El origen y la evolución de la vida

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.

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.

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.

Explica 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»? Explica 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.

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

¿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.

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.

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 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 —el código genético prácticamente idéntico en todos los seres vivos— sostiene que todos descendemos de él.

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.

1. 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?
2. 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.
3. 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.

Un equipo de investigación geológica analiza rocas sedimentarias de 3800 Ma procedentes del cinturón supracortical de Isua (Groenlandia). Tras el estudio obtienen los siguientes datos:

1. Inclusiones microscópicas de grafito con un enriquecimiento anómalo del isótopo ligero del carbono ($\delta^{13}\text{C} = -30.5\,\text{‰}$), similar al que producen las enzimas que fijan carbono inorgánico frente al valor estándar abiótico (cercano a $0.0\,\text{‰}$).

2. Formaciones minerales bandeadas y laminadas con morfología cónica que recuerdan externamente a estromatolitos, pero sin restos celulares fosilizados perceptibles.

1. a) Justifica por qué el fraccionamiento isotópico del carbono se considera una biofirma indirecta de metabolismo vivo y qué limitaciones presenta frente al hallazgo de un fósil celular directo.
2. b) Un informe de prensa titula: «Demostrado de forma concluyente el origen de la vida hace 3800 Ma gracias a fósiles de Isua». Rebate este titular explicando qué procesos geoquímicos puramente abióticos pueden generar estructuras laminadas o enriquecimiento isotópico y cómo se comprueba su falsabilidad.
3. c) Diseña una propuesta de dos criterios complementarios (mineralógicos o moleculares) que el equipo debería exigir a estas muestras antes de aceptar que reflejan la presencia inequívoca de seres vivos primitivos.

Explica 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 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 incorporó antes que el cloroplasto a la célula eucariota (¿qué eucariotas tienen mitocondrias pero no cloroplastos?).

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) Justifica 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». Evalúa críticamente esta afirmación comparando el balance energético (rendimiento en ATP) y las adaptaciones bioquímicas necesarias frente al estrés oxidativo.

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.

Los meteoritos carbonáceos (condritas) contienen aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Explica 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.