domingo, 24 de agosto de 2008

La Evolución. Los cambios a través del tiempo

Concepto
La evolución es el proceso a través del cual se desarrolló la vida sobre la tierra, y los cambios que sufrieron los seres vivos a partir de las formas primitivas o ancestrales.
Por conveniencia, subdividimos el campo de la evolución en dos áreas generales, la evolución inorgánica o no biológica y la evolución biológica u orgánica, implicando esto que están inextricablemente juntas un a la otra, ejerciendo a menudo efectos mutuos.
o La Evolución no biológica
Es un concepto más que todo físico, relacionado con los cambios de masa y energía que han ocurrido en grandes períodos de tiempo, desde los diversos puntos de vista, incluyendo los cambios de clima, la superficie terrestre, etc.
o La Evolución Química (Aparición de las primeras moléculas orgánicas)
La evolución química es una evolución basada en procesos químicos, no biológicos, que comprenden el cambiar compuestos inorgánicos simples a compuestos orgánicos complejos. Según Oparin, como resultado de esto procesos, se pudieron producir dos características importantes de los organismos vivos. Primero, lo que vive se compone mayormente de moléculas orgánicas complejas. La evolución química tuvo que haber producido estas moléculas, a partir de bloques de construcción más pequeños. Segundo, los sistemas de moléculas orgánicas en los organismos están es una cápsula o rodeados como unidades separadas. Estas unidades son las células que forman todo lo viviente. Para que surgiera la vida, también tenía que ocurrir esta encapsulación de los materiales.
De acuerdo con la hipótesis de Oparin, una gran cantidad de reacciones químicas ocurría entre los ingredientes de los mares antiguos. Durante millones de años probablemente aparecieran los aminoácidos y los nuclótidos que forman el DNA y el RNA entre las moléculas producidas mediante estas reacciones.
A veces, los científicos llaman sopa primordial a la solución que componía los océanos primitivos, debido a la presencia de estas moléculas.
Sin embargo, supongamos que, en una de los billones de reacciones, se unieran algunos aminoácidos para formar una proteína que pudiera funcionar como una enzima. Esta enzima, a su vez, pudo haber unido algunos otros aminoácidos. En este caso, podría haber varias cadenas de aminoácidos y, tal vez, proteínas completas. Estos raros accidentes también pudieron producir pedacitos cortos de ácidos nucleicos con la habilidad para replicarse a sí mismos. En cada uno de estos casos, la aparición de una molécula orgánica podía llevar a la producción de muchas más.
La formación de moléculas orgánicas complejas, a partir de bloque de construccón más pequeños, debe haber necesitado energía. Oparin surgirió que había varias fuentes de energía posibles: la energía eléctrica de los relámpagos, la energía radiante del Sol, la energía proveniente de la desintegración de las sustancias radiactivas.
Los Coacervados
Oparin describió forma en que pudieron formarse algunos compuestos complejos.
En el tibio océano primario se unieron los aminoácidos, proteínas y otro tipo de hidrocarburos para formar lo que conocemos como *coacervados*.
Un coacervado es un grupo de gotas microscópicas que se forma por atracción entre moléculas. De una mezcla de proteínas y azúcar en agua, se pueden formar coacervados. Las gotas en el interior son moléculas de proteínas. Las moléculas de agua forman la capa exterior de estas gotas.
Esta capa actúa, más o menos, como una membrana celular. Los coacervados pueden intercambiar materiales con su ambiente, a través de esta capa limitante, en la misma forma que lo hace una célula. Para Oparin, estas gotas sugerían la forma de una célula. Igual que la célula, cada gota puede considerarse como distinta y separada de las demás.
Los aminoácidos forman coacervados de manera espontánea, de la misma manera en que se unen gotas de vinagre en el aceite. El experimento Miller-Urey mostró que los aminoácidos se forman bajo condiciones similares a las del medio ambiente primario de la Tierra. Es posible que estos granos o coacervados sean los sistemas más simples, los cuales se pueden unir, aún sin membrana; es por esto que su interior y su exterior están tan diferenciados. El océano primario podía suministrar un medio de formación ideal, Se desconoce si estos coacervados eran una forma de vida o no. Hay que recordar que la vida debe ser capaz de alimentarse y reproducirse. Es posible que la primera forma de vida sobre la Tierra haya sido muy parecida a los coacervados, sin embargo, los científicos creen que es probable que para alimentarse, este tipo de vida inicial usara procesos químicos a fin de poder procesar los componentes orgánicos de los primeros océanos.
Los estudios acerca de la hipótesis de Oparin han demostrado que ese tipo de moléculas que encontramos en los organismos vivos pudo haberse formado temprano en la historia de la Tierra. También han demostrado que grupos de moléculas pudieron haber sido encapsulados.
Estos grupos de moléculas encapsuladas - que contienen agua, proteínas, azúcares y ácidos nucleicos - pudieron haber crecido obteniendo materiales del ambiente. Al tomar materiales del ambiente, estas moléculas pudieron haberse duplicado. Finalmente, las gotas que se desprendían pudieron haber formado copias exactas del grupo completo de moléculas encapsuladas.
Experimento de Miller Urey
En los años 50, los bioquímicos Stanley Miller y Harold Urey llevaron a cabo un experimento que mostraba que varios componentes orgánicos, incluyendo a los aminoácidos, se podían formar de forma espontánea si se simulaban las condiciones de la la atmósfera temprana de la Tierra .
Diseñaron un aparato que contenía una mezcla de los gases similares a los existentes en la atmósfera temprana de la Tierra sobre una piscina de agua que imitaba al primer océano. Los electrodos descargaron un corriente eléctrica, dentro de la cámara llena de gas, simulando a un rayo. Tras permitir que el experimento se sucediera durante una semana entera, analizaron los contenidos en la piscina líquida. Hallaron de que a partir de estos materiales inorgánicos simples, varios amino ácidos orgánicos se habían formado de forma espontánea, incluyendo agua, amoníaco y metano.
Este experimento (con diversas reacciones) todavía mantiene que la primera atmósfera de la Tierra no se redujo sino que contuvo cantidades significativas de CO2. Estas moléculas se. unieron en una piscina de agua para formar a los coacervados.
Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sutentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea a través de la evolución química.
Sin embargo, todavía hay muchos científicos que no están convencidos.
El astrofísico británico, Fred Hoyle, compara la supuesta posibilidad de que la vida apareció sobre la Tierra como resultante de reacciones químicas con el "equivalente de que un tornado que pasa por un cementerio de autos logre construir a un Boeing 747 a partir de los materiales recopilados allí".
Esta imagen representa un complejo aparato, parecido al que debió usarse en el experimento de Miller Urey Un estromatolito es una agrupación de piedras caliza formada por la actividad de organismos unicelulares. Los científicos han encontrado algunos estromatolitos modernos. Los fósiles de organismos pequeños, como los encontrados en los estromatolitos, se llaman microfósiles.
Los procariotas, como las bacterias, son organismos modernos similares en apariencia a estos organismos antiguos. Las células más primitivas en la Tierra deben haber sido células procarióticas simples. Si describiéramos a un procariota simplemente como un saco de agua y sustancias químicas, ¿podría esta descripción aplicarse a un coacervado? Algunos biólogos piensan que estructuras como los coacervados evolucionaron por medio de un proceso de muchos pasos, hasta formar las primeras células procarióticas.
Las evidencias fósiles demuestran que los procariotas aparecieron hace, aproximadamente, 3500 millones de años. Es muy difícil señalar exactamente cuándo aparecieron por primera vez o saber la naturaleza de los primeros tipos de organismos. Sin embargo, algunos procariotas parecen haber aparecido primero que otros.
La mayoría de los procariotas y eucariotas son aeróbicos. Un organismo aeróbico es aquel que requiere oxígeno. Claramente, si la atmósfera primitiva no incluía oxígeno, es poco probable que los organismos más primitivos fueran aeróbicos. Sin embargo, algunos procariotas son anaeróbicos; esto es, no necesitan oxígeno. Muchos científicos piensan que los primeros organismos que aparecieron eran anaeróbicos.
Los metanógenos son ejemplos de organismos anaeróbicos que viven hoy en día. Un metanógeno es un procariota anaeróbico que cambia el hidrógeno, el bióxido de carbono o ciertos compuestos orgánicos a metano.
Los metanógenos viven en el fango, debajo de cuerpos de agua donde hay poco oxígeno. Los metanógenos pudieron haber evolucionado en una atmósfera sin oxígeno debido a que son anaeróbicos. Ellos podrían ser similares a los primeros tipos de organismos que aparecieron.
Probablemente, los próximos en evolucionar fueron los procariotas que podían llevar a cabo fotosíntesis, la cual utiliza bióxido de carbono.
Si la atmósfera primitiva tenía bióxido de carbono, los organismos fotosintéticos podrían haber sobrevivido. La evolución de organismos fotosintéticos fue, probablemente, un paso necesario antes de que pudiera aparecer un variedad más amplia de organismos. El oxígeno es un subproducto de la fotosíntesis. Si la atmósfera primitiva no tenía oxígeno, los organismos fotosintéticos podrían haber añadido oxígeno a la atmósfera.
El Origen de los Eucariotas
Hay evidencia de que los primeros procariotas aparecieron hace, aproximadamente, 3,500 millones de años. Los eucariotas, o células con organelos, se desarrollaron mucho más tarde. Es difícil saber exactamente cuándo aparecieron por primera vez las primeras células eucarióticas, debido a la falta de evidencia fósil. Sin embargo, algunos biólogos creen que los eucariotas evolucionaron de los procariotas, hace de mil a dos mil millones de años.
La mayoría de los biólogos piensa que los eucariotas evolucionaron de los procariotas. Se han propuesto varias hipótesis para explicar cómo pudo haber pasado esto. A una explicación se le llama la hipótesis simbiótica. La hipótesis simbiótica propone que las células eucarióticas evolucionaron de células procarióticas cuando algunos procariotas empezaron a vivir dentro de otras células. Llamamos simbiosis a la asociación entre organismos de diferentes clases, muchas veces con beneficio mutuo.
Muchos biólogos creen que los eucariotas surgieron de una simbiosis en la que algunas células simplemente absorbieron otras. O tal vez algunas células pequeñas se movieron hacia dentro de unas células grandes. Si ambas células se beneficiaban, podían haber continuado viviendo en esa forma.
Las células más pequeñas podían haber continuado creciendo y dividiéndose dentro de hospedero más grande.
La célula más grande también pudo haber seguido creciendo. Cuando la célula grande se dividió, cada unas de la células hijas pudo haber recibido algunas células "huéspedes".
Los biólogos han señalado semejanzas entre algunos organelos, en células eucarióticas y algunas células procarióticas, en apoyo de la hipótesis simbiótica.
Los cloroplastos son similares a las bacterias verde-azules. Los organismos procariotas son, aproximadamente, del mismo tamaño, la misma forma y tienen, más o menos, la misma estructura interna que las mitocondrias y los cloroplastos que encontramos en las células eucarióticas. También se ha demostrado que las mitocondrias y los cloroplastos tienen su propio DNA y ribosomas, similares al DNA y a los ribosomas de las bacterias, y pueden llevar a cabo la reproducción y síntesis de proteínas.
¿Qué ventajas pueden tener la simbiosis para las células procarióticas?
Las mitocondrias proveen la energía de la célula. Tal vez han descendido de bacterias que podían producir tanta energía que tenían cantidades adicionales. Una célula hospedera podría haber usado esta energía.
A su vez, tal vez las bacterias se protegían de extremos de calor y frío o de pérdida de agua o de que se las comieran otras células. Los antecesores de los cloroplastos pueden haber obtenido ventajas similares, mientras le proveían alimento a su hospedero a través del proceso de la fotosíntesis.
No todos los biólogos aceptan la Teoría Simbiótica. El hecho de que el DNA en los cloroplastos y las mitocondrias, tendría que ocurrir algún proceso para transferir características hereditarias a lo que se convertiría en el núcleo. Algunos biólogos han ofrecido otra explicación para el desarrollo de células eucarióticas.
Los primeros eucariotas formaron sus organelos por medio de invaginaciones y rompimientos de algunas regiones de la membrana celular.
Se puede encontrar evidencia que apoye tanto la hipótesis simbiótica como la hipótesis de que los organelos de eucariotas son el resultado de invaginaciones de la membrana celular. Tal vez ambos procesos jugaron un papel en la evolución de células eucarióticas. Algunos organelos pueden haberse formado por un proceso y otros pueden haberse desarrollado por otro proceso.
Evolución de los organismos fotosintéticos:
Puesto que al principio el oxígeno molecular no existía, o bien lo había en pequeñísimas cantidades, es de suponer que las primeras formas de vida existieron en ausencia de este gas. Se considera que casi todo el oxígeno gaseoso de la atmósfera terrestre se debe principalmente al proceso de fotosíntesis, llevado a cabo por vegetales verdes terrestres y marinos. La fotosíntesis es el proceso biológico mediante el cual las sustancias orgánicas se sintetizan a partir de bióxido de carbono y agua, utilizando energía luminosa absorbida por pigmentos especiales verdes llamados clorofilas.
Este proceso que produce oxígeno libre en forma gaseosa como subproducto, se considera como una adquisición evolutiva en el desarrollo consecuente de las formas vivientes. Algunos de esto organismos primitivos, al poseer este pigmento específico, probablemente fueron capaces de absorber parte de la luz solar y utilizar esta energía luminosa para realizar un metabolismo más eficaz. La evolución progresiva de estas formas fotosintéticas primitivas dio origen a los organismos fotosintéticos contemporáneos: los vegetales verdes, incluyendo algas y ciertas bacterias.
Estos organismos fotosintéticos comenzaron a tener predominancia hace cerca de 700 u 800 millones de años, en el tiempo en que las aguas de los mares constituían una fuente pobre de energía debido al tipo de sustancias que contenían, muchas de las cuales fueron posiblemente productos de desecho del metabolismo imperante en esa era, o sea en ausencia de oxígeno libre o con muy poca cantidad de este gas.
Debido a esta circunstancia, únicamente proliferaron los organismos fotosintéticos, evolucionaron muy rápidamente y en muy poco tiempo enriquecieron la atmósfera con uno de los productos de desecho en la fotosíntesis, el oxígeno molecular. Se ha calculado que la actual población de vegetales verdes, especialmente en los océanos, se llevaría 3,000 años aproximadamente en reemplazar totalmente el oxígeno atmosférico.