Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Uno de los saltos más impresionantes de la evolución es la capacidad
de fabricar comida, porque eso condicionó todo el desarrollo evolutivo
posterior
Traducido a bioquímica, es la capacidad de producir
compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, mucho más abundantes.
Estas reacciones requieren de gran energía que los seres
vivos obtienen del calor, degradación de otros compuestos orgánicos/
inorgánicos o de la luz.
La fotosíntesis no podría ser posible sin los fotorreceptores
que además probablemente coevolucionaron con la mejora del flagelo. Ninguno de
estos “castillos de naipes” habría aguantado sin la fidelidad en la copia del
DNA.
¿Por qué las plantas son verdes?
Espectro de absorción de la clorofila a (verde) y b
(rojo). Fuente wikipedia
El verde y amarillo son los más intensos entre los
colores del espectro que llegan a la Tierra, No me meteré en el resto de
longitudes del espectro no visible, ya que básicamente las ultravioletas son
dañinas para el DNA y las infrarrojas carecen de energía suficiente.
Por ello cobraría sentido que las plantas hubieran
desarrollado moléculas destinadas a absorber dichos colores en vez de la
clorofila que absorbe longitudes de onda menos abundantes como el azul y el
rojo. Una posible respuesta sería que no existen materiales
disponibles en la naturaleza para adquirir energía de forma eficiente de la luz
verde y amarilla. Para averiguarlo debemos entender cómo funciona la clorofila
en las plantas, algas y en algunas cyanobacterias.
Explicar en detalle cómo se transforma la energía de la luz
en alimento sería demasiado extenso.
La versión corta es que la
clorofila canaliza la luz azul hacia un centro (fotosistema II) que
hidroliza el agua en oxígeno, protones y electrones; la luz roja, menos
energética, es canalizada a otro centro (fotosistema I) que utiliza
los electrones y parte de los protones para empaquetar químicamente esa energía
en moléculas (NADPH, además del ATP que se forma con el resto de protones).
Estas moléculas será las que permitan a la planta utilizar
el CO2 para producir glucosa. Es un proceso muy sofisticado donde la
energía de cada longitud de onda absorbida juega un papel fundamental por lo
que no sonaría descabellado pensar que es la configuración óptima (más
detalles en Wikipedia).
8-El desarrollo
embrionario
Esquema de la fotosíntesis. Se pueden apreciar los saltos
energéticos durante el proceso
¿Existe algún sistema eficaz para absorber y utilizar de
forma eficaz la energía proveniente de la luz verde y amarilla? La
respuesta es afirmativa y nos acerca a la explicación más plausible al problema
que hemos planteado. Las bacterias púrpuras utilizan pigmentos que
absorben las longitudes de onda más abundantes como fuente de energía y
desechan el azul y el rojo dándole a esas bacterias su característico
color púrpura(ver
espectros, retinal es el pigmento de la bacteria). Estas bacterias
pueden encontrarse en ambientes extremos como geysers o lagos muy salados. No
parecen una dura competencia, pero eso es ahora.
Este podría ser el aspecto de la Tierra bajo el dominio
de las bacterias púrpuras.
Por lo que sabemos, hace cientos de millones de años
las bacterias
púrpuras dominaban la tierra cuando las algas aparecieron, es
bastante plausible que nuestro
planeta azul fuera más bien púrpura por aquel entonces (Nota: esto
es, de momento, sólo una hipótesis basada en el dominio de las
bacterias púrpuras mucho antes de que apareciera el oxígeno).
Las cyanobacterias (que son bacterias verdeazuladas o
verdes, precursoras de las algas), y tras ellas las algas, evolucionaron
y sobrevivieron en ese ambiente utilizando el nicho que las bacterias púrpuras
les habían dejado, las únicas longitudes de onda útiles que las
bacterias púrpuras no estaban aprovechando.
Como el alumno que supera al maestro las cianobacterias,
algas (y finalmente las plantas) acabaron desplazando a las bacterias púrpuras.
La clave sería el oxígeno que desprenden cianobacterias, algas y plantas,
esencial para nosotros pero muy dañino hace cientos de millones de años para
todo ser viviente en la Tierra.
Es posible que las plantas eligieran devolver el verde ya
que es el pico de emisión de luz solar (sí, nuestro querido sol no es amarillo,
sino verde, sólo que lo vemos blancoamarillento por la mezcla de colores
resultante. Por eso no existen estrellas verdes, sino blancas). Esto permitiría
a las plantas no quemarse por acción de la luz solar. Cuando las temperaturas y
la radiación solar va bajando, las plantas se van volviendo… adivinemos…
¡rojas!
Esto aumenta la eficiencia de absorción en los verdes y
amarillos, usando otros pigmentos diferentes que salen a luz al degradarse la
clorofila.
Otra explicación tiene que ver más bien con el
hecho de que las plantas surgieron bajo el agua. Allí la absorción en colores
ultravioletas al verde es bastante mala, con lo cual empezaron con el rojo, que
es la que llegaba a suficiente profundidad. A medida que iban ascendiendo,
trasladaron (o complementaron) su pico al azul, dejando el de en medio como una
especie de “eslabón perdido”
Completaré este escrito con un resumen delicioso de los 10
principales saltos evolutivos más relevantes, según el link del final del
escrito…….básicamente, está clarísimo y lo comparto al 100%......gracia
Tall&Cute
Los diez pasos evolutivos más relevantes
La evolución de las especies a lo largo de su historia ha
permitido la aparición de cualidades impresionantes a los seres vivos. En este
post me gustaría repasar los que creo son los 10 cambios más relevantes que han
ocurrido en la historia de la vida en la Tierra desde que aparecieron los
primeros seres vivos. Evidentemente estos pasos fueron todos muy graduales y es
difícil acotarlos en “un paso”. La lista está ordenada por orden cronológico de
aparición partiendo de los primeros seres replicantes cuyas características
concretas sólo podemos especular actualmente:
1-La fidelidad en la copia del DNA
Una bacteria actual comete un
error en la copia del DNA cada 10E10 generaciones aproximadamente. Este
ratio entre mutaciones y fidelidad permite adaptaciones pero limitando
acumular grandes errores rápidamente que acabarían con la especie. La
principal artífice de esta maravilla evolutiva se llama DNA polimerasa que por si
sola es capaz de copiar fielmente varios miles de bases de DNA antes de
cometer un error. Las versiones más avanzadas y que aparecieron más tarde en la
evolución de los eucariotas tienen además mecanismos de revisión para minimizar
los errores cometidos. Su necesidad para la vida es tal que no existen seres
vivos que carezcan de este mecanismo. Sólo
algunos virus como el HIV que a cambio utilizan la perfecta maquinaria
celular.
2-El flagelo
Flagelo bacteriano
De esperar a que la comida llegue, a ir a p0r ella. Este uno
de los cambios principales cambios que supuso el flagelo. Aunque anteriormente
las bacterias desarrollaron pequeños filamentos (cilios) que permitían cierto
movimiento lo cierto es que estás estaban totalmente sometidas a las fuerzas
que gobiernan el movimiento browniano: Imaginad que estáis dentro de
una piscina llena de canicas que se propulsan a toda velocidad en todas
direcciones. El flagelo suponía además una mejora en la capacidad de
colonizar nuevos y lejanos ambientes o de escapar de circunstanrcias adversas.
Puedes ver un vídeo sobre
la evolución del flagelo aquí donde se postula su aparición a partir
de un organulo destinado a la sujeción.
2-El fotorreceptor
Y se hizo la luz. La capacidad de reconocer la luz suponía
inicialmente acceso a alimento (la síntesis de muchos compuestos orgánicos es
catalizada por la luz) y una guía para el movimiento (define arriba y abajo).
Sin embargo este pequeño avance sembraría la semilla para dos futuros
mecanismos de gran relevancia: la fotosíntesis y la visión. Los fotoreceptores
se basan en pigmentos capaces de excitarse con la luz y de transmitir dicho
estado excitado a alguna proteína.
3-La fotosíntesis
¿Quién necesita comida cuando puedes fabricarla? Este es
quizás el salto evolutivo más impresionante: la capacidad de
producir compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, mucho más abundantes.
Estas reacciones requieren de gran energía que los seres vivos obtienen del
calor, degradación de otros compuestos orgánicos/ inorgánicos o de la luz.
Podéis leer algo más sobre la fotosíntesis en
este otro post que escribí. La fotosíntesis no podría ser posible sin los
fotoreceptores que además probablemente coevolucionaron con la mejora del
flagelo. Ninguno de estos “castillos de naipes” habria aguantado sin la
fidelidad en la copia del DNA.
4-El ciclo de Krebs y la respiración oxidativa
La fotosíntesis trajo consigo una nueva época de
problemas u oportunidades según se mire. El principal deshecho de la
fotosíntesis es el oxígeno. Una molécula que ahora nos parece inocua pero que
cuando apareció era como vivir en un mar de arsénico. El oxígeno tiene
la capacidad de oxidar el DNA y las proteínas e interfería en muchas de las
reacciones necesarias para las bacterias de la época. La aparición del
oxígeno atmosférico probablemente fue un proceso rápido que acabo de un plumazo
con la mayoría de las especies. Algunas especies (entre ellas las productoras
de oxígeno) desarrollaron mecanismos para inactivar el oxígeno, entre estos
mecanismos encontramos la utilización de electrones y protones que reaccionan
con el oxígeno produciendo agua. Curiosamente se pueden obtener electrones como
productos de deshecho del metabolismo de compuestos orgánicos. La sofisticación
del metabolismo de los azucares en el denominado ciclo de Krebs junto a un
complejo sistema de transporte de electrones permitió aprovechar al máximo la
energía de los compuestos orgánicos.
5-La célula eucariota
La complejidad de la aparición de la vida es el único hecho
comparable a la aparición de la célula eucariota. Se ha especulado que los eucariotas
provienen de la simbiosis de varios tipos bacterianos, hipótesis que
cobra fuerza con los análisis genéticos. En cualquier caso la aparición de
células con núcleo definido y orgánulos es una gran caja negra. Uno de los
procesos evolutivos más interesantes que nos quedan por descifrar. El gran
avance de la célula eucariota puede describirse con algo tan simple como la
compartimentalización. Cada cosa en su rincón. Muchas de las reacciones
químicas celulares requieren un ambiente muy específico incompatible con otras
reacciones.
6-La especialización celular
El hijo favorito. Una célula se divide en dos pero no deja
lo mismo en cada célula hija: una contiene más deshechos que otra, diferente
concentración de proteínas o le falta algún componente. Estos podrían haber
sido los antecedentes de la especialización celular. Ocurre actualmente en
bacterias, levaduras o algunas algas unicelulares y que en algunos casos
viven en colonias, donde
algunos individuos se especializan en ciertas funciones en función de
su localización dentro de la colonia. La especialización supone una mayor
eficiencia. De allí hasta células como las neuronas o los glóbulos blancos
quedaría aun un buen trecho.
7-La reproducción sexual
¡Qué sería de nosotros sin el sexo! Se ha sugerido que la
reproducción sexual permite una rápida adaptación de las especies al eliminar
rápidamente las mutaciones perniciosas y esparcir las beneficiosas. Su
aparición podría estar relacionada con virus y otros parasitos o bien como un
resultado colateral de la estrategia de duplicar el genoma para reducir los
efectos de las mutaciones. En cualquier caso los seres vivos con reproducción
sexual se han diversificado y adquirido una complejidad que ningún ser asexual
puede superar.
“Nada
de lo que te ocurra en la vida te marcará tanto como la gastrulación“. Las
instrucciones para formar un cuerpo de forma progresiva y ordenada supusieron
el salto entre un mundo de medusas y gusanos al actual. Instrucciones que se
encuentran agrupadas en bloques o paquetes genéticos que permiten gran
adaptabilidad. Un paso a destacar en el desarrollo embrionario es la gastrulación, que
consiste en la invaginación de una capa de células del embrión. Así, a primera
vista no parece tan importante pero su aparición supuso la
especialización en 3D, como ocurre en la mayoría de animales como nosotros
frente a la especialización en 2D que ocurre en los gusanos.
9-El sistema nervioso y el cerebro
Mucho antes de la aparición del sistema nervioso las células
se comunicaban solamente mediante contactos con su célula vecina y la emisión
de señales, como hormonas. En mi opinión el salto no está tanto en la formación
de una red para hacer llegar las señales más rápido sino en una centralización
de las señales, que a largo plazo supondría la aparición del cerebro.
El estudio de las redes neuronales ha avanzado considerablemente en los últimos
años gracias a los estudios en varios animales modelo, especialmente en el
gusano C. elegans, del
que conocemos la red que forman sus 302 neuronas.
10-La percepción del individuo
Hasta hace unos pocos años se creía que sólo los primates
superiores teníamos esta capacidad. Sin embargo varios estudios demuestran que
otros mamíferos como
el elefante o el delfín, e incluso aves como la urraca poseen dicha
habilidad. Se ha especulado que esta capacidad es la precursora de la aparición
de lo que llamamos el yo y del pensamiento racional. Si bien
este último merecería una escala entera por sí mismo.
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
