Evolución de las Biomoléculas a la Diversidad Humana: Un Recorrido Completo

El Origen de la Vida y la Evolución

1. El Origen de las Biomoléculas

Las hipótesis sobre el origen de las biomoléculas, componentes esenciales de los seres vivos, buscan explicar cómo surgieron estas moléculas en la Tierra primitiva. Dos hipótesis principales son:

- Hipótesis de Oparin

En 1924, Aleksander Oparin propuso que las primeras biomoléculas se formaron por reacciones químicas entre los gases de la atmósfera primitiva (vapor de agua, hidrógeno, metano y amoníaco). La energía para estas reacciones provino de la radiación solar y las descargas eléctricas de las tormentas.

- Hipótesis Actuales

Hoy se considera que la atmósfera primitiva estaba compuesta principalmente por nitrógeno, vapor de agua y CO2. Se cree que la síntesis de las primeras moléculas ocurrió en zonas volcánicas, donde se emitían metano y amoníaco. La neopanspermia sugiere que moléculas de meteoritos extraterrestres pudieron haber llegado a la Tierra.

1.1 El Origen de las Células

Las primeras moléculas pudieron quedar aisladas del exterior por membranas, dando origen a las protocélulas. Se cree que estas surgieron en los fondos marinos como células procariotas heterótrofas (sin oxígeno). Al adaptarse y encontrar nutrientes, surgieron los organismos fotosintéticos, que liberaron oxígeno a la atmósfera. Algunos científicos proponen que las primeras células fueron autótrofas, utilizando CO2 atmosférico.

Primeras Células Eucariotas

Aparecieron hace unos 2000 millones de años, siendo más complejas que las procariotas. La teoría de la endosimbiosis, propuesta por Lynn Margulis, explica su origen: una célula procariota grande fagocitó bacterias capaces de respirar, estableciéndose una simbiosis que dio origen a las mitocondrias. La incorporación de otras bacterias originó otros orgánulos. A partir de estas células surgieron los organismos eucariotas.

2. Las Primeras Teorías Evolucionistas

En el siglo XIX, los naturalistas se dividieron en dos corrientes: los fijistas (como Linneo y Cuvier), que creían que los organismos existían desde el principio de los tiempos, y los evolucionistas (como Darwin y Lamarck), que pensaban que los organismos evolucionaban.

- Fijismo

Los fijistas defendían que las especies eran inalterables y habían sido creadas para ocupar la naturaleza. Influenciados por la iglesia, creían en la creación divina. El descubrimiento de fósiles reveló que muchas especies habían desaparecido, lo que llevó a las primeras ideas evolucionistas. Sin embargo, Georges Cuvier, padre de la paleontología, explicó las extinciones por catástrofes, seguidas de nuevas creaciones divinas.

- Evolución según Lamarck

Lamarck interpretó los fósiles como evidencia de evolución, donde los organismos más complejos se formaban a partir de otros más sencillos. Su teoría se basaba en dos fenómenos:

- La herencia de los caracteres adquiridos

Un órgano se desarrolla o se atrofia según su uso o desuso en respuesta a cambios ambientales.

- Fuerza interna de perfeccionamiento

Los organismos tienen una fuerza interna que los impulsa a perfeccionarse y alcanzar mayor complejidad. Lamarck fue el primero en proponer que las especies no son fijas, sino que evolucionan por cambios ambientales, aunque su teoría fue rechazada al no probarse la influencia directa del ambiente.

3. Evolución según la Teoría de Darwin

En 1859, Darwin publicó "Sobre el origen de las especies", donde formuló su teoría de la evolución, conocida como darwinismo. Sus observaciones en las costas de Sudamérica y las Islas Galápagos fueron cruciales:

• Las plantas y animales eran diferentes a los de la costa occidental.
• Las especies cambiaban gradualmente a lo largo de las costas.
• Las especies de las islas eran muy diferentes, con 14 especies de pinzones, cada una adaptada a una isla.

Darwin concluyó que las especies con características similares evolucionaron a partir de un ancestro común. Los cambios evolutivos son lentos, continuos y graduales, culminando en la aparición de nuevas especies. El mecanismo principal de la evolución es la selección natural.

- La Evolución por Selección Natural

La selección artificial, donde los criadores eligen los ejemplares con las características deseadas, dio a Darwin una pista sobre cómo actúa la naturaleza. La selección natural elige a las parejas reproductoras a través del medio ambiente. Los individuos más adaptados sobreviven y se reproducen.

Observaciones de Darwin:

• Las poblaciones producen más descendientes de los necesarios.
• El número de individuos en la población permanece constante.

La lucha por la existencia ante recursos limitados hace que sobrevivan los más aptos, que se reproducen y transmiten sus características a sus hijos. La selección natural actúa sobre la variabilidad de la población, favoreciendo a los individuos mejor adaptados.

4. La Biodiversidad como Resultado del Proceso Evolutivo

El origen de la variabilidad en la población es consecuencia de las mutaciones y la adaptación de los individuos al medio. Las mutaciones son cambios en el material genético, muchas perjudiciales, pero algunas beneficiosas. Los individuos con mutaciones beneficiosas tienen ventaja de supervivencia y transmiten estas características a su descendencia. La selección natural puede sustituir las características primitivas del individuo.

- La Adaptación

Cuando una especie no se adapta, está abocada a la extinción. La adaptación es la capacidad de los seres vivos para adecuarse al medio. Hay tres tipos de adaptaciones:

• Adaptaciones estructurales: afectan a órganos específicos (ej. lengua del camaleón).
• Adaptaciones fisiológicas: afectan al funcionamiento del organismo (ej. metabolismo de los osos).
• Adaptaciones de comportamiento: afectan al comportamiento de los seres vivos.

Ejemplos de adaptaciones incluyen el aparato locomotor, animales homeotermos y poiquilotermos, y adaptaciones en plantas.

- Formación de Nuevas Especies

La selección natural produce cambios en las poblaciones que dan lugar a nuevas especies. La variabilidad heredable por mutación se incrementa por la recombinación genética en la reproducción sexual. Darwin propuso que las especies surgen por un proceso gradual que puede durar miles de años. Actualmente, se consideran tres procesos:

1. Aislamiento de población: un grupo de individuos queda aislado del resto por emigración o barreras físicas, ecológicas o etológicas.
2. Diferenciación gradual: las mutaciones generan variaciones dentro de cada población aislada. La selección natural favorece a los individuos mejor adaptados.
3. Especiación: el aislamiento prolongado lleva a la diferenciación de especies que ya no pueden cruzarse entre sí.

Una especie es una población de individuos con forma similar que pueden reproducirse entre sí y tener descendencia fértil, aislándose reproductivamente de otras especies.

5. La Evolución en la Actualidad

Darwin no pudo explicar la variabilidad de las poblaciones. En 1937, Theodosius Dobzhansky, en su libro "Genética y el origen de las especies", combinó las ideas de Darwin con la genética, dando origen al neodarwinismo o teoría sintética de la evolución:

• La variabilidad en las poblaciones se debe a las mutaciones, cambios en el material genético.
• La selección natural actúa sobre las poblaciones, favoreciendo a los más aptos y eliminando a los portadores de caracteres desfavorables.

6. Las Pruebas de la Evolución

La evolución se apoya en evidencias directas e indirectas:

- Anatomía Comparada

Estudia la estructura de los órganos. Dos organismos están emparentados si sus órganos tienen el mismo origen embrionario (órganos homólogos). Los órganos análogos tienen diferente origen pero forma similar por adaptación al medio.

- Pruebas de Adaptación

Las adaptaciones a cambios ambientales se heredan y se extienden a toda la población (ej. melanismo industrial de Biston betularia).

- Pruebas Paleontológicas

El estudio de fósiles aporta pruebas del proceso evolutivo, mostrando la línea evolutiva de especies como el caballo.

- Pruebas Biogeográficas

Las barreras geográficas aíslan a organismos del mismo grupo, facilitando su evolución diferente (ej. continentes como América del Sur y África).

- Pruebas Embriológicas

Los embriones de grupos emparentados tienen un desarrollo similar en etapas tempranas (ej. hendiduras branquiales y cola en vertebrados).

- Pruebas Moleculares

El estudio molecular demuestra que todos los seres vivos están constituidos por el mismo tipo de moléculas. La filogenia molecular, basada en el estudio de moléculas, permite investigar el árbol genealógico de los seres vivos. Las mutaciones se reflejan en estas moléculas, y dos especies estarán emparentadas si sus proteínas y ácidos nucleicos son similares.

7. Evolución Humana

En el siglo XVIII, Linneo clasificó a la especie humana con los primates. En el siglo XIX, Darwin afirmó que el ser humano evolucionó de seres parecidos a los monos.

- La Evolución de los Hominidos

Los seres humanos pertenecemos a los homínidos. El antecesor más antiguo es el Australopithecus afarensis. El hallazgo de especies de homínidos ha permitido reconstruir la filogenia del ser humano moderno, Homo sapiens sapiens. El hombre también ha evolucionado culturalmente, pasando de sociedades nómadas a sedentarias con la agricultura.

- Diferencias entre Humanos y Monos

• Posición bípeda con cuerpo erguido.
• Cráneo apoyado en la base de la columna.
• Cerebro mucho más grande en relación al tamaño del cuerpo.
• Mandíbula y dientes más pequeños.
• Brazos más cortos que las piernas.
• Pies con dedos cortos y pulgares no oponibles.
• Vello corporal casi desaparecido.

- Filogenia del Homo Sapiens Sapiens

1. Australopithecus afarensis: surgió en África hace 3.8 millones de años. Caminaba erguido y tenía un cráneo pequeño.
2. Homo erectus: vivió hace 1.8 millones de años. Descubrió el fuego, fabricó herramientas y cazó animales.
3. Homo antecessor (Hombre de Atapuerca): vivió en la Península Ibérica hace 800,000 años. Tenía un rostro similar al nuestro, aunque con rasgos primitivos.
4. Homo sapiens neanderthalensis (Hombre de Neandertal): apareció hace 150,000 años. Era fuerte, con gran capacidad craneal, y creó una sociedad cooperativa.
5. Homo sapiens sapiens (Ser humano moderno): apareció hace 40,000 años en Europa. Tenía una complexión menos fuerte, pintó en cuevas, talló esculturas y construyó herramientas complejas. La adquisición del lenguaje permitió el desarrollo de una cultura compleja.