E V O L U C I Ó

1. EVOLUCIÓ CAP A ON ANEM? CIÈNCIES PER AL MÓN CONTEMPORANI JOSÉ JUAN LÓPEZ

2. TEORIES SOBRE EVOLUCIÓ • PODEM FER DOS GRUPS: • TEORIES FIXISTES, QUE NEGUEN LÈVOLUCIÓ. LA MÉS IMPORTANT ÉS LA TEORIA CREACIONISTA, QUE ES BASA EN LA INTERPRETACIÓ QUE ES FA SOBRE ELS RELATS DE LA CREACIÓ A LA BIBLIA. • TEORIES EVOLUCIONISTES. PROPOSEN QUE ELS ÈSSERS VIUS QUE HI HA A L’ACTUALITAT NO SÓN ELS MATEIXOS QUE FA 3500 MA., DEGUT A UN CONJUNT DE MODIFICACIONS MORFOLÒGIQUES I FISIOLÒGIQUES. PARLAREM D’AQUESTES ÙLTIMES.

3. L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA (I) La teoria de la panspèrmia diu que la vida prové de l’exterior. en arribar a la Terra, va evolucionar segons les característiques del lloc i del moment. Aquesta idea es basa en troballes de matèria orgànica en meteorits i en la resistència que presenten alguns bacteris enfront d’ambients extremòfils. La primera teoria sobre l’origen de la vida basada en l’evolució la va donar AlexandrIvanovichOparin, admirador de Darwin. Va intentar explicar l’origen de la vida a la Terra com un conjunt de processos físics i químics. Explica a la seva obra L’origen de la vida a la Terra (1936) la hipòtesi segons la qual la vida havia sorgit per atzar, a través d’una progressió de compostos simples a compostos complexos que es va produir al si d’una “sopa nutritiva” que va formar uns “coacervats” o conjunt de molècules cada vegada més complexes que conduirien a la formació de la cèl·lula. Aquesta idea era temerària, però Stanley L. Miller i HaroldUrey, al 1953, van demostrar que no era impossible. • L’experiment va consistir en una simulació del que es creia el conjunt de condicions que es donaven a la Terra de fa uns 4000 Ma: atmosfera sense O2 però amb H2, CO2, CH4, NH3, H2O i amb temperatures altes que facilitaven una evaporació intensa i la formació de núvols i descàrregues elèctriques com a font d’energia. • D’aquesta manera van obtenir petites quantitats de cinc aminoàcids.

4. L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA (II) EXPERIMENT DE MILLER

5. L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA (III) La teoria creacionista va imperar fins el segle XVIII i es basa en la interpretació literal de la Bíblia: Les espècies són creades per Déu, de forma independent les unes de les altres. Aquestes espècies han romàs sense cap modificació al llarg de la història de la Terra. FRANCESCO REDI (1698) i més tard LUIS PASTEUR (1860) van trencar la idea de la generació espontània. Pasteur va introduir aigua i carn en un matràs, va fer bullir l’aigua i va Impedir l’entrada d’éssers vius. La carn es va mantenir en bon estat durant molt de temps.

6. TEORIES EVOLUCIONISTES (I) La teoria de Lamarck • El francès Jean Baptiste de Monet, cavaller de Lamarck va elaborar el 1801 la primera teoria evolucionista, que es basava en dues idees: • Si un òrgan s’utilitza intensament, aquesta part es desenvolupa més i assoleix més eficiència, mentre que si un òrgan no s’utilitza acaba atrofiant-se. • Les variacions adquirides al llarg de la vida s’hereten i poden transmetre’s a la descendència. • Per a explicar aquestes afirmacions, va posar com exemple el creixement del coll de les girafes que, segons ell, es devia a l’esforç que havien de fer per menjar les fulles cada vegada més altes dels arbres. Així, doncs, segons Lamarck cada espècie s’adapta a les variacions del medi i en la mateixa direcció, per la qual cosa les adaptacions són sempre positives o beneficioses per a les espècies.

7. TEORIES EVOLUCIONISTES (II) • Aquesta teoria va tenir un èxit molt gran i va contribuir a estendre la idea de l’evolució. • Avui sabem que, efectivament l’ús i el desús dels òrgans condueixen a variacions, però aquestes variacions no es transmeten a la descendència. • Podem posar dos exemples: l’experiment de Weismann amb ratolins, als quals va tallar la cua durant moltes generacions, i la circumcisió en els jueus, que encara no ha produït cap variació morfològica.

8. TEORIES EVOLUCIONISTES (III) La teoria de Darwin • Charles Darwin va editar el 1859 el llibre L’0rigen de les espècies, amb una sèrie de raonaments que van sorgir de les observacions efectuades en el seu viatge al voltant del món: • Les espècies tenen una capacitat reproductiva elevada amb creixement teòric exponencial del nombre d’individus. Aquesta idea, segons la qual totes les espècies tenen, en condicions normals, molta més descendència que la que després sobreviurà, la va tenir llegint l’obra Assaig sobre el principi de la població, de Thomas R. Malthus. Una part dels individus que neixen no arriben a l’edat reproductora. • Lluita per l’existència. La disponibilitat limitada de recursos (aliments, llum, aigua, espai...) genera una competència que afavoreix el més fort. Per tant, la selecció destrueix els individus més dèbils. • Variabilitat individual: dins de cada espècie hi ha individus que presenten característiques que els diferencien de la resta. • La supervivència del més apte. Algunes característiques individuals confereixen al seu posseïdor més capacitat per sobreviure i reproduir-se, transmetent així als seus descendents aquestes característiques particulars.

9. TEORIES EVOLUCIONISTES (IV) • Segons Darwin el motor de l’evolució és la selecció natural, i no l’ambient. • Les idees de Darwin van ser molt discutides perquè no va saber explicar dues coses: - Quin és l’origen de la variabilitat en la població? - Sembla impossible que la selecció creï variabilitat si només es limita a conservar o eliminar el que ja existeix. Expressions com “la lluita per l’existència”, “la supervivència dels més aptes” o “l’eliminació dels menys adaptats” van fer pensar en la selecció com una força negativa de caràcter destructiu. • Hem de tenir en compte que els treballs de Gregor Mendel no van ser coneguts fins 30 anys més tard i que el concepte de mutació va ser conegut el 1890 a partir d’estudis realitzats per Hugo de Vries.

10. TEORIES EVOLUCIONISTES (V) Teoria Neodarwinista o sintètica • Els estudis de genètica de començament del segle XX van produir importants aportacions que van permetre avançar en l’estudi de l’evolució. • Per una part, el problema de la teoria de Darwin referent a l’origen de la variabilitat en les poblacions, queda resolt si tenim en compte tres factors: - Les mutacions generen modificacions en l’ADN que tenen conseqüències en la població. - La recombinació que es produeix en la primera mitosi de la meiosi afavoreix la formació de gàmetes diferents. - Els encreuaments entre poblacions diferents provoquen la incorporació de nous al·lels a la població original i un flux lliure de gens. • La pressió de selecció, és a dir, la modificació de les condicions ambientals provoca una selecció natural que no té caràcter negatiu, sinó més bé al contrari. En efecte, quan un individu s’adapta bé a un ambient, podem pensar que pateix menys la competència, s’alimenta més i millor que els altres i que tindrà més descendència, per la qual cosa, els seus al·lels es multipliquen, mentre que els al·lels dels individus menys adaptats tindran tendència a la disminució o desaparició. • Aquesta nova concepció de la selecció natural aposta per la multiplicació dels gens favorables, però no té res a veure amb la “lluita per l’existència” o la “eliminació dels menys adaptats”. Podem dir que la selecció natural actua sobre les variacions hereditàries d’una població. • La unitat per al estudi de l’evolució no és l’individu sinó la població. La formació de noves espècies es deu a l’aïllament reproductor.

11. ALTRES TEORIES SOBRE L’EVOLUCIÓ • Hi ha d’altres teories que proven d’explicar les característiques de l’evolució. En farem un petit resum. • Teoria dels equilibris intermitents o de l’evolució a salts. Segons aquesta teoria, l’autor de la qual fou Stephen Jay Gould, els grans canvis en les espècies (macroevolució) pot tenir el seu origen en un canvi radical de les condicions ambientals que implicaria l’aparició de nous individus adaptats a les noves condicions i generarien un nou grup amb característiques molt diferents a les anteriors. Macroevolució Microevolució

12. ALTRES TEORIES SOBRE L’EVOLUCIÓ Teoria del gen egoista. La teoria neodarwinista afirma que la base sobre la que es produeix l’evolució no és l’individu, sinó la població. La teoria del gen egoista (Richard Dawkins, 1989) explica que ni la població, ni l’individu, ni la cèl·lula tenen una entitat. Només els gens tenen existència real, i les cèl·lules, els individus i els comportaments dels individus en les poblacions, són complexes construccions que realitzen els gens per garantir la seva supervivència i proliferació. Són els gens els que evolucionen (per mutació) i els que tracten d’imposar-se davant d’altres variants. “La gallina no és més que un invent de l’ou per poder produir més ous” Les conseqüències serien radicals: l’amor, l’amistat o l’altruisme no serien més que mecanismes necessaris per al manteniment dels gens i la seva multiplicació, mentre que l’odi i la rivalitat seria un mecanisme de defensa o de supervivència per a evitar la proliferació de gens diferents. Pel que fa a l’home, sembla l’únic organisme capaç de fer front als dictats dels gens egoistes, gràcies a la nostra consciència. Teoria del neutralisme. Si tenim en compte que les mutacions es produeixen a l‘atzar, unes són favorables i altres desfavorables, per la qual cosa, l’espècie no pot millorar per aquesta causa. És l’atzar qui determina la direcció de l’evolució en un sentit o en altre.

13. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (I) L’evolució no ha estat demostrada d’una manera científica ni matemàtica. No obstant això, hi ha una sèrie de fets que indueixen a creure en la seva existència. Algunes d’aquestes proves són: a) El registre fòssil (Proves paleontològiques). Hem d’admetre que els fòssils trobats al llarg del temps no coincideixen amb les formes actuals. · En alguns casos ha estat possible reconstruir les sèries filogenètiques, que són sèries de fòssils que es poden ordenar de més antics a més moderns, amb canvis sempre en el mateix sentit. Com a exemples, podem assenyalar les sèries dels èquids i del cargol planorbis. Les formes intermèdies fan pensar en una evolució lenta i progressiva (microevolució). Diferents estadis de la transformació de la pota pentadàctila dels èquids primitius en la monodactilia dels actuals. a) Eohippus, b) Orohippus, c) Mesohippus, d) Miohippus, e) Hyohippus, f) Neohipparion, g) Pliohippus. En totes les figures els signes I a V designen els dits 1r (polze) a 5è (menovell)

14. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (II) · La progressiva complicació de les formes fòssils significa que els fòssils més antics corresponen a organismes més senzills i les espècies actuals no estan representades en els registres fòssils. ·L’existència d’òrgans vestigials fa pensar en una existència pretèrita d’estructures que no ha tingut continuïtat en el temps. PROTEUS SIREN

15. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (III)

16. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (IV) - b) Anatomia comparada. Farem servir dos conceptes relacionats amb l’anatomia: ·La divergència adaptativa que és el procés pel qual un tipus primitiu d’òrgan s’ha adaptat a diferents formes de vida i ha modificat la seva morfologia. Els òrgans homòlegs són aquells que tenen un origen comú, Encara que tinguin una forma diferent. Per exemple, les extremitats anteriors dels mamífers, que presenten una estructura de tipus quiridi. evolució divergent

17. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (V) ·La convergència adaptativa és un procés segons el qual òrgans de diferent estructura i origen adquireixen formes semblants per haver-se adaptat a funcions similars. Els òrgans anàlegs són aquells que per convergència adaptativa presenten la mateixa morfologia però diferent estructura. Per exemple, les ales dels insectes, les ales de les aus i les ales de les rates pinyades. Podem resumir les proves fòssils dient que se n’han trobat milions als llocs i a les profunditats exactes esperades si és certa l’evolució. Tanmateix, no s’ha trobat mai un sol fòssil en un lloc no esperat, com per exemple, un mamífer en una roca tan antiga que fos anterior a l’aparició dels peixos. Una trobada com aquesta seria suficient per a rebatre tota la teoria de l’evolució. Convergència adaptativa entre dos animals salpadors molt diferents: el talp (a) i el grill-talp (b)

18. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (VI) peixos rèptils mamífers EVOLUCIÓ DIVERGENT EVOLUCIÓ CONVERGENT L’acció de diferents animals, cadascú d’ells amb una L’acció d’un mateix ambient amb una pressió pressió de selecció també diferent, dóna lloc a formes de selecció molt forta, provoca que s’originin que no se semblen, inclòs a partir d’un mateix tipus formes molt semblants (ictiosauri-rèptil fòssil-, d’ésser viu. tauró -peix cartilaginós, dofí-mamífer aquàtic), inclòs partint d’individus molt diferents.

19. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (VII) - c)Proves immunològiques o serològiques. Es basen en l’especificitat antígen-anticos. L’antigen és qualsevol substància aliena a l’organisme i que indueix a la formació d’anticossos, que són molècules proteiques que fabriquem per a defensar-nos de l’antigen. Si fem reaccionar un antigen amb anticossos de diferents individus, comprovem que l’aglutinació (reacció antigen-anticos) és més forta si les dues espècies estan més properes que si estan més allunyades a l’escala evolutiva. - d) Proves embriològiques. En els embrions de molts animals es dóna la presència d’òrgans que després no estaran presents en l’animal adult. És el cas de les feses branquials presents en els embrions de rèptils, aus i mamífers, les quals desapareixeran després, però que en els peixos i larves d’amfibis arriben a ser funcionals. Una altre exemple és la desaparició de la cua en molts vertebrats adults.

20. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (VIII) peix salamandra tortuga gallina porc vaca conill home Els embrions dels vertebrats s’assemblen més com menor és el grau de desenvolupament

21. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (IX) -e) Proves bioquímiques. · Tots els éssers vius presenten les mateixes famílies de compostos orgànics (principis immediats) i, en alguns casos, una mateixa molècula fa la mateixa funció en un ampli grup d’éssers vius, com la clorofil·la a i la hemoglobina. · En la composició química i en el metabolisme cel·lular hi ha trets universals,com el fet que totes les proteïnes estan formades per α-aminoàcids, el codi genètic és comú a tots els éssers vius, l’ATP és l’intermediari d’energia en tots els èssers vius. · En el metabolisme cel·lular moltes rutes metabòliques comunes a una gran varietat d’organismes, com el Cicle de Krebs, la glicòlisi, etc. · Les estructures cel·lulars presenten poques variacions en el conjunt dels organismes i alguns trets són universals, com la doble capa de fosfolípids en les membranes. Tot això s’explica millor si partim de la idea d’un origen comú de totes les cèl·lules.

22. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (X) • f ) Proves biogeogràfiques. S’ha observat que en regions que avui estan separades però havien estat unides, les similituds tant en plants com en animals són més grans. Les illes que s’han separat no fa gaire milions d’anys presenten una flora i una fauna molt semblant a la del continent proper (illes britàniques) mentre si la separació és anterior (Austràlia), hi ha una sèrie d’elements molt diferenciats. Les illes “noves”, d’origen volcànic no tenen grans mamífers, només hi arriben animals voladors i plantes les llavors de les quals han arribat portades per animals o per l’aigua. De la mateixa manera, podem dir que la fauna i flora d’illes properes és molt semblant, com és el cas dels pinsans.

23. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (XI)

24. PROVES DE L’EVOLUCIÓ (XII) • Proves etològiques. Normalment, els grups semblants tenen també un comportament semblant. Tenim com exemples la fugida, les migracions, les parades nupcials, la protecció, etc.

25. UN POCO DE BROMA (I)

26. UN POCO DE BROMA (II)