c) Prediga qué relación biogeoquímica existe entre la meteorización continental acelerada tras el deshielo, el auge de los productores primarios y la súbita disponibilidad de oxígeno disuelto que hizo posible el desarrollo de organismos pluricelulares de gran tamaño.