1. Introducción a la Biología

1.2. Los seres vivos evolucionan

En su teoría de la evolución, Darwin propuso que es la continua competencia entre las especies por los recursos del medio la que selecciona sus características. La selección natural permite la supervivencia de los “más aptos”, de la misma forma que un ganadero selecciona su mejor ganado, mediante un proceso que llamamos selección artificial.

2. Mendel: la diferencia está en los genes

El mecanismo que Darwin proponía para explicar la selección natural no convencía a casi nadie. Darwin pensaba en términos de herencia mezclada. Suponía que, en seres vivos con reproducción sexual, los caracteres se mezclaban en los hijos. La suposición de la herencia mezclada era errónea. Un monje Agustino, Gregor J. Mendel, demostró que las unidades de la herencia determinantes de los caracteres no se mezclan, no pierden su individualidad. Hoy llamamos genes a las “unidades de la herencia”.

La conclusión de Mendel: factores hereditarios (genes)

La conclusión a la que llegó fue que la reaparición en los nietos de los caracteres paternos, demostraba que la idea de los caracteres mezclados era falsa y apoyaba la hipótesis de que los factores hereditarios mantenían su individualidad a lo largo de las generaciones. Para cada carácter hay 2 genes, uno procedente del padre y otro de la madre. Y solo se manifiesta uno solo. Lo que determinaba los caracteres fue llamado “factor hereditario”. Ese factor hereditario fue renombrado como “gen”. El gen es la unidad de información hereditaria, es decir, lo que controla un determinado carácter.

3. ¿Dónde están los genes? Cromatina y cromosomas

En 1882, un fisiólogo alemán, descubrió en los núcleos de las células una sustancia celular de color que llamó cromatina; durante la mitosis, la cromatina se condensa en filamentos a los que luego se dio el nombre de cromosomas. Las personas tenemos 23 pares de cromosomas.

Fecundación y dotación genética

Walter Sutton observó que en las células sexuales del saltamontes los cromosomas aparecían en un solo juego, mientras que lo hacían por parejas en el resto de células. Las células del ser humano tienen todas 23 pares de cromosomas, menos las células sexuales, que tienen 23 cromosomas.

4. ¿De qué están hechos y cómo se copian los genes?

Los genes son trozos de cromosomas, pero debemos averiguar la composición de los cromosomas. Se pensaba que los cromosomas estaban formados mayoritariamente por 2 tipos de macromoléculas: proteínas y ADN. Los cromosomas y los genes podían estar hechos de: proteínas, ADN o una mezcla de las dos.

El ADN: doble hélice

Los genes están hechos de ADN y que en ellos se encuentran las claves de la herencia. Emplearon dos evidencias: Las radiografías de fibras de ADN, que sugerían que la molécula de ADN estaba formada por una hélice. Y cualquier ADN seguía ciertas normas: El contenido de adeninas y timinas coincidía, el contenido en guaninas y citosinas también coincidía.

Duplicación de ADN

Los genes se copian duplicando la molécula de ADN. Al abrirse se divide en dos, cada cadena servirá de molde para generar una cadena hija idéntica a la cadena inicial. La duplicación se logra gracias al apareamiento selectivo de las bases que funcionan como un molde para replicar el material genético.

5. ¿Para qué sirven los genes?

Las células de los seres vivos están construidas básicamente por proteínas que realizan la mayoría de las funciones biológicas. Las proteínas son cadenas que contienen una secuencia de moléculas más sencillas llamadas aminoácidos, de los cuales hay 20 distintos. El código genético es el conjunto de instrucciones que sirven para fabricar las proteínas a partir de la secuencia de los nucleótidos que forman el ADN. Este código determina que cada grupo de tres nucleótidos codifica un aminoácido. Los genes: almacenan la información hereditaria y fabrican las proteínas.

6. El genoma humano

El genoma de un organismo es el conjunto de toda la información genética del mismo. En 2003 se publicó la secuencia del genoma humano. En el ADN podemos distinguir:

• Conjuntos de nucleótidos que forman parte de los genes: exones e intrones.
• Exón es la porción de ADN dentro de un gen que codifica proteínas.
• Intrón no se emplea en la síntesis proteica. Partes del gen que no sintetizan proteínas. ADN basura que no pertenece a ningún gen.

Genoma y complejidad

La genómica es la parte de la biología que se encarga del estudio de patologías complejas. Esta novedosa ciencia se utiliza en el estudio de patologías complejas, están determinados por la acción conjunta de equipos de genes (poligenes). La proteómica se encarga de estudiar todas las proteínas codificadas por el genoma.

Biotecnología: Los transgénicos

Las personas hemos seleccionado, lo que llamamos selección artificial. Ahora la biotecnología nos permite generar variantes de interés seleccionadas mediante mejora genética. Se denominan organismos transgénicos los organismos modificados genéticamente que portan un gen extraño.

Biotecnología: células madre y clonación

Las células madre son células no diferenciadas susceptibles de convertirse en células de otros tipos de tejidos: células cardíacas, de la piel, etc. Se llaman así porque de ellas es posible obtener el resto de diferentes células del cuerpo humano, como ocurre en las células embrionarias de las cuales surgirán todas las demás células de nuestro cuerpo. Existen distintos tipos de células madre:

• Las células madre embrionarias, provenientes de embriones.
• Las células madre procedentes de cordón umbilical o de adultos, su uso no presenta problemas éticos.
• Las células madre inducidas, se obtienen de células adultas de la piel.

La receta de la vida (C, H, O, N)

En los seres vivos se producen reacciones químicas continuamente. Para que estas reacciones se lleven a cabo hace falta un disolvente: el agua. Por eso el agua es fundamental para la vida y una gran parte de los seres vivos es agua. La gran ventaja del carbono es que este átomo puede formar cuatro enlaces y dar lugar a muchas y muy distintas moléculas de cadena muy larga, que formarán millones de compuestos con interesantes propiedades químicas. Entre ellos, todas las moléculas esenciales para la vida: los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. El nitrógeno también es un elemento fundamental, ya que con él se construyen las proteínas. Las células de los seres vivos obtienen la energía que necesitan mediante la respiración celular. Dicho proceso consiste en obtener la energía a partir de la glucosa que obtienen de la materia orgánica. Los organismos autótrofos fabrican la materia orgánica a partir de materia inorgánica y de energía solar.

El origen de la vida

El carbono por el que están constituidos los seres vivos procede del interior de la Tierra, donde se acumuló en su formación, y la hipótesis más aceptada sobre la procedencia del agua es la que dice que procede de asteroides cuyas órbitas se encuentran más allá de Marte. La vida se originó en los océanos porque en la protoatmósfera no había oxígeno y, por tanto, tampoco ozono que protegiese la superficie del planeta de los mortíferos rayos ultravioletas, capaces de destruir cualquier atisbo de vida, por lo que la vida lo hubiera tenido difícil para prosperar de no estar protegida bajo un gran espesor de agua. Sabemos que en la atmósfera primitiva no había oxígeno estudiando unos estratos de roca sedimentaria que contienen un mineral de hierro llamado pirita. Este mineral no presenta el mismo aspecto en las dos capas. En la capa inferior, más antigua, es brillante, mientras que en la superior, más moderna, está oxidado. Algunas bacterias obtenían la energía mediante un proceso llamado quimiosíntesis, que consiste en una reacción química en la que intervienen estas bacterias y un mineral llamado pirita; en esta reacción química se produce energía que es aprovechada por ellas mismas. Otros seres microscópicos se alimentaban de estas bacterias para obtener energía. La hipótesis de la panspermia defiende que la vida se originó en el espacio; esta hipótesis se basa en los siguientes hechos:

• En las nebulosas se han descubierto muchas moléculas que forman los seres vivos.
• Los choques de otros cuerpos contra la Tierra están demostrados.
• Si el agua llegó a bordo de asteroides, pudo traer bacterias en forma de esporas resistentes.
• Las características comunes de los seres vivos parecen indicar que la vida comenzó a partir de un patrón único.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento químico que tienen masas diferentes. Los isótopos radioactivos son aquellos isótopos que son inestables y que se desintegran al cabo de cierto tiempo. El proceso de desintegración de isótopos se produce a una velocidad constante, y en él se generan otros elementos llamados radiogénicos; estudiando la cantidad de radiogénicos que hay en una roca podemos saber la edad de la misma.

Evolución y sus pruebas

Una especie es un conjunto de seres vivos con las mismas características. Una población es una especie que vive en un lugar determinado. La evolución biológica es como van cambiando los seres vivos a lo largo del tiempo para poder adaptarse mejor al medio. Las pruebas que demuestran la evolución son las siguientes:

• Paleontológicas: Estudio de los fósiles basado en las series filogenéticas (grupo de fósiles de la misma especie ordenados cronológicamente).
• Biológicas: que se basan en organismos actuales.
• Moleculares: cuya base es la genética.
• Biogeográficas: especies de distintos continentes.

Pruebas moleculares: se basan en la suposición de que las mutaciones suceden a un ritmo constante.

¿Cómo explicamos la evolución?

La teoría del neodarwinismo o teoría sintética de la evolución combina las ideas de Darwin con los conocimientos de genética que él no tenía:

• La selección natural no favorece a individuos aislados, sino a la población.
• Explica la variabilidad en las poblaciones mediante las mutaciones, que pueden ser: favorables, desfavorables o indiferentes.

Las principales teorías evolutivas son el creacionismo y el fijismo, y se basan en que Dios creó la vida y los seres vivos, los cuales no cambian, siempre son como Dios los creó. Las teorías evolutivas se basan en que las especies van cambiando a lo largo del tiempo; las más importantes son la teoría de Lamarck, la de Darwin y la teoría del neodarwinismo. Las principales ideas de la teoría de Lamarck son que los individuos van desarrollando los órganos que más usan para adaptarse mejor al medio. La función crea al órgano. La teoría de Darwin se resume en que los seres vivos que nacen con unas características más favorables dejan más descendencia con esas mismas características. La teoría más aceptada a día de hoy es la teoría del neodarwinismo, que se basa en la teoría de Darwin y en los conocimientos de genética. Llamamos selección artificial a la selección que hace el hombre de los mejores individuos de una especie para poder beneficiarse de ellos. Se denomina radiación evolutiva al efecto que tienen las Pangeas sobre el número de especies; cuando existen Pangeas el número de especies es menor ya que hay más competencia por vivir en un mismo continente, y cuando los continentes son más pequeños el número de especies aumenta porque hay menos competencia y más variabilidad de climas y medios.

Extinciones

A lo largo del tiempo ha habido cinco extinciones masivas. La explicación más reciente de la tercera extinción masiva es que se produjo un efecto dominó tras un periodo de intenso vulcanismo que originó un calentamiento global y del agua, produciéndose una anoxia (al aumentar la temperatura el oxígeno pierde solubilidad), lo que llevó a la extinción masiva. El efecto dominó que produjo la extinción de los dinosaurios es el siguiente: un asteroide impacta contra la Tierra levantándose una capa de polvo que cubrió el Sol, lo que provocó una bajada de la temperatura del planeta y que las plantas no pudieran realizar la fotosíntesis, por lo que desaparecieron; al desaparecer la vegetación desaparecieron los grandes herbívoros y con ellos los grandes carnívoros que se alimentaban de ellos; solo sobrevivieron los pequeños animales que se alimentaban de semillas y de carroña. Cuando la luz reapareció volvieron a crecer las plantas y se reestructuró la cadena trófica con las especies que quedaban. La hipótesis del impacto del asteroide se basa en una capa de arcilla que cubre toda la Tierra, en que solo se encuentran fósiles de dinosaurios por debajo de esta capa y en el cráter encontrado en México.