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1 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. C:/ Escritorio/ZOOLOGÍA2005/ZOOTEMA01 05 BLOQUE 1. INTRODUCCIÓN A LA ZOOLOGÍA TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. Concepto y extensión de la Zoología. Delimitación y características del reino animal. La evolución como forma de comprensión de la diversidad animal. Lamarckismo, darwinismo y teoría sintética de la evolución. BIBLIOGRAFÍA: D’Ancona, H. 1972: Tratado de Zoología . T.1: Zoología General. Ed. Labor: 3-21; 313-341.; Díaz A. José y Santos Tomás, 1998.- “Zoología: Aproximación Evolutiva a la diversidad y organización de los animales. Editorial Síntesis. Madrid. Fingerman, M.:1972: Evolución y diversidad biológica. Interamericana:. 1- 9. Hickman,C., L. Roberts, A. Larson. 2002, 11ª Ed. Principios Integrales de Zoología.. Interamericana. Cap. 1-9. Jessop, N.M. 1990: Zoología Invertebrados. Interamericana. 1-8/37-44/53-61; Margulis, L., K. Schartz, 1985: Cinco Reinos. Ed. Labor; Storer, T., R Usinger, R. Stebbins, J. Nybbaken, 1982: Zoología General: 1-17/276-302. Villée C. W Walker, R. Barnes, 1987: Zoología.. Interamericana: 3-14/442-489. http://iris.cnice.mecd.es/biosfera/alumno/4ESO/evolucion/15hominidos.htm iris.cnice.mecd.es/.../genetica1/ contenidos2.htm LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. CONCEPTO Y EXTENSIÓN DE LA ZOOLOGÍA: ¿Qué es la zoología? Jessop, pg. 1, Hickman tema 1, Díaz, cap.1) El estudio de la Zoología tiene como base los interrogantes que el hombre se ha plantea sobre el mundo animal. Los animales, son una parte de la naturaleza en la que vive la especie humana, y están implicados, en muchos aspectos, en su existencia por lo que su importancia no está limitada sólo al mundo científico. De la importancia que los animales tuvieron para la existencia de los hombres del paleolítico, son buenos indicadores las pinturas rupestres realizadas en cuevas como las de Altamira (Cantabria), o de la Araña (Bicorp) que reflejan imágenes de bisontes y abejas, respectivamente. Según el biólogo Paul Weisz : " Probablemente, el hombre fue un biólogo antes que cualquier otra cosa.", ya que dependía de los animales para su existencia. 2 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. ZOOLOGÍA 05 Muchas culturas antiguas elevaron a los animales a la categoría de dioses protectores de los hombres, rindiéndoles culto. Por ejemplo los dioses egipcios tenían cabeza de animal, como: Ra=Horus, dios del cielo con cabeza de halcón. Anubis dios de la muerte con cabeza de chacal; Toth, dios de gran sabiduría con cabeza de ibis. Bastet, diosa de la música con cabeza de gata. Ator, diosa del amor con cabeza de vaca. Nejbet, dios del alto Egipto, representado como un buitre. Sobek, dios cocodrilo de la ciudad de Kom Ombo, divinidad creadora. Set, dios malvado, hermano de Osiris a quien asesinó, suele representarse como un asno. Sejnet, diosa sanguinaria con cabeza de leona. Ra Nejbet Anubis Toth Sobek Ator Set Sejenet 3 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. LA ZOOLOGÍA COMO CIENCIA Los misterios y hechos de la Naturaleza incomprendidos, en épocas pasadas, se resolvían con explicaciones mitológicas, mágicas o religiosas, pero estos “conocimientos” no forman parte de la zoología. La zoología es una ciencia y, como tal, formula preguntas concretas sobre el Reino Animal para obtener respuestas precisas. Como en el resto de las ciencias, la Zoología pretende reducir la aparente complejidad de los fenómenos naturales a ideas y asociaciones simples y fundamentales, para descubrir los hechos y las relaciones que guardan entre sí. La definición de la zoología como ciencia, presenta los caracteres esenciales de las ciencias (tal como propuso el juez Overton (Arkansas, 1982): 1- Se guía por las leyes Físicas de la Naturaleza y ha de ser explicativa por estas mismas leyes. 2- Es comprobable frente a hechos empíricos. 3- Las conclusiones obtenidas son provisionales , no son la última palabra. 4- Los hechos científicos deben ser capaces de superar pruebas que intenten refutarlos. “La Zoología es el estudio científico de los animales1 y es una ciencia que forma parte de la Biología.” En la actualidad el único método aceptable como medio de adquirir conocimientos zoológicos es el método científico. 1 ¿POR QUÉ ESTUDIAR LOS ANIMALES? Razón de la existencia de la Zoología. El hombre primitivo necesitó el conocimiento de la biología de los animales que le rodeaban, tanto para defenderse de ellos, como para cazarlos. En la actualidad la relación del hombre con el mundo animal es mucho mayor d lo que nos podemos imaginar. La especie humana depende de todos los animales para mantener la compleja red vital que constituye su ecosistema. Es preciso que conozcamos, investiguemos y comprendamos, la interdependencia de las especies animales, incluso en los casos que no parezca servir de beneficio directo o inmediato para la humanidad. A modo de ejemplo sucinto repasemos brevemente los aspectos en los que el hombre depende de los animales: -RECURSOS ALIMENTICIOS: Caza, pesca, marisco, Cría en granjas de animales: Vacas, cerdos, gallinas, avestruces, emús... Productos derivados: Leche, miel, huevos; Comidas exóticas: Palolo, hormigas, saltamontes, erizos de mar, caracoles,... -PRODUCTOS NO ALIMENTICIOS: Para el vestido y ornato: Piel, plumas, seda, cuero, lana, seda, marfil, coral, perlas, cerdas.... -TRANSPORTE Y LABOR: Caballos de tiro, burros, mulas, renos, perros... -DEFENSA: personal y de bienes. Lucha biológica. -DEPORTIVO: Carreras de caballos, de perros, competiciones. -USOS BIOMÉDICOS: Productos y extractos: Venenos, Insulina, válvulas cardíacas, anticuerpos, antitumorales…. Investigación: Cobayas, monos,... Valor ecológico: Cadena trófica (Plancton), Polinización, Control plagas,... Beneficios psicológicos: Valor estético, lazos afectivos. Pero los animales también pueden ser causas de calamidades, desastres y enfermedades, causando: -AGRESIONES Y MUERTES: Tigres, cocodrilos, lobos, osos,.... -PERJUICIOS SOBRE LA GANADERIA: Lobos, zorros,.. -PLAGAS DE CULTIVOS: Pulgón, etc. -DESTROZOS EN ALMACENES, VIVIENDAS Y ENSERES: Ratones, carcomas, termitas, gorgojos,... -PICADURAS VENENOSAS: Culebras, escorpiones, arañas,... -PARASITOS INTERNOS: Tenias, nemátodos, Schistosoma... -VECTORES DE ENFERMEDADES: Mosquito Anopheles- Paludismo. Mosca tsé-tsé: Glossina palpalis- Trypanosoma. Chinche: Triatoma- Enfermedad de Chagas. Civeta: Neumonia asiática(2003-04) Aves de corral: virus aviar peligroso para el hombre (204) Conocer los ciclos vitales, para poder interferir en ellos y controlar las poblaciones, son tareas propias del zoólogo. 4 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. EL MÉTODO CIENTÍFICO está basado en la observación y experimentación.2 Método Hipotético-deductivo: 1- Formulación de interrogante generación de una HIPÓTESIS (HP). La HP es una explicación potencial basada en observaciones previas. La HP debe ser simple. La HP NO debe contradecir otras HP ya aceptadas. La HP debe de predecir resultados. La HP debe ser demostrable con EXPERIMENTOS. La HP debe ser comprobable por otros científicos. 2- Basado en las hipótesis, el científico debe de PREDECIR(dar una explicación) futuras observaciones. 3- Si una hipótesis es muy potente (explica muchos fenómenos relacionados) el conjunto de hipótesis alcanza el estatus de TEORÍA. Una TEORÍA es una explicación, TEMPORAL, general basada en muchas hipótesis y hechos comprobados. Una teoría es una colección de conceptos sobre algún área del mundo real que nos interesa o nos preocupa, que facilita su explicación, predicción o intervención. Cuando una teoría está basada en investigaciones extensas e importantes alcanzan el rango de PARADIGMA. Es un conjunto de creencias, valores y técnicas compartidos por una comunidad científica. Tanto las teorías como los paradigmas están sujetos a procesos de "revisión" por las que pueden ser REFUTADAS, cuando no pueden explicar nuevas observaciones o experimentos, y se reemplazan por nuevas teorías en un proceso llamado REVOLUCIÓN CIENTÍFICA. ¿QUÉ HACEN EN LA ACTUALIDAD LOS ZOÓLOGOS? Los conocimientos actuales de la Zoología como ciencia3, se basan en contribuciones de cientos de biólogos que trabajan en todas las dimensiones de la biosfera. Las ciencias biológicas que tratan de de aclarar causas inmediatas o próximas se llaman CIENCIAS EXPERIMENTALES. Siguen el método científico experimental, que consta de tres pasos: 1- Observación de hechos (Predecir una respuesta ante un determinado estímulo (Formulación de la Hipótesis) 2- Producir experimentalmente dicho estímulo (experimentación) Repetir experimentos. Controlar el experimento con grupos no tratados. (grupo testigo) 3- Comparar los resultados observados con los esperados. Aceptar o rechazar la hipótesis propuesta.. 3 Según la Clasificación de las Ciencias y de la Tecnología, UNESCO la Zoología es una de las Ciencias de la Vida3 Número 24 : CIENCIAS DE LA VIDA. 2401- Biología animal ( Zoología) 2415- Zoología general . Otros aspectos zoológicos se estudian también en el Número 31: CIENCIAS AGRONÓMICAS. 3104: Animales Domésticos. 3105 : Animales salvajes. 2 5 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. La zoología moderna se encarga del: Conocimiento DIVERSIDAD de todas las formas animales existentes. Organización de estas formas en base a su parentesco: SISTEMÁTICA. Comprender cómo se originó la diversidad animal: EVOLUCIÓN. Estudiar cómo llevan a cabo los animales, PROCESOS VITALES básicos, que les permiten adaptarse y sobrevivir a ambientes diferentes. Esto incluye el estudio integral de los animales, desde la estructura, función y desarrollo embrionario de cada parte de su cuerpo, su biología, conducta, herencia y evolución y sus relaciones con el medio y con otros animales. Todos estos conocimientos zoológicos obligan a una especialización de la Zoología.4 DELIMITACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS ANIMALES. Todos los seres vivos comparten un denominador común: LA VIDA. Los animales son una parte del árbol evolutivo de la vida. ¿QUÉ ES LA VIDA? Antiguamente se creía que los seres vivos podían actuar ajenos a las leyes de la Naturaleza, y que estaban dotados de una FUERZA VITAL (teorías VITALISTAS Las investigaciones biológicas han rechazado y demostrado que todos los sistemas vivos operan y evolucionan dentro de los límites de las leyes básicas de la física5 y la química, entre las que se encuentran las de la termodinámica que relacionan la materia y la energía. 4 (Principales subdivisiones de la Zoología , Jessop, pg. 7 Tabla 1.4, adaptada) ZOOLOGÍA INVERTEBRADOS Protozoología Helmintología Malacología Entomología ZOOLOGÍA DE VERTEBRADOS Ictiología Cordados Herpetología. Ornitología Mamología. MORFOLOGÍA ANIMAL Anatomía General. Paleontología Histología Citología. Son importantes para comprender el fenómeno vital, las Leyes de la Termodinámica: TEMARIO FISICA 1ER CUATRIMESTRE) La primera de ellas “De la conservación de la energía”. se enuncia como: “La energía ni se crea ni se destruye, se transforma de una forma en otra”. Los seres vivos precisan un aporte constante de energía para mantener su nivel de organización. Toda la energía procede de los procesos de fusión nuclear que ocurren en nuestro Sol, y cuya energía llega a la Tierra en forma de LUZ y CALOR. La luz solar captada por las cianobacterias y plantas verdes (autótrofos), por la fotosíntesis se transforma en energía química, que es utilizada por los animales (heterótrofos). La 2ªLey de la Termodinámica, establece que “Los sistemas físicos tienden a aumentar el estado de desorden creciente, es decir, a aumentar la entropía.” Los seres vivos solo son capaces de mantener un elevado grado de organización (baja entropía), mientras exista aporte externo de energía, ya que el destino de los materiales celulares es la degradación y disipación de la energía en forma de calor (la energía más degradada y no útil para realizar trabajo). Los sistemas vivos deben de ser considerados e relación con su medio externo la biosfera den donde fluye la energía procedente del sol. 5 6 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. Las definiciones sencillas de algo tan elemental como la VIDA, parece estar destinadas al fracaso. Es difícil definir la vida pero fácilmente se pueden enumerar propiedades que todos los seres vivos presentan, por lo que la vida se puede conocer por sus propiedades fundamentales6. 6- Propiedades que los sistemas vivos muestran y que los separan de los sistemas inertes: 1) ORGANIZACIÓN MOLECULAR EXCLUSIVA Y COMPLEJA. Los elementos químicos que los constituyen son los mismos que los se los sistemas inertes, pero forman granes moléculas (macromoléculas), nunca presentes en los sistemas inanimados. Tipos de macromoléculas biológicas: Acidos nucleicos, Proteínas, Hidratos de Carbono y Lípidos. 2) ORGANIZACIÓN JERÁRQUICA EXCLUSIVA Y COMPLEJA. Asociación de macromoléculas para la formación de estructuras más complejas: Orgánulos, células, tejidos, órganos, organismos, poblaciones y especies. Cada nivel de jerarquía superior está integrado por estructuras del nivel inferior precedente. Cada una de estas nuevas estructuras goza de nuevas propiedades emergentes. Por esta razón en zoología se deben de conocer y estudiar todos los niveles de organización, surgiendo especializaciones según los diferentes niveles: Biología molecular, biología celular, genética, histología, biología de poblaciones.... La célula es la unidad semiautomática más pequeña capaz de llevar a cabo todas las funciones que caracterizan a la vida. Por lo que es considerada como la unidad básica de organización de los sistemas vivos. LA ESTRUCTURA DE LA CÉLULA ES EL PILAR EN EL QUE SE APOYA LA EVOLUCIÓN. 3) CAPACIDAD DE AUTORREPRODUCIRSE. En la actualidad, la vida no surge espontáneamente, si no que procede de vida anterior a través del proceso conocido como reproducción. Cada nivel de jerarquía biológica se replica para producir otras semejantes a ellas: Los genes producen nuevos genes, las células nuevas células, los organismos nuevos organismos. Es cierto que existen casos en que los genes, las células y los organismos pueden no reproducirse, pero a pesar de todo sigue siendo una propiedad fundamental de la vida. La reproducción de seres semejantes se realiza por dos procesos: LA HERENCIA Y LA VARIACIÓN. Por la herencia se transmiten de padres a hijos propiedades; Por la variación se producen diferencias entre las características de los diferentes individuos. 4) POSESIÓN DE UN PROGRAMA GENÉTICO QUE GARANTIZA LA FIDELIDAD DE LA HERENCIA. Las estructuras de las moléculas proteicas están codificadas en los ácidos nucleicos, estando esta información contenida en el DNA de cada ser vivo. El código genético establecido desde el principio de la historia evolutiva de la vida está presente en todos los seres vivos desde las bacterias a los animales y plantas. La constancia, casi total, de este código, es un argumento a favor del origen único de la vida. 5) LOS ORGANISMOS VIVOS MANTIENEN SU ORGANIZACIÓN OBTENIENDO NUTRIENTES DEL ENTORNO. Para mantener su nivel de organización, los organismos vivos requieren energía externa que obtienen a partir de los nutrientes. Los nutrientes aportan a los seres vivos energía química y materia, necesarios en el proceso conocido como metabolismo. El metabolismo se considera como la interacción de reacciones destructivas (catabolismo) y otras constructivas (anabolismo). La mayor parte de los procesos metabólicos tienen lugar a nivel celular, a menudo en los orgánulos celulares. Así por ejemplo la respiración celular ocurre en las mitocondrias. El estudio de las reacciones metabólicas se conoce con el nombre de Fisiología. 6) LOS SISTEMAS VIVOS TIENEN UN CICLO DE VIDA CARACTERÍSTICO. Desde el origen, generalmente como huevo, a la forma adulta final, los organismos sufren un proceso de desarrollo que implica cambios de tamaño forma y proporciones, así como la diferenciación de determinadas estructuras. Los seres pluricelulares sufren cambios más drásticos en el desarrollo de su ontogénesis. De tal manera que las formas embrionarias se parecen poco a las juveniles y éstas poco a las adultas. La transformación que se produce de unas etapas a otras se denomina metamorfosis. 7) INTERACCIÓN DE LOS SISTEMAS VIVOS CON EL MEDIO. Se conoce con el nombre general de ecología, siendo de especial interés los factores que determinan la distribución geográfica y la abundancia de las especies. Por otra parte, todos los organismos son capaces de percibir los cambios de energía (estímulos) procedentes del medio exterior y responder a los mismos de forma más o menos compleja (irritabilidad.) 7 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS. Los animales forman una rama bien patente en el árbol evolutivo de los seres vivos que se originaron en los mares de la era Precámbrica, hace 600 millones de años. (Hickman,10 y 210) WITTAKER, en 1969, propuso el sistema de los CINCO REINOS, en el que se incorpora la distinción básica: PROCARIOTA-EUCARIOTA Procariotas: 1-REINO MONERA: Procariontes: Cianoficeas, Bacterias. Eucariotas: Pluricelulares: 2-REINO PROTOCTISTA: Unicelulares, con mitosis y meiosis. Sin estados embrionarios Con undulipodios. Acuáticos. Protistas, Algas rodoficeas y feoficeas. 3-REINO PLANTAE: Autótrofos: Con pared celular de celulosa: Plantas superiores. Heterótrofos: 4-REINO FUNGI: Con pared celular de quitina. Saprobios: (Absorbedores). Forman esporas. Carecen de undilopodios. Levaduras y Hongos. 5-REINO ANIMALIA: Sin pared celular. Se nutren por ingestión y digestión Con desarrollo embrionario. Metabolismo elevado. Capaces de grandes desplazamiento. Animales LOS TRES DOMINIOS El sistema de los 5 Reinos de Wittaker quedó desfasado pues en 1977, Carl Woese, trabajando con técnicas de secuenciación, a partir del 16S rRNA, descubrió que, dentro del grupo de los procariotas se habían incluido organismos que, a nivel molecular, eran bastante divergentes. En 1990 planteó la necesidad de definir un nuevo taxón, el Dominio, que estaría por encima del Reino, y reagrupar a los seres vivos de los 5 Reinos en 3 grandes dominios. 8 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. El Sistema de los Tres Dominios, propuesto por Woese et al., es un modelo evolutivo de clasificación basado en las diferencias en las: Secuencias de nucleótidos en los ribosomas y RNAs de transferencia de la célula. La estructura de los lípidos de la membrana. La sensibilidad a los antibióticos. Este sistema propone que una célula antepasada común (progenote) dio lugar a tres tipos diferente de células, cada una representaría un dominio. Los tres dominios7 son Archaea (archaebacterias), Bacteria (bacterias), y Eukarya (eucariotas). € Archaea (Archaebacteria)7 Los Archaea son células Prokariotas. Viven a menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos, y termoacidófilos. Al contrario de Bacteria y Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano. No son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eukarya. 7 Bacteria (Eubacteria) Las Bacterias son células Prokariotas. Incluyen a mycoplasmas, cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas. Como los Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano. Son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales. Tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Eukarya (Eukaryota) Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales. Como las Bacterias, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales. Tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. 9 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. DELIMITACIONES DEL REINO ANIMAL: ¿QUÉ ES UN ANIMAL? ( Jessop pg. 4) “Es un ser vivo animado, eucariota y pluricelular, con desarrollo embrionario y estado de BLÁSTULA, que carece de paredes celulares, heterótrofo que ingiere el alimento y lo digiere.” Podemos encontrar diferencias de los animales con otros Reinos de su Dominio (Eukaria) Con los Protoctistas: Los animales son pluricelulares, que se forman por desarrollo embrionario. Con la Plantas: Los animales carecen de las paredes celulares de las plantas, así como su alimentación que es heterótrofa. Con los Hongos: Además de la ausencia en los animales de paredes celulares, aunque ambos son heterótrofos, los animales ingieren los alimentos, que posteriormente digieren, mientras que los hongos son absorben sustancias orgánicas (saprobios) que incorporan a sus células. MATIZANDO LOS RASGOS PROPIOS DE LOS ANIMALES: Los animales tienen un crecimiento determinado que les confiere una forma propia y característica. Los animales presentan un sistema exclusivo, que permite la interacción con el medio: el sistema nervioso. Los animales además del movimiento protoplasmático que presentan todos los seres vivos, son capaces de realizar grandes desplazamientos Los animales debido a su gran movimiento precisan de un el metabolismo elevado, produciendo la degradación de las proteínas originando sustancias nitrogenadas tóxicas como el amoníaco, o la urea, por lo que presentan un sistema excretor. Los animales, por su elevado metabolismo, precisan acumular reservas en forma de glucógeno, mientras en los vegetales lo hacen en forma de almidón. Los animales son los únicos seres que sintetizan colágeno, generalmente relacionado con los tejidos del tegumento. LA EVOLUCIÓN COMO ORIGEN DE LA DIVERSIDAD ANIMAL. Desde que Darwin en 1859 publicó su libro: “Sobre el Origen de las Especies por medio de la Selección Natural”, la comunidad científica, no concibe otro mecanismo para explicar el origen de la diversidad, tanto animal como vegetal, por lo que, en la actualidad, la Teoría de la Evolución8 constituye un paradigma científico. Desde el punto de vista evolutivo: LA ZOOLOGÍA MODERNA PUEDE CONSIDERARSE COMO El estudio de las causas históricas y actuales que explican la diversidad y organización de los animales y su adaptación al ambiente en que viven” ( DÍAZ ( Prólogo, pg.9) 8 DESARROLLO DE LAS IDEAS EVOLUTIVAS: Los interesados encontrarán información en : Villée, Walker y Barnes: 460; Hickman capitulo 9) 10 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. LAMARCKISMO En el siglo XIX, el criterio evolutivo predarwiniano considerado como el más perfecto fue propuesto por Jean Baptiste de Lamarck, en su Philosophie Zoologique (1809). El Lamarckismo propone una evolución lineal por transformación de unas especies en otras, (pero únicamente las especies previamente creadas). Es una evolución en paralelo, sin bifuracaiones. En aquella época se creía que los seres vivos estaban dotados de una fuerza vital, que controlaba su desarrollo y funcionamiento permitiéndoles resistir los obstáculos del ambiente. Lamarck desarrolló la idea de que los nuevos órganos surgen en respuesta a las exigencias ambientales, y postuló que el tamaño del órgano era proporcional a su uso o desuso. También se pensaba que cualquier carácter adquirido9 por un organismo durante su vida se transmitía a generaciones sucesivas. Los cambios eran transmitidos a la descendencia y el proceso se repetía por muchas generaciones, lo que redundaba en la marcada diferencia de las formas. La debilidad de las ideas de Lamarck estribaba en que no se apoyaban en pruebas, ni experimentales ni paleontológicas, que sustentaran estos cambios evolutivos, ni la transmisión de los caracteres adquiridos. Ejemplo: El himen de las mujeres se rompe con la maternidad y, sin embargo, todas las hijas siguen naciendo con himen. El barón Georges Cuvier10 (1769-1832), de mente preclara y estudioso de la anatomía comparada y de los fósiles (padre de la paleontología), refutó vigorosamente las ideas transformistas de Lamarck, pues nunca observó en el registro fósil evidencias de transición entre las especies. Cuvier era de ideas fijistas, postulaba que cada especie había sido creada directamente tal como actualmente se encontraba ya que su diseño morfológico era tan eficiente que no podía haber variado desde su creación. Sin embargo, Cuvier era consciente de la extinción de algunas especies, y que habían sido reemplazadas por otras nuevas, pero atribuía tales extinciones a una serie de catástrofes, seguidas de nuevas creaciones divinas de especies: TEORÍA CATASTROFISTA11. Lamarck explicó la evolución del largo cuello de las jirafas, partiendo de algún ancestro de cuello corto que en lugar de comer hierbas, ramoneaba ramas y al tratar de alcanzarlas estiraba el cuello. La descendencia heredaba el cuello largo, alargándolo aún más; el proceso se repitió hasta adquirir el actual estado. 9 10 Al igual que sus colegas Geoffroy St-Hilaire y el naturalista Jean Baptiste Lamarck, Cuvier creía que era posible categorizar los seres vivos en una serie continua, empezando por los organismos más sencillos y terminando por los seres humanos. En contraste con las ideas evolucionistas de Lamarck y Saint-Hilaire, Cuvier defendía la inmutabilidad de las especies, y sostenía que el diseño eficiente de cada animal es la prueba de que éste no puede haber variado desde su creación. En 1800, y comenzó a difundir su propia idea de que existían cuatro tipos corporales básicos en el reino animal: Vertebrata, Articulata, Radiata, y Mollusca. 11 (William Buckland en Inglaterra, sugirió que la más reciente de estas catástrofes había sido el diluvio narrado en la Biblia.) 11 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. August Weissman (1883) rechazó la herencia lamarckiana y, mediante experimentación, observó que las modificaciones que sufre un organismo durante su vida no son trasladadas a la descendencia. Weissman diferencia dos tipos de protoplasma: un plasma germinal (que origina los gametos) y otro somático= somatoplasma, (que muere en cada generación y no influye en el plasma germinal). Las modificaciones que los organismos sufren lo hacen en su somatoplasma, por lo que no pasan a la descendencia. Ejemplo: Si a un perro se le corta el rabo, sus hijos siguen naciendo con rabo. EL DARWINISMO (Hickman, pg.14, Díaz, cap.1) Esta teoría propuesta por Darwin12 en su famosa obra “Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural” en 1859, resume varias ideas (teorías) de la evolución, compatibles entre sí. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA IDEA DE LA EVOLUCIÓN ORGÁNICA (Cap. 9 Hickman 10ª ed.) Charles Darwin, de religión ortodoxa, formación fijista o creacionista, y naturalista de vocación, comenzó estudios de medicina en la Universidad de Edimburgo que abandonó por los de teología en Cambridge. (Según el mismo manifiesta, “ Durante los tres años que pasé en Cambridge perdí mi tiempo, en lo que a estudios académicos se refiere, tan completamente como en Edimburgo o en la escuela”). (La expedición en el Beagle de Alan Moorehead. Ed.. del Serbal, 1969). Por consejo y recomendación de Henslow, su profesor de Botánica, se alistó como naturalista voluntario en a expedición del Beagle, que zarparía para elaborar las cartas de navegación de la costa oriental de Sudamérica, encargándose él de la geología, flora y fauna de dichas costas. Después de su viaje en el Beagle y el estudio de la flora y fauna de las Islas Galápagos, ante el gran número de formas diversas de seres vivos estaban impresionado por la gran diversidad y peculiaridad de su distribución. A principio del siglo XIX, Charles Lyell desarrollo y difundió en su libro Principles of Geology (1830-1833), el principio del uniformismo geológico, propuesto anteriormente por Hutton (como actualismo), en él postulaba que las montañas, valles, y otros rasgos físicos de la corteza terrestre se habían ido formando en largos periodos de procesos continuados de vulcanísmo, levantamiento, erosión, glaciación, semejantes a los que se puedan desarrollar en la época actual. Para Lyell, los procesos geológicos no se deben a catástrofes como el Diluvio. El cambio en la Tierra se debe a leyes naturales y se produce de manera lenta, gradual y continua a lo largo del tiempo geológico. Su principio básico es este: "los procesos naturales ordinarios actuales no difieren ni en tipo ni en magnitud de los que actuaron en el pasado. La edad de la Tierra debe ser muy antigua, ya que hay evidencias de procesos actuales extraordinariamente lentos". Esta idea del uniformismo (= actualismo), fue aplicada a la evolución del mundo biológico, y podría explicar el origen de las especies. Además se dedujo que la fecha de la creación de la Tierra era mucho mayor que los 4.004 años, que se calculaban por Bishop Usshe en 1650 mediante la suma de las edades de las generaciones propuestas en el Génesis. Kelvin(1824-1907) basándose en el enfriamiento de la Tierra, amplia la edad de la misma a 100x 10 6 años desde su formación, y de 20-40 x 106 años: La Tª permitiría la vida. (Origen del Sistema. Solar: 5.000x 10 6 años; 1 os Seres vivos: 3.500 x106 años. 1os Pluricelulares: 600 x106 años. Por lo que se disponía del tiempo necesario para explicar los lentos cambios orgánicos implicados en la selección natural. La situación estaba preparada para que se pusieran en orden las cosas y se propusiera la bien documentada teoría de la evolución (Fingerman, M. pg. 3) Lo mismo le sucedió a Alfred Russel Wallace, que estudiaba la flora y fauna de Malasia y las Islas Orientales. Tanto Darwin como Wallace, leyeron, por entretenimiento, el libro de Malthus (demógrafo): “On population”, en el que se mantenía que “las poblaciones crecían de forma exponencial, mientras que los alimentos lo hacían solo en forma geométrica,” lo que condujo a ambos a pensar que la evolución opera por medio de la selección natural. Ambos llegaron en 1858 y de forma independiente, a proponer una teoría aceptable respecto a la llamada selección natural, que explicaría los procesos en virtud de los cuales surgieron nuevas especies en la naturaleza.. Las bases de esta doctrina son las siguientes: 1) Las poblaciones poseen capacidad para aumentar su número a un ritmo enorme; 12 12 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. El concepto darwiniano de la evolución postula que “la actual diversidad de especies se ha originado por descendencia con modificación a partir de un origen común y que la selección natural es el principal cambio evolutivo que explica las adaptaciones de los organismos vivos. (A partir de entonces “la variación entre los individuos de una población” no se considera una imperfección, como establecía la mentalidad tipológica desde Aristóteles, si no la materia prima sobre la que actúa la selección.) TEORÍAS DARWINIANAS Según Ernst Mayr (Harvard), el darwinismo debe contemplarse como compuesto por cinco teorías. 1ª) El cambio perpetuo13: es la fundamental de las teorías, sobre la que se basan las demás. Sostiene que el mundo vivo no es ni constante ni sigue un ciclo perpetuo. Los organismos sufren transformaciones a través del tiempo y las generaciones. Frente a la teoría Fijista, de Linneo y Cuvier que mantenía que las especies eran INMUTABLES. (de creación Divina). 2º) El origen común14: todas las formas de vida descienden de un antecesor común a través del procesos de ramificación ( cladogénesis). 2) Que a pesar de esta capacidad, tienden a conservar un número relativamente constante de individuos, condujeron a la primera conclusión: como número potencial de individuos en una población no es inmutable, debe de existir una lucha por la supervivencia entre los miembros. 3) Los miembros de una población no son todos iguales, si no que muestran variaciones hereditarias; cabe decir que aquellos individuos portadores de variaciones favorables poseen una ventaja en cuanto a la competencia y sobrevivirán y transmitirán estos caracteres a sus descendientes. Darwin denominó a este proceso, y a las condiciones de la naturaleza que determinan qué individuos se hallan mejor dotados para sobrevivir y reproducirse, selección natural. (Término no muy afortunado). Otra forma de expresar la segunda deducción es que “la selección natural favorecerá la supervivencia en un ambiente determinado de un organismo que esté mejor adaptado que sus competidores.” Básicamente la selección natural es la reproducción diferencial de los individuos de una población. Aquellos individuos con caracteres hereditarios mejor adaptados al ambiente dejarán, en promedio, más descendientes que los que presentan caracteres menos adaptados. Por lo tanto existe una transmisión diferencial de generación a generación de los caracteres hereditarios más favorables. El cambio perpetuo está apoyado en el registro fósil que rechaza el origen reciente de todas las formas de vida y en el que se ve que a lo largo de un periodo de tiempo, las especies son reemplazadas unas por otras. Actualmente se considera el cambio perpetuo como un hecho científico. Esta idea se le ocurrió a Darwin leyendo a Lyell y su teoría sobre el uniformismo (actualismo). (Hutton). 14 De acuerdo con esta teoría del origen común, deberíamos de ser capaces de rastrear hacia el antepasado común, la genealogía de todas las especies modernas hasta que convergieran en linajes ancestrales, que compartieran con otras especies tanto vivas como extintas. Para reconstruir la filogenia y buscar el antepasado común se buscan caracteres semejantes = homologías. (Según Owen (1804-11892), es el mismo órgano en diferentes organismos, bajo todas las variedades de forma y función. (Esqueleto de las extremidades anteriores de los vertebrados). Las especies que tienen un antecesor común, relativamente reciente, comparten entre sí más características (=Homologías) (morfológicas, fisiológicas, etológicas), que los emparentados lejanamente. Y al revés, las especies con semejanzas morfológicas y fisiológicas se suponen emparentadas y que comparten un antecesor común. Las especies con diferencias indican que su antecesor común es más remoto. 13 13 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. Este árbol evolutivo ramificado se le conoce con el nombre de Filogenia que es la base de nuestra clasificación taxonómica. Esta teoría se opone tanto a las teorías teorías fijistas de Linneo y Cuvier, como a las evolucionistas predarwinianos que proponían múltiples orígenes para la vida, que originaron linajes independientes que cambiaban a través del tiempo en una evolución lineal: las (teorías transformistas : Lamark). Estudios comparados de animales de su morfología, estructura celular, DNA, macromoléculas, prueban esta comunidad de origen. Ejemplo: Órganos homólogos. Similitudes de origen y estructura entre órganos con funciones diferentes. Extremidades anteriores de los vertebrados cuadrúpedos. Gato, hombre, ballena y murciélago. La explicación radica en que han heredado esta estructura de un antepasado que ya la poseía. 3º) La multiplicación de las especies: las especies se dividen y transforman por el proceso evolutivo en otras nuevas que, generalmente, se diferencian por sus formas. Cuando se forma una nueva especie, pierde su capacidad de reproducirse con la que la originó. Ejemplo: La selección artificial de razas domésticas. 4º) El gradualismo: que establece que las grandes diferencias en los rasgos anatómicos se originan mediante la acumulación de cambios menores en larguísimos periodos de tiempo, ya que ,generalmente, los cambios drásticos suelen ser letales para la especie. Esta es una de las teorías más discutidas, pues aunque se sabe que la evolución gradual existe, no explica el origen de todas las diferencias estructurales existentes entre las especies. 5º) La Selección Natural: es la idea verdaderamente original de Darwin y Wallace y la teoría más famosa que se apoya en tres proposiciones: 1-Existe variación entre los organismos (anatómicos, fisiológicos y etológicos). 2-La variación es heredable (los hijos se parecen a los padres) 3-Los organismos con diferentes formas variantes producen distinto número de descendientes (en las siguientes generaciones). Las diferentes variantes de las poblaciones manifiestan capacidades diferentes para explotar el medio, lo que llamó, desafortunadamente, “lucha por la vida”, es decir “mayor probabilidad de dejar descendientes”. (Según las ideas del Malthus, debido a que las poblaciones se reproducen por encima de las posibilidades del ambiente y los que tuvieran caracteres que les permitieran cierta ventaja a la hora de encontrar alimento, pareja o huir de depredadores, se reproducirían más que los que no los presentaran). Puesto que los hijos se parecen a los padres, es de esperar que los caracteres responsables de la ventaja (genes) aumenten la frecuencia en la siguiente generación. Conclusión: La variante más eficaz dejará mayor descendencia y su frecuencia aumentará en la siguiente generación. 14 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. La selección natural explica por qué los animales están construidos según las demandas del entorno, por un fenómeno llamado adaptación que es el resultado de un proceso de acumulación de variaciones más favorables a través de largos periodos de tiempo evolutivo. TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCIÓN: NEODARWINISMO. El principal punto débil de la teoría de Darwin era su desconocimiento del mecanismo de la herencia15. Darwin explicaba la evolución a través de la herencia transmitida de padres a hijos, pero desconocía el mecanismo de transmisión, ya que no conocía la existencia de los genes. Él pensaba que los rasgos de los padres se mezclaban en la descendencia, explico la variación de la descendencia diciendo, con argumentos lamarckianos, que un organismo “podía alterar su herencia mediante el uso y desuso de las partes y a través de la influencia directa del entorno16”. A principios de los años 30 se produce un cambio en la concepción de la evolución, influido por el conocimiento de la genética mendeliana y de las mutaciones. Los nuevos genetistas de poblaciones estudiaban variaciones en poblaciones naturales de animales y plantas con sólidos conocimientos de estadística y matemáticas. Las teorías evolutivas tuvieron sus debilidades porque ni Darwin ni Wallace pudieron explicar cómo se habría producido la primera variación en una población de un animal determinado, y cómo se pudo transmitir esta variación a la generación inmediata, pues no se conocían las leyes de la herencia hasta que en 1866 Gregorio Mendel estableció las mismas a partir de sus experimentos con los guisantes de olor, y a éstas no se les reconoció su importancia hasta 1900. Por otra parte tampoco se conocía el proceso de la aparición natural y espontánea de mutaciones o cambios del material de la herencia, hasta que los experimentos realizados por Hugo de Vries en 1901 con Oenotera lamarckiana, aclaran que las mutaciones proporcionan el potencial para la aparición de la variación en generaciones futuras.Los genes fueron descubiertos por Gregor Mendel en 1866, en sus experimentos con los guisantes de olor, pero no se les dio importancia hasta 1900, cuando se emitió la TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA. (Hasta 1901, no se conocen las mutaciones descubiertas por Hugo de Vries) 15 "El Origen de las especies por la selección natural" Tomo 2º. Cap.XII: Afinidades, morfología, embriología. Pg. 181 .. " El asunto es saber, no a qué periodo de vida se produjo la variación, si no en qué periodo de esa vida se acusó con toda intensidad. La causa puede haber actuado aún antes de formarse el embrión, y yo creo que, generalmente, actúa así; debiéndose las variaciones a que los elementos sexuales masculino y femenino han resultado afectados por las condiciones a que uno cualquiera de sus generadores, el padre o la madre, o sus antecesores, estuvieron sometidos..".... Weissman niega la influencia del uso y desuso de los órganos y critica la herencia de caracteres adquiridos que Darwin empleó también). Las ideas darwinistas revisadas por Weissman (1883), se denomina neodarwinismo. Se utiliza este término para referirse a las teorías de Darwin a las que se ha incorporado la teoría cromosómica de la herencia. 16 15 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. La teoría de Darwin es revisada por Theodosius Dobzahansky, genética de poblaciones ( que estudia la evolución como cambio en la composición genética de las poblaciones), con aportaciones provenientes de otros campos como la Sistemática (Ernst Mayr) y la Paleontología (George Gaylord Simpson), desarrollándose una nueva y poderosa teoría conocida con el nombre de Teoría sintética de la evolución, donde se hermanaban, en un marco darwiniano, la genética de poblaciones, la paleontología, la biogeografía, la embriología la sistemática y la ecología. La Teoría Sintética17 explica que los cambios en las especies responden a una variación continua debido a las mutaciones, y no necesariamente a cambios pequeños (gradualistas) o bruscos (saltacionistas). La variación puede explicarse desde el punto de vista de la herencia mendeliana. La teoría sintética de la evolución actual se apoya en la teoría darwinista de la selección, en los conocimientos de la genética de poblaciones y del tratamiento matemático de la dinámica de poblaciones. . El término síntesis evolutiva designa un consenso erigido sobre dos conclusiones: 1- La evolución gradual de las especies se puede explicar mediante la aparición de pequeños cambios aleatorios (mutaciones) y su ulterior criba por la selección natural; 2- Todos los fenómenos evolutivos, incluidos la macroevolución y la especiación (proceso de aparición de nuevas especies) admiten una explicación a partir de estos mismos mecanismos genéticos. Hoy día no se habla de supervivencia de los individuos, sino de cambios en la frecuencia de los diversos genes de una población. 17 1) LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TEORÍA SINTÉTICA SON: Las poblaciones contienen variabilidad genética generada al azar. (variabilidad que no está relacionada, ni es causada, por las exigencias que el ambiente impone). 2) Las variaciones genéticas que suponen cambios bruscos, generalmente, son deletéreas. Las que producen ventajas selectivas suelen tener efectos fenotípicos pequeños, lo que hace que el cambio adaptativo sea gradual. 3) La diversificación se genera por especiación, o evolución gradual del aislamiento reproductivo entre poblaciones. 4) Con el tiempo los procesos de diversificación alcanzan magnitudes suficientes como para dar lugar a taxones de orden superior. A pesar de que existe un acuerdo general sobre los principales factores que intervienen en la evolución, no todos los biólogos coinciden en la importancia relativa de cada uno de los mismos. Así el aumento de frecuencia de los genes en una población, además de por la selección natural, que se admite que constituye un elemento fundamental, también se produce por flujo génico y por deriva génica. 16 ZOOLOGÍA 05 TEMA 1: LA ZOOLOGÍA EN EL CAMPO DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO. CUESTIONES. Para ayudarte a recordar, después de estudiar este tema, formula y responde las cuestiones que consideras importantes acerca de los contenidos del mismo. Hay más preguntas al final del tema 1 del Hickman. 1.-¿ Qué interés tiene para el hombre el estudio de los animales?. Cuáles son las diferencias entre los sistemas vivos y los inertes?. 2.- Cita 5 propiedades de los sistemas vivos. 3- Cómo podemos diferenciar una Animal de un Protoctista? Y de un Hongo?.¿ Cómo se organiza jerárquicamente los sistemas vivos?. 4.- En que se basa y que propone la clasificación de los seres vivos propuesta por Woesse? 5.-¿ Cómo se puede definir la Zoología? 6.- Según Mayr, ¿Cuáles son las cinco teorías de Darwin, acerca de la evolución?. 7.- Es el Lamarckismo una teoría evolutiva?. ¿En qué se basa?. Por qué es refutada?. 8.- ¿En que se diferencia la Evolución lineal de la evolución ramificada? 9.- ¿ Cómo actúa la Selección Natural en la evolución? 10. ¿Qué debilidades presenta la teoría Darviniana?. 11-¿ Qué diferencia existe entre el Darwinismo y el Neodarwinismo?. SIGUE PLANTEANDOTE PREGUNTAS SOBRE EL TEMA....