L'origen i evolució de la vida IV

5. Les proves de l'evolució

Els científics accepten l’evolució com un fet perquè hi ha nombroses proves que demostren que els éssers vius són el resultat d'un procés evolutiu.

Proves paleontològiques

Estan constituïdes pels fòssils, restes d'organismes o de la seva activitat, com ara petjades, excrements, ous... que s'han conservat fins a l'actualitat. En molts casos el registre fòssil és incomplet. Això pot ser perquè no tots els individus es van fossilitzar, perquè no s'han conservat bé o perquè encara no s'han trobat. En molts d'altres casos ha estat possible construir sèries filogenètiques o filogènies (relacions de parentesc entre espècies) molt completes, ordenant els fòssils de més antics a més moderns. En aquest sentit alguns fòssils són d'una gran importància perquè són formes intermèdies entre dos grans grups d'éssers vius i presenten característiques de tots dos, per la qual cosa reben el nom de fòssils de transició.

Proves anatòmiques

Es basen en l'estudi comparat dels diversos òrgans del cos en espècies diferents, tant en estructura com en funció. Segons això, es distingeixen tres tipus d'òrgans:

- òrgans homòlegs: són aquells que, en espècies diferents, tenen la mateixa estructura (el mateix origen, doncs) però una forma i funció diferents degut a unes necessitats adaptatives diferents segons l'entorn; aquest fenomen es coneix com a divergència evolutiva.

La presència d'aquests òrgans en espècies diferents indica que comparteixen un avantpassat comú.

- òrgans anàlegs: són aquells que tenen una estructura diferent (diferent origen, doncs) tot i que la forma i la funció són similars o molt similars. Davant les mateixes necessitats les adaptacions de diferents espècies poden ser les mateixes o molt semblants, en el que es coneix com a convergència evolutiva.

- òrgans vestigials: són òrgans que es tenen però no s'utilitzen. El fet tenir-los indica que procedeix d'un avantpassat que sí que el feia servir.

Enllaç molt interessant: troba els teus òrgans vestigials.

Proves biogeogràfiques

La biogeografia és l'estudi de la distribució geogràfica de les espècies. Darwin i Wallace van investigar moltes mostres de fauna i flora de diverses zones del món i van arribar algunes conclusions:

• als arxipèlags com les illes Galàpagos, hi havia espècies pròximes que presentaven unes diferències molt grans entre elles. Aquestes espècies provenien d'una única espècie precursora. És el cas de les 13 espècies de pinsans que van va estudiar en aquest arxipèlag: totes provenien d'una única espècie que va arribar des del continent i que es va diversificar i va colonitzar els diferents ambients d'aquestes illes. Tornem a trobar aquí un exemple de divergència evolutiva.

• Algunes característiques (òrgans conductas formes, etc) es repetien en espècies diferents que vivien a llocs molt allunyats l’una de l’altra, però sota unes condicions ambientals semblants. Un exemple és el dels eriçons (mamífers molt comuns a Europa, Àsia i Àfrica) i els equidnes, uns monotremes que habiten exclusivament a Austràlia. Malgrat tenir un parentiu molt allunyat, tots dos tenen pues al cos (han desenvolupat adaptacions semblants. Torna a ser un exemple de convergència evolutiva.

Proves embriològiques

Aquestes proves es basen en l'estudi comparat del desenvolupament embrionari de les espècies. S'ha constatat que les espècies properes evolutivament presenten un desenvolupament de l'embrió molt semblant. Per exemple, les fases inicials del desenvolupament embrionari dels diferents grups de vertebrats presenten poques diferències i moltes semblances. No obstant això, a mesura que es va desenvolupant l'embrió van apareixent i augmentant les diferències entre els grups. El desenvolupament embrionari proporciona informació sobre el procés evolutiu que han experimentat les espècies.

Proves moleculars o bioquímiques

Es fan a partir de l'estudi de les diferències en l'àmbit molecular entre espècies.Per això s’hi fan servir principalment proteïnes i àcids nucleics sobretot DNA.

Quan dues poblacions s’aïllen i s'enfronten a condicions diferents, amb el pas del temps van acumulant diferències fins que constitueixen dues espècies diferents. Aquest mateix principi es pot observar a escala molecular, quan s'acumulen variacions que permeten distingir unes espècies d'unes altres. Per exemple, com més semblant és la seqüència d'aminoàcids d'una proteïna determinada, o de bases nitrogenades de DNA, més estreta és la relació entre dues espècies.

Activitat: interpretar la distància evolutiva entre espècies 

S’ha identificat la seqüència d'aminoàcids d'una petita regió de l’hemoglobina en cinc espècies de vertebrats terrestres. Aquesta informació ens pot permetre quedem com de pròxim és el parentiu entre elles. Per esbrinar-ho, observem les diferències en la posició dels aminoàcids:

Copia el gràfic següent i completa'l situant cada espècie on creguis que li correspon:

L'origen i evolució de la vida III

 3. Les teories evolutives actuals

Un cop aprovada la teoria de l'evolució de Charles Darwin, aquesta teoria ha estat la base dels diferents corrents evolucionistes desenvolupats posteriorment.

Com el darwinisme, les teories evolucionistes actuals afirmen que les espècies tenen un origen comú. No obstant això, 150 anys després de la publicació de la teoria evolucionista, encara hi ha corrents que creacionistes que defensen la creació divina. 

3.1. El neodarwinisme (Theodosius Dobzhansky, Julian Huxley, Ernst Mayr)

El neodarwinisme també conegut amb el nom de teoria sintètica de l'evolució o síntesi moderna de l'evolució, és bàsicament la integració de:

• la teoria de l'evolució de Darwin 

• la teoria de la genètica de Gregor Mendel 

• la genètica moderna, que incorpora conceptes clau com ara la mutació i la recombinació per tal d'entendre el procés evolutiu. 

Aquesta teoria, desenvolupada durant els anys trenta i quaranta del segle XX, defensa que l'evolució és un procés lent que té lloc de manera gradual. La teoria es basa en els punts següents:

•  Les mutacions i la recombinació genètica expliquen la variabilitat que presenten les poblacions les mutacions sempre es donen a l'atzar i es transmeten als descendents independentment de si són avantatjosa o perjudicials.

•  La selecció natural continua sent el motor de  l’evolució perquè és el mecanisme que fixa o elimina les mutacions que manifesten els individus de les poblacions. La selecció natural intervé augmentant la proporció d'individus que manifesten una característica beneficiosa en unes condicions ambientals determinades. 

• L'evolució de les espècies té lloc gradualment perquè els canvis que incorpora són molt petits de manera que l'evolució actua molt lentament i es requereix molt de temps perquè aparegui una nova espècie.

3.2. Teoria neutralista (Motoo Kimura)

Defensa que la majoria de mutacions de les poblacions són neutres: no tenen cap efecte perjudicial ni beneficiós o avantatjós pels individus que les manifesten. Els neutralistes treuen importància a la selecció natural, ja que, pel fet de ser neutres, la majoria de les mutacions no serien seleccionades naturalment, sinó que seria l'atzar el responsable que unes es mantinguin i d'altres desapareguin.

3.3. Teoria dels equilibris puntuats o intermitents (Stephen J. Gould i Niles Eldredge)

En aquesta teoria es posa a prova el gradualisme postulat per la teoria sintètica. Segons el registre fòssil, els paleontòlegs diuen que, si existís aquest gradualisme, s'haurien de trobar molts fòssils amb característiques intermèdies entre unes espècies i unes altres, és a dir, restes fòssils que reflectissin aquest canvi continu i gradual. En molts casos s'observen salts que mostren la desaparició sobtada d'una espècie i l'aparició d'una altra, sense trobar-se'n formes intermèdies.

Segons la teoria dels equilibris puntuats o intermitents, les espècies romanen invariables o sense canvis importants durant llargs períodes de temps, coneguts com estasis. En moments determinats, degut a variacions en les condicions del medi, algunes espècies experimenten una "explosió evolutiva", i això dóna lloc a fenòmens de diversificació o aparició d'espècies de manera ràpida. A més, aquesta nova aparició d'espècies no serà lineal com proposa la teoria sintètica, sinó en mosaic (ramificada).

No s'ha de confondre aquesta teoria amb la del saltacionisme, actualment pràcticament descartada excepte en casos molt particulars com les poliploidies vegetals*. Segons aquesta hipòtesi, un gran canvi produït per macromutació pot originar una nova espècie en una sola generació.

* La poliploidia és el fenomen pel qual s'originen cèl·lules, teixits o organismes amb més d'un joc de cromosomes (3n, 4n, 5n, 6n...), molt més freqüent en plantes i algues que en animals i fongs. La poliploidia pot ser considerada com un tipus de saltació: succeeix en una sola generació y consisteix en un canvi significatiu que dóna lloc a una especiació.

3.4. Altres hipòtesis i idees sobre l'evolució

A. Participació dels virus en l'evolució

Investigacions recents han demostrat que el DNA tant de cèl·lules procariota i eucariota té un gran contingut víric. Així, als humans, s'ha trobat que un 8% del seu material genètic procedeix de DNA víric. Es creu, per exemple, que la placenta, indispensable per la reproducció dels mamífers moderns, va aparèixer gràcies a l'acció d'un gen anomenat syncitin, procedent d'un retrovirus endogen. De fet, una gran part de les mutacions adaptatives produïdes als darrers 500 milions d'anys podrien ser degudes a l'acció dels virus.

El paper dels virus arcaics va poder ser determinant en l'origen de la vida, donat que els virus, tant en aquella època com ara, eren molt més abundants que les cèl·lules, van ser els agents més actius i eficaços de la diversificació de la vida i de les seves extensions geogràfiques. Tanmateix van ser responsables de llaços evolutius determinants, com el pas del món del RNA al del DNA, i també de la invenció del nucli cel·lular.

B. L'epigenètica

Avui en dia es considera suficientment provada la influència de l'ambient en l'expressió gènica, és a dir, en la manifestació externa dels gens d'un individu. L'epigenètica centra la seva atenció en tots aquells mecanismes no genètics que alteren l'expressió gènica. Aquestes condicions ambientals poden provocar modificacions del DNA, les histones o del RNAm, de manera que poden tenir com a resultat final tant l'activació com la inhibició de l'expressió gènica.

L'epigenètica, per tant, revaloritza el paper que hi juga l'ambient als processos evolutius, una consideració que posa novament sobre la taula la idea lamarckiana de l'herència dels caràcters adquirits, tot i que amb una interpretació actual en clau genètica. Les modificacions epigenètiques no impliquen un canvi en la seqüència de nucleòtids del DNA, sinó que consisteixen en la unió reversible de certs grups o molècules químiques al DNA, que donen com a resultat una alteració de la capacitat de transcripció dels gens. Aquestes modificacions epigenètiques succeeixen amb més freqüència que els canvis genètics, i poden ser heretades, donant per tant lloc canvis morfològics heretables.

Alguns exemples epigenètics

C. Hipòtesi Gaia (James Lovelock) i la teoria de l'endosimbiosi (simbiosi com a força evolutiva, Lynn Margulis). Consultar enllaços per saber-ne més.

4. Mecanismes evolutius més comuns

Des d'un punt de vista genètic, els canvis evolutius tenen lloc quan es produeixen variacions en el conjunt de gens d'una població. Aquestes variacions poden ser degudes a:

- Un augment o una reducció de la proporció d'al·lels.

- Una adquisició d'al·lels nous, sigui per mutacions dels ja existents o perquè són aportats per individus d'altres poblacions.

A. Selecció natural

Actua augmentant la proporció dels caràcters que aporten avantatges als individus portadors, ja que tenen més probabilitat de reproduir-se i de transmetre aquest caràcter als seu descendents.

 

Si les condicions de l'entorn persisteixen i la presència d'aquest caràcter continua proporcionant als portadors més probabilitats de reproduir-se, amb el temps la seva presència serà majoritària en la població i així es reduirà la d'altres variants menys avantatjoses.

B. Deriva genètica

És un procés de modificació de les proporcions al·lèliques que pot tenir lloc quan un grup d'individus a l'atzar queda aïllat de la resta d'individus de la població i forma una població nova que pot tenir una proporció d'al·lels diferent de l'original.

Els fenòmens més coneguts de deriva són l'efecte fundador, en què un petit grup se separa i funda una població nova, i els colls d'ampolla, en els quals uns quants individus sobreviuen a un esdeveniment que provoca molta mortalitat.

Il·lustració simple de l'efecte fundador. La població original és a l'esquerra amb tres possibles poblacions fundadores a la dreta.

Esquema del coll d'ampolla.

C. Flux genètic

Les migracions d'individus d'una població a una altra poden alterar les proporcions gèniques tant de les poblacions d'origen com de les que els acullen:

- En la població originària es produeix una pèrdua de variabilitat, perquè en abandonar-la, els individus no hi aporten descendència nova i els seus gens es perden.

- En la població d'acollida augmenta la variabilitat ja que en tenir descendència els individus nous i aporten els seus gens i fins i tot variants noves que no hi havia i que poden resultar beneficioses.

L'origen i evolució de la vida II

2. Teories sobre l'origen de les espècies

Per tal de no crear confusió entre aquest apartat i l'anterior (l'origen de la vida), cal tenir clar que les diferents teories de l'origen de les espècies intenten donar explicació al conjunt de la diversitat d'éssers vius existents. 

Des de l'antiguitat i fins al segle XIX, la majoria de les teories sobre l'origen de les espècies giraven al voltant de les creences religioses de cada època: les espècies havien estat creades per Déu i es mantenien immutables al llarg del temps. Però a partir del segle XIX, els naturalistes van començar a aportar idees noves i revolucionàries que anaven en el sentit contrari, ja que suggerien que les espècies sí que canviaven i es transformaven amb el pas del temps. 

Així, podem agrupar les diferents teories en dues grans categories: el fixisme i l'evolucionisme.

1. El fixisme

Agrupa les diferents teories basades en la interpretació de llibres sagrats, com ara l'Alcorà, la Bíblia o d'altres. Es defensava que les espècies es mantenien invariables des de la seva aparició a la Terra. Dins d'aquest corrent de pensament hi trobem el creacionisme i el catastrofisme:

- El creacionisme afirmava que les espècies eren el resultat d'un procés de creació divina, de manera que aquestes no havien variat al llarg del temps i eren iguals a les espècies inicials. No obstant això, el descobriment dels fòssils va comportar la prova que es tractava d'organismes desapareguts d'altres èpoques, i va fer trontollar els fonaments del fixisme.

- El catastrofisme va ser proposat pel naturalista francès Georges Cuvier, considerat el pare de la paleontologia, per explicar l'existència dels fòssils. Segons Cuvier, les espècies es mantenien sense canvis durant molt de temps fins que s'extingien a causa d'una catàstrofe natural a continuació apareixien noves espècies que no tenien cap relació amb les que s'havien extingit. Cada cert temps es produïa una catàstrofe que determinava un nou procés d'extinció i creació.

2. L'evolucionisme

Actualment els científics accepten que l'evolució és el procés que ha donat lloc a totes les espècies del nostre planeta. L'evolució és el procés de transformació que experimenten les espècies al llarg del temps. Les espècies que viuen la Terra s'han originat a partir d'altres espècies que van sorgir fa milions d'anys. Totes procedeixen d'un avantpassat comú que ha anat transformant-se i acumulant canvis fins a originals milions d'espècies que hi ha avui dia. Amb el pas del temps, les espècies actuals també evolucionaran i es transformaran en espècies noves. 

Per explicar aquests canvis i transformacions dels éssers vius  al segle XIX es van desenvolupar les teories de l'evolució següents:

- el lamarckisme

El 1809, el naturalista francès Jean-Baptiste Lamarck es va convertir en el primer evolucionista de la història, en publicar la seva obra Filosofia zoològica on exposava la seva teoria de l'evolució. Els principis del lamarckisme es resumeixen en aquesta presentació:

Teoria Evolucion Lamarck de aurora aparicio

Les idees de Lamarck van ser durament criticades per la comunitat científica pel fet d’oposar-se a les idees fixistes i creacionistes establertes a l’època .No obstant això, va ser molt important per al desenvolupament de les teories evolucionistes que vindrien després, malgrat que més tard es demostrés que el lamarckisme era una teoria errònia… 

… o no tant…?

- el darwinisme

El 1831 el naturalista anglès Charles Darwin va participar en l'expedició del vaixell Beagle, que va salpar amb la missió de cartografiar la costa sud-americana. En aquest viatge, Darwin es va dedicar a fer investigacions geològiques, a recol·lectar mostres de la natura i a recopilar dades de les seves observacions. Quan va tornar a Anglaterra el científic va estudiar i analitzar totes les mostres recollides i anotacions fetes durant el viatge. Finalment, va arribar a la conclusió que la gran diversitat d'éssers vius existents té un origen comú i la selecció natural és el mecanisme pel qual les espècies canvien al llarg del temps. El 1859 va publicar la seva obra més famosa, L'origen de les espècies, en què desenvolupava la seva revolucionària teoria sobre l'origen I l'evolució de les espècies, també coneguda amb el nom de darwinisme. Un any abans, però, ja es va presentar a la Societat Linneana de Londres un resum d'una teoria de la selecció natural; els seus autors eren Charles Darwin i Alfred Russel Wallace, on explicaven l'evolució de les espècies. Ambdós naturalistes havien arribat de manera independent a les mateixes conclusions sobre els mecanismes de l'evolució a partir de la selecció natural.

TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN de Colegio Nuestra Señora del Carmen-Carmelitas

L'origen i evolució de la vida I

1. L'origen de la vida

Des de sempre l'ésser humà s'ha qüestionat l'origen de la seva pròpia existència i de la resta de vida que habita el planeta.

D'on partim?  

Sabem, a partir d'evidències geològiques i proves de radiació, que l'edat de la Terra se situa al voltant dels 4600 milions d'anys (4.543.900.000 anys, segons una major exactitud).

De la mateixa manera, també es té coneixement que la vida va sorgir a la Terra fa uns 3500 milions d'anys,; o això es pensava fins fa relativament poc, ja que descobriments recents de 2017 modifiquen aquest fet, situant-lo fa 4280 milions d'anys, a partir de microorganismes fossilitzats trobats sobre precipitats de fonts hidrotermals suboceàniques al Quebec, Canadà.

Per arribar a aquestes conclusions, s'han anat formulant al llarg de la història diferents hipòtesis des de l'època de les antigues civilitzacions fins als nostres dies:

La teoria de la generació espontània

Juntament amb la creença d'un origen diví, una de les teories amb més acceptació per explicar l'origen de la vida va estar la de la generació espontània, segons la qual la matèria viva es creava espontàniament a partir de la matèria no viva. 

Aquesta teoria no va ser qüestionada fins a finals del segle XVII, a partir d'un experiment dut a terme per Francesco Redi (1626-1697; metge, naturalista, fisiòleg i poeta italià).

1. Redi va col·locar un tros de carn en un flascó obert, un altre en un de cobert amb una reixeta i un darrer tancat, i va esperar un cert temps. 

2. El científic va observar que la carn del primer flascó estava descomposta, deshidratada i plena de larves de mosques, la del segon flascó estava descomposta i deshidratada i la del tercer pràcticament no havia patit més canvis que una deshidratació.

La presència de larves exclusivament al flascó de obert era una prova que refutava la generació espontània. Tot i així, els experiments de Redi van crear una gran polèmica i van ser durament criticats per la societat de l'època i no van servir per demostrar la presència i l'origen d'altres organismes sobre la carn.

Gairebé 200 anys més tard, el científic francès Louis Pasteur va posar fi a la controvèrsia en demostrar que els microorganismes de l'aire eren els responsables de la putrefacció de la matèria orgànica. 

D'aquesta manera, L. Pasteur va comprovar que els organismes que apareixien sobre la matèria procedien d'altres organismes i va demostrar així la falsedat de la generació espontània. Des d'aquell moment, la comunitat científica va acceptar de manera unànime que tot ésser viu procedeix d'un altre ésser viu.

Principals hipòtesis sobre l'origen de la vida

Un cop demostrada la falsedat de la generació espontània calia resoldre com s'havia originat la vida. Avui encara no es coneixen amb certesa totes les respostes a les preguntes que originen aquesta qüestió, però s'han formulat diverses hipòtesis al llarg de la història moderna de la Ciència.

Hipòtesi de la panspèrmia

Segons aquesta hipòtesi, la vida s'hauria originat fora del nostre planeta, i hauria arribat a la Terra a través dels meteorits que hi han impactat. En realitat aquesta hipòtesi no explica com es va originar la vida sinó que la trasllada fora del nostre planeta. Els principals arguments en contra d'aquesta hipòtesi es basen en les extremes condicions que haurien d'haver suportat aquestes formes de vida en l'espai.  

Hipòtesi d'Oparin i Haldane

A principis del segle XX, Aleksandr Oparin (bioquímic rus, 1894-1980, ) i John Haldane (genetista i bioquímic anglès, 1892-1964) van proposar, per separat, que la vida va aparèixer la partir d'una evolució química. Segons la seva hipòtesi, anomenada síntesi abiòtica, es van formar molècules orgàniques a partir de compostos inorgànics.

L'experiment de Miller

L'any 1953 Stanley Miller va comprovar experimentalment la hipòtesi d'Oparin i Haldane. Per fer-ho, va reproduir al laboratori les condicions de l'atmosfera primitiva i la va sotmetre a les descàrregues elèctriques. Al cap unes quantes setmanes va comprovar que al líquid resultant s’hi havien originat aminoàcids, que són les molècules a partir de les quals es formen les proteïnes.

U.D. 3 LA SÍNTESI ABIÒTICA from Míriam Redondo Díaz