Origen i evolució de la vida: teories, experiments i proves

Generació espontània i experiments clau

Generació espontània: idea que a partir de matèria inerta, com a conseqüència d'una força vital d'origen sobrenatural, sorgien éssers vius. Aquesta hipòtesi va ser qüestionada per experiments científics.

Experiments de Francesco Redi

Francesco Redi: va demostrar que la carn no generava vida espontània. Va col·locar carn en dos recipients: un obert i un tancat o cobert. Observà que la carn exposada s'infestava i es descomponia amb larves; la carn protegida no presentava aquests signes mentre estigués tancada.

Experiments de Louis Pasteur

Louis Pasteur: va refutar definitivament la generació espontània. Va demostrar que cap ésser viu ni organismes complexos no sorgien espontàniament; tots procedeixen d'un altre ésser viu anterior. El seu experiment clàssic amb el brou va ser així:

1. Introduir brou de carn en dos recipients amb coll de cisne (un coll corbat que impedeix el pas directe de partícules).
2. Bullir el líquid i deixar que reposi; un recipient va mantenir el coll intacte i l'altre es va trencar.
3. El recipient amb el coll intacte no es va descompondre perquè els microorganismes de l'aire van quedar atrapats adherits a les partícules de pols del coll; el que va quedar obert es va descompondre.

Teories sobre l'origen de la vida

S'hi proposen diverses hipòtesis per explicar l'aparició de la vida a la Terra.

Panspèrmia

Panspèrmia: la vida s'hauria originat a l'espai i hauria arribat a la Terra en forma de meteorits o partícules extraterrestres.

Abiogènesi o síntesi prebiótica

Abiogènesi o síntesi prebiótica: teoria de l'origen de les primeres formes de vida per processos químics a la Terra primitiva. Etapes proposades:

1. Formació de molècules orgàniques simples a partir de compostos inorgànics.
2. Síntesi de molècules orgàniques més complexes.
3. Aparició de les primeres cèl·lules i inici del procés d'evolució química cap a sistemes vius.

Sopa o brou primordial

Teoria de la sopa o brou primordial: l'atmosfera primitiva sense O₂ estava constituïda per metà, amoníac i vapor d'aigua; la radiació UV i l'energia de fortes tempestes haurien facilitat la formació d'una gran varietat de molècules orgàniques simples que es van anar acumulant i diversificant en diferents processos químics.

Teoria de les fonts hidrotermals

Fonts hidrotermals: la vida s'hauria originat en fonts hidrotermals del fons marí, on hi havia fonts d'energia i compostos com metà, àcid sulfhídric i ferro, que podrien haver permès la proliferació d'una gran diversitat de formes de vida primitiva, com bacteris que s'alimenten de compostos químics i que són la base de cadenes alimentàries dels ecosistemes trobats al voltant d'aquestes fonts.

Creacionisme i fixisme

Creacionisme: creença que el món i tots els éssers vius han estat creats per una divinitat. Fixisme: creença que les espècies són fixes i no canvien al llarg del temps.

Lamarck i la transformació de les espècies

Jean-Baptiste Lamarck defensava la importància de l'ambient: la modificació de les condicions del medi fa que els organismes canviïn. Les seves idees principals:

• Llei de l'ús i el desús: les necessitats poden fer que els òrgans s'enforteixin o s'atrofiïn segons l'ús que se'n faci.
• La funció fa la forma, i no al revés: els canvis en l'ús dels òrgans modelen la seva morfologia.
• Herència dels caràcters adquirits: els canvis avantatjosos adquirits en vida serien transmesos a la descendència.

Darwin i la selecció natural

Charles Darwin va proposar mecanismes que expliquen l'evolució de les espècies:

• Existència de variabilitat heretable: dins d'una població hi ha individus diferents amb característiques que poden ser heretades.
• Descendència amb modificació: la descendència no és una rèplica exacta dels progenitors; hi ha combinacions i variacions de caràcters heretats.
• Reproducció diferencial: els individus millor adaptats tenen més probabilitats de sobreviure i deixar descendència.
• Selecció sexual: explica varietats de formes i colors que poden no ser directament avantatjoses per a la supervivència però sí per a l'èxit reproductiu.
• Coevolució: molts éssers vius depenen estretament d'altres i evolucionen conjuntament.

Mecanismes evolutius més comuns

Els canvis evolutius són variacions en el conjunt de gens d'una població. Aquests mecanismes principals són:

Mutacions i noves variants

1) Aparició d'al·lels nous per mutacions o per introducció per migrants. 2) Augment o reducció de la freqüència d'al·lels dins d'una població.

Selecció natural

La selecció natural augmenta la freqüència d'al·lels avantatjosos perquè els individus que els porten tenen més probabilitats de reproduir-se. Tipus de selecció:

• Estabilitzadora: afavoreix el fenotip intermedi proper a la mitjana.
• Disruptiva: afavoreix dos fenotips extrems, provocant separació en dues direccions diferents.
• Direccional: afavoreix un fenotip extrem i desplaça la mitjana en una direcció.

Deriva genètica

Canvi aleatori de les freqüències al·lèliques al llarg de les generacions, especialment important en poblacions petites (l'efecte és menys notable en poblacions grans). Tipus:

• Efecte fundador: un petit grup es separa i crea una nova població amb una composició genètica diferent.
• Coll d'ampolla: només alguns individus sobreviuen a un esdeveniment que provoca alta mortalitat, alterant la composició genètica.

Flux gènic

Arribada d'individus nous a una població i intercanvi de gens entre poblacions. El flux gènic pot alterar la composició genètica; el seu efecte és més gran en poblacions petites.

Proves de l'evolució

Proves anatòmiques

1 - Òrgans vestigials: estructures sense funció actual que provenen d'un avantpassat. 2 - Òrgans anàlegs: estructures amb funció semblant però amb origen estructural diferent. 3 - Òrgans homòlegs: mateixes estructures bàsiques amb funcions diferents que indiquen un avantpassat comú.

Proves biogeogràfiques

1 - Illes Galápagos: espècies pròximes amb diferències importants degudes a aïllament i adaptació local. 2 - Espècies amb formes molt diferents però condicionades per ambients semblants que mostren convergència adaptativa.

Proves paleontològiques

Registres fòssils i filogènies basades en fòssils; existeixen fòssils de transició que mostren formes intermèdies entre grans grups. El registre pot ser incomplet, per això alguns canvis semblen sobtats.

Proves bioquímiques

S'analitzen proteïnes, àcids nucleics i ADN per comparar seqüències i establir relacions evolutives entre espècies.

Especiació i aïllament reproductiu

Especiació: procés evolutiu de formació d'espècies pel qual una espècie precursora es diversifica en dues o més espècies diferents. L'aïllament reproductiu (barretes en l'aparellament, fallades en la fecundació, hibrids inviable o estèril) impedeix el flux gènic i afavoreix la diferenciació entre poblacions.

Neodarwinisme, teoria sintètica i neutralisme

NEODARWINISME: integració dels principis darwinians (variabilitat heretable i selecció natural) amb la genètica mendeliana. Conceptes importants:

• Freqüència al·lèlica: proporció d'un al·lel determinat respecte del total d'al·lels per a un gen en una població.
• Freqüència genotípica: proporció d'un genotip determinat respecte del total de genotips per a un caràcter.
• Freqüència fenotípica: proporció d'un fenotip determinat respecte del total de fenotips observats en la població.

TEORIA SINTÈTICA: integració del neodarwinisme amb altres disciplines biològiques. També es considera l'aportació de la biologia molecular: seqüències de proteïnes i ADN mostren variacions entre individus i espècies.

La majoria de les mutacions no són ni beneficioses ni perjudicials; moltes són neutrals i la selecció no actua directament sobre elles (teoria neutralista de la mutació).

Equilibri puntuat

TEORIA DE L'EQUILIBRI PUNTUAT: observació que moltes espècies romanen pràcticament inalterades durant milions d'anys (estasis) i que, de sobte, es produeixen canvis importants en períodes relativament curts. Aquests salts evolutius es poden explicar per fenòmens com l'aïllament i l'especiació ràpida i, a més, per la incompletitud del registre fòssil que no sempre documenta canvis graduals.