Unitat 2. L'origen i l'evolució de la vida

UNITAT 2L'ORIGEN I L'EVOLUCIÓ

DE LA VIDA

Ciències per al món contemporani 1r Batxillerat

Jose Sanahuja

Ciències per al món contemporani 1r Batxillerat U2. L'ORIGEN I L'EVOLUCIÓ DE LA VIDAINTRODUCCIÓ

Jose Sanahuja

● L'origen de la vida

● Del fixisme a l'evolucionisme

● L'origen de l'ésser humà

Ciències per al món contemporani 1r Batxillerat U2. L'ORIGEN I L'EVOLUCIÓ DE LA VIDA

L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●La vida va aparèixer a la Terra fa més de 3 500 milions d'anys

●Els primers éssers vius eren d'organització simple i la resta d'organismes que han existit i que existeixen en procedei-xen per evolució

●Existeix 2 hipòtesis que intenten explicar com es van origi-nar aquests primers éssers vius:

● Hipòtesi de la panspèrmia● La vida va ser transportada a la Terra per meteorits amb

microorganismes en estat latent, capaços de suportar les dures condicions de l'espai exterior

● Però tot i que s'admetés l'origen extraterrestre de la vida, aquesta teoria no respon a la pregunta principal, ja que desconeixeríem com ha aparegut en uns altres planetes, és a dir, com es va formar la vida mateixa


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●Hipòtesi de la panspèrmia


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

● Hipòtesi d'Oparin● L'atmosfera primitiva terrestre contenia metà, amoníac,

àcid sulfhídric, diòxid de carboni, hidrogen, nitrogen i vapor d'aigua. Com no hi havia oxigen atmosfèric, aquest no destruiria les futures molècules orgàniques

● Amb l'aport d'energia en forma de radiació ultraviolada, descàrregues elèctriques atmosfèriques, calor allibera-da de minerals radioactius i dels volcans es formaren els primers agregats moleculars

● Això es va produir:● directament a l'atmosfera ● o bé, en refredar-se la superfície terrestre, la con-

densació del vapor d'aigua i la posterior pluja du-rant milions d'anys formaren els oceans primitius on els compostos orgànics es pogueren originar-se i donant lloc al brou primordial


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●Hipòtesi d'Oparin


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●L'experiment de Miller● Stanley Miller (1953) comprovà al laboratori que la

hipòtesi d'Oparin era certa

● En un matràs va fer bullir aigua amb metà, amoní-ac i hidrogen per imitar l'atmosfera primitiva i va sotmetre la mescla a descàrregues elèctriques simulant la radiació solar

● Al cap d'uns dies es fan formar un gran nombre de molècules orgàniques, com per exemple car-bohidrats (sucres), aminoàcids (proteïnes) i nucleòtids components essencials per l'estructu-ra de l'ADN


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●L'experiment de Miller


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●De la síntesi prebiòtica als primers organismes:1. Entre 3 900 i 3 500 milions d'anys, la Terra es va refredar i

es va solidificar formant-se l'escorça terrestre. El vapor d'aigua expulsat pels volcans es condensà i va ploure du-rant milions d'anys formant-se els oceans. En l'atmosfera primitiva no hi havia oxigen i el cel era vermell

2. En les basses superficials o en xemeneies hidrotermals es produïren una concentració de les molècules orgàniques que formaren el brou oceànic. Això, va permetre la forma-ció d'agregats més complexos com polímers o macromo-lècules

3. Aquests polímers es van associar per formar els coacer-vats. Els coacervats són gotes microscòpiques constituïdes per un embolcall de polímers que els aïllen de l'exterior. El pas de coacervat a la primera cèl·lula procariota es desco-neix experimentalment


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●De la síntesi prebiòtica als primers organismes:4. Fa 3 500 milions d'anys van aparèixer els primers

bacteris heteròtrofs anaeròbics. Obtenien els nu-trients i l'energia mitjançant la fermentació de la ma-tèria orgànica continguda en el brou primordial, per tant, no necessitava oxigen

5. Fa 2 400 milions d'anys, en anar-se'n esgotant els nu-trients va fer aparèixer els cianobacteris que eren capaços de realitzar la fotosíntesi alliberant oxigen a l'atmosfera passant el cel de color blau

6. Fa 1 500 milions, la presència cada vegada més gran d'oxigen atmosfèric va originar l'aparició de la capa d'ozó de l'estratosfera. Aquesta barrera filtra una gran part de la radiació ultraviolada, i així, permet l'i-nici de la conquesta del medi terrestre pels bacteris


L'ORIGEN DE LA VIDA

Jose Sanahuja

●De la síntesi prebiòtica als primers organismes


DEL FIXISME A L'EVOLUCIONISME

Jose Sanahuja

●Interpretacions filosòfiques● Alguns filòsofs grecs van tenir una visió dinàmica de la naturalesa, i van

concebre un univers en canvi i evolució incessants● En canvi, Plató i Aristòtil tenien una visió estàtica de l'univers, i les seves

idees, incorporades al pensament cristià, presenten una imatge fixista. Aquesta creença va perdurar en el pensament occidental fins al segle XIX, és a dir, el fixisme o creacionisme segons la narració del Gènesi

●Evidències proporcionades pels fòssils● La interpretació del significat dels fòssils és fonamental en qualsevol teoria

de l'evolució, perquè són els documents històrics del procés evolutiu● Cuvier (s. XIX) va apuntar la idea que els fòssils podrien correspondre a

espècies extingides. Això topava frontalment amb el fixisme. Per fer compatible el fixisme amb l'existència dels fòssils va postular la teoria de les creacions successives o dels grans cataclismes

● Segons aquesta teoria, la Terra hauria estat poblat per una successió de flores i faunes independent entre si, producte d'una sèrie d'actes crea-dors seguits d'anihilacions catastròfiques



Jose Sanahuja

● Evidències proporcionades pels fòssils


ammonites

Cuvier


Jose Sanahuja

●La teoria de Lamark● Fou la primera teoria evolucionista. Els éssers vius tenen una tendència a

adaptar-se als ambients més diversos● Llei de l'ús i la manca d'ús dels òrgans: Quan s'adapten a un ambient can-

viant, els organismes han d'utilitzar uns òrgans més sovint i uns altres amb menys freqüència. Això suposa que alguns òrgans tindran més tendència a desenvolupar-se i altres a atrofiar-se, de manera que els organismes es modifiquen

● La funció crea l'òrgan: Si els canvis● Herència dels caràcters adquirits: Perquè els caràcters nous es perpetuïn i

tinguin més desenvolupament en els generacions posteriors, han de ser hereditaris

● Aquesta teoria és errònia, perquè les respostes fenotípiques a l'ambient no afecten els gens. Ex: el desenvolupament muscular dels atletes no afec-ta als seus descendents

– El fenotip d'un individu ho decideix principalment el seu genotip, és a dir, els gens que te-nen les seves cèl·lules. Però també hi ha altres factors que influeixen en el fenotip, com pot ser la nutrició, la temperatura, la llum, els agents infecciosos, etc.

– Un exemple podria ser el de germans bessons, que tenen el mateix genotip, però a causa de diversos factors ambientals, no tenen el mateix fenotip.



Jose Sanahuja

●La teoria de Lamark



Jose Sanahuja

●L'epigenètica● Els estudis més recents

estan demostrant l'am-bient pot modificar els gens

● És possible que organis-mes genèticament iguals, o clons, siguin diferents entre si, com en el cas dels bessons homozigòtics, univi-tel·lins o idèntics (per la divisió d'un òvul fe-cundat), perquè el codi genètic de cada orga-nisme ha estat condici-onat per factors ambi-ents diferents



Jose Sanahuja

●La teoria de l'evolució de Darwin: la selecció natural● En condicions normals, sempre hi ha més descendència que recursos exis-

teixen a la naturalesa ● Només les poblacions millors adaptades aconsegueixen prosperar per la

manca d'aliments, per l'acció dels depredadors o per les malalties● Cada generació d'animals o vegetals presenta variacions, és a dir, els in-

dividus presenten peculiaritats en la constitució o en el comportament que els confereixen una avantatge sobre els altres per sobreviure en unes condicions concretes i en un moment donat

● La lluita per l'existència es basa en la supervivència del més aptes o dels més ben adaptats a l'entorn

● Els supervivents són els progenitors de la generació següent, a la qual transmeten els trets adaptatius favorables, i així successivament

● Com que les circumstàncies ambientals són variables, allò que en un mo-ment donat és avantatjós pot esdevenir desfavorable en un altre mo-ment: per això l'evolució no segueix una línia recta de perfeccionament

● Inconvenient: desconeixia el mecanisme de transmissió de les diferents variacions en els individus, perquè les lleis de l'herència biològica de Mendel es publicaren en 1900



Jose Sanahuja

●La teoria de l'evolució de Darwin: la selecció natural



Jose Sanahuja

●El problema de l'origen de les variacions● Hi ha variacions que poden ser heretades i d'altres que són degudes a

l'ambient. Aquestes últimes són adquirides i no poden ser heretades. Ex: la intensitat del color del plomatge dels flamencs que depèn de l'a-limentació

● Les variacions en els individus d'una població que poden ser heretades s'anomenen mutacions i és el substrat sobre el que actua la selecció natura i, per tant, una causa de l'evolució

●El neodarwinisme o teoria sintètica de l'evolució● Considera que les mutacions espontànies i la recombinació genètica

són la font de la variabilitat hereditària en les poblacions ● Posteriorment actua la selecció natural fent que augmentés o que minvés

la proporció d'individus que les manifesten, segons que els siguin avan-tatjoses o no, en unes condicions ambientals determinades

● Les mutacions poden ser heretades perquè són degudes a modificacions en els gens i sempre es produeixen a l'atzar

● Ex: Al llarg del temps, s'han produït variacions acumulatives que han per-feccionat la visió. Des de la visió d'un mol·lusc que percep el moviment com una visió borrosa fins a la imatge nítida enfocada dels vertebrats



Jose Sanahuja

●El neodarwinisme o teoria sintètica de l'evolució


L'ORIGEN DE L'ÉSSER HUMÀ

Jose Sanahuja

●L'espècie humana, producte de l'evolució● L'espècie humana com tots els éssers vius estan relacionats entre

si en una llarga sèrie que es prolonga fins a les formes de vida més primitives

● La família dels homínids inclou l'espècie humana i els grans antro-poides o simis (l'orangutan, el goril·la, el ximpanzé i el gibó)

●Els nostres avantpassats● Els humans i els ximpanzés es van separar definitivament fa poc

més 5 milions d'anys● No obstant això, els nostres ancestres i els dels ximpanzés podrien

haver-se encreuat repetidament, després de la divergència inici-al, durant un període molt llarg

● Actualment es considera que les restes més antigues d'homínids corresponen a Tumai (“esperança de viure”), un fòssil de fa 6-7 milions d'anys i trobat al Txad l'any 2001



Jose Sanahuja

●Els nostres avantpassats i la família dels homínids



Jose Sanahuja

●Els Australopithecus● Els Australopithecus (simis de l'Àfrica austral) constitueixen un

gènere d'homínids extingits que van viure a Àfrica des de fa, aproximadament, entre 4 i 1,6 milions d'anys

● Es distingien per la postura erecta i per la marxa bípeda. El seu crani era petit (al voltant de 400 cm3) i la seva intel·ligència, probablement, molt semblant a la dels ximpanzés actuals

● L'Australophitecus afarensis (pel triangle d'Afar, al nord-est d'Etiò-pia) és la primera espècie homínida bípeda per les petjades tro-bades i els 40% de l'esquelet de femella de 20 anys, la famosa Lucy.

● Això demostrava que la marxa bípeda va precedir l'expansió del cervell gairebé en un milió d'anys

● A causa de la formació de l'Himalaia els corrents humides deixaren d'arribar a Àfrica, això provocà que les selves es convertiren en sabanes i en desaparèixer arbres obligà als primats a passar més temps a terra i caminar a dues potes



Jose Sanahuja

●Els Australopithecus



Jose Sanahuja

●Els Australopithecus● La marxa bípeda fa guanyar altura i visualitzar un depreda-

dor a una distància més gran, però també ell et pot veure abans, per exemple des de l'aire. A més, et fa córrer més lent que a 4 potes

● La gran avantatja de caminar a dues potes és l'estalvi d'e-nergia que permet recuperar-se abans a una femella del seu embaràs, i així, tindre més descendents en un temps més breu. A més, en guanyar altura respires aire menys calent que és més sa pels pulmons

● Des de les espècies més antigues fins a les més recents s'hi observa una tendència a l'augment del volum del crani. La locomoció bípeda permet deixar lliures els membres ante-riors, de manera que la mà por fer noves funcions associa-des al desenvolupament del cervell. Això suposaria la di-vergència entre la línia humana i la dels ximpanzés fa uns set milions d'anys



Jose Sanahuja




Jose Sanahuja



Foramen magnum és el nom de l'orifici més gran situat a la base del crani, a través del qual s'estableix la continuïtat del sistema nerviós central cap el raquis. En l'evolució de l'home, com més avall estigui el foramen magnum, més alçada era la posició de l'espècie, el que implicava un major bipedisme


Jose Sanahuja

●L'Homo habilis● Va aparèixer fa 2,5 milions d'anys. Era robust i àgil i tenia

una capacitat cranial de 680 cm3, i una estatura d'1,55 m. Se semblava a un ximpanzé. Va viure a l'est d'Àfrica

● Eren curiosos i inquisitius. Tenia la capacitat de produir eines i de manifestar un comportament social. Posseïen un llen-guatge molt rudimentari, però prou eficaç per transmetre informació sobre la confecció dels seues estris elementals

● Es refugiava en coves i s'alimentava de llavors i de fruits i, ocasionalment, menjava carn. A més, era l'únic homínid capaç d'aconseguir medul·la òssia amb l'ajuda de les seves eines, que li aportà la quantitat suficient de proteïnes per desenvolupar el cervell

● Les diferències anatòmiques principals entre l'Homo habilis i l'Australopithecus es basen em l'expansió cerebral i en la reducció de l'aparell mastegador



Jose Sanahuja

●L'Homo habilis



Jose Sanahuja

●L'Homo ergaster● Va aparèixer fa 2 milions d'anys. Va viure a sud-Àfrica. Mos-

tra característiques molt semblants a les humans actuals. Utilitzava estris de pedra i llances per caçar

● La seva capacitat cranial és més gran que en els seus avant-passats. Les seves cames són més llargues i els braços, més curts i un nas ample per poder humidificar l'aire

● No tenia tant de pèl i presentava glàndules sudorípares com l'home actual que li permetien suar, i així, refrigerar el cos i recórrer grans distàncies perseguint una pressa

● Va ser el primer en presentar blanc als ulls, i això feia que el seu llenguatge no verbal fos més complexe i podia co-municar els seus sentiments de forma més eficaç

● També va ser el primer de l'espècie homo amb la capacitat d'interpretar el seu entorn. És a dir, quan veia una petjada podia saber de quin tipus d'animal es tractava, la direcció cap on es dirigeix, ...



Jose Sanahuja

●L'Homo ergaster



Jose Sanahuja

●L'Homo ergaster● Va emigrar d'Àfrica i va expandir-se fins a Àsia. Allí va evo-

lucionar fins a donar una nova espècie l'Homo erectus (fa entre 1,3 milions i 300 000 anys)

● No s'han trobat estris de pedra juntament amb els fòssils d'Homo erectus de l'illa de Java i de Xina. Probablement, perquè feien servir bambú per fabricar estris

● A Europa va evolucionar per donar una nova espècie anome-nada l'Homo heidelbergensis fa entre 600 000 i 200 000 anys

● Fins l'any 2000 s'acceptava que la primera emigració del homínids fora d'Àfrica es va dur a terme per l'Homo ergas-ter. Però aquesta hipòtesi va ser rebutjada davant la troba-lla de cranis de l'Homo georgicus a Georgia. Es tracta d'u-na espècie pròxima a l'Homo habilis. Això suposa que la primera sortida dels homínids d'Àfrica es va esdevenir un milió d'anys abans del que es creia



Jose Sanahuja

●L'Homo ergaster



Jose Sanahuja

●L'home de Neandertal● Van evolucionar a partir de l'Homo heidelbergensis. Es

van estendre des d'Europa fins a l'Àsia central i el Pròxim Orient

● El primer fòssil de neandertal es va trobar a la vall de Neandertal (Alemanya)

● Tenien una alçada de 1,60 m, eren robustos, podien suportar dolors molt intensos deguts a fractures, amb un nas petit per no perdre calor (a Europa hi havia una època de glaciació)

● Enterrava els seus morts i tenia un llenguatge verbal molt senzill

● El seu crani tenia una gran capacitat, era allargat i amb la cara prominent, sense pòmuls



Jose Sanahuja

●L'home de Neandertal



Jose Sanahuja

●L'Homo sapiens● Mentre a Europa hi havia glaciació, a Àfrica patien una

gran sequera, això va fer la selecció natural actués i només els individus amb imaginació sobrevisqueren

● És el primer homo en tindre imaginació, és a dir, capa-citat d'abstracció i d'anticipació de situacions. Ex: po-dia utilitzar un ou d'estruç per emmagatzemar aigua, enterrar-lo i utilitzar-lo més endavant per a possibles futures sequeres

● L'Homo sapiens no té cap diferència anatòmica i intell-lectual amb l'home modern. Per tant, l'home modern procedeix d'Àfrica i des d'allí es expandir a tots els llocs del planeta

● Durant milers d'anys els neandertals i els homes mo-derns formaren un mosaic de poblacions entremes-clades. Però els neandertals es van extingir



Jose Sanahuja

●L'Homo sapiens



Jose Sanahuja

●L'Hominització● És l'adquisició progressiva de les característiques mor-

fològiques i culturals del llinatge humà, que el dife-rencien dels altres primats. S'hi distingeixen 4 etapes fonamentals:● L'adquisició de la marxa bípeda: L'ésser humà no és l'ú-

nic primat que camina aguantant-se dret amb les dues cames, però és l'únic per al qual el bipedisme constitu-eix la manera fonamental de locomoció

● L'augment del temps de juvenilització: Durant el procés d'aprenentatge es desenvolupa el joc, la qual cosa es-timula la vida social. A més a més, alguns trets juven-ils com la curiositat per l'entorn, que fomenta l'ex-ploració, en altres espècies només es donen en la joventut, però en nosaltres s'hi mantenen tota la vida. L'allargament de la infantesa redueix el nombre de fills que es tenen, però augmenta la seva intel·ligència i comporta canvis socials



Jose Sanahuja

● L'adquisició del llenguatge: La producció del llenguatge requereix un desenvolupament del lòbul frontal i parie-tals de l'escorça cerebral i d'una gran faringe associada a una laringe baixa, que permet transformar els sons en fonemes i en paraules. Això suposa que, a partir dels 3 anys l'ésser humà no pot respirar i menjar al mateix temps. En canvi, un ximpanzé en tindre una la-ringe alta i una faringe petita pot fer-ho, en contrapar-tida no pot modificar els sons emesos. Estudis recents, associen la capacitat del llenguatge al gen FOXP2. Les persones amb mutacions en aquest gen presenten difi-cultats greus en la parla

● L'adquisició de tècniques d'una activitat cultural: L'art prehistòric, és a dir, l'activitat cultural avançada com les pintures rupestres va aparèixer a Europa amb l'Homo sapiens fa a penes 35 000 anys



Jose Sanahuja


A) Planta i perfil d'una petjada d'home modern caminant de forma normal B) Planta i perfil d'una petjada d'home modern caminant amb les cames flexionades C) Planta i perfil de la petjada d'Australpithecus afarensis a Laetoli

L'estudi biomecànic demostra que els Australopithecus afarensis caminaven com els humans moderns i no inclinats. És una forma increïblement eficient d'estalviar energia


Jose Sanahuja

●L'Hominització



Jose Sanahuja

●Canvis genètics condicionants de l'especificitat humana● Si comparem la seqüència de l'ADN entre els grans simis

africans i l'ésser humà observem un parentiu estret, i això confirma l'existència d'un antecessor comú recent (prosimi o primer primat) entre aquestes espècies fa 15 milions d'anys

● L'avantpassat comú entre el ximpanzé i l'ésser humà presen-tava 48 cromosomes. Fa 7 milions d'anys es produí una recombinació cromosòmica, és a dir, es va fusionar dos cromosomes generant l'actual cromosoma 2 humà (46 cromosomes). En canvi, en el ximpanzé no s'ha produït aquesta fusió i manté els 48 cromosomes. Aquesta altera-ció origina una disminució de la fecunditat dels encreua-ments entre els portadors d'una reordenació i els no por-tadors, de manera que constitueix una barrera genètica que facilita l'aparició d'espècies noves. En conclusió, la se-paració definitiva del llinatge entre el ximpanzé i l'humà s'efectuà fa 5 milions d'anys



Jose Sanahuja

● Petites mutacions en els gens reguladors del desenvolupament embrionari suposen un augment del ritme del creixement cere-bral en el període prenatal i després del naixement en l'ésser humà respecte de la resta de primats. Però el naixement d'un nadó presenta una dificultat més gran degut al gran volum del seu cap i l'estretor de la pelvis de la mare, que és una conse-qüència evolutiva del bipedisme. Per tant, el nadó ha de néixer amb els ossos del crani no fusionats

● S'ha produït un augment de les mutacions (alteracions aleatòries de l'ADN) en els darrers 5 000 anys a causa del ràpid creixe-ment de la població i dels canvis alimentaris humans afavorits per la selecció natural

● 1r exemple: A la Xina i a la major part d'Àfrica no tenen tolerància a la lactosa, mentre el gen que permet la digestió de llet fresca es manifesta en els europeus. Perquè els habitants que poblaren Eu-ropa procedien del nord de l'Índia amb aquest gen

● 2n exemple: El naixement de les ciutats afavoriren l'expansió de malalties i gràcies a la selecció natural només els individus amb mutacions resistents a les malalties sobrevisqueren. Un 10% dels europeus tenen un gen de fa 4 000 anys resistent al VIH



Jose Sanahuja

●L'Eva mitocondrial● Fou un ancestre femení primitiu de l'espècie humana, comú a tots els

descendents actuals● Els mitocondris és troben en totes les cèl·lules humanes. Aquests orgànuls

s'hereten per part de la mare, ja que en el moment de la fecundació l'espermatozou no n'aporta. Els mitocondris contenen ADN, ADN mito-condrial o ADNm. L'ADN al llarg del temps acumula mutacions i diver-gint entre els diferents llinatges evolutius.

● Per tant si ens remuntem prou generacions enrere arribarem a un punt en què existeix la mare de tots els nostres avantpassats. O el que és el mateix un mitocondri amb una seqüència d'ADNm primigènia.

● En un sentit més ampli el concepte pot ser utilitzat per qualsevol espècie biològica en què l'herència dels mitocondris durant la reproducció sigui monoparental

● La tribu Bosjeman (home dels boscos) és el poble més antic de la Terra. Els bosquimans habiten des de fa 20 000 anys les terres de l'Àfrica aus-tral. El seu ADN mitocondrial presenta tots els gens característics de to-tes les races actuals del planeta



Jose Sanahuja

●L'Eva mitocondrial



Jose Sanahuja


Unitat 2. L'origen i l'evolució de la vida

Documents

Transcript of Unitat 2. L'origen i l'evolució de la vida