La Naturaleza de la Vida Etapa 1

ETAPA
1
Origen de la vida, evolución
y taxonomía
“Mi mente se ha convertido en una
máquina de crear teorías.”
Charles Darwin
Autobiografía
¿Cuándo y cómo piensas que
empezó el Universo, la Tierra
y la vida en ella?
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4 La Naturaleza de la Vida
Propósito formativo: Analiza los principios fundamentales, desde el origen del Universo hasta la
evolución de la vida en la Tierra, y reconoce los sistemas de clasificación de los seres vivos.
Introducción
El origen y evolución de la vida y de la biodiversidad,
así como el origen del propio
Universo, son dos de los aspectos más recientes
y novedosos del desarrollo científico
y al que han tributado muchas disciplinas,
principalmente la Física, la Química, la
Biología y la Geología, así como desarrollos
tecnológicos variados. Hace solo 80 o 100
años no podríamos haber tenido una explicación
por lo menos parcialmente satisfactoria
sobre lo que ocurrió.
El entendimiento moderno de estos
problemas se debe a la aceptación
definitiva de la ciencia
como método de trabajo
y como actividad
creativa para
obtener resultados
objetivos y
confiables cuando
se trata de la
investigación de
la naturaleza. Esto
fue posible
mayormente por
la voluntad de muchas
personas de ver
las cosas desde una
perspectiva empírica de la
realidad, es decir, aceptar como
cierto solo lo que se puede comprobar;
tener evidencias que se desprenden de la observación
detallada y la experimentación, o
bien, por modelos matemáticos consistentes,
así como dejar a un lado todo lo que no
se ajusta a este procedimiento.
Si bien el ejercicio de imaginar creativamente
para proponer teorías e intentos de
soluciones a los problemas identificados
es una característica distintiva de la ciencia,
lo cierto es que todas las hipótesis solo
son provisionales y están en espera de confirmación
o rechazo. Se pueden hacer propuestas
temerarias, siempre que guarden
valor o relación con los datos que resultan
de la investigación; es decir, que se fundamenten
en la realidad. Pero si las hipótesis
o teorías son contradictorias con lo observado
o no pueden contar con datos que las
respalden, simplemente se desechan a pesar
del esfuerzo invertido individualmente
por algunos científicos o de las ilusiones que
estos tengan. Este compromiso de rechazar
todo lo que no se puede probar
es el criterio mayor de calidad
que tiene la ciencia
y es lo que permite
confiar en la actividad
científica. La
ciencia no intenta
engañarnos, ni
convencernos de
nada sin tener
evidencias o modelos
de peso, y si
alguien tratara de
hacer cualquiera de
las dos cosas, seguramente
muy pronto se
encontrarían las pruebas
contrarias y de todas maneras
se eliminaría su propuesta, incluso exponiendo
al embaucador, quien perdería al
momento toda su credibilidad.
¿Qué tanto consideras que has abierto
tu mente para entender los fenómenos
que ocurren en la naturaleza de acuerdo
con la forma de proceder de los científicos?
¿Cuándo, cómo y en qué circunstancias lo
has intentado? ¿Por qué es conveniente
usar este método y no otros para conocer
la naturaleza?
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 5
…La biología comparte con las ciencias
sociales la dimensión temporal. Esa visión
de un mundo cambiante y siempre en evolución
es, sin duda alguna, una de las herencias
intelectuales más portentosas que
nos dejó la Ilustración, y se convirtió en el
hilo conductor que une las ideas de muchos
pensadores y científicos del siglo xix con la
época contemporánea.
Oparin fue más lejos, porque terminó
formulando un programa de investigación
multidisciplinario opuesto a la posibilidad
de la generación espontánea. La suya no es
(en lo más profundo) una teoría sobre coacervados
o sobre la sopa primitiva, sino una
hipótesis que explica el origen de la vida
como resultado de un proceso lento y gradual
de evolución, primero química, luego
prebiótica y finalmente biológica.
Aunque seguimos sin saber cómo se originó
la vida, la reformulación de las preguntas
a las que hay que responder representa,
en sí mismo, un avance extraordinario. La
vigencia de las ideas de Oparin proviene no
de su atractivo ideológico sino de la concordancia
que tienen observaciones y resultados
de distintas disciplinas científicas muy
ajenas entre sí. Aunque no hemos descubierto
remanentes de la sopa primitiva, posibilidades
de su existencia descansan en la
extraordinaria correlación que hay entre la
composición bioquímica de los seres vivos
con los componentes orgánicos de meteoritos
condríticos y los productos de síntesis
prebióticas, como los reportados por Stanley
L. Miller en 1953. Lo mismo ocurre con
el reconocimiento del papel del ARN en la
evolución celular, que descansa en su ubiquidad
biológica, su flexibilidad estructural,
sus propiedades genéticas catalíticas y su
biosíntesis.
Lazcano, A. (2014). La aparición de la vida: consiliencias y discordancias. Discurso de ingreso a El Colegio
Nacional. Ciudad de México: El Colegio Nacional.
1.1 Teorías del origen del Universo
A lo largo de los últimos siglos, el tamaño del Universo creció conceptualmente en la
mente de astrofísicos y astrónomos. Este crecimiento inició desde la Revolución Co -
pernicana de finales del siglo xvi, cuando
el Universo pasó de ser exclusivamente
nuestro Sistema Solar, rodeado
por un fondo esférico y sin grosor de
estrellas fijas, a volverse, en el siglo xix,
un vecindario de soles ubicados a distintas
distancias, dando forma a nuestra
galaxia, la Vía Láctea, y todavía
después, a principios del siglo xx, pasó
a convertirse en un espacio vasto, amplio
y profundo que contenía muchas
galaxias lejanas unas de otras, pero
similares a la nuestra, es decir, llenas
de estrellas y quizá de planetas orbitndolas
(figura 1.1). Sin embargo,
a pesar de este incremento en tamaño,
el Universo se mantuvo estático; parecía
estar fijo, sin cambios, más allá del
mero crecimiento conceptual. Era una
imagen que gustaba a todos hasta ese
momento.
Figura 1.1 Vía Láctea.
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6 La Naturaleza de la Vida
Baja frecuencia
Figura 1.2 El efecto Doppler sonoro.
Pero esa falta de movimiento prevista por los expertos de esa época era artificial,
pues para algunos era evidente que la gravedad era una fuerza que atraía constantemente
a los distintos cuerpos del Universo entre sí. Esto generaba una paradoja, pues
derivando las consecuencias lógicas del funcionamiento de la gravedad, toda la materia
que forma al Universo debería colapsar sobre sí misma.
Por ello, Albert Einstein (1879-1955) dedujo que alguna otra fuerza desconocida
para su época, algo que llamó una constante cósmica, debía estar empujando a dichos
cuerpos en sentido opuesto y proporcional a la atracción gravitatoria, de tal manera
que permitiera lograr un estado de equilibrio, lo que explicaría precisamente que los
componentes del Universo estuvieran quietos; así lo consignó en su teoría general de la
relatividad entre 1915 y 1916.
Pero en 1928, Edwin Hubble (1889-1953) descubrió que la quietud del Universo era
una mera apariencia. Cuatro años antes Hubble también descubrió que había ms galaxias
que la Vía Láctea y dedicó sus esfuerzos a calcular la distancia entre algunas de
estas y la nuestra. Lo sorprendente fue que al observar el espectro de luz que emiten las
galaxias, las ms lejanas estaban corridas al rojo, es decir, que las ondas electromagnéticas
que vemos de esos cúmulos de estrellas están ensanchados.
De acuerdo con el efecto Doppler, cuando un objeto que emite una onda sonora se
acerca a un observador las ondas se comprimen conforme se va aproximando. Esto sucede,
por ejemplo, cuando un vehículo con sirena, como una ambulancia, se acerca a ti;
estas ondas comprimidas llegan con tan corto intervalo entre ellas que las escuchamos
con mayor intensidad, siendo el momento más intenso y de mayor ruido cuando pasa
junto a ti. Después de eso, conforme se aleja la fuente emisora, las ondas se van ensanchando
o espaciando cada vez ms, y su intensidad baja lentamente hasta que, eventualmente,
dejamos de escucharla por completo (figura 1.2).
Pues eso mismo es lo que Hubble descubrió de las galaxias, que se estn alejando y
por eso el corrimiento al rojo, pues son las ondas electromagnéticas rojas (las de mayor
longitud) las que quedan atrs y, por lo tanto, las últimas que podemos ver (en cambio,
las azules o de onda corta van al frente, como cuando en el ejemplo imaginario venía la
ambulancia hacia ti) (figura 1.3). Con esto dedujo que el Universo est en movimiento y
lo que causa la apariencia de quietud es la enorme distancia que separa a unas galaxias
de otras, pues necesitaríamos vivir decenas de millones de años para poder percibir
tales desplazamientos a simple vista o con un telescopio.
La evidencia de que el Universo está en movimiento y expandiéndose es tan fuerte y
decisiva que marcó el camino sobre el cual
aparecerían nuevas teorías o modelos del
Universo que tratarían de acoplarse a ella
y dar una explicación a la causa de la expansión
observada.
Alta frecuencia
Efecto Doppler
AMBULANCIA
AMB
Teoría del Big Bang
Fue sugerida en 1927 por Georges Lemaître
(1894-1966), un año antes de que
apareciera la evidencia de Hubble. Lemaître
obtuvo originalmente su teoría
derivando las consecuencias esperadas
de la teoría general de la relatividad de
Einstein. Dedujo que el Universo no colapsaba
sobre sí mismo debido a que la
gravedad era contrarrestada por una fuerza
más poderosa proveniente de una gran
explosión que impulsa a toda la materia
desde un punto en donde estuvo reunida
en el pasado remoto.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 7
De acuerdo con esta teoría, toda la
materia que hoy conforma el Universo,
pero que tenía una configuración distinta,
debió haber estado concentrada
y unida en un solo punto infinitamente
denso y caliente del espacio. Las grandes
tensiones debidas a esta extraordinaria
reunión de materia habrían causado la
gran explosión que lanzó de forma radial
y con enorme fuerza toda la materia que
hoy existe en el cosmos, echando a andar,
conforme se enfriaba, un proceso de interacción
entre átomos y moléculas que
culminaría con la formación de estrellas
y galaxias.
Para esta teoría, la materia del Universo
como lo conocemos se creó en el momento
inicial, pero después ya no, por lo
que, al continuar la expansión indefinidamente,
muchas regiones del cosmos
se fueron quedando vacías. El descubrimiento
del corrimiento al rojo de las galaxias
favoreció a esta nueva teoría porque
explicaba la causa por la cual estas se
Figura 1.3 El corrimiento del espectro electromagnético, según se acerca o aleja el
objeto que lo emite.
alejan a gran velocidad. No obstante, la teoría carecía de evidencias sobre la explosión
en sí y de sus causas; de hecho, el nombre Big Bang (¡gran bum!) fue popularizado por
un detractor de la teoría que intentaba ridiculizarla (figura 1.4).
Dos décadas después, en 1948, George Gamow (1904-1968) predijo que, a partir del
comienzo infinitamente denso y caliente de la materia, que causó la gran explosión,
se debió liberar una inmensa cantidad de fotones (u ondas electromagnéticas, por la naturaleza
dual de la luz) por el cosmos. Adems, todos esos fotones viajando por el Universo
deberían enfriarse paulatinamente al ceder su calor. Por lo anterior, semejante
resplandor proveniente del momento mismo de la explosión debería ser observado de
manera reminiscente en la actualidad, como si se tratara del acta de nacimiento del
Universo.
Figura 1.4 La gran explosión en el inicio del Universo.
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8 La Naturaleza de la Vida
Espectro electromagnético
Corriente
directa
Frecuencia
extremadamente
baja
Frecuencia
baja
Ondas de
radio
Microondas
Radiación
infrarroja
Luz
visible
Ultravioleta
Rayos X
Rayos
gamma
Longitud
de onda
0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10 10 12 10 14 10 16 10 18 10 20 10 22
Frecuencia [ondas por segundo (Hz)]
Figura 1.5 Espectro
electromagnético. Relación
entre frecuencia y longitud
de onda.
Baja frecuencia = Longitud de onda larga
RADIACIÓN NO IONIZANTE
Alta frecuencia = Longitud de onda baja
RADIACIÓN IONIZANTE
Esta deducción lógica fue apoyada y seguida inmediatamente por Ralph Alpher
(1921-2007) y Robert Herman (1914-1997), quienes calcularon la pérdida de calor de
la luz emitida por la explosión, desde el Big Bang hasta nuestros días. Con un modelo
predictivo de enfriamiento llegaron a la conclusión de que las ondas electromagnéticas
antiguas que aún debían seguirse moviendo por el Universo deberían tener una temperatura
de 5 grados Kelvin a lo mucho. También consideraron que como tales ondas
serían las últimas en llegar a nosotros, deberían estar comprendidas en el espectro de
luz por debajo del rojo; es decir, de longitud grande, por ello seguramente se les debería
encontrar como microondas (figura 1.5). A este fenómeno predicho se le llamó radiación
cósmica de fondo.
Teoría del Universo oscilante o pulsante
En 1922, Alexander Friedmann (1888-1925) derivó también, por su parte, las consecuencias
lógicas de la teoría general de la relatividad y llegó a la conclusión de que, debido
a la tensión entre la gravedad y la fuerza de antigravedad de la constante cosmológica
con la que Einsten mantenía conceptualmente fijo el Universo, este se encontraba
en un equilibrio débil. Si hubiera demasiada materia en el cosmos, la intensidad de la
fuerza de gravedad haría que la materia colapsara sobre sí misma; en contraste, un poco
menos de materia generaría poca intensidad de la gravedad, por lo que la constante
cosmológica impulsaría a la materia indefinidamente por el espacio vacío.
Después de que aparecieran la teoría del Big Bang y del descubrimiento de la expansión
del Universo de Hubble, algunos científicos consideraron seriamente la posibilidad
de que después del poderoso impulso inicial de la explosión la materia fuese frenada
y contraída por la gravedad hasta hacerla colapsar y aplastarse a sí misma, generando
de nuevo un estado de concentración de materia con enorme densidad y energía que
volvería a hacer que estallara. De esta forma, los procesos del Universo serían cíclicos
u oscilantes: una gran explosión seguida de expansión y mucho tiempo después de
frenado, y luego una gran implosión que regresaría toda la materia a un punto inicial
seguida nuevamente de una gran explosión y así, siguiendo un ciclo indefinidamente
(Big Bang-Big Crunch-Big Bang…).
De esta teoría se desprende que el Universo actual podría ser una reedición de muchas
que le antecedieron y el antecesor de muchas otras ediciones que le seguirán, en
ambos casos quizs infinitamente en el tiempo.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 9
Teoría del estado estacionario
Esta teoría fue elaborada en 1948 por Fred Hoyle (1915-2001), Hermann Bondi (1919-2005)
y Thomas Gold (1920-2004), quienes eran críticos del Big Bang, pues desconfiaban de la
falta de evidencias de la explosión. La nueva idea de estos científicos era que, conforme el
Universo se expandía, se crearía nueva materia; de esta nueva materia se formarían eventualmente
nuevas galaxias que ocuparían el lugar vacío dejado por galaxias desplazadas.
De esta manera, el Universo no tendría por qué haber iniciado alguna vez, más bien sería
infinito y eterno. Adems, siempre tendría la misma apariencia general: desde cualquier
parte del cosmos que se mirara, no quedarían regiones vacías nunca; así, aunque hubiera
movimiento y expansión de las galaxias, el Universo en su conjunto daría la impresión de
estar estacionado. Ni Big Bang, ni Big Crunch.
El principal problema de esta teoría es que requiere de una fuente o proceso de creación
continua de la materia, lo que representa una contradicción con la teoría general de
la relatividad, pues en esta la materia se transforma en energía y viceversa, pero no puede
aparecer de la nada. Además, una presunta fuente o proceso de creación de la materia
necesita descubrirse. Si bien el modelo del Big Bang también necesita de una fuente inicial
de creación del tipo de materia que hoy existe en el cosmos, este se autoexplica una sola
vez, a partir de la energía liberada en la explosión en sí, aunque en este evento singular
la generación de materia habría sucedido de forma masiva, pero no escasa y paulatina,
como supone el modelo del estado estacionario.
Lo que nos dicen las evidencias sobre el pulso entre las teorías
En 1967, Arno Penzias (1933) y Robert Wilson (1936) descubrieron accidentalmente la existencia
de la radiación cósmica de fondo predicha por los ajustes que hizo Gamow al modelo
del Big Bang. Detectaron microondas que ingresaban todo el tiempo a la atmósfera de la
Tierra, que no provenían de ninguna fuente específica, es decir, de ninguna galaxia, sino
de todas las direcciones del espacio profundo. Asimismo, en la década de 1980, utilizando
un satélite en órbita, se pudo medir con precisión la temperatura de la radiación cósmica
de fondo y se encontró que es casi de 3 grados Kelvin; un resultado no muy diferente de
los 5 grados Kelvin calculados por el modelo matemtico de enfriamiento de Alpher y
Herman. Ambos fenómenos confirmados le dieron una ventaja enorme a la teoría del Big
Bang sobre la del estado estacionario: este último jams confirmó sus predicciones.
Por otra parte, el modelo del Big Bang también predice la proporción de hidrógeno
y helio (Hi/He) que debió formarse en la gran explosión, la cual sería de 76 y 24%, respectivamente.
A partir de ahí, cada vez se debió producir más helio en las reacciones
termonucleares de las estrellas que se fueron formando en las galaxias, hasta llegar a la
tasa observada en la actualidad de 70 y 28% Hi/He, respectivamente, y hasta 2% de todos
los otros elementos sumados que se sintetizan en los hornos de las estrellas (figura 1.6).
Las proporciones observadas en el Universo concuerdan en gran medida con las predicciones
teóricas del Big Bang, cosa que no tiene una contrapropuesta por parte del
modelo estacionario. A su vez, conocer la cantidad de materia que hay en el cosmos también
dejó sin fundamento a la teoría del Universo oscilante, pues dicha cantidad determina
una baja densidad global que no causaría que la gravedad frenara, y menos aún fuera
capaz de revertir su veloz carrera por el espacio para hacerlo colapsar. Así, queda claro
que el Universo se volver vacío y oscuro para siempre, es decir, envejecería indefinidamente:
un solo Big Bang.
Incluso el fechamiento del momento del Big Bang se ha podido medir gracias al conocimiento
de la intensidad del brillo que emiten las explosiones de las estrellas más masivas
o supernovas y la ubicación de su posición. Esto nos determina la distancia, en años luz,
a la que se encuentran de nosotros y de ahí se puede extrapolar su recorrido y el nuestro
desde el punto de origen. También ha llevado a deducir una antigüedad del Universo de
14 mil millones de años. El hecho que se confirmara un inicio para el cosmos tampoco
le vino bien al modelo estacionario, que prcticamente se quedó como una mera conjetura,
sin posibilidad de comprobación alguna, lo que desalentó a sus seguidores.
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10 La Naturaleza de la Vida
3 × 10 10 K 0.9 × 10 9 K
Universo en
el presente
76% Hidrógeno
Universo en
el presente
70% Hidrógeno
Figura 1.6 Proporción de
átomos de hidrógeno y helio
en el inicio del Universo
y en la época actual. Al iniciar
el Universo se formaron
protones, electrones y
neutrones libres; conforme
descendió la temperatura las
asociaciones entre estos fue
posible.
24% Helio
en masa
28% Helio
en masa
Teoría del estado inflacionario
Propuesta en 1981 por Alan Guth (1947), esta no es una teoría alternativa a la del Big
Bang, sino una adición para resolver algunos de sus problemas. El modelo inflacionario
parte de una crítica al tipo de Universo que cabría esperar dadas las consecuencias de
la gran explosión. De haber sido esta la única fuerza responsable de la expansión, se
podría prever una tendencia a la acumulación desigual de materia en algunas regiones
del Universo y vacío en otras; sin embargo, como se ha mencionado, el Universo es homogéneo
en su contenido de galaxias en todas sus regiones.
En su forma ms bsica, el modelo del estado inflacionario establece que en los
primeros segundos de la explosión el Universo no se expandió a la velocidad que lo
El origen, inflación y expansión del Universo, desde la gran explosión al presente
Gran
explosión
Estado
inf lacionario
“Quarks, protones,
electrones,
neutrones,
neutrinos y sus
contrapartes de
antimateria.
Fotones y
bosones”.
Figura 1.7 Esquematización
de la historia del Universo.
Después de 380 mil años se
iluminó el Universo.
0 10 -30 segundos
380 mil
años
Tiempo
Actual
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 11
hace actualmente, sino mucho más rápido, de una forma que llamamos exponencial o
inflacionaria; este crecimiento acelerado garantizó la distribución constante y homogénea
tanto de la materia como de la radiación electromagnética que hay en el Universo
(figura 1.7). Adems, semejante impulso extra ayudó a que la gravedad no pudiera revertir
la fuerza inicial de la explosión cuando la materia estaba más cerca entre sí, lo que
habría hecho colapsar de nuevo al Universo, como esperarían los seguidores de la teoría
del Universo oscilante. En todos los dems aspectos, el modelo inflacionario se ciñe por
completo a la teoría del Big Bang.
Así, en la actualidad solo quedan firmes dos teorías complementarias que son apoyadas
por la comunidad de astrónomos y astrofísicos: el Big Bang, que cuenta con evidencias
fuertes, y el modelo inflacionario, que es ms una propuesta necesaria para explicar
aspectos de los primeros segundos posteriores a la explosión; juntas son llamadas
la teoría o el modelo estndar del Big Bang. En la tabla 1.1 se describen los procesos que
dieron lugar al Universo, de acuerdo con dicho modelo estándar.
Tabla 1.1 Teorías sobre el origen del Universo.
Big Bang o gran explosión Universo oscilante o
pulsante
Estado estacionario
Autor Georges Lemaître en 1927.
George Gamow, Ralph
Alpher y Robert Herman
continuaron en 1948.
Alexander Friedmann en
1922.
Fred Hoyle, Hermann Bondi y
Thomas Gold
en 1948.
Estado
inflacionario
Alan Guth en 1981.
Fecha Sugerida en 1927 Sugerida en 1922 Sugerida en 1948 Sugerida en 1981
Hipótesis Propone que el fenómeno que
causó la expansión fue una gran
explosión ocurrida hace unos
14,000 millones de años. En ese
entonces, la materia y la luz que
hoy existen no habían aparecido.
Todas las partículas que formaron
los átomos del Universo han pasado
por un proceso de transformación.
Las pruebas de esta teoría son
la radiación cósmica de fondo y
que la proporción de hidrógeno/
helio que existe en el Universo es
prácticamente igual a la calculada
por el modelo.
Propone que en algún
momento la atracción
de la fuerza de gravedad
será mayor que la fuerza
del impulso dado por
la explosión, por lo que
el Universo detendrá su
expansión y colapsará hasta
su punto de inicio, es decir,
ocurrirá una gran implosión
o Big Crunch. Esto da lugar
a un patrón de explosiones
e implosiones que sucederá
de forma indefinida o
eternamente.
Se opone al Big Bang y al Big
Cruch. En su lugar propone que
el Universo se encuentra en
expansión constante debido a
la creación continua de nueva
materia que llena los huecos
desde el centro del Universo,
dejados por materia que se
desplazó previamente. De
esta manera, cumple con el
requisito de mostrar un Universo
aparentemente en calma y
homogéneo en contenido
de galaxias desde todas las
direcciones que se observe.
Es una añadidura
al Big Bang.
Explica que en los
segundos iniciales
de la explosión
la materia se
expandió de modo
exponencial o
inflacionario, lo
que concuerda
con la
homogeneidad
observada desde
cualquier dirección
y también con el
hecho de que la
explosión haya
vencido a la
poderosa fuerza de
gravedad al inicio,
cuando toda la
materia se hallaba
cercana entre sí.
Todas las teorías sobre el origen del Universo parten del hecho demostrado de que la materia se encuentra en expansión y que las
galaxias se agrupan en cúmulos, pero que se alejan de otros cúmulos de galaxias.
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12 La Naturaleza de la Vida
1.1.1 La historia del Universo
El Universo no siempre existió. Tuvo un comienzo, hace casi 14 mil millones de años,
cuando toda la materia y energía que hoy conforman todas las estructuras grandes y
majestuosas que podemos ver o detectar en el espacio usando telescopios y otros instrumentos,
como galaxias, nebulosas de gas y polvo, agujeros negros, estrellas, estrellas
de neutrones, enanas blancas, planetas, lunas, cometas y asteroides, así como todo lo
extremadamente pequeño, desde las moléculas que contienen miles de átomos, pasando
por los átomos y las partículas subatómicas, e incluso la luz, estaban unidas en un
único punto. A pesar de contener a toda la energía del Universo, este punto era opaco y
tenía apenas el tamaño de una billonésima parte de uno solo de los puntos que se anotan
sobre las letras i o j de cualquiera de las muchas que aparecen en este libro.
La densidad de la materia de este punto inicial era infinita, también lo eran su energía,
su temperatura y la curvatura que causaba en el espacio. No se sabe si este punto
existió por mucho tiempo o si antes hubo algo diferente y con condiciones distintas,
tampoco su posible duración.
Se piensa que la tensión debida a las interacciones cuánticas entre la materia y la
energía infinitas en este punto descrito era de tal magnitud, que sin poderse contener
más explotó violentamente, lanzando todo su material y energía al mismo tiempo en
todas direcciones, creando una especie de universo esférico en expansión autoimpulsado:
ocurrió el Big Bang. A partir de esa explosión no solo surgió la materia del Universo,
sino también comenzó a contar el tiempo del Universo. Esto no quiere decir que el
tiempo se hubiera creado en ese momento, sino que es imposible saber si existió antes y
cuánto duró. De todas maneras, cualquier tiempo previo y la posible existencia de materia
previa a la explosión son inexpugnables, y por ese motivo no ayudan a entender en
nada la conformación del universo actual.
La expansión inicial del Universo fue de tipo inflacionario o exponencial, es decir,
que se expandió de forma ilimitada en muy poco tiempo; en solo fracciones del primer
segundo ya se había extendido primero al tamaño de nuestro Sistema Solar, y segundos
después ya tenía el tamaño de toda la galaxia de la Vía Láctea. La velocidad de la
expansión fue, en órdenes de magnitud, más rápida que la distancia que recorre la luz
en la actualidad, que es de casi 300 mil kilómetros por segundo. Por ejemplo, recorrer la
distancia de nuestra estrella, el Sol, a la estrella más cercana le toma a la luz cuatro años.
Asimismo, conforme se expandía el Universo, la elevada temperatura descendía
abruptamente. En las primeras fracciones del primer segundo bajó a unos 10 millones
de grados Kelvin, pero luego de un segundo de la explosión había disminuido a solo un
millón, y después de transcurridos 380 mil años terrestres, la temperatura del Universo
era todavía de unos 3 000 grados Kelvin.
Regresando un poco al principio, las cuatro fuerzas fundamentales que existen en la
naturaleza: gravedad, fuerzas nucleares fuertes, fuerzas nucleares débiles y el electromagnetismo
estaban probablemente unidas o indiferenciadas antes del Big Bang o, en
todo caso, debido a las condiciones de enorme densidad y temperatura, las leyes naturales
de la Física no operaban (figura 1.8).
Es muy probable que en las primeras fracciones del primer segundo de la explosión
la gravedad empezar a funcionar y a oponerse a la velocidad inflacionaria inicial de la
expansión, logrando frenarla un poco hasta reducirla a una velocidad actual constante.
También se lograron liberar o diferenciar las otras fuerzas mencionadas e inmediatamente
empezaron a ejercer su propia influencia sobre la materia en los primeros tres
minutos del Universo recién originado.
Hasta antes de alcanzado el límite mencionado, de los 380 mil años, el Universo
era una especie de plasma cósmico caliente conformado exclusivamente por partículas
elementales de materia y antimateria: quarks y antiquarks, electrones y antielectrones
(o positrones), neutrinos y antineutrinos, así como por partículas de energía: fotones y
otros bosones (figura 1.9). A pesar de haber una enorme cantidad de fotones desde el
principio y haber transcurrido todo ese tiempo, el Universo seguía siendo opaco.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 13
La fuerza fuerte
une al núcleo
La fuerza electromagnética
se une a los átomos
Fuerza débil en la
desintegración
radiactiva
U
La fuerza gravitacional
une al Sistema Solar
Núcleo de uranio
Figura 1.8 Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y la escala en la que actúan.
LEPTONES QUARKS
u c t g
up
u
electrón
v e
electrón
neutrino
charm
µ
muon
v µ
muon
neutrino
top
d s b
down strange bottom
τ
tau
v τ
tau
neutrino
BOSONES DE GAUGE
gluon
γ
photon
Z
Fuerza
débil
W
Fuerza
débil
H
Higgs
BOSÓN DE HIGGS
Figura 1.9 Partículas elementales. De la interacción de algunas de estas se forman las partículas subatómicas
y, por ende, todo lo que existe.
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14 La Naturaleza de la Vida
Coalescencia
Es la posibilidad
de que dos o más
materiales se unan en
un único cuerpo.
Para cada tipo de partícula de la materia descubierta existe un tipo de partícula de
antimateria que tiene exactamente las mismas propiedades, sin embargo, las partículas
de materia y antimateria son contrarias y mutuamente excluyentes. Se detectan fácilmente
entre sí y se enfrascan en una lucha sin cuartel, en la que no toman prisioneros; al
encontrarse se aniquilan irremediablemente una a la otra, liberando en el proceso un par
de fotones de energía. Así, la mayor parte de la inmensa cantidad de partículas de materia
y antimateria con las que inició el cosmos se destruyeron mutuamente antes de terminado
ese periodo.
No obstante, un inexplicable o quiz fortuito desequilibrio o, asimetría cuntica en
las proporciones iniciales entre partículas y antipartículas del Universo, favoreció a las
partículas de materia en una proporción de una por cada mil millones de partículas de
antimateria que causó una hecatombe: la desaparición de toda la antimateria, dejando
al Universo lleno de cuantos de luz (fotones) y algo de materia. De estas partículas de
materia sobreviviente se formaron eventualmente todas las estructuras y cosas del Universo
visible y del no visible, todas las que existen actualmente.
Se considera que si el desequilibrio hubiera favorecido la existencia de una mayor
proporción de antimateria, probablemente no habría cambiado nada la estructura del
Universo que hoy conocemos, pues como ya se mencionó, la antimateria posee las mismas
características y propiedades de la materia, por lo que, en su caso, habría formado
átomos y moléculas que tendrían a su vez las mismas propiedades de las que conocemos.
La diferencia sería que los núcleos de los átomos estarían formados por antiprotones
y antineutrones, mientras que equilibrando sus cargas eléctricas los envolverían
orbitales ocupados por positrones. Pero lo que la Física cuántica predice es que, de haber
existido simetría en las proporciones de materia y antimateria, el Universo hoy sería
otro, pues ambos tipos de partículas se habrían aniquilado irremediablemente entre
sí y solo habrían dejado sus huellas en forma de fotones regados por el cosmos. En tal
caso, habría sido un Universo lleno de luz, pero sin materia que iluminar, simplemente
viajando en el vacío; bsicamente, un Universo fantasma.
Por debajo de los 3 mil grados Kelvin, las otras fuerzas distintas de la gravedad pudieron
ocupar su lugar y función en el cosmos. Así, la atracción eléctrica entre protones
y electrones permitió la formación de los átomos de hidrógeno que equilibran las cargas.
También la interacción de las fuerzas nucleares fuertes permitió la unión de pares de protones
y pares de neutrones que, al equilibrarse eléctricamente con dos electrones, produjeron
helio. La proporción entre ambos tipos de tomos, cuya existencia física es en forma
gaseosa, fue de casi 76 a 24%. Incluso se presentaron algunas uniones entre un protón
y un neutrón, que asociados con un electrón formaron deuterio, y las de un protón con
dos neutrones y su asociación eléctrica con un electrón, lo que dio lugar al tritio (ambas
son formas radiactivas y ms inestables de hidrógeno). También se pudo haber formado
el siguiente elemento en la tabla periódica: berilio, pero no de forma significativa.
La temperatura del Universo bajó todavía ms, quizs al orden de cientos de grados
o menos, mientras que los tomos creados y la luz siguieron viajando a gran velocidad
por el Universo. Sin embargo, la atracción de la gravedad empezó a generar lentamente
agregaciones de partículas y se formaron extensas nubes compuestas de estos dos gases.
En estas nubes coalescieron los átomos y formaron discos que empezaron a rotar por
el mismo efecto de la gravedad (figura 1.10). Este movimiento causó que se volvieran
esféricos y se calentaran nuevamente a miles y después millones de grados, hasta que
empezaron a tener reacciones termonucleares en su interior; de esta manera se formaron
las primeras estrellas.
Las estrellas nacieron cercanas entre sí en grandes camadas, lo que dio lugar a las
primeras galaxias. Probablemente la Vía Lctea se formó hace unos 10 mil millones de
años. La fuerza de la gravedad logró retener a las galaxias en grandes cúmulos. No obstante,
las primeras estrellas no fueron madres de planetas, o por lo menos de planetas
con composición química distinta a ellas, pues todavía no existían otros elementos en el
Universo que les dieran forma. Pero un tipo de estrellas muy masivas, con varias decenas
a miles de veces el tamaño y material de nuestro Sol, tienen una vida relativamente
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 15
corta y un final muy violento; explotan, y a
esa explosión se le llama supernova (figura
1.11). Afortunadamente el tiempo que estuvieron
activas fue muy productivo, y en el
potente horno de millones de grados en su
interior, reforzado por grandes presiones de
su masa, se sintetizaron los átomos de todos
los demás elementos que siguen al helio en
la tabla periódica. Así, cuando una de estas
estrellas explota, vierte su valioso contenido
por el cúmulo de galaxias que la envuelve,
y ahora las nuevas estrellas que se formen
de sus cenizas pueden formar también planetas
compuestos de átomos de elementos
diversos a su alrededor, como sucedió con
los planetas del Sistema Solar.
El Sol es una estrella pequeña, de segunda
o tercera generación. Nació hace unos 5
mil millones de años a partir de los desechos
de distintas supernovas de la galaxia, y a su
alrededor se formaron los ocho planetas, y
un planeta enano (Plutón), que conocemos,
así como lunas, cometas y asteroides. La
Tierra se formó hace unos 4 500 millones de
años. Es un planeta rocoso rico en hierro y
Figura 1.10 Disco protoplanetario. Al centro está una estrella joven, mientras que
los planetas y las lunas están en formación.
níquel, pero además contiene casi todos los elementos de la tabla. Incluso otros planetas
como Júpiter y Saturno, aunque son mayormente gaseosos y gigantes, poseen núcleos
sólidos con una amplia diversidad de elementos.
Se calcula que el Sol podría seguir teniendo reacciones termonucleares por otra cantidad
similar al tiempo que lleva de existencia. Su final no ser tan violento: cerca del
final crecer y aumentar notablemente su energía; se convertir en una gigante roja que
arrasar la superficie de los planetas, por supuesto, la Tierra incluida. Al final, al perder
toda su energía se encogerá hasta cerca de
un millón de veces su diámetro actual y se
apagará hasta volverse un cuerpo frío y sin
brillo: una enana blanca; esa será la muerte
de nuestra estrella y el fin de nuestro Sistema
Solar.
Un comentario final sobre el contenido
de materia en el Universo. Además de toda
la materia visible, que emite o refleja luz, a
la que llamaremos regular, hay una enorme
cantidad de materia que no emite luz y no
parece interaccionar con esta. A esa materia
sin brillo se le llama oscura, y se piensa que
existe entre las estrellas y en el espacio aparentemente
vacío entre las galaxias en una
proporción diez veces superior a la materia
regular. Así, los huecos observables en el
cielo nocturno y estrellado en realidad están
ocupados por algo que no vemos y cuya naturaleza
desconocemos, pues no pueden ser
iluminados por los fotones; el Universo no
está tan vacío como habíamos creído desde
siempre.
Figura 1.11 Estallido de una supernova inmersa en una galaxia. Observa la
intensidad del brillo que destaca de entre todos los millones de estrellas de la
galaxia.
La Naturaleza de la Vida - Etapa 1 - FINAL.indd 15 25/07/19 15:30

16 La Naturaleza de la Vida
Luis Felipe RODRÍGUEZ
El doctor Luis Felipe Rodríguez (1948) es un astrónomo
mexicano que goza de gran reconocimiento
internacional por su trabajo en Radioastronomía. Ha
podido documentar la existencia de un disco protoplanetario
alrededor de estrellas jóvenes, lo cual confirma
la hipótesis de Kant-Laplace sobre la formación
de los sistemas solares. Ha obtenido premios y reconocimientos
nacionales y extranjeros. Es miembro de
El Colegio Nacional.
abías
QUE...
helio se utiliza en procesos
El industriales y de laboratorio
para enfriar. Es el segundo
elemento más numeroso y
antiguo del Universo. Se encuentra
en todas las estrellas,
mientras que aquí en la Tierra
es escaso y poco disponible,
pues se extrae junto con
el gas natural; ambos se encuentran
en el subsuelo. El helio
se produce solo de manera natural
por la lenta desintegración de elementos
radiactivos, por lo que se acumula
muy poco, de manera parecida a
lo que pasa con el gas natural
y el petróleo. De hecho, por
ser raro en la Tierra, primero
se descubrió en el Sol. Debido
a la acelerada extracción
para comercializarlo, le pasará
lo mismo que al petróleo y al
gas natural: se terminará. Habría
que reflexionar si vale la pena
usarlo para inflar globos de fiesta.
Conoce más
Cosmos es una serie documental de TV
muy elaborada e interesante que nos lleva
a un viaje por el Universo mientras nos explica
los aspectos de su origen y evolución,
así como de la vida. También nos cuenta
la historia de las hazañas científicas más
grandes que ayudaron a conformar nuestro
entendimiento del Universo y nuestra posición
en este. La versión original de 1980
es presentada por el astrofísico Carl Sagan
(1934-1996), mientras que en la nueva
versión de 2014 la realiza el astrofísico Neil
deGrasse Tyson (1958). Si la vieras, seguramente
te gustaría mucho.
La Naturaleza de la Vida - Etapa 1 - FINAL.indd 16 25/07/19 15:30

Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 17
1.2 Origen de la vida
Polvo y microorganismos
atrapados en curva
Líquido enfriado
lentamente
Largo tiempo
Figura 1.12 Matraz de cuello de cisne ideado por Pasteur, con el que demostró que no
aparecían microbios por generación espontánea.
Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) fue el primer naturalista (estudioso de las especies
de seres vivos, principalmente plantas y animales) que trató de ofrecer una explicación
sobre el origen de la vida, y lo hizo replanteando conceptualmente la vieja teoría de la
generación espontnea. La versión vieja, de ms de dos mil años de antigüedad, servía
para abogar por una suerte de proceso de reproducción sin la participación de progenitores.
Se argüía, por ejemplo, que ranas y ratones podrían surgir, respectivamente, del
lodo o de granos de trigo en descomposición. En cambio, la nueva versión de Lamarck
de 1809 apelaba a explicar el origen de los primeros seres vivos, bsicamente microbios;
pensaba que de los microbios descendían, por modificaciones continuas, todas las especies
de plantas y animales que habitan el mundo.
No obstante, en la década de 1850, Louis Pasteur (1822-1895) se sintió obligado a
combatir la generación espontánea, en primer lugar, por la falta de evidencia, y en segundo,
porque era contrario a la idea de que la vida debiera su existencia a procesos
naturales. Para ello, diseñó un experimento en el cual demostró que caldos de materia
orgánica que habían sido esterilizados, es decir, a los que se eliminaron los microbios
por calentamiento, después, al aislarlos
del medioambiente, no se descomponían
(los fundamentos de la pasteurización).
En efecto, Pasteur tenía razón, con
su experimento demostraba que la materia
orgánica de sus matraces no se echaba
a perder porque no llegaban otros microbios
del exterior a colonizarlos y, por
supuesto, tampoco aparecían ahí nuevos
microbios por generación espontánea
(figura 1.12).
Después de los experimentos de Pasteur,
los evolucionistas, aquellos que
pensaban que las especies de seres vivos
se transformaban y multiplicaban por
mecanismos naturales, se quedaron sin
argumentos para explicar el origen primario
de la vida. Pero uno de los rasgos
característicos de la ciencia es el progreso.
Durante el siglo xix y principios del
xx se habían obtenido avances notables,
particularmente en la investigación química.
Se había logrado sintetizar en el laboratorio
componentes exclusivos de los seres vivos a partir de sustancias inorgánicas,
por ejemplo urea, un componente de la orina. Asimismo, se fueron detectando y aislando
de los seres vivos distintas moléculas de importancia biológica como proteínas, ácidos
nucleicos, vitaminas, azúcares, grasas y minerales. Se llegaron a entender algunos ciclos
biogeoquímicos y en qué consistían los fenómenos como la combustión y la respiración,
también se descubrió la fotosíntesis, entre muchas otras cosas. También en el siglo xx
acontecieron todos los avances acerca del origen del Universo que ya se discutieron.
En este contexto, siendo heredero intelectual de todas estas tradiciones científicas,
Alexander Ivnovich Oparin (1894-1980) realizó una gran síntesis de ideas y avances
provenientes de casi todos los campos de la ciencia, a todos ellos los puso al servicio de
su perspectiva evolucionista darwiniana. Así, en 1923, en El origen de la vida Oparin propuso
que la vida en la Tierra se había originado en una atmósfera primaria distinta de
nuestra atmósfera actual, que es rica en oxígeno. Para él, era obvio que el oxígeno había
sido producido por la actividad fotosintética de las plantas y mantenía su concentración
Final
abierto
El líquido se mantiene
estéril durante mucho
tiempo
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18 La Naturaleza de la Vida
Figura 1.13 Recreación de la
Tierra primitiva. Ya se había
consolidado la corteza y se
formaron los primeros mares
y lagos; había una variedad
de fuentes de energía
disponibles.
constante en el aire gracias a ese fenómeno
muy activo en la actualidad. Sin embargo,
la fotosíntesis no pudo haber existido desde
el principio, cuando no había plantas.
Así que, en ausencia de oxígeno, el carcter
de la atmósfera inicial de la Tierra
primitiva debió haber sido fuertemente
reductor (figura 1.13).
Propuso además que los primeros seres
vivos, microbios unicelulares y anaerobios
(que viven sin oxígeno) es pe cí fi camen te,
debieron ha ber surgido a partir de la mate
ria inorgánica que se transformó por un
proceso de evolución química (es decir, sustitución,
eliminación o añadidura de átomos
de elementos distintos, rompimiento
de una molécula en varias o fusión de moléculas
distintas) en moléculas orgnicas
de todo tipo que quedaron disueltas en los
mares de la Tierra primitiva, como si se tratara de un caldo o sopa de moléculas orgnicas.
Posteriormente, en este medio acuoso las moléculas orgánicas biológicas, las que en la
actualidad conforman a los seres vivos, se acoplaron a otras formando cadenas de longitudes
variables llamados polímeros, en un proceso lento y gradual; es decir, de pequeñas
etapas sucesivas e impulsadas por fuentes energéticas poderosas disponibles en la Tierra
primitiva, se autoensamblaron formando rutas metabólicas y membranas que las aislaran
del entorno. Este proceso evolutivo químico daría lugar eventualmente a las primeras
células muy sencillas.
Por ello los primeros microbios no podían haber sido autótrofos, es decir, que pudieran
ser capaces de elaborar por sí mismos sustancias para alimentarse, debido a que eso
era un signo de alta complejidad estructural y funcional. Así, las primeras células debieron
ser heterótrofas, esto quiere decir, meras consumidoras de las moléculas orgánicas
disponibles en la sopa primordial, circundante producto de la evolución química de la
materia. Los primeros microbios engulleron la sopa orgánica de donde nacieron, y con
su metabolismo primitivo empezaron la transformación de la hidrosfera y atmósfera del
planeta, hasta que el posterior surgimiento de los microbios fotosintéticos terminó por
oxigenar el mundo.
Todo este argumento dista mucho de lo que fue la simple y demostrada falsa teoría
de la generación espontánea, pues no plantea la aparición de un microbio de golpe y de
manera inexplicable, sino que se trata de un proceso evolutivo constante de la materia
basado en todo lo que Oparin sabía de la ciencia.
1.2.1 Evolución química
Con el tiempo, a la idea de Oparin se le dio el nombre de hipótesis heterótrofa del origen
de la vida. Esto se debe a que desplazó del centro de la discusión la creencia común de
que los primeros seres vivos habían sido autótrofos. Oparin amplió y mejoró su libro
en 1938, el cual empezó a llamar poderosamente la atención de los dems científicos del
mundo.
Al comenzar la década de 1950, Harold Urey (1893-1981) leyó a Oparin y, entusiasmado
por la idea, dedujo los compuestos iniciales de la atmósfera reductora de la Tierra
primitiva. Empezó a hablar de todo ello en conferencias académicas, y en una de estas
un joven estudiante de doctorado, Stanley L. Miller (1930-2007), ofreció a Urey encargarse,
bajo su tutela, de experimentar con ese modelo de atmósfera hipotético. Urey
aceptó a regañadientes, pues pensaba que la propuesta era muy especulativa y, por lo
tanto, poco prometedora científicamente. Así, en 1953, Miller diseñó un sistema de tu-
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 19
bos y matraces aislados del exterior que simulara tanto la hidrosfera como la atmósfera
de la Tierra primitiva.
En el sistema experimental Miller introdujo agua (H 2
O) y gases de metano (CH 4
),
amoniaco (NH 3
) e hidrógeno molecular (H 2
), que, de acuerdo con los clculos de Urey,
debían ser los compuestos reducidos más simples de todos los compuestos posibles del
Universo, formados a partir de los átomos más pequeños de la tabla periódica. Sometió
a esta mezcla de moléculas inorgánicas al contacto constante de una chispa eléctrica
que, a su vez, simulaba la energía de los
relámpagos, que con mucha probabilidad
debieron existir por la fricción de
las nubes en la atmósfera primitiva de la
Tierra. Asimismo, el sistema tenía circulación
interna debido a la continua evaporación
del agua por un calentador y a
la posterior condensación de la misma,
por un enfriador, para simular la lluvia
en los antiguos mares del planeta (figura
1.14).
Contra el pronóstico de Urey, el
experimento de Miller de la Tierra primitiva
rindió frutos sorprendentes. En
cosa de días los componentes reducidos
del interior se transformaron en moléculas
orgnicas complejas en ausencia
de seres vivos, es decir, en condiciones
abióticas. Entre los principales productos
había aminoácidos, los cuales son
los bloques de construcción o ladrillos
individuales que constituyen a las proteínas;
también se produjeron algunos
Mares
primitivos
de la Tierra
Formación
de nubes
Fuente
de calor
Atmósfera
Trampa de
recolección
Electrodos
Figura 1.14 Modelo de la hidrosfera de la Tierra primitiva de Miller y Urey (1953).
ácidos y urea. Con este ingenioso y sencillo experimento se demostró una de las premisas
de la hipótesis heterótrofa, es decir, la que sostiene que en la Tierra primitiva hubo
un proceso continuo de evolución química de la materia inorgánica reducida que dio
lugar a moléculas orgánicas y a las moléculas de la vida.
Pronto otros investigadores siguieron el ejemplo de Miller y Urey, y partiendo de
otros compuestos obtuvieron resultados igualmente sorprendentes. Joan Oró (1923-
2004), trabajando con cido cianhídrico (HCN), sintetizó adenina, una de las cuatro bases
nitrogenadas o nucleótidos, que son los componentes de los ácidos nucleicos, las
moléculas de las que están hechos los genes y las responsables de la herencia biológica.
Del formaldehido se obtuvo el azúcar llamado ribosa, que también es pieza esencial
de los nucleótidos. El ácido cianhídrico y el formaldehido son productos que también
se forman en el modelo de Miller-Urey, lo que nos permite pensar que la evolución
química en condiciones abióticas puede continuar más allá de los primeros resultados
observados y producir muchos más compuestos.
Pronto una gran diversidad de compuestos orgnicos se produjeron en el laboratorio
usando modelos del tipo Miller-Urey; sin embargo, otros variaron las concentraciones
y las fuentes de energía, como la luz ultravioleta o el calor, también con buenos
resultados.
Algunos fenómenos naturales confirman las predicciones de la teoría heterótrofa y
avalan las síntesis abióticas de los experimentos. Por un lado, se han identificado moléculas
orgánicas en las nubes de polvo que hay entre las estrellas; como ya se mencionó
en el apartado del origen del Universo, no son espacios vacíos. Esta identificación se
deduce a partir de las líneas de emisión de microondas que provienen de esos lugares;
también se han descubierto estos compuestos en algunos planetas o sus lunas en el
Sistema Solar. Por otro lado, se han analizado muestras de un tipo de meteoritos deno-
Chispa
Columna de
condensación
Fuente de
alimentación
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20 La Naturaleza de la Vida
minados condritas carbonáceas, que han alcanzado a llegar al suelo todavía con materia
orgánica intacta. Los hallazgos son totalmente compatibles con los experimentos, pues
se encuentran prácticamente los mismos compuestos y con proporciones similares a los
que se obtienen en los experimentos (tabla 1.2).
La presencia de moléculas orgánicas en meteoritos indica que tales compuestos se
formaron prcticamente al mismo tiempo en la Tierra y en estos cuerpos durante las
primeras etapas de la formación del Sistema Solar. El hecho de que estas moléculas no
se hayan degradado, se debe a que han estado protegidas en el interior oscuro, frío y
rocoso del meteorito, fuera del alcance de la luz ultravioleta y otras fuentes energéticas
que romperían sus enlaces químicos; es como guardar comida en el congelador.
No obstante, se han utilizado argumentos importantes contra la atmósfera reductora
del modelo Miller-Urey. La conclusión principal de algunos geólogos y químicos
planetarios es que la atmósfera primitiva no debió ser tan reductora como Urey y Miller
insistieron, sino mucho más parecida a la atmósfera que tenemos ahora, pero evidentemente
sin oxígeno gaseoso libre, pues, como se ha mencionado, su concentración actual
se mantiene por la fotosíntesis.
Así, nuevos experimentos se llevaron a cabo en modelos que incluyen dióxido de
carbono (CO 2
) y compuestos de azufre, lo cual se admite que pudo haber existido con
cierta disponibilidad debido a una intensa actividad volcánica en la primera edad de la
Tierra. Los resultados, entre ellos algunos obtenidos por el propio Miller, siguen mostrado
la realidad de la síntesis abiótica de los compuestos orgánicos en la proporción
de los encontrados en los meteoritos. En todo caso, si la atmósfera era más o menos reductora,
no implica un reto para la teoría heterótrofa de Oparin, pues no pone en duda
la realidad del proceso de evolución química ni la predicción de que los primeros seres
vivos debieron ser heterótrofos.
Tabla 1.2 Los compuestos orgánicos hallados en los meteoritos que alcanzan la superficie
de la Tierra son los mismos y casi en la misma abundancia (representada por los puntos negros)
que los que se producen en los experimentos tipo Miller.
Aminoácido Meteorito Murchison Experimento de carga
Glicina • • • • • • • •
Alanina • • • • • • • •
Ácido α-amino-N-butírico • • • • • • •
Ácido α-aminoisobutírico • • • • • •
Valina • • • • •
Norvalina • • • • • •
Isovalina • • • •
Prolina • • • •
Ácido pipecólico • •
Ácido aspártico • • • • • •
Ácido glutámico • • • • •
β-alanina • • • •
Ácido β-amino-N-butírico • •
Ácido β-aminoisobutírico • •
Ácido γ-aminobutírico • • •
Sarcosina • • • • •
N-etilglicina • • • • •
N-metilalanina • • • •
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 21
1.2.2 Evolución biológica
Como vimos, las predicciones de la teoría heterótrofa indican que los compuestos orgánicos
de la sopa primitiva debieron primero polimerizarse hasta formar cadenas largas,
y después pudieron adquirir una actividad biológica que daría lugar a la complejidad
de estructuras y de metabolismos sobre los que se conformaron las primeras células
heterótrofas.
En los experimentos de síntesis prebiótica de Miller, y otros, se realizaron importantes
esfuerzos, se usaron muchos recursos y se dispuso de mucho tiempo para descubrir
cómo se formaron los aminoácidos, pues un tipo especial de proteínas que tenemos los
seres vivos, llamadas enzimas, tienen un papel catalítico o acelerador de reacciones bioquímicas
en el interior de los cuerpos de los seres vivos (figura 1.15). Las enzimas aceleran
las reacciones químicas, que en un contexto ajeno a la vida de todas maneras ocurrirían
espontáneamente, pero se tardarían mucho tiempo en suceder. En ausencia de las
enzimas, muchas reacciones individuales tomarían de cientos a miles de años en llevarse
a cabo.
Sin embargo, proteínas y enzimas se hallan absolutamente separadas de los materiales
de la herencia biológica, y de hecho su producción depende de seguir las instrucciones
de síntesis que se indican en la codificación de los genes del ADN. Es decir, aunque
se pudieran polimerizar aminoácidos de la sopa primordial para obtener agregados
proteicos, y suponiendo por un momento que algunos de manera fortuita pudieran
catalizar reacciones metabólicas, de todas formas no es factible que hubieran podido ser
las moléculas centrales sobre las que iniciara la vida si no pueden servir como reservorios
de información genética ni pueden hacer réplicas de sí mismas. De hecho, la síntesis
de las proteínas y enzimas ocurre asociada a tres moléculas distintas de ARN (ARN
mensajero, ARN ribosómico y ARN de transferencia), que se reúnen al mismo tiempo
en los ribosomas en un proceso llamado traducción (figura 1.16).
Ninguno de estos puntos es trivial, pues la función de guardar información hereditaria
es exclusiva del ADN en los seres vivos y en muchos virus, y del ARN solo
en algunos virus. Como se ha mencionado, los bloques de construcción de los ácidos
nucleicos también se forman en la sopa primitiva, por lo que podríamos desplazar el
NH 2
HN NH OH OH
O O O
O
H 3
C
OH
H 2
N
HO
OH
CH 3 O
O
O
CH 3
O
HO
OH
OH
OH
H 3
C
NH NH
2 2
NH 2
NH NH
HO
2
OH
NH 2
NH 2
O NH 2
O NH 2
Alanina (Ala) Arginina (Arg) Aspargina (Asn)
HS
O
O
O
NH 2
O
O
H 2
N
OH
HO
OH
O
OH
NH NH NH 2
OH
2
Cisteína (Cys)
2
Ácido glutámico (Glu) Glutamina (Gln)
Glicina (Gly)
O
CH 3
O
O
O
H
N
OH
H 3
C
OH
H 3
C
OH
H 2
N
OH
N
NH 2
NH 2
CH 3
NH 2
NH 2
Histidina (His) Isoleucina (Ile) Leucina (Leu) Lisina (Lys)
O
O
O
O
H 3
C S H
OH
OH
N
OH
HO
OH
NH 2
NH 2
NH 2
Metionina (Met) Fenilalanina (Phe) Prolina (Pro) Serina (Ser)
Treonina (Thr)
Triptófano (Trp)
Tirosina (Tyr)
Ácido aspártico (Asp)
Valina (Val)
Figura 1.15 Los
aminoácidos son los bloques
de los que se forman las
proteínas, algunas de las
cuales son enzimas.
Estos son los 20 que se
encuentran en todos los
seres vivos, todos se han
sintetizado en distintos
experimentos.
La Naturaleza de la Vida - Etapa 1 - FINAL.indd 21 25/07/19 15:30

22 La Naturaleza de la Vida
ARN Ribosómico
ARN de
Transferencia
Núcleo
Figura 1.16 Proceso de
traducción.
Ribosoma
Secuencia original
T
T
A
A
T
1. Adenina 2. Timina 3. Guanina 4. Citosina
interés del origen de la vida de las proteínas a los ácidos nucleicos; pero también aquí
hay limitaciones: ni el ADN ni el ARN se polimerizan a sí mismos, por lo que tampoco
se replicarían a sí mismos. La síntesis de ambas moléculas es realizada por las enzimas,
aunque los genes que codifican y dan lugar a las enzimas ciertamente estn guardados
en los ácidos nucleicos; la dependencia entre unos y otros es muy alta.
Los seres vivos de nuestro tiempo son estructuralmente organizados y complejos,
pero si tuviéramos que tomar una decisión
acerca de las moléculas con las que inició la
vida, basada en sus capacidades funcionales
biológicas, tendríamos que elegir a los
2 1 1 4 2 3 4 1 3 3 2
Mutación
2
A
A
C
C
1 1 4 4 3 4 1
Figura 1.17 Las mutaciones
son sustituciones de un
nucléotido por otro durante
el proceso de copiado del
ADN llamado replicación.
Son errores de la enzima que
polimeriza a los nucleótidos y
que no pudo corregir durante
la lectura de prueba.
C
G
G
C
C
A
A
G
G
3
G
G
T
T
3 2
G
A
1
C
T
2
ácidos nucleicos, pues hay un factor de gran
peso que destaca en su favor: para que tenga
lugar la evolución biológica de las moléculas,
es decir, para que las moléculas orgánicas
iniciales se transformen en moléculas
ms complejas con propiedades de la vida,
debe ocurrir un proceso basado en la selección
natural, la cual siempre produce adaptación
al medio. Para esto se requiere que
las moléculas tengan variación individual e
igualmente importante: que sean capaces de
crear copias de sí mismas.
Esta variación, efectivamente, existe en
los genes y se debe a las mutaciones (se
cambia un nucleótido por otro durante el
proceso de copiado) que ocurren de manera
espontnea en cada molécula (figura 1.17).
Aunque el problema de la falta de replicación independiente de enzimas de los ácidos
nucleicos persiste, definitivamente estos son un mejor modelo para pensar en el
comienzo de la vida. Ahora bien, para elegir entre ADN y ARN, la primera molécula
se aprecia bastante inerte; sirve para formar genes y cromosomas, es decir, reservorio
de información hereditaria, pero después no interacciona con nada. En contraste, las
moléculas de ARN muestran actividad de síntesis por lo menos para dar origen a las
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 23
proteínas y enzimas en el proceso
de traducción. Adems, el ARN es
una molécula más sencilla, compuesta
de una sola cadena de nucleótidos
en los que la frecuencia
de mutaciones es alta, mientras
que el ADN es una doble hélice
bastante ms estable (figura 1.18).
Por estas razones, un proceso evolutivo
darwiniano basado en esta
molécula de ARN para explicar
el origen de la vida, iría bastante
ms acelerado al principio, justo
cuando más se le necesita.
Así, por estas variadas consideraciones
sobre cuáles fueron
las moléculas con las que inició
la vida, en la década de 1960 varios
científicos: Alexander Rich
(1924-2015), Carl Woese (1928-
2012), Leslie Orgel (1927-2007) y
Francis Crick (1916-2004), propusieron
de forma independiente la
existencia de un primer mundo
biológico basado en moléculas de
ARN
ADN
C
C G C C
A G
U
C
A
C C T G
T
C T
A A
A
T
T
A A
T G G G
C
ARN, previo al que hoy conocemos basado en ADN-ARN y proteínas. En este mundo
de transición entre la materia orgánica y las primeras células, es decir, entre lo no
vivo y lo vivo, las moléculas de ARN habrían tenido unificadas las funciones necesarias
para la vida: guardaban información genética, catalizaban reacciones bioquímicas
y también eran capaces de polimerizarse y hacer réplicas de sí mismas. De esta manera,
el proceso de evolución biológica, mediado por la selección natural, podría suceder
para dar lugar a moléculas con un refinamiento bioquímico y replicativo creciente,
producto de la competencia entre moléculas similares por los recursos del medio
contenidos en la sopa primitiva. A esta teoría se le conoce como el mundo del ARN.
La evidencia a favor de esta teoría llegó en la década de 1980, cuando fueron descubiertas
en los seres vivos pequeñas moléculas de ARN que realizan funciones catalíticas
de compuestos moleculares; es decir, de manera análoga a como lo hacen las enzimas,
por lo que el fenómeno se interpretó como una reminiscencia del mundo del ARN. A
estas moléculas se les bautizó con el nombre híbrido de ribozimas (una mezcla de las
palabras ribosa o azúcar propia del ARN ms enzimas).
El mundo del ARN no se considera todavía un mundo con vida, pero en este ya hay
muchos elementos que distinguen a los seres vivos. Además de un metabolismo heterótrofo
que extraiga energía a partir de los compuestos del medio, también se requiere
aislar del entorno para mantener la integridad estructural, concentrar las reacciones y
evitar la pérdida de la energía. Así, paralelamente al mundo del ARN se tuvieron que
generar las primeras membranas biológicas hechas de fosfolípidos u otros ácidos grasos.
Al principio estas membranas estaban descoordinadas del material hereditario y de
la catlisis de las moléculas de ARN, pues seguramente la inclusión de los metabolismos
primitivos ocurrió al azar; esto se debe a que los fosfolípidos presentan propiedades físicas
que hacen que, en presencia del agua, se asocien espontáneamente por repelencia,
formando capas que se tensan y se pliegan para dar lugar a micelas o pequeñas burbujas
de lípidos.
En la sopa primitiva debió haber muchas microesferas. Así, un metabolismo de degradación
muy bsico, compuesto exclusivamente por elementos genéticos de ARN con
capacidad replicativa pudo quedar atrapado en su interior. En el curso de la evolución
G
T
A
U
G
A
C
G
C
A
C
C
Figura 1.18 Estructuras
de los ácidos nucleicos. El
ARN es una banda o hebra
sencilla, mientras que el ADN
está conformado por dos
hebras que se aparean entre
sí, formando la doble hélice
característica.
A
C
Uracilo (U)
T
G
U
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24 La Naturaleza de la Vida
H 2
O
H 2
O
Figura 1.19 Las micelas o
esferas de fosfolípidos se
forman espontáneamente
en presencia de agua. La
cabeza es hidrofílica, esto
significa que puede estar
en contacto con el agua,
mientras que la cadena
lateral es hidrofóbica, esa
es justo la porción repelida
por el agua. En su interior
pudieron ser atrapadas
ribozimas y otras moléculas
orgánicas.
biológica, con la aparición continua de variación en los genes de ARN y la selección
actuando sobre las variantes mejor adaptadas, el control de las compuertas (en la actualidad
hechas de proteínas) de las microesferas que usaban para el ingreso y salida de
materiales (figura 1.19), así como la apropiación de la síntesis de los fosfolípidos que la
forman, pudo caer en manos del ARN, formando así células primigenias en un mundo
de ARN.
En una etapa posterior, las células encontraron una forma de crear y guardar en el
acervo genético proteínas y enzimas. Así, los aminocidos fueron codificados en el genoma
celular, por lo que su síntesis y polimerización siguió mediada por las moléculas
de ARN. Con la llegada de los aminocidos a las actividades metabólicas de los seres
vivos se avanzó a un nuevo mundo de ARN-proteínas. En este nuevo mundo biológico
las enzimas fueron tan eficientes catalizando reacciones bioquímicas que reemplazaron
a sus primas las ribozimas en la mayor parte de las rutas metabólicas.
Al final ocurrió la transición en la que el ARN cedió el paso al ADN como molécula
de la herencia. La estabilidad de la doble hélice del ADN permitió mantener mayor
fidelidad en la replicación del genoma, apareciendo menos mutaciones y menos daños
genéticos. Todos los genes fueron reconvertidos en ADN, codificando enzimas como
catalizadores biológicos. De aquella época persisten los pocos genes que codifican directamente
a las moléculas de ARN, propias de los procesos de traducción y transcripción,
así como las pocas ribozimas que aún existen. Así, alcanzamos un mundo posterior y
ms complejo de ADN-ARN y proteínas.
Para esta etapa las células habían evolucionado hasta ser similares a las bacterias
heterótrofas modernas, dotadas de un amplio repertorio de habilidades metabólicas.
Aunque una vez establecido el nivel celular y el metabolismo básico, no tomó mucho
tiempo evolucionar hasta alcanzar la autotrofía plena por medio de la fotosíntesis. Todo
este recuento hipotético, pero plausible por la evidencia disponible, pudo haber acontecido
desde la sopa primitiva hasta la evolución de la autotrofía por fotosíntesis, en un
periodo de unos 10 millones de años o menos, si se considera la vida media (la cantidad
de tiempo que puede existir un compuesto antes de que la mitad de dicha cantidad se
degrade) que tienen los compuestos orgnicos que se encontraban disueltos en la sopa
primitiva. Una vez que surgieron las primeras bacterias comenzó un amplio proceso:
la diversificación de la evolución biológica dio lugar a una gran variedad de formas
de vida, lo cual ocurrió simultneamente con grandes cambios de la Tierra: la vida y el
planeta se moldearon recíprocamente.
Antonio LAZCANO
El doctor Antonio Lazcano (1950) es un científico
mexicano que ha contribuido notablemente al
estudio del origen de la vida y al entendimiento de
las primeras etapas de la evolución temprana de la
vida, es decir, después de que apareció. Su libro, intitulado
El origen de la vida, ha sido uno de los textos
científicos más leídos por los estudiantes mexicanos.
Su reconocida trayectoria académica internacional lo
llevó a ser elegido, por dos periodos, presidente de la
Sociedad Internacional para el Estudio del Origen de
la Vida; esta sociedad aglutina a cientos de investigadores
y estudiantes avanzados de decenas de países.
Asimismo, es miembro de la más prestigiosa institución
académica de México: El Colegio Nacional.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 25
Mientras que la mayoría de las especies microbianas permanecieron unicelulares,
algunos linajes se volvieron pluricelulares y eventualmente otros multicelulares, lo cual
dio paso a la formación de nuevos organismos, mucho ms grandes y complejos con
funciones regionalizadas en tejidos diferenciados. De algunos de estos experimentos
de la evolución aparecieron plantas y animales. La historia de la vida en la Tierra y los
cambios que ocurrieron se resumen en la tabla 1.3.
Tabla 1.3 Eones y eras geológicas.
Eones Eras Periodos Descripción
Hadeano
4450-4000
Se originó la Tierra y el Sistema
Solar. Se consolidó la corteza de
la Tierra, se formó su atmósfera
primitiva, reductora y anóxica, y
los primeros mares y lagos. Caída
de grandes meteoritos. Altas
temperaturas, vulcanismo intenso
y presencia de condiciones poco
propicias para la vida.
Arqueano
4000-2500
Proterozoico
2500-543
Paleoproterozoica
2500-1600
Fin de la caída de grandes
meteoritos y rocas sedimentarias
más antiguas (3900-3800).
Aparecen condiciones para el
surgimiento de la sopa primitiva
y el mundo del ARN. Origen de
la vida. Aparecen por primera
vez cantidades anormales de
isótopos de carbono 13, el cual es
componente exclusivo de los seres
vivos (3800). Fósiles más antiguos
de cianobacterias hallados en el
interior de estromatolitos fosilizados
(3650-3500). Divergencia de los
dominios procariontes, Bacteria y
Archaea desde su último ancestro
en común.
Acumulación de oxígeno gaseoso
en la atmósfera. Se forman grandes
depósitos marinos de hierro. Se
forma la capa de ozono (2500-
2200). Aparecen los primeros
organismos respiradores. Ocurre un
fenómeno intenso de glaciación
mundial, al que se llama Tierra
bola de nieve (2200). Aparecen
las primeras células eucariontes
(2150-2000). Ocurren procesos
endosimbióticos que dan origen a
unos organelos eucariontes.
continúa
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26 La Naturaleza de la Vida
Tabla 1.3 Eones y eras geológicas. Continuación
Eones Eras Periodos Descripción
Proterozoico
2500-543
Mesoproterozoica
1600-1000
Diversificación de linajes
eucariontes. Aparición de la
multicelularidad en las algas y su
diversificación.
.
Neoproterozoica
1000-543
Separación del linaje que dio lugar
a los reinos Animalia y al Fungi.
Evidencia fósil más antigua de
animales. Acontece un segundo
periodo de Tierra bola de nieve
(750). Al final del periodo surgió la
fauna de Ediacara, una suerte de
experimento evolutivo fallido
de animales raros.
Fanerozoico
543 al
presente
Paleozoica
543-251
Cámbrico
543-505
Explosión del Cámbrico (origen
y diversificación de casi todos los
linajes de los animales modernos).
Ordovícico
505-435
Animales invertebrados marinos.
Trilobites y otros artrópodos
dominan los mares.
Silúrico
435-410
Aparecen los peces. Invertebrados
colonizan las masas de tierra.
Devónico
410-370
Aparecen las plantas vasculares
y en asociación con hongos en
sus raíces colonizan las masas de
tierra. Aparecen los anfibios y se
diversifican los insectos.
continúa
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 27
Tabla 1.3 Eones y eras geológicas. Continuación
Eones Eras Periodos Descripción
Fanerozoico
543 al
presente
Paleozoica
543-251
Carbonífero
370-290
Aparecen los reptiles. Grandes
bosques pantanosos de
gimnospermas y helechos
arborescentes cubren el norte del
planeta. Las masas del sur son secas
y frías.
Mesozoica
251-65
Pérmico
290-240
Triásico
240-205
Se forma el supercontinente de
Pangea. Se originan los dinosaurios.
Al final del periodo se presenta
la mayor extinción masiva de la
historia de la vida en la Tierra,
debido a un periodo de vulcanismo
mundial. En los mares amonitas
y braquiópodos. Al final del
periodo se originan los reptiles
mamiferoides.
Aparecen grandes reptiles
acuáticos. Se diversifican los
dinosaurios y sus parientes los
cocodrilos. Aparecen las tortugas y
los tiburones.
Jurásico
205-138
Periodo dominado por los
dinosaurios. Grandes bosques
subtropicales de coníferas, helechos
y cícadas. Pequeños mamíferos
parecidos a roedores.
Cretácico
138-65
Se fragmenta el supercontinente
de Pangea. Surgimiento de las
plantas con flores y sus asociaciones
de polinización con insectos. Al
final del periodo ocurre la extinción
de los grandes dinosaurios y
grandes reptiles y otros grupos,
posiblemente por un meteorito y
vulcanismo intenso.
continúa
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28 La Naturaleza de la Vida
Tabla 1.3 Eones y eras geológicas. Continuación
Eones Eras Periodos Descripción
Fanerozoico
543 al
presente
Cenozoica
65 al presente
Terciario
65-1.8
Cuaternario
1.8 al
presente
Nota: La cantidad de tiempo se cuenta en millones de años.
Los continentes alcanzan una
configuración similar a la actual.
Diversificación de todos los órdenes
de mamíferos y de aves. En México
emergen del mar las regiones del
sur y sureste, así como
Centroamérica, por lo que
se conectan Norteamérica y
Sudamérica. Disminuyen las
regiones boscosas húmedas;
aparecen nuevos biomas como
estepas, matorrales y
desiertos. En estas nuevas
condiciones aparece el linaje de
grandes monos que da lugar a la
familia humana. Al final del periodo
aparece la megafauna de mamíferos.
Aparece una sucesión y
diversificación de especies de la
familia humana. Al final del periodo
aparece la especie Homo sapiens y
se distribuye por todo el planeta, al
tiempo que se diversifica. En Europa
se integra genéticamente con la
especie Homo neanderthalensis.
Se presenta la última glaciación
regional. Los humanos domestican
plantas y animales. Aparecen las
grandes civilizaciones y el mundo
actual. ¿Estamos en proceso de una
nueva extinción?
Evolución
Serie de procesos
naturales que
contribuyen a
transformar las
características
genéticas de las
especies en sucesivas
generaciones y que
las llevan a adaptarse
continuamente
a las condiciones
ambientales variables
o a extinguirse.
También se refiere a
la separación de una
especie en dos o más.
1.3 Evolución
Hoy el concepto de evolución se usa ampliamente en una variedad de disciplinas y
contextos, a menudo con significados distintos. Por ejemplo, cuando lo emplean entre
la comunidad de médicos, se refieren a la manera en que responder el cuerpo de un
paciente ante el curso de una enfermedad; en el mundo del vestido se usa para describir
las tendencias sociales y la moda aceptada de las prendas a lo largo de los años, como
pasó con la falda o el traje de baño.
Sin embargo, entre los biólogos el término evolución tiene una connotación muy especial
y siempre vinculada con las especies de seres vivos. Lo usan para referirse a una
serie de procesos naturales que contribuyen, por una parte, a cambiar las características
genéticas de las especies, y que las llevan a adaptarse continuamente a las condiciones
ambientales variables o, incluso, a extinguirse cuando las especies no cuentan con la variación
suficiente para responder a cambios ambientales drsticos. Por otra parte, también
se refiere a la separación de una especie en dos o ms, debido a que al paso de las
generaciones sus poblaciones se aíslan, acumulan modificaciones en sus características
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 29
y eventualmente se consolidan como especies distintas; es decir, ocurre una especiación,
lo cual se refiere a la formación o multiplicación de especies.
Así, adaptación, extinción y especiación son tres fases o resultados en las especies
que se deben a los procesos biológicos de la evolución.
Por supuesto que, como todas las teorías científicas modernas, estas tres facetas de
la evolución cuentan con evidencias de su existencia y operación en el mundo natural.
Pero esto no fue así desde el principio, su entendimiento ha sido resultado del pensamiento
biológico de al menos los últimos 270 años; en el camino hubo algunos intentos
audaces, pero fallidos.
Tierra primitiva estaba sujeta a un bombardeo
frecuente de grandes meteoritos y aste-
La
roides, escombros del origen del Sistema Solar, que
al colisionar con la superficie del joven planeta
causaban un grado de destrucción cuya severidad
dependía de la masa del meteorito. Esto se
sabe por la observación de los cráteres lunares,
que entre más antiguos son más grandes. En
estas condiciones agrestes, la sopa primitiva y la
vida no podrían haber surgido o sobrevivido sino
hasta que disminuyera el grado de afectación del
bombardeo, aproximadamente hace unos 3 800 a
3 900 millones de años.
abías
QUE...
El bioquímico Nick Lane (1967) sostiene que
no hay suficiente evidencia para pensar que la
atmósfera de la Tierra primitiva era reductora.
Asimismo, le da un valor superior al flujo de
energía en el origen de la vida y de las primeras
membranas biológicas. También considera
que para facilitar la evolución química de las
moléculas disueltas en la sopa primitiva se
requería que estuvieran produciéndose continuamente
y se acumularan en altas concentraciones,
de una manera que los procesos tipo
Miller-Urey y la aportación de los meteoritos
no garantizan. Así, propone que la síntesis
abiótica de los compuestos vitales y su polimerización
ocurrieron en el interior de un tipo
especial de chimenea o ventila hidrotermal
alcalina en los mares de la Tierra primitiva. La
estructura porosa y llena de microcanales, por
los que circula el agua en estas chimeneas, debió
servir como un molde y catalizador físico
que promovió el ensamblado de moléculas
biológicas y creó un flujo de protones y membranas
que echó a andar el motor de la vida
(figura 1.20).
Figura 1.20 Las
chimeneas o ventilas
hidrotermales alcalinas
son estructuras porosas de
carbonato de calcio que
crecen en el piso marino,
no muy profundo. Esta,
en particular, del océano
Atlántico, se llama la
“ciudad perdida”. Se ha
propuesto que ventilas
como esta sirvieron de
molde, en cuyo interior
pudieron haberse
catalizado las reacciones
que habrían dado lugar
a la evolución química y
eventualmente aparecería
la vida.
Conoce más
1.3.1 Historia del pensamiento evolucionista
Hasta el siglo xviii los naturalistas que estudiaban a los animales y plantas atribuían la diversidad
de especies del mundo presuntamente a un evento de creación divina ocurrida
no hacía mucho, quizás unos seis mil años. En este contexto de pensamiento, las especies
eran permanentes o inmutables, es decir, no cambiaban. Suponían que tenían una esencia
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30 La Naturaleza de la Vida
que no se modificaba bajo ninguna influencia del medio, por lo que las especies estaban
fijas en el tiempo. Así, a quienes creen en uno o varios eventos de creación divina se les denomina
creacionistas, mientras que a quienes creen que las especies no cambiaban se les
llama fijistas; las dos son creencias complementarias, por lo que casi siempre ambas formas
de pensar estaban vinculadas en la mente de una misma persona.
En el siglo xviii, pensadores ilustrados imaginaron por primera vez que la naturaleza
se podía explicar apelando a procesos de cambio y transformación que darían lugar
a nuevas especies. El ms notable de ellos fue el botnico Carlos Linneo (1707-1788),
quien era creacionista y fijista. Sin embargo, aceptó que nuevas especies de plantas,
con características distintivas plenamente diferenciadas, podían aparecer al paso del
tiempo por el cruzamiento sexual de organismos de dos especies diferentes. A los productos
de estas cruzas, los cuales presuntamente mantenían unos rasgos morfológicos
provenientes de una especie ancestral y otros de otra, los llamó híbridos. Hoy se sigue
considerando cierta esta teoría de la especiación por hibridación de Linneo, aunque son
pocos los casos documentados.
Pero el primero en abandonar el fijismo y pensar en una verdadera transformación
morfológica de una especie en otra fue Georges Louis Leclerc, conde de Buffon
(1707-1788). Para él, había tres causas por las cuales las especies se podían modificar:
la alimentación, el clima y las costumbres. Pensaba, en sincronía con casi todos en su
época, que por casualidad algunos animales podrían migrar entre continentes, y en tal
situación se verían expuestos a nuevos recursos alimentarios y nuevas condiciones climáticas.
Los nuevos retos ambientales que se presentarían a esos animales migrantes
presuntamente los podrían resolver cambiando los hábitos para adaptarse al nuevo ambiente.
Sin explicar cómo, Buffon pensaba que los nuevos hbitos creados en el proceso
eran heredables, por lo que a lo largo de las generaciones de animales modificarían sus
órganos y partes del cuerpo, con lo cual se convertirían en otra especie. Pero incluso
sin necesidad de hacer esfuerzo, las meras condiciones climáticas distintas y la nueva
comida también estimularían cambios ligeros, e igualmente heredables, en los cuerpos
de animales y plantas por igual.
Para Lamarck, las tres supuestas influencias modificadoras de Buffon eran la causa
que desviaba lateralmente un hipotético proceso progresivo de incremento en la complejidad
orgnica y estructural de los seres vivos, al que llamaba pomposamente la marcha
de la naturaleza. Así, a principios del siglo xix, Lamarck colocó a los organismos vivos
su esquema mental evolutivo de superioridad creciente a las influencias externas como
agentes subsidiarios de un proceso transformador general e interno. Esta tendencia al
progreso y a la superioridad, aunque ms potente que las influencias externas, no sería
visible, por lo que su existencia, según Lamarck, se deducía exclusivamente de la
comparación morfológica de los distintos grupos de animales y plantas por parte de los
expertos. Para él, esa comparación de ejemplares tendría que dar al observador necesariamente
una perspectiva de complejidad creciente, que llevaría a desarrollarse desde
microbios a animales vertebrados y desde microbios a plantas con flores, pasando por
una serie progresiva de grupos intermedios.
Hoy las ideas de Buffon y Lamarck han sido desechadas por falta de evidencia. No
se han documentado casos que se apeguen a los mecanismos de modificación por las
causas señaladas por Buffon, ni se ha descubierto ninguna fuerza especial que lleve a
crear cambios progresivos en los seres vivos como creía Lamarck. La idea de progreso
en complejidad es una construcción mental muy extendida entre las personas cuando
piensan en la evolución, pero que carece de la más mínima confirmación científica.
Por su parte, Charles Darwin (1809-1882), que en ese momento no podía saber que
aquellas ideas eran falsas, también consideró las influencias externas de Buffon de la
misma forma accesoria o secundaria que lo hiciera Lamarck, pero no para proponer
una visión de progreso de los seres vivos, sino como meros estímulos al surgimiento de
variación en los seres vivos, sobre los que posteriormente actuaría de forma no lineal, ni
progresiva, la selección natural: un mecanismo ambiental y externo a los seres vivos que
preserva a los organismos que sean más aptos en la lucha por la existencia.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 31
Antes de entender cómo funciona este mecanismo natural y las ideas de Darwin,
veamos qué evidencias hay del proceso evolutivo.
1.3.2 Evidencias de la evolución
Cuando pensamos en la evolución, una de las primeras evidencias que nos vienen a
la mente son los fósiles. Los fósiles son restos de las partes duras y más resistentes de
algunos seres vivos del pasado, que pueden quedar en forma completa, fragmentada o
bien solo sus impresiones o huellas sobre una matriz de sedimentos que se depositaron
sobre ellas en un ambiente acuoso.
Así, los organismos o sus restos quedan enterrados por los sedimentos y todas sus
partes blandas terminan por descomponerse y se desintegran. Después, los sedimentos
en los que los restos están embebidos se secan, se compactan y endurecen formando una
capa. En ese momento empieza un proceso de sustitución
química paulatina de la materia orgánica restante
por minerales del entorno. A esta parte del proceso de
fosilización se le llama petrificación, porque ahora el
material del fósil es parecido al de las rocas que lo rodean
(figura 1.21). El proceso de sustitución completo
toma miles de años en ocurrir, pero se acepta comúnmente
que los restos de seres vivos serán considerados
fósiles solo cuando tengan por lo menos unos 10 mil
años de antigüedad, de lo contrario, se les seguir considerando
restos orgánicos.
La disciplina que se encarga de estudiar a los fósiles
para descubrir cómo era la vida del pasado se llama
Paleontología. Los paleontólogos reconstruyen a los
animales y plantas de otras épocas a partir de los restos
fósiles, y establecen cómo eran los ambientes en que vivían,
así como las relaciones ecológicas y de parentesco
entre las especies antiguas.
La existencia de vida pasada y el proceso de fosilización
son temas que pueden ser comprendidos por
todos. Pero entender cómo estos restos mineralizados
extraídos del suelo pueden ser antepasados de algunas de las formas de vida contemporánea
requiere mayor esfuerzo intelectual. Antes de presentar algunas pruebas tangibles
y verificables del proceso evolutivo, conviene reflexionar primero en qué consiste
este proceso aprovechando las enseñanzas de Darwin.
En El origen de las especies (1859), Darwin se refirió a tres aspectos de la evolución, estos
son la adaptación, la transformación y la diversificación de las especies. Para intentar
explicarlos presentó al mundo no nada más una, sino varias teorías complementarias
sobre el proceso evolutivo:
Figura 1.21 Los trilobites
fueron pequeños animales
marinos que vivieron en
el Devónico. Tenían placas
separadas, por lo que se
podían plegar o “hacer
bolita” como las cochinillas. A
los costados de la cabeza se
localizaban los ojos.
1. Que la evolución existe.
2. Que todas las especies vivas y extintas provienen de ancestros en común.
3. Que el proceso ocurre guiado por la selección natural.
4. Que como resultado del proceso de selección natural las especies se adaptan al
ambiente cambiante.
5. Que la continua especialización de las especies para adaptarse a las modificaciones
del medio las lleva a cambiar y separarse de su grupo original (es decir, a
especiar, a que surjan nuevas especies).
6. Que este proceso ocurre de modo lento y gradual al paso de las generaciones.
7. Que las acciones que los seres humanos hacen en el proceso de crianza de animales
y cultivo de plantas presenta grandes similitudes con lo que pasa en el
proceso evolutivo en la naturaleza.
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32 La Naturaleza de la Vida
Así, la Biología moderna partió de estas teorías originales de Darwin, aunque se han ido
haciendo añadiduras y agregando otros factores a la explicación del proceso, así como
observaciones, experimentos y descubrimientos que prueban o cuestionan aspectos de
la versión original de Darwin. Por supuesto, este científico no tuvo razón en todo lo que
dijo, o no pudo pensar en todo lo que implica la evolución por las limitaciones propias
del conocimiento científico y tecnológico de su época. Sin embargo, no deja de sorprender
que las siete teorías se mantengan como un referente en mayor o menor medida.
Para demostrar la ocurrencia de la evolución a través del tiempo y que existen ancestros
comunes se usa a los fósiles. El procedimiento consiste en realizar una comparación
anatómica detallada entre las características de especies extintas y modernas en busca
de caracteres homólogos. Los caracteres homólogos son los que se fueron diferenciando
desde la forma antigua que tenían en una especie ancestral de la que descendieron otras.
Debido a estos cambios, la forma que tienen los caracteres homólogos en la actualidad
pudiera ser todavía similar o muy distinta, pero la posición general que guardan con
referencia a otras partes del cuerpo es la misma.
Cuánto hayan cambiado los caracteres homólogos en las especies a comparar se correlaciona
con la antigüedad de la separación o divergencia evolutiva. Por ejemplo, si
se comparan dos especies de aves, como un tucán y un pelícano, la mayor parte de sus
caracteres serán homólogos y aunque hoy sus picos se vean distintos, resulta evidente el
parecido y la posición que guardan. Pero si se comparan especies que se han separado
desde mucho tiempo atrás, los caracteres homólogos se parecerán muy poco, aunque
todavía sea posible reconocer alguna señal que permita establecer su ancestría común.
Este caso se puede ilustrar con la comparación entre las manos de un murciélago y un ser
humano. Las posiciones relativas de los huesos se mantienen en ambos casos, aun cuando
la mano del murciélago abarca gran extensión del ala; en cambio, en los seres humanos
los huesos de los brazos son muy largos y prominentes y las manos son pequeñas
en comparación (figura 1.22).
Pero también se utiliza la comparación morfológica entre especies actuales de un
mismo grupo biológico provenientes de distintos continentes y regiones. Por ejemplo,
Húmero
Huesos
carpianos
1er. dedo
Radio
Ulna
2o. dedo
3er. dedo
Pulgar
Antebrazo
Oreja
Segundo dedo
Tercer dedo
5o. dedo
4o. dedo
Membrana alar
Quinto dedo
Cuarto dedo
Húmero
Huesos carpianos
Radio
Metacarpos
1er. dedo
2o. dedo
3er. dedo
4o. dedo
5o. dedo
Falanges
Cola
Ulna o cúbito
Figura 1.22 Caracteres homólogos en un brazo humano y un ala de murciélago. En ambos casos son
modificaciones adaptativas al modo de vida de cada orden: el de los primates (monos y afines) y el de los
quirópteros (murciélagos), ambos son producto de la evolución a partir de un ancestro en común.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 33
jaguares americanos con chitas, leones y leopardos africanos, y con tigres asiticos. En un
caso como este, los caracteres homólogos son fáciles de ubicar y reconocer.
Incluso se pueden añadir ejemplares en algún estadio inicial del desarrollo embrionario
a la comparación cuando las relaciones entre las especies no se pueden establecer
claramente. Los caracteres homólogos tienden a parecerse y, por lo tanto, a reconocerse
más en los embriones de especies muy distantes evolutivamente. Esto es todavía más
notorio en las primeras etapas del desarrollo embrionario, pues en las últimas etapas
los embriones de los animales habrán adquirido casi todas las características que tendrn
como adultos y, por lo tanto, ya se habrn diferenciado. No obstante, a veces es
útil comparar embriones de un grupo de animales con organismos adultos de uno muy
distinto.
De hecho, Darwin hizo este tipo de comparación cuando investigaba las relaciones
de parentesco del grupo de los percebes o cirrípedos con otros grupos animales. Los
percebes son pequeños animales marinos que viven dentro de un caparazón, muy parecido
a una concha, y permanecen pegados a un sustrato como rocas, troncos de mangle,
postes de muelles o incluso al cuerpo de algunas especies de ballenas. En aquel momento
se pensaba que los percebes eran una forma rara de bivalvos (ostras y almejas), es
decir, moluscos; pero cuando Darwin comparó las larvas de los percebes con camarones
adultos, observó notables similitudes en la forma general del cuerpo, lo que lo llevó a
deducir que en realidad eran parientes de estos últimos, por lo que debían clasificarse,
ms bien, como crustceos (figura 1.23).
Al conjunto de cambios que ocurren durante el desarrollo embrionario de los individuos
de una especie, y los que continúan ocurriendo desde su nacimiento hasta completar
el estado adulto, se le llama ontogenia. Así, no solo los embriones de distintas especies
son comparables, sino también las primeras etapas del nacimiento y juventud. Es
importante comparar crías de chimpancés, gorilas y orangutanes con niños humanos,
pues es cuando más se nota el parecido entre estas especies; varios caracteres evidencian
fuertemente la relación de parentesco entre todas. Para la fase adulta, los caracteres
homólogos se han modificado mucho ms en las otras especies de grandes monos; por
ejemplo, los brazos son ms largos, el cuerpo ms encorvado, la cabeza algo ms pequeña
en relación con el cuerpo, el hocico se ha vuelto prominente y apoyan el andar también
con los brazos. Estos cambios, que no ocurren en los seres humanos en la fase adulta, nos dan
una falsa sensación de ser muy diferentes a esas otras especies (figura 1.24).
a)
m
b)
m
Figura 1.23 A la izquierda se observan percebes en sus caparazones unidos a un sustrato. A la derecha
dibujos de Darwin comparando un camarón adulto a) con una larva libre nadadora de percebe b), lo cual
exhibe los caracteres homólogos entre ambos. La letra m señala la posición de la boca en cada ejemplar.
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34 La Naturaleza de la Vida
Figura 1.24 En las especies de grandes monos se pueden reconocer los caracteres homólogos que nos
indican un origen común. Cuando todavía no se ha completado el desarrollo ontogenético el parecido es
más obvio.
Otro nivel de comparación de mucha mayor resolución y profundidad lo aporta la
Genómica, disciplina biológica que ha permitido descifrar las secuencias de ADN de
los genes de miles de especies de seres vivos. Las especies vivientes más cercanas a los
seres humanos son dos especies de monos originarias de África Central: chimpancés y
bonobos. La relación de parentesco entre las tres especies era obvia por todos los caracteres
homólogos compartidos que nos separan de gorilas y orangutanes. Sin embargo, la
comparación de la secuencia del genoma completo de humanos y chimpancés muestra
un grado de parecido tan excepcional que no era posible deducir meramente de la anatomía:
los genomas de ambas especies son idénticos en poco ms de 98%. El hallazgo es
sorprendente, ya que es probable que solo con la comparación anatómica nadie habría
ido ms all de 85%; es decir, la comparación entre secuencias de ADN puede ser ms
fina, tener una mejor señal, que la forma relativa del cuerpo en sí (figura 1.25).
a)
b)
Figura 1.25 a) Secuencias de un fragmento del gen 16S del ARN ribosómico mitocondrial de cuatro
especies de monos, sin alinear. b) Una vez que se han alineado hay mayor similitud entre las secuencias
de humanos y chimpancés, debido a que ambas especies tienen un ancestro más reciente entre sí, que el
que comparten con las otras dos especies. La diferencia entre las secuencias se debe a mutaciones.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 35
Como hemos visto, la comparación de los caracteres homólogos de cualquier etapa
ontogenética es la manera correcta de establecer relaciones de parentesco entre especies.
La comparación nos lleva a conocer cuáles se han diferenciado menos y cuáles más entre
sí con respecto a ciertos caracteres homólogos compartidos. Este grado de parentesco
nos permite, a su vez, descubrir cuáles especies son más cercanas entre sí y cuáles más
alejadas dentro de un esquema de relaciones genealógicas, es decir, estableciendo un
patrón de ancestría y descendencia entre ellas. A una imagen conceptual de relaciones
genealógicas entre especies de uno o varios grupos de plantas, por un lado, o de animales,
por otro, se le llama filogenia. A estas imgenes conceptuales se les puede representar
esquemáticamente a manera de un árbol genealógico, que por tratarse de especies en
lugar de personas se denomina rbol filogenético. A
diferencia del árbol genealógico, donde los individuos
siempre parten de dos progenitores, en las filogenias
las especies solo proceden de una especie ancestral
que les da origen. Las especies que provienen de un
mismo ancestro se conocen como especies hermanas
(figura 1.26).
Con respecto a la teoría de que el cambio se debe
a la selección natural ha habido importantes modificaciones
que se mencionarán más adelante, solo basta
decir que en el siglo xx se han descubierto otros procesos
que pueden funcionar por sí solos, en ausencia
de la selección, o bien, de manera complementaria con
esta. Sin embargo, estos avances no niegan que la selección
sea responsable de la mayor parte del cambio
evolutivo, especialmente cuando es de tipo adaptativo,
que es lo que afirma otra de las teorías de Darwin.
En el próximo tema se analizará la selección natural en
detalle, así como sus evidencias.
Sobre el surgimiento de nuevas especies o especiación
hoy se ha verificado que no necesariamente todos
los caracteres que distinguen a las especies se fijaron
por selección natural. El azar es también un factor de
Chimpancé
15
Millones de
años atrás
fijación de caracteres en casos de poblaciones que se han reducido de manera importante
en número hasta volverse bastante pequeñas. Por ejemplo, en la colonización inicial
de una isla oceánica o volcánica por algunos animales y plantas, se da lugar a una rápida
divergencia; es el caso de la gran diversidad de especies de pinzones, tortugas y
otros animales presentes en las islas Galpagos y en todas las islas ocenicas en general.
Con respecto a la teoría de la lentitud y la gradualidad del proceso evolutivo, se ha
reunido evidencia que prueba que esto no es cierto en todos los casos. Existen ejemplos
que muestran periodos muy cortos de cambio, tanto entre especies fósiles como en el
proceso de domesticación, por el surgimiento de nuevas razas y variedades a manos
de los criadores de animales y los cultivadores profesionales de plantas. Pero una vez
más, hay que señalar que la evidencia también apunta a la gradualidad del proceso en
casos icónicos, como la evolución de las especies de fósiles de caballos o en el caso de las
especies fósiles de la familia humana.
Así, solo tres de las teorías de El origen de las especies han sido modificadas y complementadas
(las aquí numeradas como 3, 5 y 6), mientras que las otras cuatro permanecen
intactas. Incluso la séptima teoría de Darwin, que es ms una orientación metodológica
que nos dio para experimentar y probar la evolución, no ha sido muy explorada por los
biólogos evolutivos, salvo alguna notable excepción. Esto significa que se ha dejado pasar
de largo la posibilidad de un gran proyecto de investigación que muestre los procesos
de cambio y especiación en la crianza de animales y en el cultivo de plantas, es decir,
en la domesticación; de este proyecto podrían salir más explicaciones y evidencias del
proceso evolutivo.
5
10
ACMR*
Bonobo Humano Gorila Orangután
* ACMR: ancestro común más reciente
Nuestro
árbol familiar
Figura 1.26 El árbol
filogenético muestra las
cinco especies hermanas
vivas de grandes monos.
El punto de donde parten
dos líneas estaría ocupado
por una especie antecesora
de la cual las dos líneas
evolutivas descienden.
Observa que los humanos
compartimos un ancestro
directo con chimpancés
y bonobos; el gorila es
genealógicamente más
distante y el orangután más
aún.
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36 La Naturaleza de la Vida
Por todo lo anterior, se puede asegurar que contamos con infinidad de evidencias
sólidas que no pueden ser explicadas de ninguna otra manera que no sea reconociendo
que la evolución es un fenómeno que ocurre en la naturaleza. Obviar eso sería cerrar
los ojos, oídos y la mente a la realidad, es decir, un verdadero despropósito científico.
Así, se puede decir que el proceso evolutivo o simplemente la evolución se trata del
origen, adaptación y diversificación de las especies biológicas (así como también de la
extinción de las mismas), como parte de una mediación constante entre la aparición de
la variación heredable y la ocurrencia de circunstancias ambientales complejas; de la
propia interacción entre las especies, e incluso del azar en el curso de las generaciones
reproductivas, lo que moldea permanentemente la forma, el metabolismo y el comportamiento
de las especies.
1.3.3 Teoría de la evolución por selección natural
(Darwin y Wallace)
En 1831, el joven Darwin, que era un creacionista y fijista, viajó por el mundo en un
barco de la marina britnica. Este viaje de cinco años le brindó a Darwin una serie de
vivencias únicas, tan necesarias para moldear su carcter científico y su pensamiento
posterior. Entre tales experiencias fue particularmente importante su paso por Argentina
y las islas Galpagos, un archipiélago de origen volcnico reciente.
En Argentina pudo identificar lo que sospechaba que era una especie no descrita de
avestruz americana. Pero como él no era especialista en morfología, envió la osamenta a
un experto, quien le dio la razón y hasta le dedicó la nueva especie: Rhea darwinii. También
descubrió tres ejemplares fósiles de mamíferos que resultaron ser nuevas especies
para la ciencia. Estos fósiles parecían corresponder a una fauna muy parecida a la que
existe en la actualidad en ese país, solo que los ejemplares fósiles son de gran tamaño;
algunos podían haber pesado ms de una tonelada. Años después, Darwin tuvo la impresión
que ahí se había llevado a cabo una suerte de proceso de recambio en el tiempo
de las especies de animales de gran talla a especies de talla pequeña.
En las Galpagos obtuvo la mejor evidencia en favor de la evolución. Se trata de varias
especies de aves llamadas pinzones con tamaño y morfología similar. Nuevamente,
Darwin envió los ejemplares al especialista y se olvidó de ellos por el resto del viaje.
Cuando volvió a casa, en 1836, el especialista le mostró que le había enviado un total de
13 especies de pinzones nunca antes descritas.
Esas especies no existen en ninguna otra parte del mundo, más que en el archipiélago
de Galpagos, y el parecido entre ellas era notorio, excepto por el tamaño y forma del pico;
en esos caracteres había mucha variación, lo que sugería distintos modos de alimentación
(figura 1.27). Para Darwin esas especies eran indicativas de algo ms: de un fenómeno
natural que parecía favorecer la ubicación de cada especie en el medio, dependiendo
b) c) d)
a)
Figura 1.27 Los pinzones de las Galápagos tienen picos adaptados a diferentes fuentes de
alimentación: a) Camarhynchus parvulus, b) Certhidea olivácea, c) Geospiza fortis, d) Geospiza
magnirostris.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 37
de su forma de alimentarse, razón por la cual cabían todas repartidas entre las islas,
consumiendo recursos distintos, sin solaparse.
Darwin se entusiasmó tanto por este hallazgo que quiso darle una explicación inmediata.
Se dedicó a leer incansablemente todo lo que pensaba que pudiera llegar a servirle
para entender el fenómeno detectado. Leer sobre economía política le dejó una sensación
de que existía una competencia feroz entre las especies. Leyó periódicos, libros y
reportes de otros naturalistas que como él hacían descripciones de las especies y sus
modos de vida; también sobre el trabajo que hacían los criadores profesionales de animales
en las granjas y ranchos, así como de horticultores y floricultores en invernaderos
y campos de cultivo. Al cabo de dos años, en 1838, de forma intempestiva le vino a la
cabeza la idea de la selección natural.
Para Darwin los miembros de cualquier especie eran todos diferentes y se veían en
la necesidad de competir entre sí para obtener su alimento, que era escaso. Esta lucha
causaría que solo unos individuos con caracteres superiores o ventajosos lograran sobrevivir
a la contienda por la vida, heredando sus características a sus hijos. El ciclo se
repetiría cuando los descendientes tuvieran que pelear por su propia comida, y si los
caracteres heredados seguían siendo ventajosos, nuevamente estos individuos serían
los sobrevivientes ganadores con el derecho a reproducirse y así indefinidamente.
Con el paso de las generaciones cada vez habría más descendientes de los individuos
con caracteres superiores en la lucha, y al mismo tiempo cada vez menos de los que
no, con lo cual eventualmente toda la especie sería recambiada por los descendientes
mejor adaptados al modo de vida. Así, la teoría explicaba la adaptación de las especies
al ambiente.
Pero si además, en un ambiente de intensa competencia por conseguir alimento, uno
o ms individuos con caracteres modificados pudiera explotar algún recurso disponible
que fuera ligeramente diferente, entonces se beneficiaría de no tener que lidiar por su
comida; por lo tanto, sobreviviría y pasaría sus características también ventajosas a sus
descendientes, y nuevamente se echa a andar el ciclo. Esto explicaría por qué había 13
especies distintas de pinzones, que con mucha probabilidad habían surgido en las islas
a partir de una sola parvada que llegó a colonizar tiempo atrás, y por eso se parecían
tanto en lo general, pero diferían en los caracteres vinculados con la alimentación, es
decir, la forma y tamaño del pico.
Ahora Darwin había construido en su mente la base de la teoría. Sabía que tenía la respuesta
al problema planteado, pero pensaba que todavía no podía demostrarlo a los dems,
que le faltaba evidencia. Así se le fueron 20 años, intentando reunir evidencia fuerte
que no pudiera ser rechazada por los críticos, y desde 1855 empezó a escribir un libro
para plantear la teoría.
En el verano de 1858, Darwin recibió una carta de un joven naturalista que había
vivido experiencias de viaje similares a las suyas, pero en Brasil y Malasia. Este naturalista,
de nombre Alfred Wallace (1823-1913), también empezó a pensar que las especies
cambiaban con el tiempo y había leído influencias similares o las mismas que leyó
Darwin. En medio de una fiebre causada por la malaria, se le ocurrió una idea parecida
en muchos aspectos a la de Darwin. Wallace supuso que ocasionalmente aparecían individuos
con rasgos diferentes a su especie, y si esos rasgos eran mejores para obtener
alimento, entonces podían entrar en competencia ventajosa contra los individuos sin
cambios. El incremento del número de individuos y de ms modificaciones haría que
se formara otra especie y que compitiera con su especie materna hasta eliminarla por
completo de la contienda. Es decir, Wallace previó un tipo de selección entre especies
que compiten por los recursos del medio y que dejaría en pie solo a la ms adaptada.
Esa idea se la contó Wallace a Darwin en la carta, quien sin percatarse realmente de
las diferencias entre sus ideas, se sintió rebasado y se apresuró a terminar de escribir el
libro que había empezado. La carta de Wallace y un resumen de la idea fundamental de
Darwin fueron dadas a conocer a la comunidad científica de Londres dos meses después,
para darle su lugar a cada uno. Así es como Darwin terminó por escribir El origen de las
especies, mismo que se publicó a principios de 1859.
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38 La Naturaleza de la Vida
Selección natural
Es un fenómeno de
la evolución, propone
que las condiciones de
un medio ambiente
favorecen o dificultan
la supervivencia de
los organismos, por lo
que las poblaciones
evolucionan (tienen
descendencia
modificada), de
manera que se hacen
más adecuadas para
vivir en sus entornos
con el paso del
tiempo.
Darwin no tenía manera de verificar empíricamente la operación de esta fuerza evolutiva
actuando en las poblaciones naturales de las especies, y lo que se le ocurrió hacer
fue investigar y experimentar sobre el proceso que él llamó selección artificial, que es
el método usado normalmente por los criadores profesionales de animales y los mejoradores
de plantas, por medio del cual con mucha frecuencia establecen nuevas razas y
variedades a través de cruzas controladas entre individuos de una o más razas que toman
como punto de origen. Darwin fundamentó que lo que pasaba en la domesticación
de animales y plantas era un fenómeno análogo a lo que con mucha probabilidad debía
ocurrir en la naturaleza, por ello lo bautizó como selección natural. Sería importante
que leyeras El origen de las especies, para que comprendieras cómo Darwin expuso sus
ideas al mundo y las múltiples evidencias que utilizaba en ausencia de una verificación
directa del fenómeno.
No obstante, la selección natural es un fenómeno que se puede apreciar a partir de
nuestra experiencia personal. Realiza un ejercicio mental: piensa qué es lo que comemos,
de qué vive la humanidad. Te dars cuenta de que todas las plantas y animales que
criamos para alimentarnos o que tienen valor estético fueron tomadas del ambiente hace
algunos cientos o miles de años, y las hemos transformado para cumplir con nuestros
caprichos. Así, por ejemplo, en México tenemos el maíz, planta que fue domesticada por
comunidades indígenas hace unos 9 mil años en el sur del país. Su ancestro es una hierba
corta de tamaño llamada teosinte, que apenas si se parece al maíz actual; el maíz es un
monstruo en comparación, tanto por el tamaño de la planta como de la mazorca. Al parecer,
se obtuvo una sola vez por un proceso de selección artificial, y de la primera variante
se han creado 68 razas distintas solo en México: maíces negros, blancos, rojos, azules,
pozolero, palomero, entre otros.
Sucede lo mismo con cada planta, fruta, grano, tallo o tubérculo que puedas imaginar,
y aplica también para los animales. El caso más destacado sería el de los perros, que
si bien no son alimento, descienden de pocas especies de lobo, de las cuales hemos creado
cientos de razas de distintos tamaños, corpulencias, pelajes, colores y hasta conductas
diferentes (figura 1.28). Razas de animales y plantas domesticados siguen apareciendo
constantemente en nuestro tiempo, solo hay que investigar un poco para confirmarlo.
¿Y qué hay de la selección natural? Simplemente considera el grave problema de la
resistencia de las bacterias a los antibióticos. Con frecuencia se presentan brotes epidémicos
por cepas de bacterias que no se ven afectadas por fármacos naturales o sintéticos;
estas bacterias causan la muerte de muchas personas cada año y todo parece indicar que
Figura 1.28 Los perros, como todos los animales y plantas domésticas, son principalmente producto de
la selección artificial. Todas las razas descienden del lobo, de apenas hace unos miles de años.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 39
el problema va en aumento. El problema es más severo en los hospitales, en donde se
aplican constantemente los antibióticos, es decir, en donde se aplica sistemáticamente la
selección natural. Si consideras hace cuánto tiempo se empezaron a usar los antibióticos,
llegars a la sorprendente cantidad de poco ms de 80 años. Así, sin ser la intención de
nadie, empezamos a ejercer presión de selección sobre las bacterias mejor adaptadas,
y la consecuencia natural es que, a este paso, la mayoría serán resistentes; podríamos
perder la guerra contra las bacterias causantes de las enfermedades. Pero no hay que
darnos por vencidos, podremos evitar este camino fatídico si usamos a nuestro favor la
manera en que opera la selección para planear las estrategias de ataque antimicrobiano.
Podríamos empezar a usar algunos antibióticos por periodos fijos, digamos cinco años,
e irlos rotando para evitar el surgimiento de resistencias a todos ellos al mismo tiempo.
Incluso, si no los repetimos, pasadas varias décadas podrían volver a funcionar los primeros.
Este fenómeno de resistencia se extiende a muchas otras formas de vida: insectos
a los insecticidas; hierbas a los herbicidas, hongos filamentosos a los antimicóticos y
dems. ¿Quién puede negar hoy la existencia de la selección natural? Tal vez personas
con una agenda ideológica que no quieran que los demás se enteren de lo que pasa en
el mundo. Sin embargo, al grado que están las cosas con los problemas descritos, más
nos convendría estar enterados y alertas, comprender y utilizar los procesos evolutivos
para garantizar la sobrevivencia de la especie humana y salvaguardar nuestras propias
vidas.
1.4 Taxonomía
La Taxonomía es la disciplina ms antigua de las Ciencias Biológicas. Proviene históricamente
de la llamada Historia Natural, una disciplina que definía sus objetivos intelectuales
de conocer, describir y clasificar a los diversos objetos del mundo natural, que podían
ser seres vivos, pero también rocas y minerales (sistemtica mineral o mineralogía).
Eventualmente, la Taxonomía se desprendió de la Historia Natural y se concentró
exclusivamente en describir a las especies de seres vivos, para conocer sus caracteres
homólogos y utilizarlos para poder clasificarlas en grupos jerrquicos en los que se establecen
relaciones filogenéticas.
1.4.1 Propósitos
El propósito de la Taxonomía es ordenar y clasificar las especies biológicas para formar
grupos inclusivos, siempre con base en las peculiaridades de sus caracteres homólogos.
A los biólogos que cultivan esta disciplina se les llama taxónomos, y son especialistas
en la morfología, las funciones orgnicas, los hbitos, la distribución geogrfica y otros
aspectos de las especies de seres vivos de uno o más grupos biológicos.
Su trabajo lo realizan observando y analizando ejemplares o especímenes de los seres
vivos que capturan para su estudio en ambientes naturales o que se hallan depositados en
las colecciones científicas en los gabinetes de historia natural, en los herbarios o en los museos.
Este trabajo descriptivo permite conocer la diversidad biológica del mundo. De manera
aproximada, se sabe que se han descrito poco más de un millón de especies; sin embargo,
se piensa que podrían existir hasta 10 millones por todo el planeta.
Conocer la biodiversidad es necesario para conservarla. No habría manera de organizar
áreas protegidas si no se supiera cuántas y cuáles son las especies que habitan una
región. Igualmente importante es conocer la variación de sus caracteres, para saber si
la especie se compone de una o distintas variedades o si pueden ser especies diferentes
que no se habían detectado anteriormente. El estudio minucioso de comparación continua
de los caracteres homólogos entre ejemplares puede permitir obtener conclusiones
en esta disciplina.
Taxonomía
Ciencia que trata
de los principios,
métodos y fines
de la clasificación
para la ordenación
jerarquizada y
sistemática de los
grupos de animales
y de vegetales.
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40 La Naturaleza de la Vida
José Eleuterio GONZÁLEZ
El doctor José Eleuterio González nació en Guadalajara
en 1813, estudió Medicina y se trasladó a
Monterrey cuando tenía 20 años de edad. Director y
catedrático del Colegio Civil, fundó también la Escuela
de Medicina en 1859 y el Hospital Civil en 1860. En
1876 fue electo gobernador constitucional.
Logró que el estudio de Farmacia obtuviera una
categoría científica a partir de sus estudios sistemáticos
sobre la flora, los cuales culminaron en su Catálogo
de plantas de Nuevo León en 1881, por lo que
es precursor de las bases de la taxonomía de la flora
en Nuevo León.
Un municipio de Nuevo León lleva su nombre.
Dos veces fue declarado Benemérito de Estado. Murió
en Monterrey el 4 de abril de 1888.
1.4.2 Sistemas de clasificación
Aristóteles creó el primer sistema de clasificación científico. Ordenó la diversidad de
animales conocidos en dos grandes grupos: enaimos, es decir, con sangre roja, y anaimos,
sin sangre roja (pero con fluidos similares de otros colores). Si lo piensas por un
momento, ambas categorías son completamente equivalentes a las de una clasificación
más reciente, del siglo xix, adjudicada a Lamarck, que se fundamentó en la presencia o
ausencia de una columna vertebral y crneo: vertebrados (con sangre roja) e invertebrados
(con sangre de otros colores).
En la Edad Media las clasificaciones de animales y plantas tenían un sesgo prctico
o utilitario. Por ejemplo, había algunos catlogos de animales, llamados bestiarios, que
ordenaban a las especies de forma alfabética, y conforme el latín se fue sustituyendo por
las lenguas vulgares en el origen de las naciones modernas, también esos libros adoptaron
el idioma local. Otra forma de clasificar era por su uso o por alguna característica
muy evidente, por ejemplo, los que vuelan, los que se comen, los que tienen veneno y
dems; estos arreglos artificiales generaban gran confusión en el conocimiento de los
seres vivos en esa época.
En el siglo xviii se convino, por los naturalistas, que el latín y el griego se convirtieran
en las lenguas oficiales de la clasificación de las especies. De esta manera, ya no
importaba en qué país o región de un país los científicos hicieran trabajo taxonómico,
las especies tendrían un nombre fijo designado. Quien puso las reglas fue Linneo, en su
libro Systema Naturae (1735). Primero determinó que las especies se ordenarían en categorías
taxonómicas jerrquicas o de clasificación; estas categorías, en sentido decreciente,
fueron: el reino, la clase, el orden, el género y la especie. Con el tiempo se incluyeron
dos categorías intermedias más: la familia, entre orden y género, y el phylum, entre el
reino y la clase. Estas categorías lineanas funcionan hasta la fecha, como grandes cajones
en los que se acomodan o agrupan las especies biológicas. Cualquier nueva especie
que se descubra debe caber en una de las categorías mencionadas, dentro de un subgrupo
con un nombre específico que lo identifique. Pero si alguna especie fuera muy distinta
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 41
en sus caracteres con respecto a las conocidas,
se pondría en un subgrupo
nuevo con un nuevo nombre identificador.
Además, para nombrar a todas las
especies creó un código de nomenclatura
binomial, es decir, un conjunto de
reglas para designar nombres binarios a
las especies: el primer nombre haría referencia
a la categoría género, mientras
que el segundo sería descriptivo de la
especie. Las especies deben nombrarse
por alguna característica sobresaliente
para darle sentido, y los nombres deben
ser latinos o latinizados. Solo la primera
letra del género se escribe en mayúscula,
todas las demás letras del género y la
especie deben ser minúsculas; para ambos
nombres deben emplearse cursivas.
A manera de ejemplo, la tabla 1.4
muestra actualizada la clasificación de
Linneo de la especie humana: el Homo sapiens.
Tabla 1.4 Clasificación de Linneo de la especie humana:
el Homo sapiens.
Reino: Animalia (el gran grupo que contiene a todos
los animales).
Phylum: Chordata (el grupo de animales con una estructura
embrionaria de sostén del cuerpo llamada notocorda, que en la
mayoría de los vertebrados, durante el mismo proceso, se sustituye
por la columna vertebral).
Clase: Mammalia (el subgrupo de vertebrados que
son mamíferos).
Orden: Primates (el grupo de los monos).
Familia: Hominidae (la gran familia humana).
Género: Homo (grupo exclusivo en donde entra la especie
de los humanos).
Especie: sapiens (característica destacada que lo identifica:
el pensamiento).
1.4.3 Los cinco reinos de la vida
Al llegar el siglo xix, en el nivel jerrquico superior, el reino, solo se diferenciaba plantas
de animales, lo que constituía un sistema de dos reinos naturales. Pero la irrupción de
los microbios, en el contexto de la invención del microscopio, obligó a pensar en su ubicación
taxonómica. Algunos científicos sugerían que los microbios podían ser animales
pequeñitos; otros, que podían ser plantas en miniatura. Pero sus caracteres no indicaban
la pertenencia clara a ninguno, había que darles un lugar propio.
El trabajo de los taxónomos, como vimos anteriormente, consiste en crear sistemas
ordenados de clasificación de las especies de seres vivos. Así, Haeckel respondió al reto
intelectual que planteaba el mundo microbiano, y en 1866 creó un sistema de tres reinos
de seres vivos. Designó el nombre Protista para ubicar ahí a todos los organismos
unicelulares. De estos, descubrió que había dos tipos principales: por un lado estaban a
los que podía vérseles un núcleo en su interior, que llamó células verdaderas. Por otro
lado estaban las células más simples y pequeñas, a las que no se apreciaba nada en su
interior, las bacterias, a estos organismos los llamó citodos para distinguir su simplicidad
con respecto a las células verdaderas; a las bacterias o citodos las colocó en una
subdivisión de Protista, denominada Monera.
Como Haeckel era evolucionista, decidió que pondría a los tres reinos en un contexto
genealógico. Así, el esquema de Haeckel se podía leer de la siguiente forma: los moneras
debieron aparecer por generación espontánea y después dieron lugar, por un incremento
en la complejidad celular interna, a los protistas nucleados. De estos, en un subgrupo
de protistas verdes y fotosintetizadores, evolucionó el nivel de complejidad multicelular
y se transformaron en plantas. Otra rama de protistas nucleados y depredadores
también se transformaron en seres multicelulares, y de ellos descendieron los animales.
Por fin, la vida entera unificada por el proceso evolutivo.
En 1925, Edouard Chatton (1883-1947) publicó un trabajo en el que representaba la
diversidad de seres vivos con un esquema, en este clasificaba la biodiversidad bajo un
supuesto diferente al de los reinos. Observó que la presencia o ausencia del núcleo era
la característica más distintiva en cualquier célula. A las células con núcleo las llamó eucariontes,
que significa células verdaderas; adems, estas células nucleadas tienen una
serie de organelos que realizan funciones específicas y compartamentalizadas, es decir,
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42 La Naturaleza de la Vida
Vegetales
Figura 1.29 Los cinco reinos
de la vida. Las bacterias fueron
las primeras formas de vida
y de ellas descienden todos
los demás reinos; los protistas
son los ancestros de todos los
eucariontes.
Hongos
Protista
Monera
aisladas del citoplasma; ejemplos de ellos son la mitocondria y el cloroplasto. Por el
contrario, las células sin núcleo, a las que llamó procariontes, tampoco tienen organelos,
por lo que todas sus funciones vitales las realizan en su citoplasma.
Esta propuesta de clasificación, basada en la estructura celular, la explicó ampliamente
en 1937. Es importante mencionar que no hay evidencia de que Chatton conociera
la diferenciación que Haeckel había hecho entre citodos y células verdaderas, por lo
que parece un descubrimiento independiente.
No obstante, el sistema de los reinos siguió fortaleciéndose. En 1938, Herbert Copeland
(1902-1968) realizó una maniobra relativamente obvia y predecible de la propuesta
de Haeckel. Separó a las bacterias de los protistas, creando para ellas
el cuarto reino de células sin organelos: los Monera. Este movimiento
le dio raíz al gran árbol evolutivo de la vida.
Finalmente, en 1969, Robert Whittaker (1920-1980) argumentó
notablemente sobre una realidad oculta a la vista de todos los biólogos.
Documentó que un amplio y diverso subgrupo de especies,
Animales
unas macroscópicas y otras microscópicas, incluso algunas unicelulares,
con formas extrañas y no fotosintetizadoras, de colores grises
y oscuros que permanecían ubicadas taxonómicamente entre
las plantas, no eran plantas, sino hongos. Así, Whittaker formalizó
el quinto reino de la vida, al que llamó Fungi. De pronto, los hongos,
con toda su diversidad, se encontraron sorpresivamente más
cercanos genealógicamente a los animales, con quienes comparten
ancestro de entre un grupo particular de protistas. Así fue como se
conformó el esquema de clasificación en cinco reinos, que se sigue
usando para describir e integrar la biodiversidad (figura 1.29).
A continuación se muestra una síntesis de características que
distinguen a los cinco reinos.
Monera o Bacteria
En este reino se incluye a todos los seres vivos carentes de núcleo y de organelos celulares;
contiene a todas las bacterias, que son seres vivos microscópicos y unicelulares
que llevan a cabo sus funciones vitales en su citoplasma. Algunas especies
son pluricelulares y formadoras de esporas. Sus formas de nutrición son autótrofa
o heterótrofa; su forma de reproducción es estrictamente asexual. Se les ha aislado
de todos los ambientes terrestres, incluso muy adentro en el subsuelo o muy arriba
a cientos de kilómetros en la atmósfera, en altas y en bajas temperaturas. Sintetizan
una variedad enorme de compuestos y degradan muchos otros. Algunos gases que
sintetizan transformaron la atmósfera de la Tierra primitiva. Por ejemplo, el oxígeno
hizo la atmósfera respirable y el metano creó el efecto invernadero, que mantiene
templada la temperatura del planeta. Las cianobacterias ostentan el registro fósil
ms antiguo de la historia: 3 500 a 3 650 millones de años, lo cual sirve de paso para
pensar que la vida procarionte no tardó mucho en aparecer, poco después de consolidarse
la faz del planeta.
Protista o Protoctista
Compuesto principalmente por organismos microscópicos o microorganismos unicelulares
nucleados. El tamaño de sus células es de diez a mil veces superior a las bacterias.
También hay formas de vida pluricelular, por ejemplo, algas pardas y rojas. Presentan
modos variados de locomoción por seudópodos, que son proyecciones del citoplasma,
como en las amebas o radiolarios, o por undulipodios, es decir, prolongaciones tubulares
serpenteantes con los que nadan, como en los paramecios y los ciliados. Sus formas
de nutrición son autótrofa o heterótrofa, a veces ambas en una misma especie; presentan
reproducción sexual y asexual.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 43
Plantae
Todas las plantas y sus ancestros evolutivos inmediatos: las algas verdes. Todos son
organismos multicelulares nucleados con diferenciación de tejidos y órganos. El reino
entero es autótrofo, por realizar fotosíntesis a través de hojas y tallo. Su modo de vida
es sésil, o sea, sin movimiento. Presenta reproducción sexual principalmente y formas
de reproducción asexual. La mayoría tiene desarrollo ontogenético desde una semilla.
Fungi
Incluye especies unicelulares microscópicas como las levaduras; pluricelulares como
los mohos, y multicelulares como los champiñones y setas. Todos son nucleados y se
nutren descomponiendo materia orgánica, es decir, son heterótrofos; son formadores de
esporas. Los hongos macroscópicos son sésiles, mientras que los pluricelulares y unicelulares,
aunque no presentan estructuras de locomoción, se mueven por deslizamiento
en las superficies.
Animalia
Organismos formados de células nucleadas. Son consumidores, es decir, se nutren por
ingestión de otros seres vivos, una forma de heterotrofía. Todos son multicelulares, con
un elevado grado de diferenciación de tejidos que forman órganos en los que realizan
sus funciones vitales. Todos son sensibles, irritables y reactivos, debido a un sistema
nervioso que da lugar al movimiento y a percibir su entorno por tener órganos de los
sentidos. Reproducción mayormente sexual; la mayoría presenta desarrollo ontogenético.
Los tres dominios
Sin embargo, como ya has constatado a través de este capítulo, el conocimiento de los
seres vivos se renueva constantemente conforme se descubren nuevas especies o se estudian
otros caracteres homólogos en conjuntos de especies cada vez ms amplios.
En 1977, Carl Woese (1928-2012) estudiaba las secuencias de nucleótidos de genes
provenientes de una diversidad de especies representantes de todos los reinos. Intentaba
verificar las relaciones genealógicas entre los reinos. Específicamente estudió los
genes de ARN que se encuentran en los ribosomas, porque estaba seguro de que la síntesis
de proteínas era tan antigua e indispensable entre los seres vivos que el grado de
conservación de las secuencias permitiría ver un patrón de relaciones evolutivas claro.
Entre las muchas especies estudiadas incluyó bacterias productoras de metano. Cuando
alineó las secuencias en pilas para comparar las posiciones que guardaban de los nucleótidos
en el gen, descubrió que las metanógenas eran muy diferentes, no mostraban
relaciones de ancestría directas con las bacterias; en realidad son un grupo externo,
mucho ms alejado de lo que estn los animales de las plantas.
Este descubrimiento animó a Woese a buscar otros grupos emparentados con las metanógenas.
Así, encontró a las halófilas, células procariontes que viven en ambientes
salados como el mar Muerto, el Gran Lago Salado de Utah, Estados Unidos, y otros lugares
salados; también a otros organismos sin núcleo que viven a altas temperaturas en
las chimeneas hidrotermales del fondo marino, en géiseres (termófilas) o en estanques calientes
y cidos (termoacidófilas), como en el parque nacional de Yellowstone, en Estados
Unidos. Unos años después, Woese retomó el nuevo reto que la naturaleza le mostraba y
declaró la separación de las bacterias de sus recién descubiertas arqueas (metanógenas,
halófilas, termófilas, termoacidófilas y afines), y la existencia de una nueva categoría taxonómica
superior al del reino: el dominio. Con este respaldo, Woese decretó el nuevo
esquema de clasificación de tres dominios (figura 1.30): Bacteria, Archaea (se pronuncia
arquea, que significa antiguo) y Eucarya (este último contiene a todos los seres con células
nucleadas, también llamadas eucariontes: protistas, plantas, animales y hongos).
Dominio
Es una categoría
taxonómica utilizada
en los sistemas de
clasificación biológica,
por arriba del reino y
el superreino.
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44 La Naturaleza de la Vida
Árbol Filogenético de la Vida
Figura 1.30 Árbol de los
tres dominios. Puedes
notar que los animales,
plantas y hongos, que en el
sistema de reinos eran tres
de los cinco, aquí solo son
pequeñas líneas evolutivas
de la rama eucarionte. Sin
embargo, hay muchas líneas
más que en aquel sistema
estaban contenidos en el
reino Protoctista; también
arqueas y bacterias tienen
varios linajes evolutivos
en su interior, cada uno es
potencialmente un reino.
También puedes observar que
Archaea y Eucarya comparten
un ancestro directo.
Bacteria Archaea Eucarya
Spirochaetes
Proteobacteria
Cianobacteria
Planctomyces
Bacteroides
cytophaga
Thermotoga
Aquifex
Bacteria verde
filamentosa
Grampositiva
Entamoeba
Methanosarcina
Methanobacterium
Methanococcus
T. celer
Thermoproteus
Pyrodictium
Halófilos
Myxomycota
Animales
Fungi
Plantas
Cillophora
Flagelados
Tricomonadas
Microsporidias
Diplomonadas
Conviene aclarar que esta propuesta acepta la existencia de reinos ubicados debajo de
cada dominio, solo que la suma de ellos no serían cinco, sino probablemente decenas,
uno por cada línea evolutiva.
Pero los cambios no siempre son bienvenidos. Lynn Margulis (1938-2011) era seguidora
del sistema de clasificación de los cinco reinos. El propio Whittaker le había encomendado
continuar su obra. Así, en colaboración con Karlene Schwartz (1936) publicó
un libro intitulado Cinco reinos (1985), en el que incluían descripciones, fotografías y esquematizaciones
de especies representantes de cada reino. Esta obra ayudó a consolidar
una visión favorable de los cinco reinos entre los biólogos.
Pero después del descubrimiento que hiciera Woese de las arqueas y de su propuesta
de los tres dominios, Margulis y Schwartz entendieron que tenían que hacerles al menos
un poco de espacio en el sistema de los cinco reinos; solo esa concesión le hicieron
a Woese. Sin dejar de lado su consideración del reino Monera como un grupo natural,
pensaron que si bien las arqueas son diferentes de las bacterias, no lo serían tanto como
para dejar de ser consideradas procariontes. Es decir, dieron algunos pasos atrs en el
tiempo y se refugiaron en el criterio bsico de Chatton. Decidieron que la diferencia ms
significativa de un ser vivo no era en qué reino se clasificaba, sino qué tipo de célula
tenía, estructuralmente hablando. Como pensaron que esta característica era la más importante
para clasificar, crearon una nueva categoría llamada Súper Reino, para colocar
en la cima a los dos tipos de Chatton: procarionte o Súper Reino Procaryota y eucarionte
o Súper Reino Eucaryota.
Asimismo, por debajo del súper reino Procaryota dejaron un único reino de organismos
sin núcleo: los Monera o Bacteria, y por debajo del reino crearon dos subreinos, los
cuales llamaron Eubacteria y Archeobacteria. Estas adecuaciones al sistema de clasificación
les permitieron dejar intactos los cinco reinos, aceptando la novedad.
Los dos últimos sistemas de clasificación descritos, el de los tres dominios y el de
los cinco reinos ampliado, se contraponen con respecto a qué categoría taxonómica es
superior, pero también desde el punto de vista de los caracteres que usan para hacer las
filogenias. El primero le da ms importancia al gen como carcter homólogo principal
para descubrir las relaciones genealógicas entre los seres vivos. En cambio, el de los
cinco reinos descansa sobre una multitud de caracteres morfológicos y fisiológicos que
son mayormente únicos e independientes en cada reino. La discusión acerca de cuál de
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 45
estos sistemas refleja con mayor fidelidad la evolución de la vida en la Tierra todavía
se discute entre los biólogos taxónomos, sin haber un consenso claro. Con el tiempo
aparecieron otros sistemas basados en seis o ms reinos, sin embargo, dejaremos hasta
aquí esta discusión, pues las nuevas categorías superiores al dominio y al súper reino no
han sido confrontadas. Las diversas propuestas para la clasificación de los seres vivos se
esquematizan en la tabla 1.5.
Tabla 1.5 Esquemas de clasificación universal de los seres vivos en sentido histórico
y progresivo. Los colores tratan de equiparar los mismos grupos
en las distintas clasificaciones.
Esquemas de clasificación anteriores,
la mayoría basados en el reino como
categoría taxonómica superior.
Dos reinos Tres reinos Dos tipos
celulares
Haeckel
(1866)
Edouard
Chatton
(1925)
Cuatro
reinos
Copeland
(1938)
Cinco
reinos
Whittaker
(1969)
Esquemas más recientes basados
en categorías superiores al reino.
Esquema
basado
en tres
dominios
Woese y
Fox
(1990)
Esquema basado en dos súper
reinos, manteniendo a los cinco
reinos intactos y dos subreinos
bacterianos
Margulis y Schwartz
(1998)
Linneo Citodos
Monera Procarionte Monera Monera Bacteria Procaryota
Bacteria Eubacteria
(1735)
Archaea
Archeobacteria
Protista
Protophyta
Protoctista Protista Eucarya Eucaryota Protoctista
Células
Protozoa
Vegetabilia verdaderas Plantae Eucarionte Plantae Plantae Plantae
o
Fungi
Fungi
nucleadas
Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia
Francis CRICK
Francis Crick (1916-2004) fue un físico inglés que
contribuyó a fundar el campo de la Biología Molecular.
En el año de 1953, junto con el biólogo James
Watson (1928) publicaron el famoso artículo en el
que propusieron las estructura de la doble hélice del
ADN. Asimismo, descubrieron el código genético y
el papel de los tres tipos de moléculas de ARN que
hacen posible la descodificación para que los genes
se expresen y se formen las proteínas. Todo ese conocimiento
sobre el funcionamiento del ARN le permitió
a Crick ser uno de los postulantes del mundo
del ARN.
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46 La Naturaleza de la Vida
abías
QUE...
1990, Woese y colaboradores descubrieron
que las secuencias genéticas del ARN
En
ribosómico de las arqueas estaban más relacionadas
con las de los organismos eucariontes que lo
que cualquiera de los dos dominios mencionados
pudieran estarlo con las bacterias. Esta es una
lección más que aprender de la naturaleza, pues
las apariencias engañan. Tal como ocurrió con los
hongos, que estaban incluidos en el reino de las
plantas antes de tener su propio reino y descubrir
que eran parientes de los animales y no de las plantas;
así, una vez más se reorganizaron las relaciones
entre los grupos biológicos.
Conoce más
A la gran pregunta de por qué los organismos eucariontes tienen células nucleadas y organelos
internos, mientras que las células de bacterias y arqueas no, Margulis presentó una novedosa
explicación.
Propuso que el aparato fotosintetizador de las células nucleadas de algunos protistas, algas
y plantas, es decir, el cloroplasto, es descendiente de cianobacterias fotosintetizadoras que
ingresaron a vivir en el citoplasma de los protistas, que son ancestros de las plantas. Asimismo,
que el organelo generador de energía en todos los eucariontes, la mitocondria, es descendiente
de bacterias respiradoras de oxígeno que también entraron al citoplasma de células eucariontes.
Finalmente, también propuso que el núcleo y undulipodio provienen de una fusión entre una
arquea y una bacteria espiroqueta (con forma de sacacorchos). Aunque todo esto suene muy
extravagante, Margulis encontró evidencia para sostener su propuesta. En los cloroplastos y las
mitocondrias hay genes propios, que al secuenciarlos se acoplan bastante bien con los de las cianobacterias
y con los de las bacterias respiradoras, respectivamente. A esta propuesta se le llamó
la teoría de endosimbiosis en serie. Lamentablemente, no hay evidencia que pruebe el origen del
núcleo y el undulipodio, mientras que los otros dos pasos mencionados se consideran un hecho.
Esto representa un modelo evolutivo acelerado, diferente del lento y gradual darwiniano.
A
ctividades y
ejercicio
1. Elabora un mapa conceptual sobre las etapas cronológicas y los procesos que dieron origen
al Universo de acuerdo con el modelo estándar. Puedes emplear frases o palabras
conectoras para explicar adecuadamente la secuencia de eventos hipotéticos o predichos.
2. Investiga la estructura que tienen los ensayos y para qué sirve hacerlos. Luego, redacta
un ensayo de dos cuartillas de extensión sobre la teoría heterótrofa del origen de la vida
y el mundo del ARN.
3. Elabora un mapa mental con las evidencias de la evolución de las especies.
4. Produce un video de 3 a 4 minutos de duración, en el que aparezcas ocasionalmente
explicando cómo es la evolución guiada por la selección natural, cómo el funcionamiento
de la selección natural creó la resistencia de las bacterias a los antibióticos y cómo se puede
corregir ese daño. Compártelo con familia y amigos.
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Etapa 1. Origen de la vida, evolución y taxonomía 47
AUTOevaluación
Coloca una X en la opción correcta.
1. ¿Cuáles son las teorías que conforman el modelo estándar del origen del Universo?
( ) Big Bang-estacionaria ( ) Big Bang-oscilante
( ) Big Bang-inflacionaria ( ) Inflacionaria-estacionaria
2. ¿Cul es la antigüedad del Universo en años terrestres?
( ) 14 mil millones ( ) 10 mil millones
( ) 5 mil millones ( ) 6 mil años
3. ¿Cuál es la evidencia de la expansión del Universo?
( ) La radiación de microondas ( ) Los cometas
de fondo
( ) El transcurso del tiempo ( ) El corrimiento al rojo del espectro
de luz de las galaxias
4. ¿Cuál es la reminiscencia del inicio caliente del Big Bang?
( ) Hidrógeno ( ) El polvo cósmico
( ) La radiación cósmica de fondo ( ) Las estrellas
5. Los componentes del modelo Miller-Urey de la atmósfera primitiva son
H 2
O, CH 4
, H 2
y ____?
( ) He 2
( ) NH 3
( ) CO 2
( ) O 2
6. La evidencia ms tangible del mundo del ARN son:
( ) Nucleótidos ( ) Virus de gripe
( ) Enzimas ( ) Ribozimas
7. La teoría heterótrofa sugiere que los primeros organismos fueron:
( ) Aerobios ( ) Unicelulares
( ) Pluricelulares ( ) Autótrofos
8. Proceso por el cual los criadores crean nuevas variedades y razas de animales.
( ) Generación espontnea ( ) Selección natural
( ) Selección artificial ( ) Mutaciones
9. ¿Cul es el resultado de que la selección natural trabaje sobre una población?
( ) Adaptación ( ) Mutación
( ) Generación espontnea ( ) Selección artificial
10. La Taxonomía es la disciplina biológica que se encarga de estudiar la:
( ) Evolución ( ) Selección natural
( ) Selección artificial ( ) Clasificación de los seres vivos
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