Una mirada a la historia de la Terra

La Terra es va formar per acreeció de pols i roca a partir d'un disc protoplanetari fa uns 4570 milions d'anys. 

Aquest disc protoplanetari va donar lloc al Sol i amb les restes més denses que el Sol no va integrar en la seva estructura es van formar la resta de planetes. Es pensa que originalment devien haver un centenars de planetes petits que orbitaven de forma erràtica al voltant del Sol. Tots aquests van anar xocant entre si fins a formar els planetes i les estructures actuals que coneixem.

La història de la Terra es divideix en 4 eons: Hadeà, Arqueà, Proterozoic i Fanerozoic. A la seva vegada cada eó es divideix en Eres, cada Era es divideix en períodes i cada període en sèries o èpoques.

• Hadeà (4570 a 3900 Ma)

Comença amb la formació de la Terra i finalitza amb l'aparició de la vida. Les roques que s'han trobat d'aquest eó (a Groenlandia) suggereixen que ja existia l'aigua líquida a la superfície de la Terra, que l'atmosfera estava principalment composta de CO2 i que durant aquest eó va succeir el catastròfic xoc interplanetari que va formar la Lluna i la gran pluja de meteorits que va portar l'aigua a la Terra.

• Arqueà (3900 a 2500 Ma)

L'eó Arqueà es caracterítza per l'aparició de la vida a la Terra en forma de cèl·lules procariotes, l'alta activitat volcànica i tectònica deguda a l'alt flux de calor, el doble de l'actual, i el bombardeix tardà de meteorits degut a l'enorme quantitat de residus extrasolars que hi havia al Sistema Solar primitiu.

Durant l'Arqueà apareixen els cianobacteris (fa uns 3400 Ma) que comencen a alliberar oxigen a l'atmosfera originalment composta per CO2 i formen les roques conegudes com a estromatolits (fa uns 3300 Ma) i formacions de ferro bandat. Es probable que ja existís la cèl·lula eucariota, però no s'han trobat fòssils.

Es pensa que durant aquest eó les temperatures de la Terra eren similars a l'actual, degut, probablement, a que la lluminositat Solar era de tan sols un 66% de l'actual i que no hi havia tants gasos d'efecte hivernacle com es creia.

• Proterozòic (2500 a 542 Ma)

Es coneix amb el nom de Proterozoic a l'eó anterior a l'aparició de la vida complexa.

El proterozoic es caracterítza per l'acumulació d'oxigen en l'atmosfera, diverses glaciacions incloent-hi la teoria de la Terra bola de neu i l'aparició de la vida complexa.

Durant l'Arqueà es va alliberar grans quantitats d'oxigen a l'atmosfera, però degut a les anomenades "esponges químiques" és a dir, les roques i minerals que en presència d'oxigen s'oxidaven, aquest oxigen no es podia acumular a l'atmosfera. Quan la presència d'aquestes roques disminuï, l'oxigen es va començar a acumular augmentant ràpidament la seva concentració a l'atmosfera.

Segons els registres disponibles, l'activitat geològica del Proterozòic era similar a l'actual.

Respecte a l'evolució de la vidal, durant el Proterozòic es dona l'aparició de formes de vida complexes. Aquesta aparició coincideix amb l'augment de l'oxigen atmosfèric. Així mateix, durant el proterozòic es dona la relació simbiòtica bacteriana amb els precursos de protozous, chromòfits, fungi, plantes i animals que donarà lloc als actuals mitocondris i cloroplasts.

L'últim període del Proterozòic, anomenat Ediacarià, es caracterítza per l'aparició d'organismes multicel·lulars complexos de formes tubulars i globulars. La majoria dels éssers vius Ediacarians van dexapareixer cap al final del Proterozòic desplaçats per la fauna Cambriana. No s'ha trobat cap relació entre els organismes Ediacarians i els Cambrians, per tant es pensa que es van extingir de forma abrupta al final del període.

• Fanerozòic (542 Ma a l'actualitat)

El Fanerozòic es caracterítza per l'evolució i expansió de les multiples formes de vida de la Terra i l'aparció dels éssers humans al final de l'eó. Està dividit en tres eres: Paleozòic, Mesozòic i Cenozòic i a la seva vegada cada era està dividida en diferents períodes conformant un total de dotze períodes en total:

• Paleozòic (542 a 251 Ma)

Es caracterítza per una gran radiació adaptativa i l'aparició de la majoria dels taxons actuals. Es divideix en sis períodes:

• Cambrià (542 a 488 Ma)

Es produeix l'anomenada explosió cambriana que consisteix en l'aparició sobtada d'organismes pluricel·lulars complexos sense precursos evidents.

A principis del cambrià apareixen els arqueociats, una classe extinta de porífers, constructors d'esculls.

Apareixen els braquiòpodes, els equinoderms, els mol·luscs, els artròpodes, els annèl·lids i els primers cordats.

Els representants principals del període són els trilòbits, la pikaia, l'anomalocaris i l'ostracoderm un  peix cuirassat sense mandíbules.

El període finalitza amb l'extinció massiva cambriana.

• Ordovicià (488 a 443 Ma)

L'ordovicià també es caracteritza per una gran radiació adaptativa per omplir els níxols ecològics que van deixar amb l'extinció massiva del cambrià. La vida continua desenvolupant-se en medi marí, ja que l'atmosfera no té prou oxigen per a la supervivència de les espècies fora de l'aigua. 

Les algues verdes es desenvolupen des del principi del període. Es diversifiquen els mol·luscs apareixent gasteròpodes de closca recta i bivalves. Apareixen els escorpins marins i els briozous.

Al final del període, aparèixen els primers peixos amb mandíbules i les primeres plantes verdes i fongs terrestres.

Una glaciació produeix l'extinció massiva que marca el final del període.

• Silurià (443 a 416 Ma)

El silurià es caracteritza per un clima càlid amb oceans atemperats i somers. Aquestes condicions afavoreixen la radiació adaptativa d'invertebrats marins com els braquiòpodes, els gasteròpodes, els bivalves, els briozous, els crinoideus i els graptolits. 

Es formen grans esculls que afavoreixen la diversificació de la fauna marina. 

A nivell de flora apareixen les primers plantes vasculars semiaquàtiques com la cooksonia i els lycopodis (parents de les falgueres)

• Devonià (416 a 359 Ma)

• Carbonífer (359 a 299 Ma)

• Permià (299 a 251 Ma)

• Mesozòic (251 a 65 Ma)

Es caracterítza per la radiació adaptativa dels sauròpodes

• Triàssic

• Juràssic

• Cretaci

• Cenozòic (65 Ma a l'actualitat)

Comença amb l'extinció dels dinosaures i es caracterítza pel domini d'aus i mamífers. Al final del període apareixen els éssers humans.

• Paleogen (65 a 23 Ma)

• Neogen (23 a 0,5 Ma)

• Cuaternari (0,5Ma a l'actualitat)

L'evolució dels éssers vius

Segons diu la teoria de la Biogènesi tot ésser viu prové d'un altre ésser viu. Aquesta teoria, tal i com vam veure en el post sobre l'origen de la vida, permet arribar a la conclusió que tots els éssers vius van sorgir de les primeres cèl·lules que es van desenvolupar fa més de 4000 Ma. Però, com arribat els éssers vius a tenir una diversitat tan elevada a partir d'unes poques cèl·lules? Les teories sobre l'evolució dels éssers vius intenten donar resposta a aquesta pregunta. 

Fins al segle XIX i lligat al creacionisme la teoria imperant sobre els éssers vius era el fixisme.

El fixisme sosté que les especies es mantenen immutables en el temps, és a dir, que les espècies que habiten la Terra serien des del principi les que coneguem actualment i que no han patit cap mena de variació, és a dir, eren fixes. Alguns naturalistes com el botànic Carl von Linné, pare de la taxonomia, era defensor d'aquesta teoria. Però el fixisme tenia un problema anomenat fòssils. Els fòssils eren coneguts per l'espècie humana des de la prehistòria i en general havien estat interpretats des del principi correctament: restes d'éssers vius que havien viscut en altres èpoques. Així doncs, si tots els éssers vius eren immutables en el temps, quin era l'origen dels fòssils? A aquesta pregunta els defensors del fixisme van donar resposta amb la Teoria del catastrofisme. 

La teoria del Catastrofisme va ser defensada per George Cuvier, pare de la paleontologia a finals del segle XVIII. Aquesta teoria es basa en la idea que la Terra a anat sofrint catàstrofes naturals sobtades que acabaven amb la vida i permetia que d'altres n'aparegueren també de forma sobtada. Cuvier defensava que els nínxols ecològics buits eren ocupats per espècies provinents d'altres llocs de la Terra. Els creacionistes pensaven que qui tornava a omplir els nínxols era Deu. Aquesta teoria s'enfrontava directament amb el Gradualisme de Lyell, pare de la geologia, que defensava que els canvis a la Terra havien succeït de forma gradual. Així doncs, a finals del segle XVIII cada cop més naturalistes qüestionaven les teories fixistes.

El primer en proposar una teoria que implicava la transformació dels éssers vius va ser George Leclerc. Sostenia que els éssers vius es transformaven per acció de factors ambientals com l'alimentació, el clima o el medi físic. Aquestes idees transformistes van obrir les portes a les teories evolucionistes de Lamarck i posteriorment de Darwin.

Enginyeria genètica: On està el límit?

La capacitat que ha adquirit l'ésser humà per modificar els éssers vius de forma primordial a través del DNA implica tota una sèrie de qüestions ètiques que no es poden obviar.

• Què guanyem?
• Què guanya la natura? 
• Quin és el grau d'afectació? 
• Coneixem la implicació més enllà de l'organisme modificat?
• Quins problemes poden sorgir?
• Per què hi ha tants detractors?
• Què ens fa por?
• Quina necessitat real hi ha?

Arguments a favor

• Ens permet lluitar contra malalties: 
• L'edició genètica en embrions (in-vitro) fills de persones que pateixen malalties genètiques poden evitar que la descendència perpetuï aquesta malaltia. (Alexandra Molina)

Arguments en contra

• No coneixem com els OMG poden interactuar amb la resta d'éssers vius.

Fonts d'informació

Sternberg, S.H., "La revolución biológica de la edicióngenética con tecnología CRISPR", en ¿Hacia una nueva Ilustración? Una década trascendente. Madrid, BBVA, 2018.

El cicle cel·lular, cromosomes i cariotip

Una de les característiques que fan de les cèl·lules la forma més bàsica de vida, és que són capaces de fer les tres funcions vitals:

Nutrició, Relació i Reproducció

Respecte a la nutrició ja sabem que la realitzen mitjançant l'adquisició de matèria del medi que els envolta transformant-la gràcies a una sèrie de reaccions químiques (respiració cel·lular i/o fotosíntesis) en tot allò que la cèl·lula necessita per sobreviure.

La relació, les cèl·lules les realitzen tot captant informació de l'exterior que processen elaborant la resposta adequada en cada ocasió.

La finalitat de la reproducció és l'obtenció de noves unitats cel·lulars a partir d'una d'inicial, és a dir, les cèl·lules es reprodueixen tot fabricant una còpia de si mateixes:

Però, perquè necessita la cèl·lula reproduir-se? En els organismes pluricel·lulars la reproducció cel·lular és imprescindible en processos tals com:

• Regeneració de teixits: els teixits dels éssers vius es regeneren contínuament. Cada tipus de teixit es regenera a un ritme diferent, per exemple la pell triga 21 dies; mentre que l'epiteli de l'intestí prim són tan sols 3 o 4 dies. El fetge triga entre sis mesos i un any i les cèl·lules musculars triguen uns 15 anys en renovar-se.
• Reparació de teixits: quan succeeix un traumatisme que produeix danys al teixit, com per exemple un tall a la pell, es fa necessari una regeneració del teixit que repari els danys ocasionats.
• Creixement: Durant un temps determinat, les cèl·lules es divideixen a un ritme més elevat per tal de modificar el cos de l'individu i que adquireixi els trets característics dels individus adults de l'espècie.
• Reproducció de l'individu: La finalitat d'aquest procés és la formació de nous individus.

Podem dir doncs, que en la vida de tota cèl·lula hi ha dos fases ben diferenciades:

• Una fase intermèdia en la que la cèl·lula fa les funcions de nutrició i relació que anomenem interfase. És la fase de vida més llarga en la que el DNA està descondensat parcialment en forma de cromatina i s'està transcrivint per poder fabricar les proteïnes necessàries. Abans de finalitzar aquesta fase, el DNA es replica.
• Una fase de reproducció (fase M) en la que la cèl·lula es dividirà. En aquesta fase el DNA està completament condensat en forma de cromosomes.

Cromosomes:

Els cromosomes són estructures tridimensionals fruits de la condensació extrema del DNA. Per poder fer la divisió cel·lular es fa necessari tenir el DNA organitzat en forma de cromosomes, ja que així és més fàcil repartir el mateix número de cromosomes a cada cèl·lula filla. Hem de tenir en compte que és imprescindible replicar el DNA, per aconseguir cèl·lules filles amb la mateixa dotació de cromosomes que la cèl·lula original.

Quan observem un cromosoma hem de tenir en compte que el que estem veient és el DNA duplicat, és a dir, cada barra vertical o cromàtide, es correspon a un joc complet de DNA. Si les dos cromàtides tenen el DNA corresponent al mateix cromosoma es diu que són cromàtides germanes.

A la imatge podem veure les diferents parts d'un cromosoma:

• Telòmer: la part terminal d'un cromosoma
• Braç curt: El braç més curt del cromosoma.
• Centròmer: el punt central on s'uneixen les cromàtides germanes.
• Braç llarg: el braç més llarg del cromosoma.

Els cromosomes es classifiquen segons la mida relativa dels dos braços:

A més els cromosomes també els podem classificar en funció de si determinen el sexe biològic de l'individu o no:

• Heterocromosomes: Cromosomes que determinen el sexe biològic de l'individu. En els humans serien el cromosoma X i el cromosoma Y.
• Autosomes: La resta de cromosomes d'una espècie i que determinen característiques d'aquesta espècie.

Cada espècie doncs tindrà un o dos heterocromosomes i la resta seran autosomes. El número i les característiques dels cromosomes són determinatives per a cada espècie i a aquest mapa se li anomena cariotip:

• Cariotip: És el patró cromosòmic d'una espècie, ordenat d'una forma determinada, que expressa les característiques dels cromosomes i que és únic per a cada espècie.

En el cariotip següent podem identificar els 22 parells d'autosomes dels humans i al final, veiem els dos heterocromosomes, en aquest cas serien 2 cromosomes X que determinarien que es tracta d'una femella. 

Un altre exemple de cariotip ben conegut és el de la Drosophila Melanogaster, la mosca de la fruita amb només 4 cromosomes:

A nivell cel·lular, la relació entre el número de cromosomes de la cèl·lula original i les cèl·lules filles també permet fer una sèrie de classificacions:

La gran majoria de les cèl·lules humanes són cèl·lules que tenen la meitat de cromosomes originaris d'un progenitor i l'altre meitat originaris d'un altre progenitor. És a dir, cada cèl·lula del nostre cos té la meitat de cromosomes de la nostra mare i l'altre meitat del nostre pare. En el cas dels humans 23 cromosomes del pare i 23 cromosomes de la mare, en total 46 o 23 parells. A aquestes cèl·lules que tenen dos jocs complets de cromosomes s'anomenen cèl·lules diploides.

• Cèl·lules diploides: Són aquelles cèl·lules que tenen la mateixa dotació cromosòmica que l'individu (2n cromosomes)

Però com és possible? Si quan una cèl·lula es divideix replica el seu DNA per tenir cèl·lules filles iguals a les cèl·lules originals com podem tenir la meitat de cromosomes del nostre pare i l'altre meitat de la nostre mare? No hauríem de tenir el doble de cromosomes? Però si tenim el doble seguim sent humans?

La clau està en una forma de divisió cel·lular que permet reduir a la meitat el número de cromosomes i generar el que s'anomenen cèl·lules haploides:

• Cèl·lules haploides: són aquelles cèl·lules que tenen la meitat de dotació cromosòmica que l'individu (n cromosomes)

Aquestes cèl·lules són produïdes per un òrgans on es situen les anomenades cèl·lules germinals, és a dir, cèl·lules diploides que s'encarreguen de fabricar els gàmetes (òvuls i espermatozous) que serviran per a la reproducció sexual dels individus de l'espècie. Així doncs, els gàmetes o cèl·lules sexuals són cèl·lules haploides, amb la meitat de cromosomes, produïdes amb la finalitat de la reproducció sexual. Ja que sols si tenen la meitat de cromosomes podem mantenir la dotació cromosòmica característica de cada espècie.

La resta de cèl·lules del cos dels organismes pluricel·lulars, és a dir, totes aquelles cèl·lules que no són productores de gàmetes, són cèl·lules diploides que en reproduir-se produeixen també cèl·lules diploides. S'anomenen cèl·lules somàtiques.

Activitat de cap de setmana

Aquest cap de setmana uns proposo uns deures que haureu de pujar al vostre bloc:

Cal que feu una taula comparativa entre la cèl·lula animal i la cèl·lula vegetal. Cal que seguiu la taula següent:

Poseu tots els orgànuls que hem comentat i totes les parts significatives, com la membrana, el nucli, el citoesquelet o la paret cel·lular. Indiqueu a cada cas si és o no pressent a cada tipus de cèl·lula i la seva funció.

Ànims que és molt fàcil!