EBAU del Biología: Vídeos de Preparación.

Durante el último año he elaborado y publicado en mi canal de YouTube una serie de vídeos para la preparación de la EBAU de Biología. Se trata de vídeos con la resolución de ejercicios correspondientes a la EBAU de Biología del Principado de Asturias.

Del primer bloque, hay un vídeo sobre preguntas relacionadas con el ciclo del agua:

Del bloque de Biología Celular hay un vídeo sobre esquemas de células:

Y otro vídeo sobre esquemas de metabolismo:

También podemos encontrar dos vídeos con problemas de genética de la EBAU resueltos:

Ciclo del Nitrógeno.

El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos, tanto en cuanto forma parte de las moléculas orgánicas que componen las proteínas (aminoácidos) y los ácidos nucléicos (bases nitrogenadas). Se trata de un elemento químico muy abundante en la atmósfera, pero su fijación en forma de nitrógeno orgánico es muy compleja, pues se encuentra en forma de N₂ que es químicamente inerte y recae de forma exclusiva en los microorganismos.

La mayor parte de los organismos, por lo tanto, dependen de otras formas de nitrógeno para su utilización, tales como el amoniaco, nitrato o compuestos orgánicos ricos en nitrógeno. La mayor parte de los flujos de nitrógeno, por lo tanto, se llevan a cabo entre estas otras formas químicas, que son más accesibles a los seres vivos.

La Fijación del nitrógeno atmosférico es la transformación del nitrógeno atmosférico en otras formas de nitrógeno y depende de una serie de bacterias denominadas diazótrofas. Mediante un complejo enzimático denominado Nitrogenasa transforman el nitrógeno atmosférico, es decir, N₂, en formas de nitrógeno accesibles para los seres vivos, principalemente amoniaco, es decir, NH₃.

Entre las bacterias fijadoras del nitrógeno se distinguen dos grandes grupos, las bacterias de vida libre y las bacterias que se encuentran en simbiosis con algún otro organismo. Entre las bacterias de vida libre destacan algunos grupos de gramnegativos, como las bacterias del género Azotobacter, así como algunas cianobacterias. Las simbióticas viven asociadas a algún ser vivo, fundamentalmente plantas. Les ceden los compuestos nitrogenados derivados del amoniaco y a cambio reciben materia orgánica fabricada por el organismo al que se asocian. Un ejemplo son las bacterias del género Rhizobium que viven asociados a las raíces de plantas, o cianobacterias como la Anabeana que crecen asociadas a helechos acuáticos.

Una vez fijado, el nitrógeno es captado por los organismos, principalmente los productores, que lo incorporan en forma de ion nitrato (NO₃^-) o amoniaco (NH₃). Este proceso se denomina Asimilación.

El nitrógeno contenido en las moléculas orgánicas puede tender a acumularse en algunos organismos que no tienen capacidad de oxidar nitrógeno, siendo transformado para formar sustancias de desecho de las que tendrá que deshacerse. Los sistemas de eliminación de los excesos de nitrógeno varían ligeramente entre distintos seres vivos, pudiendo transformarse en amoniaco, urea, ácido úrico o incluso guanina.

Estos restos nitrogenados, junto con proteínas aminoácidos liberados o procedentes de otros organismos son utilizados por ciertos organismos que acabarán transformando el nitrógeno en la forma más simple, el amoniaco (NH₃). Este proceso se denomina Amonificación. Y es llevado a cabo por bacterias amonificantes.

Las bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico también llevan a cabo procesos de amonificación  para transformarlo en amoniaco.

Algunas bacterias usan el amoniaco para generar iones nitrato, obteniendo energía en el proceso. El proceso se denomina Nitrificación y es llevado a cabo por bacterias quimiolitótrofas de los géneros Nitrosomonas y Nitrobacter. El proceso de transformación requiere oxígeno, por lo que estas bacterias son aeróbicas.

El nitrógeno transformado por las bacterias nitrificantes en nitratos puede ser incorporado a algunas plantas mediante procesos de asimilación (similares a los procesos de asimilación que tienen lugar cuando una bacteria fijadora le cede nitrógeno a la planta con la que se encuentra en simbiosis).

Para mantener el equilibrio, debe existir algún sistema de transformar el nitrógeno fijado en forma de amoniaco o de nitrato en nitrógeno molecular gaseoso (N₂) de nuevo (de no ser así, el nitrógeno atmosférico tendería a disminuir). Esto tiene lugar mediante un proceso que conocemos como  Desnitrificación. Y es llevado a cabo por ciertas bacterias heterótrofas, que aprovechan el proceso para obtener energía, como por ejemplo Pseudomonas fluorescens. Este grupo de bacterias usan amonio y nitritos como aceptores finales de electrones en sustitución del oxígeno (es decir, se trata de reacciones anaeróbicas) y se denominan genéricamente bacterias desnitrificantes. Y el conjunto de reacciones catabólicas que conducen a la transformación de amoniaco y nitrito en nitrógeno molecular se denomina oxidación anaerobia del ion amonio o Anammox.

Nuevos Apuntes Disponibles

He comenzado a redactar un nuevo lote de apuntes sobre Biología y Geología. Se trata de temas individuales de Biología y Geología con un nivel calculado para primero de bachillerato.

Se corresponden con las presentaciones que ya estaban disponibles de cursos anteriores, pero en este caso se trata de texto con imágenes que puede ayudar a complementar los contenidos desarrollados de forma esquemática en las presentaciones.

Como siempre, se trata de textos en los que se han usado bien materiales de código abierto, bien materiales propios, por lo que pueden ser usados y descargados sin ningún tipo de problema.

Espero que sean de utilidad.

De momento se han incorporado los temas correspondientes al primer trimestre, pero se irán incorporando sucesivos temas conforme vaya avanzando el curso.

Interacción Genética: Epistasia y Herencia Poligénica

Epistasia.

En ocasiones, la expresión de un gen interactúa o condiciona la expresión de otros genes, que pueden estar relacionados con distintos alelos. Es decir, puede suceder que la expresión de un gen interactúe con otros genes y provoque que estos no se expresen o que la expresión de los mismos sea diferente a la esperada o no se manifieste con el fenotipo esperado.

Esta interacción entre genes puede hacer que las proporciones de los descendientes no sea la esperada o no se corresponda con la descendencia prevista según las leyes mendelianas de la herencia.

Estas variaciones de las proporciones esperadas en un alelo concreto y derivadas de la expresión de genes relacionados con alelos diferentes recibe el nombre de Epistasia. Se dice que un gen o grupo de genes epistásicos suprimirá la expresión de un gen o grupo de genes de un alelo diferente y que denominamos hipostáticos. 

Veamos un ejemplo extremo: el síndrome del cabello acanalado o impeinable es una alteración autosómica dominante que hace que en el pelo aparezca un surco o canal longitudinal que provoca que el pelo se vuelvan muy difíciles de peinar debido a su disposición. Si un individuo con esta alteración tuviese una alopecia congénita hereditaria, el pelo acanalado no sería visible (ya que el individuo, sencillamente, carecería de pelo). Pero, al poseer el genotipo del pelo acanalado, podría transmitirlo a su descendencia. Es decir, aunque es un alelo dominante, no aparece porque otro gen lo oculta. Pero puede ser transmitido a su descendencia, pudiendo aparecer en sus descendientes siempre y cuando estos no expresasen también los genes relativos a la alopecia congénita.

Imaginemos otro ejemplo. En los hámster, un determinado gen que denominamos A hace que el ratón presente el pelo marrón o agoutí y que es dominante sobre un determinado gen que denominamos a y que hace que el ratón tenga pelo negro. Si cruzamos dos líneas híbridas Aa, sería esperable que 3/4 partes de la descendencia presentasen el pelo marrón, mientras que 1/4 parte tendrían el pelo negro. Pero si ambas líneas son también heterocigóticas para el albinismo,  que hace que el pelo aparezca de color blanco (el albinismo se debe a un gen autonómico recesivo), las proporciones cambiarán, ya que los individuos albinos no tendrán coloración en el pelo (ni negro, ni marrón), por lo que las proporciones de la descendencia será 9/16 marrón, 3/16 negro y 4/16 blanco (o albino).

Debemos darnos cuenta que la proporción entre marrón y negro pasa de 4 a 1 si no apareciese interferencia con el genotipo albino, frente a la proporción 3 a 1 que encontramos cuando se nos cruza el genotipo albino.

Además, como vemos, parte de los individuos albinos transmitirán a la descendencia el genotipo marrón y parte el genotipo negro, sin que podamos apreciar ninguno de los dos genotipos.

Herencia Poligénica.

Algunas características fenotípicas no son controlados por un solo gen, sino por un grupo de genes. Existen muchos ejemplos, siendo la altura o el color de la piel o el color de ojos tres ejemplos clásicos en seres humanos.

Al existir varios genes para controlar un solo carácter, existen muchas herencias intermedias. Por este motivo, no podemos calificar a las personas sencillamente como altas o bajas, ni podemos decir que una persona es sencillamente morena o rubia, existiendo un amplio grado de niveles intermedios. 

Cuando un carácter se asocia a una herencia poligñenica, la distribución de los genotipos dentro de las poblaciones suele responder a gráficas en forma de campana, con una serie de fenotipos que tenderán a ser más abundantes y que corresponderán a aquellos que se caracterizan por alelos dominantes en situación de heterocigosis, frente a otros que aparecerán con menos frecuencia de forma gradual y que se caracterizarán por alelos recesivos o por los grupos de individuos con todos los genotipos en homocigosis.

Es decir, los genotipos con mayores proporciones de homocigosis tenderán a ser más infrecuentes, frente a los heterocigóticos que además manifestarán principalmente a los alelos dominantes.

Cilios y Flagelos: Morfología Básica

 Cilios y Flagelos.

Los cilios y flagelos son apéndices móviles con dos funciones fundamentales: provocar movimiento y desplazamiento de la célula, como ocurre por ejemplo con los espermatozoides o los flagelos algunos protozoos, o para movilizar el medio externo, como ocurre de las células del epitelio respiratorio, que usan sus cilios para promover el movimiento de la mucosidad.

Cilios y flagelos poseen una estructura interna común. Los flagelos de procariotas son estructuras muy simples constituidas por proteínas fibrilares que componen el cuerpo del cilio, sin recubrimiento membranas o y que tienen el mecanismo que origina el movimiento en el interior de la célula.

Los cilios y flagelos eucariotas son mucho más complejos y se basan en una estructura constituida por microtúbulos dispuestos de forma muy ordenada. Están recubiertos por membrana y el movimiento viene originado por desplazamientos de los microtúbulos del interior del apéndice.

Los microtúbulos dentro del apéndice constituyen una conformación denominada Axonema y se organizan en una estructura 9+2, con nueve microtúbulos formando una estructura de doble anillo en la parte periférica, y dos tubos centrales.

Los dobletes externos llevan ancladas dos moléculas de una proteína que promueve el desplazamiento de unos microtúbuos respecto a otros y que se denomina Dineína. Es decir, la dineina conecta un doblete con el doblete vecino y es la encargada de que los microtúbulos se desplacen entre sí, mediante consumo de ATP, originando así el movimiento del cilio o flagelo. Este movimiento, por lo tanto, parte del interior mismo del apéndice.

La estructura de los deobletes, además,se estabiliza mediante proteínas que unen a los dobletes entre sí y que se denominan Nexina.

El par de microtúbulos centrales constituyen el eje del apéndice y se unen entre sí mediante un Puente Central y a los dobletes externos mediante proteínas denominadas Espinas Radiales.  

En la base del cilio o flagelo encontramos siempre una estructura electrondensa, de naturaleza fibrilar y que se denomina Cuerpo Basal. El cuerpo basal es, morfológicamente, idéntico a un centriolo y su función es controlar la disposición de los microtúbulos que constituyen el axonema del cilio o flagelo.

El movimiento de cilios y flagelos es ligermente diferente. Mientras que los flagelos tienden a realizar movimientos helicoidales que permiten el movimiento de la célula en una dirección concreta, los flagelos tienden a realizar movimientos hacia atrás y adelante, que son especialmente eficaces a la hora de mover el medio externo (como el caso de la mucosidad en las células epiteliales del tubo respiratorio).

Problemas de Genética: EBAU

He realizado un vídeo con la resolución de cinco problemas de genética que han sido parte de la EBAU (examen de acceso a la Universidad) de Biología en diferentes Comunidades Autónomas de España, durante los últimos años.

Aquí incluyo un pdf con los problemas.

• Problemas de Genética EBAU.

En este pdf se añaden los problemas resueltos.

• Problemas de Genética EBAU: Resueltos.

Y por último, incluyo el vídeo detallado en el que resuelvo punto por punto los problemas.

Vídeos: Genética Mendeliana

Se han elaborado y subido a YouTube una serie de tres vídeos describiendo las características más importantes de la genética mendeliana.

El tema forma parte del tema de genética.

• Genética.

Los vídeos se basan en las presentaciones que forman parte de los siguientes apuntes:

• Genética Mendeliana.

Los vídeos se dividen en los siguientes apartados:

Genética: Leyes de Mendel.

Genética: Teoría Cromosómica de la Herencia.

Herencia: Herencia Autosómica y Ligada al Sexo.

Ruta Retículo Rugoso - Aparato de Golgi

Una de las rutas más importantes dentro de la célula es la producción de proteínas fabricadas por los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso, de cara a ser enviadas a la membrana plasmática, al exterior o a los lisosomas.

Incluyo en esta entrada un esquema básico, pero completo de la ruta, para intentar mejorar la comprensión del proceso.

Nuevos Apuntes y Materiales

He abierto en las páginas de apuntes y de presentaciones una nueva serie de materiales para la Biología de Segundo de Bachillerato.

De momento encontramos la primera parte del tema de biología molecular. El material irá siendo completado, para posteriormente añadir nuevos temas adaptados al actual currículo.

Dejo el enlace directo:

Apuntes: Biología Molecular. 

Presentaciones: Biología Molecular.

He usado materiales creative commons y como siempre, al carecer de ánimo de lucro, pueden ser descargados, usados o modificados a gusto de quien quiera hacer uso de los mismos.

Histología Vegetal: Estructura de la Hoja

Las hojas son las estructuras vegetales encargadas de la producción de materia orgánica a través de los procesos fotosintéticos. Es decir, en las hojas se va a producir savia elaborada a partir de savia bruta y gracias a la incidencia de la luz solar.

En las hojas, por lo tanto, deben existir estructuras que promuevan, por un lado, la percepción de luz solar y la realización de la fotosíntesis. El principal tejido fotosintético en vegetales es el Parénquima. Y por otro lado, debe existir un sistema eficaz de intercambio de gases con el exterior, puesto que para realizar la fotosíntesis, la planta requiere captar dióxido de carbono del aire (para fijarlo mediante el ciclo de Calvin, en la fase oscura de la fotosíntesis) y liberando oxígeno en el proceso. Y cuando la fotosíntesis no se encuentra activa, en las hojas debe captarse oxígeno para llevar a cabo la respiración celular, liberándose dióxido de carbono.

Las hojas están recubiertas por una Epidermis, que actúa como capa protectora. Encontramos epidermis tanto en el haz como en el envés de la hoja, aunque ambos tejidos epidérmicos presentan ciertas diferencias. La más importante, en el envés de las hojas encontramos muchos más estomas, es decir, parejas de células especializadas en el intercambio de gases entre el interior y el exterior de las hojas.

Por debajo de la epidermis encontramos el Parénquima. Normalmente, en la zona del haz de las hojas el parénquima suele ser más denso, con mayor agrupamiento celular. Es frecuente, por ejemplo, encontrar un Parénquima en Empalizada.

En la zona del envés, en cambio, es más frecuente encontrar un parénquima con menor densidad celular, pues así se facilita la difusión de gases del exterior al interior. Podemos identificar en muchas hojas, por ejemplo, Parénquima Lagunar, con amplios huecos entre las células que permiten el flujo de gases.

En el interior de la hoja también encontraremos los Elementos Conductores, agrupados en haces conductores en los que aparecerá el Xilema, normalmente en la zona central del haz conductor y el Floema, en la zona periférica.

Los elementos conductores está, en ocasiones, rodeados o flanqueados por tejido endurecido, es decir, por Esclerénquima que le da consistencia a la hoja y a su nerviación.

En algunas zonas, bajo la epidermis, puede aparecer tejido endurecido, Colénquima, para dar consistencia a la hoja.

Histología Vegetal: Estructura del Tallo Secundario

Entendemos por tallo secundario como aquel tallo que presenta anillos de crecimiento, es decir, que pertenece a una zona de la planta que se mantiene durante más de un año, presentado crecimientos estacionales progresivos.

Así, cada año aparecerá una nueva estructura de crecimiento, un nuevo anillo que rodeará o se añadirá a los anillos anteriores. Estos anillos están formados esencialmente de elementos leñosos, mayormente células sin protoplasto vivo y con predominancia de elementos conductores xilemáticos, es decir, de conductores de savia elaborada.

Los elementos con protoplasto vivo tenderán a concentrarse en las zonas más periféricas o y en ocasiones, en zonas interiores del tallo constituyendo la el parénquima medular.

Rodeando el tallo secundario encontramos una capa de células muy endurecidas, normalmente cargadas de una sustancia química denominada suberina y sin protoplasto vivo. Se denomina Perdiermis. Este tejido, conocido genéricamente como Súber, es fabricado por un meristemo que se localiza justo por debajo del mismo y que se denomina Felógeno.

Bajo el felógeno suele aparecer un tejido parenquimático conocido como Córtex. Es, básicamente, un tejido de relleno que ocupa la periferia exterior del tallo, justo por debajo del súber y del meristemo.

Justo por debajo del córtex aparece el tejido conductor de la savia elaborada, es decir, el Floema. En muchas ocasiones no forma un tejido circular continuo, sino que se establece en estructuras piramidales, con columnas de tejido parenqumático separando las diferentes pirámides.

Por debajo del floema se distribuirá, en capas concéntricas, el Xilema. Entre el xilema y el floema aparece un tejido meristemático encargado de fabricar los tejidos conductores y que se denomina Cambium o Cambium Vascular.

Las células del cambium generan floema hacia la periferia y xilema hacia el interior. El xilema es fabricado a mayor velocidad y establece claramente periodos de crecimiento y de paro del crecimiento en aquellas plantas que tiene crecimientos estacionales.

Año a año, el cambium fabrica xilema hacia el interior, que conforma un tejido duro y que da consistencia al tallo. Y va empujando los tejidos vivos hacia el exterior, aumentando de esa forma el volumen total del tallo. Debemos pensar que todo el grueso interior del tallo, formado por anillos concéntricos de xilema, son vasos leñosos, constituidos por células sin protoplasto vivo.

En la zona más interior de algunos tallos encontramos el Parénquima Medular, un tejido parenquimático formado por células con protoplasto vivo.

Histología Vegetal: Estructura del Tallo Primaro

Entendemos por tallos primarios aquellos que no presentan anillos de crecimiento. Normalmente aparecen solo durante una temporada del año, perdiéndose la estructura durante las estaciones frías.

Es decir, es un tallo que no presenta crecimientos progresivos de año a año.

Recordemos que la principal función del tallo es sostener la planta, mantenerla erguida de forma que pueda recibir pertinentemente la radiación solar, mantener en alto las hojas y el sistema reproductor de la planta y conectar las raíces con el resto de órganos de la planta, fundamentalmente hojas y estructuras reproductoras.

O dicho de otro modo, transporta el agua y las sales minerales, conocida como savia bruta, desde la raíz hasta las hojas, donde se fabrica la savia elaborada. Y posteriormente distribuye la savia elaborada desde las hojas hasta el resto de órganos de la planta, alimentando las estructuras reproductoras y haciendo descender los nutrientes a las raíces.

En el tallo primario encontramos varias estructuras características.

Por un lado, se encuentra rodeado por un tejido epidérmico que lo separa del exterior. En los tallos primarios, normalmente, no hay superficie endurecida rodeando el tallo.

Por debajo de la epidermis, hay una capa de tejido endurecido, de sostén, es decir, de esclerénquima formando una especie de anillo endurecido que aporta rigidez.

La parte central del tallo está constituido, principalmente, de tejido parenquimático.

Inmiscuido dentro del tejido parenquimático encontramos los elementos conductores en forma de subunidades, de morfología redondeada. En cada una de estas subunidades conductoras encontramos los dos tipos de tejidos: xilema que conduciría la savia bruta de la raíz a las hojas, y floema que transportaría la savia elaborada de las hojas a la raíz. Entre los elementos conductores, aparecen elementos de tejido de sostén, fundamentalmente esclerénquima. El esclerénquima está constituido por células endurecidas, que hacen de soporte y son las responsables de que los tallos sean elementos rígidos.

Histología Vegetal: Estructura de la Raíz

La raíz de los vegetales es la estructura encargada de:

• Sostener la planta, anclándola al suelo y permitiendo su crecimiento en altura.

• Obtener los nutrientes básicos que necesita para realizar su actividad metabólica básica, es decir, agua y sales minerales.

En la raíz de la planta encontraremos pelos radiculares que se encargarán de obtener del suelo agua y sales minerales. Estas serán transportadas por los tejidos conductores a las zonas de la planta donde se realizará la fotosíntesis, es decir, a las hojas.

Recordemos que la mezcla de agua y sales minerales capturadas del suelo constituyen un líquido que denominaremos savia bruta. Esta será transportada por medio de tejidos conductores denominados vasos leñosos o xilema.

En las hojas y mediante el proceso fotosintético, la savia bruta es transformada en savia elaborada. Es decir, el agua y sales minerales se convierten en moléculas orgánicas de mayor complejidad (se trata de un proceso anabólico), entre las que destacan los azúcares y aminoácidos.

Las moléculas orgánicas son esenciales para el desarrollo y crecimiento de la planta. Por ese motivo, deben ser transportadas a toda la planta, incluida la raíz.

La savia elaborada es distribuida por toda la planta mediante los vasos liberianos, que forman parte destejido conductor denominado floema.

En las raíces, los tejidos conductores suelen encontrarse en la zona central de la misma. Se separan del resto de la raíz por una capa de tejido de recubrimiento interno, es decir, mediante una capa de endodermis.

El cuerpo de la raíz está constituido por tejido parenquimático, carente de cloroplastos (al encontrarse bajo tierra, no realiza fotosíntesis). Este tejido es usado, ocasionalmente, para acumular sustancias de reserva, como almidón.

La raíz está separada del exterior mediante una capa de células denominada epidermis. En esta capa celular encontramos células epidérmicas modificadas que constituirán los pelos radiculares.

La función de estos pelos no es la absorción, tanto en cuanto toda la superficie de la raíz tiene capacidad de absorber, sino localizar agua y sales minerales y condicionar así el crecimiento de extensiones.

Vídeos: Eras Geológicas

Se han incorporado a mi canal de youtube cuatro vídeos en los que se resumen los eventos más importantes de las eras geológicas de la Tierra.

Han sido desarrollados e ilustrados por el alumnado de cuarto de ESO (generación del 2002), demostrando con ellas no solo su capacidad de resumir información, también sus dotes interpretativas y artísticas.

El primer vídeo resume los periodos Hádico y Precámbrico:

El segundo vídeo resume las eras correspondientes al Paleozóico:

El tercer vídeo resume las eras correspondientes al Mesozóico:

Y finalmente el cuarto vídeo describe las eras correspondientes al Cenozóico:

La edición y puesta a punto han corrido de mi cuenta. La recogida de información, resúmenes y todo el trabajo artístico corresponde a los alumnos y alumnas de cuarto de ESO.

Evolución del Género Homo: Breve descripción

Orígenes del Hombre

Los seres humanos somos animales pertenecientes al phylum Chordata y subfilo Vertebrata, es decir, somos cordados vertebrados. Estamos dentro de la clase Mammalia, o sea somos Mamíferos. Y entre los mamíferos, estamos en el orden Primates. Nuestro nombre científico es Homo sapiens.

Pertenecemos al mismo orden que los monos en general y estamos especialmente emparentados con orangutanes, gorilas, bononos y chimpancés. Se trata de un grupo general conocidos como primates. Los primates descienden de un grupo de monos común conocidos genéricamente monos del viejo mundo, frente a los monos del nuevo mundo que corresponden a aquellos que ocuparon el continente americano.

Esto no quiere decir que descendamos de los orangutanes o los chimpancés, sino que todos estos tipos de primates y los humanos poseemos ascendientes comunes. El grado de parentesco con un primate es tanto mayor cuanto más cercano sea el punto de división en la línea evolutiva o, dicho de otro modo, cuanto más cercano se encuentre el último ancestro común.

Según esto, hoy en día estimamos que nuestros parientes más cercanos son chimpancés y bononos. Un poco más alejados se encuentran los gorilas y los orangutanes (la estimación más actual se ha llevado a cabo mediante análisis de ADN). 

Primeros Homínidos 

La principal característica que diferencia a los homínidos del resto de primates es la bipedestación, es decir, la capacidad de caminar erguidos, a dos patas. Los primeros primates bípedos en la serie evolutiva no pertenecen al género homo; son los Australopithecus. Se conocen varias especies de fósiles de Australopithecus: A. afarensis, A. africanus, A. anamensis entre otras.  Todos ellos eran bípedos y con una capacidad craneal de alrededor de 500 centímetros cúbicos (la capacidad craneal está íntimamente relacionada con la inteligencia), similar a los actuales grandes simios (bononos, chimpancés y gorilas) y medían entre un metro y un metro y medio. Se alimentaban fundamentalmente de frutas y hojas. Ocuparon zonas tropicales de África, apareciendo hace entre 4,5 y 5 millones de años y extinguiéndose hace aproximadamente 2 millones de años. Existe un amplio debate sobre qué aspecto de la bipedestación hizo que estos animales prosperasen; se ha planteado si pudo ser una ventaja a la hora de localizar depredadores, o tal vez si la liberación de sus manos a la hora de desplazarse pudo favorecer el desarrollo de la inteligencia al ser capaces de usar herramientas rudimentarias. Lo que parece demostrado es que los Australopithecus no eran capaces de fabricar sus propias herramientas y carecían de sistemas de comunicación o pensamiento simbólico.

No está claro cuál de las diferencies especies de Austrolopithecus conocidos son el  antecesor de los homínidos y cuáles son rutas paralelas, anteriores o posteriores a la aparición del género homo. Uno de los primeros Homo aparecerá en África hace algo menos de 3 millones de años. Se trata del Homo habilis. Como sus antecesores, caminaba erguido y su capacidad craneal seguía siendo similar a la de los actuales grandes simios. Pero existen pruebas claras que indican que este grupo de homínidos eran capaces de fabricar sus propias herramientas. La transmisión de información sobre las técnicas de tallado de piedra hacen suponer que poseían algún sistema de comunicación entre individuos, aunque se trate de una comunicación muy primitiva (nada que ver con un lenguaje real).

Expansión del género Homo

Homo habilis

Del Homo habilis surgirán dos especies de Homo que se expandirán por África y comenzarán a colonizar el continente europeo y buena parte de Asia. Se trata del Homo erectus y del Homo ergaster. El H. ergaster dominará sobre todo las regiones europeas, mientras que el H. erectus establecerá su dominio en Asia. Aparecieron hace alrededor de 2,8 millones de años. Ambas especies poseen capacidades craneales mayores a las del Homo habilis, superando ligeramente los 800 cc. No solo son capaces de fabricar herramientas, también se les atribuye la capacidad de dominar el fuego (que podían usar tanto para  protegerse de depredadores, como para iluminarse y calentarse, sobre todo durante la noche).

Si bien el Homo ergaster parece haberse extinguido hace ya más de un millón y medio de años, algunas poblaciones de Homo habilis, o pequeñas variantes de los mismos como el Homo florensis, continuaron viviendo en el continente asiático hasta hace menos de doscientos mil años (es decir, llegaron a convivir con el Homo sapiens actual).

Homo erectus

A partir de alguna de estas dos especies de homo especies surgirá, hace alrededor de un millón y medio de años, el Homo antecesor. Partirá, presuntamente, de África y colonizará fundamentalmente el continente europeo (no han aparecido, hasta el momento, restos en Asia). La crucial importancia de esta especie es que se trata del antecesor común de las dos grandes especies de homo más actuales: el Homo neanderthalensis y el Homo sapiens.

Los Homo antecesor poseían capacidad de fabricar herramientas de una cierta complejidad. Físicamente eran más poderosos que sus antepasados, medían más de 160 cm y podían llegar a alcanzar los 180 cm en algunos casos. Su capacidad craneal era sensiblemente inferior a la de humanos y neandertales, rondando los 1000 centímetro cúbicos (estas dos especies alcanzarán promedios de alrededor de 1350 cc).

Neandertales y Humanos

Neandertal

Durante muchos años, se consideró al Homo neanderthalensis el inmediato antecesor del Homo sapiens moderno. Hoy en día sabemos, en cambio, que ambas especies son ramas paralelas con un origen común. Ambas parecen surgir en África, hace algo más de un millón de años. El neandertal centrará su dominio en la zona sur de Europa, el sapiens se hará más ubicuo, colonizando tanto la zona sur de Europa como el continente asiático.

Ambas especies comparten ciertas similitudes. Por un lado, su capacidad craneal es similar, alrededor de 1350 centímetro cúbicos. Ambos fabrican herramientas complejas y ambos manifiestan pensamiento simbólico: pintan las paredes de las cuevas que habitan, decoran sus cuerpos y honran a sus muertos mediante ritos funerarios.

La idea de que los neandertales eran una especie de humanos torpes está prácticamente descartada. Usaban herramientas similares, poseían ritos parecidos y sus estructuras sociales eran complejas en ambos casos.  Ambos debían tener sistemas de comunicación relativamente complejos (aunque se ha planteado en  ocasiones que el aparato donador de los humanos permite la realización de más sonidos). La razón por la cual los neandertales se extinguieron y los humanos persistieron está aun en debate.

Por un lado, los neandertales eran de menor tamaño y mucho más robustos, con piernas más cortas y brazos más largos. Su capacidad craneal era similar a la de humanos, aunque la morfología de su cabeza era ligeramente distinta, con frente huidiza y un arco ocular bastante marcado. Su fisionomía los hacía especialmente aptos para vivir en ambientes más fríos. El cambio climático tras la glaciación pudo ser uno de los desencadenantes de su debacle.

También se ha postulado la fusión o hibridación con humanos. Si bien la absorción total de los neandertales por parte de los humanos está más o menos descartada, sí que se ha demostrado, mediante análisis de ADN, que ha habido cruzamientos entre ambas especies.

Una última hipótesis es que neandertales y humanos competían por el mismo nicho ecológico, es decir, ambos consumían los mismos recursos; y los humanos, más adaptados al medio, sobre manera tras el calentamiento del clima, acabaron por desplazar totalmente a los neandertales.

De una forma o de otra, los últimos neandertales se extinguirían hace menos de treinta mil años.

Homo sapiens

Los seres humanos continuarían su marcha. Si bien hubo un momento de cuello de botella, en la que estuvo al borde de la extinción, el desarrollo cultural logrará una explosión demográfica, sobre manera tras el nacimiento de la agricultura y ganadería, es decir, tras el neolítico.

El ser humano no ha dejado de evolucionar. Antes del neolítico, los cazadores recolectores eran sensiblemente más altos y corpulentos, superaban habitualmente los 180 centímetros y los huesos muestran que su musculatura debía ser prominente. Tras el neolítico se favorece evolutivamente un menor volumen corporal: dado que no tienen que cazar, no se requieren musculaturas tan prominentes y de este modo se requiere menor consumo de energía para su actividad diaria.

Los seres humanos actuales siguen evolucionando. Pero los sistemas de control familiar y el modo de vida actual hacen que la selección natural actúe de un modo más atemperado.

Consecuencias de la Evolución

Especiación y Deriva Génica: Aparición de Nuevas Especies

La especiación trata de explicar el proceso que tiene lugar en los grupos de individuos y que acaban dando lugar a la aparición de nuevas especies.

Se admite cuando dos comunidades de individuos de la misma especie dejan de tener relaciones entre sí y de cruzar sus genes, la distancia genética se irá ampliando. Esto se debe a que las mutaciones de cada grupo no se compartirán, cada grupo tendrá sus mutaciones azarosas y se irán adaptando al medio que les rodea de forma independiente.

El genotipo de los individuos de las dos poblaciones separadas se irá haciendo cada vez más diferente. La evolución de los distintos genotipos de las comunidades debido a mutaciones azarosas se denomina Deriva Génica. Dos comunidades separadas tendrán procesos de deriva génica distintas y por lo tanto tenderán a mostrar diferencias cada vez más acusadas. Si a esto unimos que sobre ambas comunidades pueden actuar factores ambientales distintos, en un espacio de tiempo acabaremos obteniendo comunidades con organismos incapaces de reproducirse entre sí, es decir, comunidades cuyos miembros ya pertenecen a especies distintas. En resumen, los distintos procesos de deriva génica acabarán dando lugar a que dos poblaciones separadas acaben dando lugar a dos especies distintas.

Evolución: Teorías Evolutivas

 El nacimiento de las teorías evolutivas

Si bien el término evolución se acuñaría entre finales del siglo XVII y principios del XVIII, la principal teoría evolutiva nace de los trabajos de Charles Darwin, descritos en su celebérrimo libro “El Origen de las Especies”, que fue publicado en 1859, así como de los trabajos y las publicaciones de un científico menos conocido, Alfred R. Wallace (publicados el año anterior, aunque con menos fundamento científico).

Hasta el nacimiento del evolucionismo como teoría científica, las teorías predominantes estaban más relacionadas con creencias como el creacionismo y el fijismo. Aun se consideraba posible la aparición espontánea de la vida.

El final del siglo XIX trajo consigo una serie de investigaciones y trabajos que cambiarían de forma radical la manera de ver la naturaleza por parte del mundo científico.

Comenzaron, por un lado, los primeros trabajos serios que trataban de datar la edad de la Tierra (aunque permanecerían claramente errados hasta mediados del siglo XX). Parecía claro que la edad del planeta debía medirse en millones de años (lejos de dataciones anteriores, basadas en cálculos de textos bíblicos en los que se hablaba solo de miles de años).

Aunque las dudas sobre la generación espontánea de la vida ya habían surgido con anterioridad, los experimentos definitivos que demostraban la imposibilidad de obtener organismos vivos partiendo de materia inerte no llegaría hasta mitad del siglo XIX, de la mano de Louis Pasteur.

Queda, por otro lado, el debate sobre si las formas de vida conocidas han permanecido en su estado desde el principio de los tiempos o si, por el contrario, los organismos cambian y se modifican.

El creacionismo es una idea que ha persistido incluso hasta la actualidad, en muchas ocasiones íntimamente vinculada a creencias religiosas. Las principales religiones aportan una visión inmovilista de la vida: un dios creador ha generado todo lo que conocemos en un momento determinado.

Las evidencias, en cambio, han ido mostrando al ser humano que ese pensamiento no puede ser del todo correcto. Los fósiles, que muestran seres vivos que han habitado el planeta hace muchos años, son una muestra clara de que han existido otras formas de vida que, por algún motivo, se han extinguido. Durante siglos se mantuvo el debate sobre si las formas fósiles correspondían realmente a seres vivos extintos o si, por el contrario, eran artefactos, formaciones irreales que no correspondían a ningún animal o planta.

Muchos animales mitológicos, como los dragones, no son más que interpretaciones populares de estas manifestaciones naturales.

El estudio detallado de fósiles y el crecimiento y establecimiento del pensamiento científico que acompañaron al renacimiento y la ilustración hicieron que la sombra de la duda fuera calando poco a poco, minando los preceptos establecidos por el creacionismos y el inmovilismo.

Durante muchos años, las teorías predominantes sostenían que los fósiles procedían de animales y plantas extintos tras una serie de cataclismos (algo aun relativamente concordante con el pensamiento bíblico). Pero vuelve a surgir el problema de la similitud entre algunos organismos fósiles, obviamente primitivos y organismos actuales. Y la idea de un ancestro común comienza a tomar forma. Ahí nacerán las primeras teorías evolutivas, principalmente de la mano de Lamarck.

Lamarck y Lamarckismo 

El naturalista francés Jean Baptiste Lamarck (Bazentin 1744 - París 1829) será quien desarrolle la primera teoría evolucionista, conocida habitualmente como Lamarckismo y Transformismo. Según esta teoría, los organismos habrían sido creados por Dios (nunca se llegó a desembarazar del creacionismo), pero los cambios en el ambiente que rodea a los seres vivos hacen que estos deban adaptarse a los cambios.

Estas adaptaciones conllevarían cambios físicos en los organismos o transformaciones; cambios que podrían ser traspasados a su descendencia y por lo tanto heredados.

El paradigma del lamarckismo tiene como principal ejemplo el caso de la evolución de la jirafa. Los fósiles de los antepasados de las antiguas jirafas nos muestran animales de menor tamaño y con el cuello mucho más corto. La necesidad de adaptarse a un ambiente en el que los árboles tienen sus hojas, el principal alimento de las jirafas, en las partes más altas hacen que el animal deba estirar su cuello para alcanzarlas. Esto ocasionará un incremento en el tamaño del cuello de la jirafa, que será además transmitido a sus descendientes. En sucesivas generaciones tendremos una jirafa con el cuello sensiblemente más alargado que sus antecesores. 

Las teorías de Lamarck presentan varios errores de bulto que han podido ser contrastados mediante la experimentación. El más importante es la heradabilidad de los caracteres adquiridos. Hoy sabemos que un carácter o propiedad adquirida durante la vida no es traspasado a los descendientes. Además, no logra desembarazarse de las ideas creacionistas. Impone, sin embargo, un argumento muy interesante y es aquel en el que se explica que las formas de vida no son constantes, sino mutables y que se adaptan al medio ambiente, cambian y evolucionan.

El Lamarckismo posee un fondo determinista del que no hemos sido capaces de desembarazarnos y que aun contamina de vez en cuando textos supuestamente Darwinistas. Esto es, los cambios que se producen en la evolución propuesta por Lamarck tienen una función clara y precisa. En el caso de las jirafas, por ejemplo, su cuello crecía para que éstas pudiesen alcanzar las ramas más altas y alimentarse de ellas. Las tesis Darwinistas dejarán los cambios al azar y trasladarán el peso del cambio a un proceso diferentes conocido como selección natural.

Darwinismo, Evolución y Selección Natural

Las teorías evolucionistas propuestas por Charles Darwin nacen tras un viaje por el continente americano, a  bordo del Beagle, durante el cual observa la variedad de seres vivos, las similitudes entre distintas especies que habitaban la zona, así como las similitudes con especies parecidas habituales en Europa. Le llamó la atención, especialmente, el hecho de que muchas especies diferentes presentaban grandes similitudes entre sí, con pequeños matices que hacían que se encontrasen mejor adaptadas al ambiente en el que vivían, a los alimentos que consumían o de los depredadores que las amenazaban.

A partir de las observaciones, Charles Darwin llegaría a una serie de conclusiones que plasmaría en su primer libro sobre evolución: “El Origen de las Especies”. Aquí establecerá, entre otros, los siguientes preceptos:

• Las especies no son estables, cambian y se transforman. En este punto, hay coincidencia con la teoría evolutiva de Lamarck.
• Todas las especies parten de una especie anterior. Es decir, todos los organismos tienen un ancestro común y la diversidad de las especies parten de las adaptaciones y transformaciones de distintos organismos a distintos tipos de ambientes.
• Los organismos no se adaptan al medio de forma dirigida, sino que las transformaciones tienen lugar al azar. Los organismos evolucionan debido a cambios azarosos que arrastran desde su nacimiento (y por lo tanto son heredables).
• Cuando esos cambios suponen algún tipo de ventaja del ser vivo frente al resto de organismos, estos tendrán más posibilidades de sobrevivir que el resto. Esto hace que su capacidad para reproducirse sean también mayor, por lo que transmitirán la ventaja evolutiva a más descendientes.

En resumen, el origen de la evolución de los seres vivos se encuentra en los cambios azarosos innatos que de los seres vivos y el motor de la evolución es la selección natural, es decir, la supervivencia de aquellos que, debido a estos procesos azarosos, están mejor adaptados al medio.

El Darwinismo, al contrario que el Lamarckismo, no es determinista: los cambios de los seres vivos no se producen de manera dirigida. La mayor cambio de los cambios, que hoy conocemos como mutaciones, no resultan beneficiosos, sino perjudiciales. Solo una pequeña fracción aportan alguna ventaja a los individuos que la poseen.

El éxito evolutivo de los individuos se traduce como una mayor capacidad para adaptarse al medio. Esto provocará que las probabilidades de reproducirse aumenten. Del mismo modo, todos los descendientes que hereden las modificaciones beneficiosas, tendrán más posibilidades de sobrevivir, prosperar y reproducirse. Y es así como, poco a poco, las características beneficiosas se van asentando en las poblaciones de individuos.

Si volvemos al mismo ejemplo de las jirafas, en el modelo darwiniano las jirafas que, por azar, nazcan con un cuello y patas más largas, llegarán con mayor facilidad a las hojas superiores de los árboles. En caso de escasez de alimento, tendrán muchas más posibilidades de sobrevivir aquellas con el cuello más largo. Por lo tanto, las jirafas de cuello corto tendrán más probabilidades de morir de hambre y será más improbable que se reproduzcan. El cuello cada vez más largo se irá imponiendo de generación en generación. Poco a poco, las jirafas irán poseyendo cuellos cada vez más largos, tanto en cuanto es un carácter que favorece la supervivencia y reproducción.  

Del Darwinismo a la Bioquímica: Teorías Sintéticas

Hoy sabemos que los caracteres se heredan a través del ADN. Todos los cambios producidos en el ADN de las células sexuales se transmiten de generación en generación. También conocemos la mecánica del cambio: las mutaciones genéticas. Tal como había previsto Darwin, estas se producen a azar y se una forma  natural, dentro del proceso de replicación del ADN.

Es decir, la transmisión de caracteres tiene lugar por la cesión del ADN que los dos progenitores hacen a los descendientes. Y las posibles mutaciones de este ADN corresponden a los cambios.

Los cambios o mutaciones pueden dar lugar a proteínas alteradas. Una sola proteína alterada puede suponer cambios mínimos, si se trata de un enzima metabólico, o cambios realmente importante si se trata de una de las proteínas relacionadas con el desarrollo embrionario.

Hoy conocemos varios grupos de genes que controlan el proceso de desarrollo del embrión y que por lo tanto condicionan la morfología general del individuo. Pequeñas mutaciones en estos genes pueden provocar cambios corporales realmente importantes.

Las mutaciones pueden también afectar a zonas de control de los genes y de esta forma condicionar la síntesis de proteínas. O dicho de otro modo, pueden provocar que algunas proteínas se fabriquen en mayor o menor medida, en células donde antes no se segregaban o en condiciones o situaciones distintas.

Como ya indicamos, dentro del ADN de organismos superiores es frecuente encontrar genes residuales, correspondientes a organismos ancestrales y que han dejado de funcionar, denominados genes fósiles.

El ADN puede sufrir cambios temporales durante la vida del individuo que hacen que ciertos genes dejen de expresarse o se expresen en mayor o menor medida. El estudio de estos cambios temporales y condicionales del ADN se denominan Epigenética. Un ejemplo clásico es la metilación de zonas de ADN. Se trata de cambios químicos reversibles, pero que pueden alterar en gran medida el fenotipo del individuo. Estos cambios, además, pueden responder a cambios en el ambiente, es decir, pueden desencadenarse solo ante determinadas condiciones ambientales. Si el ADN metilado de encuentra forma parte de las células reproductoras, esta metilación puede heredarse. Se trata, por lo tanto, de transmisión de caracteres condicionados por el ambiente, una especie de forma menor de Lamarckismo.

Evolución: Aparición de Vida en la Tierra

La Tierra es el único planeta conocido que alberga vida. La vida en la superficie de nuestro planeta es casi ubicua, prácticamente todos los entornos naturales poseen seres vivos que los pueblan.

Diferentes medios naturales poseen diferentes tipos de seres vivos. Lo que hace que la diversidad de formas vitales sea enorme. A día de hoy los seres humanos hemos clasificado cerca de dos millones de especies diferentes. Este número, sin embargo, es solo una pequeña porción de todas las especies diferentes que existen. Hay hábitats apenas explorados (como los fondos marinos) donde posiblemente existan miles de animales desconocidos, o lugares con tal cantidad de biodiversidad que resulta absolutamente imposible clasificar la variedad total de organismos. Las estimaciones varía entre los cinco y los cincuenta millones de especies diferentes.

A estas habría que sumar todas las especies que existieron en el pasado y se han extinguido. De éstas sólo conocemos aquellas que han dejado su huella en el registro fósil (la inmensa minoría).

La teoría de la evolución trata de explicar cómo los seres vivos han logrado tal grado de diversidad, partiendo de un solo origen común, describiendo las fuerzas que mueven el proceso de cambio y de selección de unas especies frente a otras.

Aparición de la Vida en la Tierra

Creacionismo y Generación Espontánea

El creacionismo se basa en la idea de que algún tipo de ser superior o supremo ha puesto sobre la Tierra a los seres vivos que la habitan. Es decir, marca el origen de la vida en un plano sobrenatural.

El creacionismo no es una teoría científica, tanto en cuanto es una explicación de la historia natural absolutamente carente de pruebas o demostraciones científicas. Tiene su base en preceptos religiosos: en general, la mayor parte de las religiones se basan en principios creacionistas en los que un ser supremo es el origen de las formas de vida y en general del universo que nos rodea.

Entendemos como generación espontánea la posibilidad real de aparición de seres vivos a partir de la nada, o sin la necesidad de la presencia de seres vivos progenitores.