Tema 2 LORIGEN I EVOLUCI DE LA VIDA

Tema 2 L’ORIGEN I EVOLUCIÓ DE LA VIDA 1

ELS PILARS DE LA VIDA � Què és la vida? � Quines qualitats diferencia un ésser viu de la matèria inerta? � Els éssers vius contenen quelcom diferent que aporta vida? � Caldrà estudiar els pilars de la vida, les característiques dels éssers vius i com està format un organisme per poder considerar-lo viu. 2

PROPIETATS DELS ÉSSERS VIUS � Éssers vius Conjunt d’organismes que realitzen les funcions vitals de relació, nutrició i reproducció. � Relació Capacitat de percebre estímuls de l’exterior (sentits), analitzar-los i respondre-hi de manera adequada (sistema nerviós i locomotor). � Nutrició Captar nutrients per l’obtenció de matèria i energia per al seu consum. � Reproducció Generar nous individus semblants (asexual o sexual). 3

PROPIETATS DELS ÉSSERS VIUS El llindar de la vida. Organismes unicel·lulars Organismes pluricel·lulars. Els virus? Capacitat de relació. Reproducció no autònoma. No es nodreixen 4

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS Matèria composada per àtoms (92 elements naturals) 25 elements químics que formen part dels éssers vius bioelements Molècules característiques dels éssers vius biomolècules Membrana cel·lular ADN 5

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS Els bioelements Primaris (96% de la composició) C, H, O, N, Pi. S Oligoelements Fe, Ca, K i Na. Element Éssers vius Element Matèria inerta Oxigen 63% Oxigen 46. 6 % Carboni 20 % Silici 27. 7 % Hidrogen 9. 5 % Alumini 8. 1 % Nitrogen 2. 5 % Ferro 5% Calci 2. 4 % Calci 3. 6 % Sofre 1. 1 % Sodi 2. 8 % 6

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS La característica definitiva dels éssers vius no és la composició sinó el seu grau d’organització. 7

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS Tipus de biomolècules Estructura Funcions biològiques Inorgàniques Aigua (H 2 O) -Component del medi intern cel·lular. -Dissol i transporta substàncies. -Intervé en reaccions i funcions. Sals minerals (Ca, Fe, Cl. . . ) -Estructural -Regulació de la pressió osmòtica i el transport. Glúcids (C 6 H 12 O 6) -Reserva energètica -Estructural (membranes de cel·lulosa) Lípids (C, H, O, P, N) -Reserva energètica -Estructural (membranes fosfolipíds) Proteïnes (20 aminoàcids) -Estructural -Regulació del metabolisme i transport. -Sistema immunitari -Processos de creixement -Reserva energètica ocasional Àcids nucleics (nucleòtids): ARN i ADN -Informació genètica. -Regulació de la síntesi de proteïnes Orgàniques 8

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS La teoria cel·lular afirma que la cèl·lula és: La unitat vital. És l’ésser viu La unitat estructural. La unitat funcional. La unitat reproductora. més petit i senzill. Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules. Disposa de tots els mecanismes necessaris per mantenir-se viva. Totes provenen d’altres preexistents. 9

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS Tipus de cèl·lules: Procariotes Menor grau de complexitat i menys orgànuls. Bacteris, cianobacteris i cianòfits. Eucariotes Organització complexa, diversitat d’orgànuls especialitzats. Organismes pluricel·lulars, protozous, algues i 10

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS L’organització cel·lular procariota Membrana, amb paret i càpsula. Citoplasma amb pocs orgànuls. Cadena de DNA en forma d’anell i replegada. 11

Cèl·lula procariota 12

Cèl·lula procariota 13

COMPOSICIÓ DELS ÉSSERS VIUS L’organització cel·lular eucariota Membrana plasmàtica d’intercanvi de matèria i energia. Citoplasma amb molts orgànuls: ribosomes, mitocondris, reticle endoplasmàtic. . . Nucli esfèric envoltat per una membrana. Cadenes de DNA en forma lineal. Es divideixen en vegetals i animals. 14

Retícle Endoplasmàtic Membrana Citoplasma Ribosomes Nucli Vacúol Centrosoma Mitocondris Lisosoma Aparell de Golgi Cèl·lula eucariota animal 15

Cèl·lula eucariota animal 16

Cèl·lula eucariota vegetal 17

18

19

20

Exemples 21

Exemples 22

Exemples 23

Exemples 24

Exemples 25

Organismes unicel·lulars 26

Organismes unicel·lulars 27

Organismes unicel·lulars 28

Organismes pluricel·lulars 29

Organismes pluricel·lulars 30

Tema 2 L’ORIGEN DE LA VIDA I L’EVOLUCIÓ L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA 31

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Durant molts segles la Creació fou l'única idea per a explicar l’origen de l’univers i de la vida en el món occidental. Articles: ¿Hemos sido diseñados? Teoria creacionista 32

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Teoria de la generació espontània. Alguns éssers vius provenen de la matèria inerta. Aristòtil cucs, insectes i peixos sorgirien de la rossada, la suor o la humitat. S- XVII Anton Leewenhoek descobreix els microorganismes. Refutació per Francesco Redi (s. XVII) i Louis Pasteur (s. XIX) La vida prové només de la vida. 33

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Teoria de la panspèrmia La vida prové de l’espai (meteorits i cometes). Uns tipus de meteorits (condrites) contenen indicis de glúcids, aminoàcids i fragments de nucleòtids. Alguns bacteris poden mantenir-se vius a l’espai durant molt de temps. No s’han trobat cèl·lules als meteorits. Bacteris terrestres introduïts posteriorment a la caiguda. Resisteixen els bacteris les altes temperatures en caure a la Terra? 34

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Origen de les biomolècules Teoria d’Oparin. Haldane (1923) Atmosfera primitiva (H 2, NH 3, CH 4, H 2 O, sense O 2) amb altes T i radiacions solars. Reaccions per produir les biomolècules. Youtube: Origen de la vida Animación 8’ 24’’ Youtube: Origen de la vida 5’ 55’’ Cómo empezó la vida. History Channel 1 h 32’ 35

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Origen de les biomolècules Experiment d’Urey i Miller (1953) Reproduir l’atmosfera primitiva de la Terra (4600 milions d’anys). Reaccions per produir les biomolècules. Experimento de Miller Carl Sagan 36

DOCUMENTALS Ciencia al desnudo: Encontrando el origen de la vida (46’) [Documental] ¿Cómo Nació la Tierra? (1 h 34’) 37

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA � Origen de les cèl·lules. � � � Biomolècules d’Oparin concentrades en un “brou” primitiu als mars i oceans. La seva interacció donaria lloc a les primeres cèl·lules. Oparin obtingué coacervats. � Estructures amb metabolisme simple amb membrana que permet el pas de proteïnes. Sense material genètic. 38

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Origen de les cèl·lules. Al 1960 Sydney Fox obtingué microesferes protenoïdes. Formades per aminoàcids. Metabolisme simple. Es poden dividir. Sense material genètic. Món de l’ARN Les primeres molècules genètiques eren d’ARN 39

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA Origen de les cèl·lules. Al 1967 Lynn Margulis proposa la teoria endosimbiont. Les cèl·lules eucariotes provenen de l’associació de procariotes en simbiosi. Basada en que trobem orgànuls cel·lulars amb membrana semblant a la procariota. 40

El Origen de la Vida Celular. 3’ 22’’ 41

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA � Cronologia de la vida a la Terra. � � � Primers fòssils daten de fa 3700 M d’anys. Primers organismes anaerobis. Cèl·lules procariotes amb gran desenvolupament. Fa 2200 M d’anys inici de la fotosíntesi. Fa 1500 M d’anys atmosfera amb un 21% d’O 2. Fa 1400 M d’anys apareixen les cèl·lules eucariotes. Fa 700 M d’anys apareixen els primers organismes pluricel·lulars. Diversificació i colonització. Mateix origen Animació: Cronologia vida a la Terra Evolución de la vida: del "caldo primordial" al hombre (7’ 33’’) 42 La evolución en 5 minutos

L’ORIGEN DE LA VIDA A LA TERRA 1. Evolució prebiòtica 2. Primeres protocèl·lules 3. Primer material genètic 4. Cèl·lules procariotes 5. Cèl·lules eucariotes 6. Organismes pluricel·lulars 7. Formació de colònies Animació: Cronologia vida a la Terra 8. Aparició de vida intel·ligent 43

Tema 2 L’ORIGEN DE LA VIDA I L’EVOLUCIÓ LA DIVERSITAT DEL ÉSSERS VIUS: L’EVOLUCIÓ 44

LA DIVERSITAT DELS ÉSSERS VIUS 1735 Linné Classificació dels éssers vius (2 noms en llatí). Nomenclatura binomial (nom científic) Ex. : Homo sapiens Classificació dels éssers vius en grups o taxons. El taxó més petit és d’espècie, els individus que el formen tenen moltes coses en comú. Al contrari del taxó regne o domini 45

LA DIVERSITAT DELS ÉSSERS VIUS Teories fixistes Les espècies romanen invariables des que es van crear. Creacionisme Procés de creació diví. (fa 6000 anys) Nega l’extinció de les espècies i no explica la presència de fòssils. Cuvier Catastrofisme (1798 Cuvier) Presència de fòssils per extinció catastròfica (p. e. Diluvi universal) Individus invariables fins avui. Linneo 46

LA DIVERSITAT DELS ÉSSERS VIUS Per als científics transformistes o evolucionistes Els éssers vius canviaven al llarg del temps diferenciant-se unes espècies de les altres. La flora i fauna d’èpoques passades estaven menys evolucionades que les actuals, ja que en temps anterior s’observa una menor diversitat d’organismes. Charles Darwin Jean Baptiste de Lamarck 47

L’EVOLUCIÓ LAMARCKIANA O TRANSFORMISME � L’EVOLUCIÓ LAMARCKIANA O TRANSFORMISME Els éssers vius tenen una tendència natural a la perfecció i en conseqüència es transformaven les espècies. � També es coneix com teoria dels caràcters adquirits. � Jean Baptiste de Lamarck 1744 -1829 48

Les condicions el medi ambient en el qual es desenvolupa un ésser viu varien al llarg del temps. Els canvis ambientals creen noves necessitats que exigeixen als individus al modificació dels seus hàbits o conductes. Aquests nous hàbits anirien acompanyats del major o menor ús de determinats òrgans, provocant el seu desenvolupament o atrofia. Els individus experimentarien gradualment modificacions físiques. “La funció crea l’òrgan” Aquestes modificacions, induïdes per l’entorn, serien transmeses a la descendència. (llei dels caràcters adquirits) Amb el temps, tots els individus haurien canviat: l’espècie s’hauria transformat. 49

L’EVOLUCIÓ LAMARCKIANA O TRANSFORMISME Les primitives girafes provenien d’antílops primitius. S’alimentaven de les fulles baixes de les acàcies. 1) En èpoques de sequera les girafes estiraven el coll i les potes per agafar les fulles. A causa de l’ús, aquests òrgans s’anaven allargant. 2) Els caràcters adquirits, coll i potes cada vegada més llargs, eren transmesos a la descendència de generació en generació. 50

L’EVOLUCIÓ DARWINISTA Charles Darwin (1809 -1882) va partir com a naturalista a bord del vaixell H. M. S. Beagle per fer una expedició al voltant del món. D’aquesta manera va començar un viatge que va durar cinc anys. El Beagle va fer moltes parades. Darwin desembarcava a cada platja i recollia tots els espècimens i totes les dades que podia. Al final del seu viatge va començar a pensar en la possibilitat que les espècies canviaven amb el temps. El viatge del Beagle 51

L’EVOLUCIÓ DARWINISTA Una vegada acabada l’expedició, Darwin va treballar durant anys organitzant totes les dades, notes i espècimens que havia recollit durant el viatge i va començar a elaborar la seva revolucionària teoria. Però van passar prop de 20 anys des que la va acabar fins que va publicar el seu llibre, potser perquè tenia por a la polèmica, a una reacció negativa per part de la comunitat científica i a les seves creences religioses. Però el 1858 va rebre un manuscrit d’Alfred Russel Wallace, un jove naturalista anglès en què proposava la seva versió sobre la selecció natural. Darwin va quedar sorprès en veure com Wallace resumia les principals idees de la selecció natural en què ell havia estat treballant durant anys. Al cap d’un any, el 1859, Darwin va publicar L’origen de les espècies. El llibre va provocar una gran polèmica. Els 1. 250 exemplars de la primera edició es van esgotar en poques hores. Darwin va morir el 1882 i va ser enterrat a l’abadia de Westmister, al costat d’Isaac Charles Darwin Alfred Wallace 52

L’EVOLUCIÓ DARWINISTA La variabilitat de la descendència. La majoria de les petites variacions entre els individus d’una espècie són heretables. La lluita per la supervivència. Els organismes tendeixen a procrear el major nombre possible de descendents, però els recursos del medi són limitats. La selecció natural. En la lluita per la supervivència alguns individus tindran més èxit que altres. Els qui presentin variacions favorables sobreviuran, es reproduiran i deixaran més descendents que els que tenen variacions menys favorables. 53

L’EVOLUCIÓ DARWINISTA Població de girafes on els individus presenten variacions. En èpoques desfavorables girafes de coll i potes més llargues tindran més probabilitat de sobreviure i de reproduir-se. Generació rere generació, les girafes amb potes i coll llarg seran més abundants en la població. 54

NEODARWINISME O TEORIA SINTÈTICA DE L’EVOLUCIÓ Explica l’origen de la variabilitat genètica a partir de les mutacions. Diu que la recombinació genètica crea noves combinacions genètiques. Es descartava la idea de l’herència com a fenomen de mescla, (Els trets dels progenitors es barrejaven en la descendència) Integra els descobriments de la genètica, la paleontologia i l’ecologia. 55

NEODARWINISME O TEORIA SINTÈTICA DE L’EVOLUCIÓ � Apareix a la dècada de 1940 per les investigacions en genètica, biologia molecular i altres disciplines. � La unitat evolutiva no és l’individu sinó la població. � Els individus de qualsevol població són portadors de diferents al·lels que s’han originat per mutació. � Certs fenotips confereixen als individus que els posseeixen més possibilitats de tenir descendència; augmentant la seva freqüència en generacions posteriors. � Segueix mantenint la selecció natural com a principal mecanisme evolutiu i defineix l’evolució com un canvi gradual en la composició genètica de les poblacions. 56

NEODARWINISME O TEORIA SINTÈTICA DE L’EVOLUCIÓ Entre els avantpassats de les girafes, les mutacions van produir individus amb el coll i les potes més llargues. Davant condicions canviants del medi, la mutació es mostra beneficiosa i els individus que la tenen tindran més avantatges. La selecció natural facilita la supervivència dels individus que posseeixen l’avantatge adaptatiu. 57

Teoria del neutralisme Enunciada per Motoo Kimura afirma que la majoria de les variacions genètiques no afavoreixen ni perjudiquen els individus, sinó que són neutres. La evolución en 5 minutos 58

EL MECANISME DE LA SELECCIÓ NATURAL És el “motor de l’evolució”. Cal que hi apareguin caràcters nous heretables: Per mutació o canvi d’un gen, fragment de cromosoma o del nombre de cromosomes. Per combinacions noves de gens aparegudes en encreuar-se individus amb genotips diferents. Les mutacions seran beneficioses o perjudicials segons permeti una bona o mala adaptació al medi ambient. 59

EL MECANISME DE LA SELECCIÓ NATURAL - Si el caràcter nou és beneficiós, l’individu tindrà més possibilitats de sobreviure, de reproduir-se i deixarà una descendència més nombrosa, augmentant la proporció d’individus amb el caràcter nou de generació en generació. - Si el caràcter nou és perjudicial, l’individu tindrà menys possibilitats de sobreviure i reproduir-se, disminuint la proporció d’individus amb el caràcter nou de generació en generació fins desaparèixer. - Afavoreix els caràcters nous beneficiosos i elimina els perjudicials. 60

LES PROVES DE L’EVOLUCIÓ Proves paleontològiques Proves biogeogràfiques Proves anatòmiques Proves embriològiques Proves bioquímiques Proves serològiques 61

PROVES PALENTOLÒGIQUES Són les que proporciona l’estudi dels fòssils. Els éssers vius més antics es corresponen amb forma de vida més senzilles complexitat Augment de la varietat d’éssers vius amb el temps. diversitat Complexitat + Diversitat = Evolució En temps remots vivien espècies actualment extingides. 62

Formes intermèdies Al 1861 es va trobar a Baviera un fòssil d’una espècie animal desconeguda. Tenia el cos recobert de plomes, cua llarga, bec amb dents i extremitats alades amb dits amb ungles. El van anomenar Archaeopteryx, que significa “ales antigues”. PROVES PALENTOLÒGIQUES 63

PROVES PALENTOLÒGIQUES

PROVES PALENTOLÒGIQUES

PROVES PALENTOLÒGIQUES

PROVES PALENTOLÒGIQUES

PROVES BIOGEOGRÀFIQUES Són les que proporciona l’estudi de la distribució geogràfica de les espècies. Com més allunyades es troben dues regions, més diferents són les espècies que hi viuen. Espècies semblants i allunyades geogràficament poden indicar un avantpassat comú. 68

PROVES BIOGEOGRÀFIQUES Caputxí de cara blanca Àfrica Mona verda Japó Amèrica Central Macaco del Japó 69

PROVES BIOGEOGRÀFIQUES 70

PROVES BIOGEOGRÀFIQUES 71

PROVES ANATÒMIQUES Són les que proporciona l’estudi de l’anatomia dels animals actuals. Òrgans homòlegs. Aquells que tenen el mateix origen i estructura facin o no la mateixa funció. (p. e. Extremitats anteriors dels mamífers) Prova d’evolució divergent. 72

Òrgans homòlegs 73

Òrgans homòlegs 74

Òrgans homòlegs 75

PROVES ANATÒMIQUES � Òrgans anàlegs � Tenen un origen i estructura diferents però que realitzen funcions semblants. (p. e. les ales d’ocell, mosca i ratpenat). � Prova d’evolució convergent. 76

Òrgans anàlegs 77

Òrgans anàlegs 78

PROVES ANATÒMIQUES Òrgans vestigials Són aquells òrgans atrofiats, que no fan cap funció. Apareixen en avantpassats antics perfectament funcionals però que han deixat de ser útils: músculs de les orelles i nas, queixal del seny, restes de cua primitiva en l’home, l’apèndix, . . . 79

PROVES EMBRIOLÒGIQUES Són les que proporcionen l’estudi i la comparació d’embrions de diferents espècies. A les primeres fases els embrions s’assemblen molt i després es van diferenciant. La raó de la semblança és que tots ells tenen el mateix origen, és a dir, procedeixen d’un avantpassat comú. 80

PROVES EMBRIOLÒGIQUES La presència de fenedures branquials en els primers estadis embrionaris dels vertebrats 81

PROVES EMBRIOLÒGIQUES Gat Humà Au Ratolí 82

PROVES BIOQUÍMIQUES � Demostren que tots els éssers vius estan constituïts per les mateixes molècules orgàniques fonamentals: glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics. �A més hi ha molècules exclusives d’un determinat grup d’organismes: � Clorofil·la – plantes � Hemoglobina – sang dels vertebrats � Quitina – artròpodes 83

PROVES BIOQUÍMIQUES 84

PROVES SEROLÒGIQUES Estudi dels mecanismes immunitaris dels éssers vius presents en el plasma sanguini i altres líquids del cos. Les espècies properes evolutivament generen anticossos i respostes immunològiques molt similars quan es veuen envaïts per un mateix tipus d’agent infecciós. 85

L’ESPECIACIÓ Quan s’origina una nova espècie s’han produït 3 etapes. Aïllament de poblacions. Impossibilitat de reproducció per una barrera natural (riu, muntanya. . . ) Diferenciació gradual. Les mutacions originen petites variacions a les dues poblacions; si varien les condicions ambientals actuarà la selecció natural diferenciant més les dues poblacions. Dues espècies diferents. Un llarg aïllament donarà lloc a dues poblacions que perdin la seva capacitat d’encreuar-se i tenir descendents fèrtils. 86

L’ESPECIACIÓ 87

L’ESPECIACIÓ Pinsans de les Galápagos 88

89

90

91

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS Sabies que en l’etiqueta de una beguda catalana (Anís del mono), copia de un antic flascó de perfum francès, apareix com a logotip des de 1872 un mono que s’assembla a Darwin? Darwin va publicar en 1871 L’origen de l’home 92

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS 93

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS 94

MODEL MULTIREGIONAL I DE SUBSTITUCIÓ Model multiregional: -Evolució de l’Homo sapiens a partir de l’Homo erectus ja que poblava tots els continents excepte Amèrica. Model de substitució: - Homo sapiens originari d’Àfrica a partir de l’Homo habilis. Extés als continents fa 150 000 anys. Extinció de l’Homo erectus fa 50 000 anys. -Avalat per proves genètiques. 95

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS 96

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS D’on venim? L’arbre de la filogènia human Del simio al hombre moderno 97

L’ESPECIACIÓ DE L’HOMO SAPIENS 98

VÍDEOS � La (51’) evolución humana: 1 -Primeros pasos � Caminando con Cavernicolas Evolucion del Hombre � La Odisea de la Especie 1 (15’) � La Odisea de la Especie 2 � La Odisea de la Especie 3 � La Odisea de la Especie 4 � La Odisea de la Especie 5 99

PROCÉS D’HOMINITZACIÓ Semblança del genoma humà i primats ( el més semblant és el ximpanzé (48 cromosomes), després el goril·la. Hominització: Adquisició postura dreta (bipedisme). Alliberament de les extremitats superiors. Augmenta el camp de visió. Estalvi d’energia al desplaçar-se. Millor transport dels aliments. Recol·lecció de fruits. Reducció de la velocitat i agilitat. prènsil. Dit polze oposable Facilitar manipulació d’objectes i eines. Increment de la capacitat cerebral. Desenvolupament de l’escorça Capacitat cerebral. Període infantil més llarg Aprenentatge creixent. (Joc, vida social. . . ) Aparició del llenguatge. Faringe més gran i laringe baixa permet articular sons. Capacitat simbòlica i intel·ligència abstracte Desenvolupament de la cultura. 100