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Los Fósiles.

¿Qué es la paleontología?

La palabra paleontología proviene del griego y significa "vida antigua". Se refiere a antigua en relación a la edad de nuestro planeta. La Paleontología estudia las formas que poblaron la Tierra cuando las rocas estaban aún formándose (también lo están haciendo ahora).

La Paleontología estudia las formas vivientes en tiempos pretéritos, formas de vida primitivas, a partir de sus restos. Estos restos que son objeto de estudio de la Paleontología son los fósiles. En definitiva, la Paleontología es la ciencia que estudia los fósiles. La palabra fósil se usa para referirse a restos de organismos que vivieron en el pasado, y, en general, se acepta que estos fósiles han de tener una vida mínima de entre 20.000 y 25.000 millones de años.

Paleontología y geología.

La superficie terrestre ha ido cambiando a lo largo de los 4.500 millones de años que tiene. Señales de estos cambios se han preservado en las rocas existentes hoy, y los encargados de encontrar dichas señales son los geólogos.

Desde el momento en que la vida apareció, hace unos 3.600 millones de años, ya comenzó a dejar señales en las rocas. Las primeras formas de vida eran escasas y dejaban señales que sólo ocasionalmente se llegan a observar.

Con el paso de los miles de millones de años, los animales y plantas ya aparecieron. Estos organismos lograron desarrollar partes duras que se conservaron con mayor facilidad en las rocas sedimentarias.

¿Para qué sirve la Paleontología?

En Geología, los fósiles ayudan a calcular la edad de las rocas, indican variaciones en la superficie terrestre y proporcionan información importante acerca del movimiento de las rocas.

En Climatología, los fósiles ayudan a conocer procesos globales de cambios climáticos y aspectos locales de este.

En Ecología, se puede conocer el medio físico y biológico en que se desarrolló tal o cual especie. Ambientes y tipos de vida primitivos pueden ser desentrañados.

En Evolución, se obtiene información acerca de la edad de las especies y de las relaciones entre estas.

Historia de la paleontología.

En 1664, el estudiante danés Niels Steensen, más conocido por su nombre latinizado Nicolas Steno, trabajó en la isla de Malta.

Los comerciantes vendían unos amuletos que llamaba "piedras-lengua", que se encontraban por toda la isla. Steno había estudiado los tiburones y se dio cuenta de que los amuletos eran dientes de tiburón petrificados. Dedujo que Malta tuvo que haber estado bajo el mar y que las rocas que contenían los dientes debían de haber reposado en el fondo durante mucho tiempo.

Posteriormente postuló que las rocas más profundas se había formado antes que las más modernas, que se sitúan en superficie. Esta conclusión, aparentemente simple pero crucial, se conoce con el nombre de Principio de Superposición o ley de Steno. Más tarde, al integrase en la Iglesia (llegó a ser obispo) se desdijo y refutó su propia proposición.

El fin del siglo XVIII marcó el inicio de la Paleontología científica. El inglés William Smith (1769 - 1839), supervisor de canales y minas, sentó las bases de la estratigrafía, recuperando las ideas de Steno: el principio de superposición y el principio de continuidad.

El Principio de Continuidad viene a decir que estratos que contengan los mismos fósiles se han depositado en la misma época.

Estos principios, naturalmente, deben ser utilizados con reservas, ya que pueden darse circunstancias que alteren los materiales originales, como inversiones de estratos.

Los fósiles.

Los fósiles son restos de seres vivos que han vivido en el pasado. comprender cómo se formaron implica tener un conocimiento básico de la Tierra, de su edad y de sus procesos geológicos.

La edad de nuestro planeta fue desentrañada a lo largo de varios siglos. John Lightfoot, en 1664, se sirvió de la Biblia para calcular la edad de la Tierra, y estableción la fecha de us comienzo el 17 de Septiembre del año 3928 a. C., a las nueve de la mañana.

James Ussher, arzobispo en Irlanda, publicó sus propios cálculos en 1650. Usando genealogías y personajes bíblicos, estimó que la Tierra comenzó a existir el 23 de Octubre del 4004 a. C.

El naturalista francés Jean-Baptiste Lamarck (1744 - 1829) se dio cuenta de que la Tierra era mucho más antigua de lo que la Biblia daba a entender, y propuso antes que Darwin que los animales y plantas habían pasado gradualmente de unas formas a otras.

El geólogo escocés James Hutton dedujo que muchas de las rocas de su país se habían formado unas a partir de otras, mediante procesos de cambios graduales. Entendió que las rocas que él observaba debieron haberse formado en tiempos pasados, desde luego mucho superiores a 6000 años, mediante procesos de erosión, sedimentación, transporte, consolidación, ..., y decidió no limitar la edad de la Tierra.

El geólogo inglés Charles Lyell , en 1830, publicó una versión de la teoría de Hutton, que llamó Principio de Uniformismo, en la cual proponía que nuestro planeta había sido modelado en el pasado por procesos que aún actúan en el presente. Esta propuesta llevó a un gran avance de la Geología y la Paleontología.

William Smith, del que ya se ha hablado más arriba, observó que tipos de roca similares contenían fósiles similares. Trazó tablas relativas a los fósiles e introdujo el concepto de fósil guía, que dan una idea de la edad del material en que se encuentran.

Estos métodos de datación de fósiles a partir del estrato en que se encuentran se conocen como métodos relativos.

A partir de aquí, la ciencia paleontológica comenzó a desarrollarse con métodos más precisos de datación, que proporcionaban una idea de las edades de rocas y fósiles mucho más feacientes que la simple utilización de fósiles guía.

La datación absoluta.

El americano Willard Frank Libby (Nobel en 1960), descubrió en 1947 que una pequeña parte del dióxido de carbono atmosférico es radiactivo. Por desintegración, estos átomos de carbono, correspondientes al isótopo C14, estos átomos se convierten en átomos normales, no radiactivos, correspondientes a otros isótopos.

Este dióxido de carbono es absorbido por las plantas, que lo incorporan así a sus moléculas orgánicas. De ellas, pasa al resto de los organismos de las cadenas tróficas. De este modo, todos los seres vivos presentan una proporción constante entre el C14 y el carbono no radiactivo.

Sin embargo, al morir, este "reloj geológico" se pone en marcha: los átomos de carbono radiactivo dejan de ser asimilados y los que quedan comienzan a desintegrarse. Al cabo de 5.730 años, habrán desaparecido la mitad de los átomos de C14 originales; al cabo de otros 5.730 años, otra mitad habrá desaparecido, de modo que sólo quedarán la cuarta parte de los originales; y así, sucesivamente. A este espacio de tiempo se le llama período de semidesintegración o vida media.

Si un fósil sólo contiene la cuarta parte del C14 que le corresponde, su edad será 2 X 5.730 años, es decir, 11.460 años. Si sólo contiene 1/16 de la cantidad original, la edad será de 22.920 años. El carbono-14 se acaba transformando en nitrógeno-14.

El problema es que, cuando la radiactividad debida a este átomo es inferior al 1% de la original, el error en el cálculo de la edad es muy grande. Por esto, el método del carbono-14 es sólo válido para períodos inferiores a 70.000.

En realidad, esto no supone ningún problema, ya que se utilizan otros átomos radiactivos, siendo la base teórica la misma. Existen átomos con períodos de desintegración de 109 y 1010. Dentro de estos métodos, se utilizan el uranio-238 que se transmuta a plomo-206, para datar rocas, el potasio-40 que transmuta a argón-40 en unos 8.400 millones de años (por eso, es el más usado para datar fenómenos muy alejados en el tiempo, como los procesos de formación de rocas).

Con estos métodos, se ha calculado la edad de las rocas más antiguas conocidas de la Tierra, que es de casi 4.000 millones de años. Usando métodos radiactivos, se han atribuido a los meteoritos y a las más antiguas rocas lunares una edad de 4.600 millones de años, lo que nos puede dar una idea aproximada de la edad de nuestro planeta.

El proceso de mineralización.

Se dice que encontrar un fósil es como encontrar un insecto aplastado en la página de un libro. Se quiere decir que es un proceso poco común. La mayoría de las plantas y animales son devorados o se descomponen cuando mueren. Incluso las partes dura, como maderas, conchas, huesos, suelen romperse y sus productos son recilcados. Los factores ambientales también contribuyen a la destrucción de cualquier material biológico tras su muerte.

Los fósiles se encuentran en aquellas zonas con peores condiciones para la descomposición: ausencia de humedad, calor u oxigenación, o donde hay toxinas letales, presión o calor extremos.

Un lugar donde se pueden formar fósiles es el fondo marino. Allí, los restos de seres vivos son enterrados por sedimentos que los protegen de la descomposición. En tierra, la fosilización se duele dar cuando el organismo se entierra en arena seca y caliente o si los cuerpo van a parar a desembocaduras fluviales, lagos o lagunas, donde también serán recubiertos por sedimentos. Pueden, incluso, ser recubiertos por cenizas volcánicas o hundirse en pozos de alquitrán.

La permineralización. Tras el enterramiento, el sedimento que contiene los restos se hunde a medida que se acumulan los materiales sobre él. Lentamente se va consolidando y convirtiendo en roca. Los restos más duros, como los dientes, pueden mantener su estado original durante cientos de miles de años, pero las partes menos resistentes cambian lentamente.

Los materiales orgánicos desaparecen y los espacios que dejan son llenados por minerales que precipitan del agua que se filtra en la roca. Este proceso es el que se llama permineralización, es decir, algunos minerales propios de organismo original son reemplazados por otros nuevos que estaban disueltos en el agua circulante. el antiguo organismo se convierte, literalmente, en una roca.

En otros casos, el agua filtrada puede disolver los huesos, dejando un molde fósil, o bien llenar el molde con minerales, formando un contramolde. En el primer caso, se conserva la forma externa del organismo original (molde interno); en el otro caso, cuando el molde se rellena, se obtiene los que se llama contramolde fósil petrificado. El contramolde no presenta la estructura interna del organismo.

Muy raramente, un enterramiento puede preservar lo órganos internos, salvo que este sea muy rápido y con materiales muy finos. Se conocen impresiones de medusas varadas en la arena.

Las huellas fósiles son señales dejadas por los animales en vida o una vez que han muerto. Se incluyen aquí pistas, huellas, huevos, conchas, nidos y excrementos.

Algunos de los restos de fósiles más perfectos se han encontrado en el hielo y el alquitrán o incluidos en resinas de árboles. Estas resinas, acumuladas y enterradas por areniscas o arcillas, solidificaron en forma de ámbar.

Un lugar especialmente rico en ámbar fósil es La Toca, en la República Dominicana. Los mineros cavan margas (un tipo de rocas sedimentarias) de 40 millones de años y consiguen insectos, arañas y lagartijas, que muestran a la perfección cada detalle anatómico.

 Lo que normalmente fosiliza son las partes duras, como se mencionaba más arriba, pero pueden encontrarse fosilizadas semillas, esporas y granos de polen. El caso más famoso, quizás, de fósil es el del ave Archaeopteryx, en el que han permanecido la huellas de las plumas. En su momento, a finales del siglo XIX cuando fue descubierto el primero de ellos, Darwin ya había publicado "El origen de las especies", y este fósil resultaba ser el primer caso de "etapa" intermedia en la transformación de unas especies en otras.

Llenarse los oídos de mandíbulas.

El alegórico título no es del que esto escribe, sino el que da el paleontólogo Stephen Jay Gould a un ensayo incluido en su libro "Ocho Cerditos", en el que relata de qué modo se ha llegado a saber la sorprendente relación entre las mandíbulas de los antecesores de los reptiles y los huesos del oído de los mamíferos. Lo que sigue a continuación pretende ser un breve resumen de dicho capítulo.

Gould divide el asunto en dos puntos:

Para entender el origen de los huesos auditivos de los primero vertebrados terrestres, rimero hay que resolver el problema de transformar ondas de baja presión que se transportan por el aire en ondas del presión alta que se puedan propagar por los fluidos que se encuentran en el oído interno de los mamíferos. La solución está en conducir esas ondas desde el exterior por conductos cada vez más extrechos, hasta concentrar toda esa fuerza inicial en un punto muy pequeño, que resulta ser la llamada ventana oval, que comunica el estribo (el último hueso de la cadena de huesecillos y el hueso humano, perdón por el protagonismo, más pequeño) con el oído interno, en donde se encuentra la perilinfa. Se trata, en definita de un problema de fácil resolución física: la presión es una magnitud que depende directamente de la fuerza ejercida e inversamente de la superficie sobre la que se ejerce. Así, las vibraciones vienen transmitidas desde el tímpano hasta la ventana oval, a través de martillo, yunque y estribo.

Es sabido que los primeros peces, los amandibulados, no tenían mandibulas, pero lor primeros en tenerlas, las branquias estaban sujetas por un juego de huesos en cada hendidura branquial, cada juego con dos huesos que hacían de "visagra". Este visagra ya tiene cierto parecido con las mandíbulas superior e inferior de los vertebrados típicos. Las pruebas de esta homología son varias.

  1. El mesodermo, durante el estado embrionario, es la capa encargada de construir la mayor parte de los huesos. Pues bien, tanto las estructuras precursoras de la mandíbula como los arcfos branquiales se construyen a partir de la cresta neural de la cabeza en desarrollo.

  2. Ambas estructuras constan de una pieza superior y otra inferior, curvadas hacia adelante y articuladas en el centro.

  3. Los músculos que cierran la mandíbula son homólogos de los que comprimen las hendiduras branquiales.

El estribo, uno de los huesos de la cadena de huesecillos, es homólogo del hiomandibular de los peces, una pieza que sirve de soporte para la mandíbula con la caja craneana. Deriva de un hueso del arco branquial siguiente.

El registro fósil de huesos de este tipo es relativamente bueno, de modo que encontramos estribos de hace 360 millones de años, concretamente de Acanthostega. Y aquí entramos en una de las claves de l evolución. Si cada órgano tuviera una sola función, la evolución no diseñaría estructuras complejas y el planeta estaría poblado sólo por bacteria. Asi, los estribos de los primeros vertebrados terrestres podrían tener una función triple. Se trataba, a pesar de su apariencia actual, de un hueso denso y robusto, de modo que podría emplear una fucnión de unión. También tendría una función en la respiración y en la audición (por la estrcha relación entre este hueso y una parte del oído de aquellos vertebrados).

En palabras de Gould, "un hueso tan polifacético hierve de potencial evolutivo".

Cuando el cráneo perdió su movilidad y la caja craneana se soldó, el estribo ya no era necesario como elemento de soporte y utilizó su potencial evolutivo en dedicarse exclusivamente a la función auditiva.

La siguiente cuestión a resolver es la del origen de los huesos del oído medio mamiferiano. El martillo y el yunque, los otros dos huesos del oído medio, se convirtieron, como elementos del arco branquial situado delante del hiomandibular, en parte de la mandíbula de los primeros vertebrados, asumiendo el papel de conexión y articulación de las mandíbulas superior e inferior (papel que siguen ejerciendo en anfibios, reptiles y aves modernos).

El hueso cuadrado de la mandíbuls superior reptiliana se convirtió en el yunque, mientras que el articular de la inferior se transformó en el martillo. Esta transformación está muy bien documentada en el registro fósil.

Para más pruebas, resulta que durante el desarrollo embrionario de cualquier mamífero, observándose incluso antes de fromularse la teoría evolutiva, la progresiva transformación en el embrión de unas estructuras en otras: todos los huesos del oído derivan de los dos primeros juegos de huesos sustnetadores de los arcos branquiales: el martillo y el ynque dle primer arco, y el estribo del segundo arco (que forma el hiomandibular de los peces). La mandíbula inferior se forma a partir del cartílago de Meckel y el hueso mandibular se osifica alrededor de dicho cartílago.

El extremo posterior del cartílago de Meckel , que forma el extremo posterior de la mandíbula en el desarrollo embrionario del cerdo, se osifica y luego se separa para convertirse en el martillo del oído medio.

De nuevo en palabras de Gould, "cada mamífero recapitula, en el discurrir de su desarrollo embrionario, la ruta evolutiva que transformó los huesos mandibulares en huesos del oído". Incluso, en los mamíferos placentarios, el proceso ya está completo al nacer, pero cuando penetran en la bolsa marsupial, sus futuros huesos del oído todavía están unidos a la mandíbula y todavía se articulan. Los huesos se desprenderán de su ubicación, se desplazan hacia el oído y se forma la nueva articulación mandibular, todo en el marsupio.

El cromosoma Y.

Otra diana de los estudios de los antropólogos moleculares es el cromosoma Y, y también Cavalli-Sforza está concentrado en estas investigaciones. Este cromosoma pertenece al par de cromosomas sexuales de nuestra especie. Las mujeres poseen la pareja de cromosomas XX, ya que ambos son largos y del mismo tamaño, mientras que los hombre sólo poseen un X y otro Y, que es mucho más corto. Esta diferencia de tamaño tiene sus consecuencias; solamente un 1% (o menos) de este cromosoma recombina con su pareja (que sería el X), mientras qu el resto permanece inalterado, a excepción de los polimorfismos, por tanto, en la práctica, se puede decir que no recombina. Inicialmente, los polimorfismos en este cromosoma eran muy poco conocidos, pero con el avance supuesto por el Proyecto Genoma Humano y el SNP Consortium, ahora mismo se conocen muchos. Además, también se conocen muchas secuencias repetitivas, denominadas satélites, secuencias que se repiten un núimero de veces, por ejemplo, la pareja AC, siendo el número de repeticiones característico.

Por otra parte, el índice de mutación de este cromosoma es muy bajo y no afecta a la capacidad de los individuos para reproducirse, de modo que estas mutaciones se pueden utilizar para rastrear los descendientes de una concreta.

Por tanto, este cromosoma se ha hecho muy útil para concer la evolución de las poblaciones humanas y demostrar que las poblaciones actuales de Homo sapiens son producto de una sola migración procedente de África.

Por analogía con los estudios de ADN mitocondrial, en el caso del cromosoma Y se habla de Adán como del ancestro común de todos los cromosomas Y de la actualidad. Los primeros estudios de este tipo daban una edad de 150.000 para Adán, también poblador de África, dato concordante con la Eva mitocondrial. Pero los últimos dan una edad mucho más temprana, de unos 50.000 años. Quizá se deba a ese hecho que se va poniendo cada vez más de manifiesto, como es la circusntancia de que las mujeres son más "migradoras" que los hombres, ya que eran ella las que tenían más movilidad cuando se establecían nuevas relaciones de pareja entre miembros de diferentes clanes o tribus.

Estos datos ponen de manifiesto lo difícil que resulta deducir la evolución humana a partir de datos moleculares. Puede ser que se están comparando regiones del cromosoma con tasa de mutaicón no constantes o que estén sujetas a procesos selectivos que favorezcan ciertas combinaciones. De todos modos, combinando estos datos con los aportados por otras disciplinas, como la antropología y la paleontología, se da un consenso general en relación a que el hombre actual salió de África hace unos 100.000 años.

Los estudios del cromosoma Y también son útiles para conocer la colonización de Europa y los orígenes de sus lenguajes. Por ejemplo, el finlandés es único en el norte de Europa. Los estudios filológicos lo emparentan con las lenguas ugro-finesas, más que con las indoeuropeas. Sin embargo, los estudios genéticos demuestras que los finlandeses presentan una estrecha relación con el resto de los europeos, de modo que la conclusión es que solamente hubo una expansión del lenguaje por estas tierras. Recientemente, el Dr. Chris Tyler-Smith de la Universidad de Oxford, encontró un polimorfismo muy común en ciertas poblaciones asiáticas que también aparece en los finlandeses. Casi la mitad del cromosomas Y de los linajes finoparlantes es similar al de las poblaciones urálicoparlantes centro-asiáticas. Esto aporta una idea muy interesante: la transmisión del lenguaje dependería más de los padres que de las madres.

Otro caso estudiado es el de los vascos. Su lengua, el euskera, es muy diferente del resto de las lenguas románicas que lo rodean y no tiene un origen claro, aunque algunos datos apuntan al etrusco. Su cromosoma Y es también distinto al de las poblaciones colindantes, muy joven y difícil de encontrar en otras partes del mundo. Sin embargo, el linaje de este cromosoma es compartido en muy alta frecuencia con el de los catalanes. Esto aporta un evidente flujo genético entre vascos y catalanes desde el establecimiento de sus respectivas poblaciones, según el estudio, hace algunos miles de años. Estas relaciones del cromosoma Y de los vascos también se encontraron en Inglaterra, Francia, Alemanis y Sudamérica.

Información en español acerca de estos asuntos, de confianza, y que remite a otros sitios interesantes, se encuentra en la revista Biomedia. En uno de los artículos que se pueden encontrar allí, en una entrevista que se hace a Chris Tyler-Smith, este da su opinión acerca de los difícil que es determinar qué es una población, sobre todo en el caso humano: "la idea de qué es una población es algo que encuentro difícil de comprender; es muy fácil para un biólogo molecular estudiar linajes, como el linaje del DNA mitocondrial o el linaje del cromosoma Y, y por ellos se puede estudiar su historia de una manera bastante rigurosa; pero la idea de una población y de la historia de una población es un concepto que encuentro difícil de imaginar, porque los humanos no se dividen en grupos distintos de personas que no se mezclan. Si imaginamos diferentes especies de animales que no se entrecruzan, entonces podemos preguntarnos por la historia de la especie, algo que tiene un sentido. Pero si hablas de poblaciones humanas donde ha habido y hay migraciones y entrecruzamientos, entonces aquellos que forman hoy una población, pongamos por ejemplo los habitantes de Barcelona, no forman necesariamente una población común en absoluto, y si se pudieran seguir atrás en el tiempo, digamos unos diez mil años, los linajes de cada uno de ellos, entonces podríamos encontrar que se originaron en muy distintos lugares, ninguno necesariamente cercano a Barcelona". Me ha parecido conveniente transcribir estas palabras, pues tras leer los párrafos anteriores, alguien se puede sentir tentado a hablar de "poblaciones puras" o, lo que sería más desajustado, "raza pura". Es bien sabido que una de las peores tergiversaciones en que puede caer la ciencia genética es la del racismo científico. Nada más fácil para estas personas que acudir a la presunta pureza u homogeneidad de ciertos polimorfismos o población para aducir razones de diferenciación respecto de las poblaciones que no pertenezcan a ese territorio político.

El adn mitocondrial.

Las mitocondrias también nos ayudan a entender la evolución del hombre. Como ya deberíamos saber, se trata de orgánulos que aparecen en el citoplasma de todas las células eucariotas, es decir, de aquellas que poseen una membrana nuclear rodeando al material genético. La función de las mitocondrias es, fundamentalmente, el metabolismo respiratorio: en ellas la glucosa, y otros sustratos orgánicos, como otros azúcares y ácidos grasos, se oxidan totalmente para la obtención de energía química en forma de adenosín trifosfato (ATP), la molécula energéntica universal (da igual de qué organismo estemos hablando: siempre transformará algún compuesto orgánico para transferir la energía inherente de sus enlaces químicos al ATP). (Algo me dice que los "midiclorianos" de los que hablaba Liam Neeson en la "Amenaza Fantasma" no son, sino, mitocondrias; parecía ser que Anakin tenía bastantes).

La estructura de una mitocondria es increíblemente parecida a la de las bacterias aerobias, tanto en su morfología como en su fisiología. Su forma es alargada, con una doble membrana de bicapa lipídica. La membrana interna presenta numerosas invaginaciones dando lugar a las crestas. Lo que es el interior de la mitocondria, o matriz, junto con el espacio que queda entre las dos membranas, son localizaciones diferentes para distintas rutas oxidativas.

Pero esto no es lo que nos ocupa. Lo sorprendente de las mitocondrias es que poseen un genoma propio. Un genoma de doble hélice circular, como el de las bacterias, que se replica independientemente de cuándo lo haga el núcleo celular aunque, para su desgracia, precisa del concurso de algunos genes nucleares para poderse dividir totalmente. Esta semejanza con los procariotas (desde luego que podríamos entrar en muchos más detalles moleculares, pero nos vamos a ocupar de otra cosa) y su necesidad del núcleo celular llevó a que se propusiera la denominada hipótesis quimiosmótica, prácticamente demostrada mediante pruebas indirectas, que postula, que, en algún momento en el desarrollo de la vida, las bacterias respiratorias (o sus equivalentes ancestros) penetraron en el citoplasma de otras células y allí se quedaron en beneficio mutuo, a modo de simbiosis.

Aún a riesgo de salirnos un poco del tema que pretendo desarrollar más abajo, no está de más que repasemos algunas sorprendentes semejanzas de las mitocondrias (que también comparten los cloroplastos vegetales) para ver hasta qué punto se parecen estas a las bacterias (no debemos olvidar que la razón de esta web es explicar la evolución). Las mitocondrias posene sistemas genéticos completos: llevan a cabo la duplicación de su ADN, su transcripción y la síntesis de proteínas; sin embargo, la mayoría de las proteínas necesarias para estos procesos están codificadas en en genoma nuclear.

En cuanto a la síntesis de proteínas, el parecido de mitocondrias y cloroplastos con los organismos del reino procariotas es asombroso:

  • Sus ribosomas son muy similares (tanto en su estructura como en sus sensibilidad a antibióticos);

  • En cloroplastos y mitocondrias , la síntesis de proteínas comienza con una aminoácido denominado N-formilmetionina, al igual que las bacterias, y no con la metionina, como ocurre en eucariotas.

  • El ADN del clorolasto puede ser transcrito por la ARN polimerasa de E. coli

El genoma mitocondrial, conocido desde 1981, posee 16569 nucleótidos, correspondientes a 37 genes codificantes (no existen regiones no codificantes, otra semejanza con procariotas). Una característica muy interesante es que, en las mitocondrias, el código genético está ligeramente alterado: UGA, que sería el codón de terminación, lo leen como triptófano las mitocondrias de mamíferos, hongos y protozoos., pero es una señal de "stop" en plantas; el codón AGG, que normalmente codifica arginina, codifica "parada" en mitocondrias de mamíferos y serina en las de Drosophila.

¿Por qué esta excepción al código genético universal? Probablemente sea porque las mitocondrias codifican tan pocas proteínas que un cambio ocasional en un codón raro sea tolerable, mientras que un cambio de este tipo en un gran genoma puede alterara la función de muchas proteínas y destruir la célula.

Todas nuestras células poseen mitocondrias, y las reproductoras no iban a ser menos. Cuando una célula se divide, por ejemplo, para reemplazar las dérmicas que se van muriendo, la célula original se las arregla para que las dos células hijas presenten un número equivalente de orgánulos, incluidas las mitocondrias. Sin embargo, cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide ocurre un curioso fenómeno: la fusión de ambos se da de tal modo que, prácticamente, las mitocondrias presentes en el cigoto proceden, en exclusiva, del propio óvulo. Dicho de otro modo, el espermatozoide no aporta sus mitocondrias (en algunos casos se "cuela" alguna, pero con una frecuencia realmente despreciable).

Cada óvulo posee unas 100.000 mitocondrias, de modo que podemos preguntarnos cómo una mutación en una sola de ellas puede extenderse a toda la poblción. Esto se hace con un proceso denominado segregación replicativa: las células que se dividen dejan en herencia cada vez más mutantes, hasta que las mitocondrias no mutantes desaparecen.

Si unimos este fenómeno con el hecho de que la tasa de mutaciones de las mitocondrias es bien conocida y muy constante, en comparación con la del genoma nuclear, y que además no sufre de recombinación, tenemos una herramiente perfecta (¡no tanto!) para evaluar los antecesores de una mitocondria concreta o de un grupo de ellas ... siempre que ese humano sea una mujer, porque lo que se rastrea son las mitocondrias que sólo aporta el óvulo.Se trata, pues, de un reloj molecular óptimo.

Los genes experimentan mutaciones y estas mutaciones se pueden ver reflejadas en las proteínas que codifican. Se ha podido observar que en especies para las cuales se conoce el tiempo de separación en el árbol filogenético gracias a métodos paleontológicos, el número de aminoácidos diferentes en una misma proteína de las dos especies se puede correlacionar muy bien con el tiempo de separación. Algo similar ocurre con el ADN. En esto consisten los relojes moleculares.

Las mutaciones que sufre este ADN suelen ser neutras, de modo que la selección no las elimina y se pueden rastrear.

La idea es la siguiente: partiendo de un determinado número de genomas mitocondriales procedentes de personas de diferentes lugares del planeta, se van comparando y trazando semejanzas, realizando al tiempo una especie de "árbol genealógico mitocondrial" en el que, al final, se tendrá una sola mitocondría que sería de la que derivaron todas las demás. Muy importante lo que voy a decir a continuación: esto no significa que esta mitocondria (léase, la mujer que la portó) sea la progenitora de todos los linajes humanos, pues la gran mayoría se han extinguido; esta mujer sería la que, gracias al azar, dio lugar a esa genealogía descrita. El nombre que se la ha dado a esa mujer es el de Eva, de ahí el equívoco de considerarla la madre de todo el género humano.

Si aún no está claro, podemos intentar el siguiente ejercicio intelectual. Supongamos uina población con 100 madres, de modo que cadanueva generación tendrá 100 hijas; pero no todas las madres tienen hijas y, algunas, tiene más de una. Si no hay hija, esa línea materna se extingue, ocurriendo esto con todas las líneas tarde o temprano, hasta que quede una sola. Eva sería, en palabras de Allan C. Wilson y Rebecca L. Cann, "la feliz mujer cuyo linaje permanece".

Estos dos investigadores publicaron a principios de los años 90 los pirmeros estudios de este tipo. Trabajaron con 182 tipos distintos de ADN mitocondrial de 241 individuos, logrando hacer 27 linajes basados en el ADN mitocondrial. El árbol que construyeron constaba de dos ramas principales, africanos y no africanos, y, al final, ambas ramas conducían a individuos africanos. Por ejemplo, estimaron que las poblaciones de Nueva Guinea y Australia se fundaron hace entre 50 y 60.000 años. Los neoguineanos son, por ejemplo, un buen caso a tratar. Por el estudio de sus lenguas, extremadamente diversas para tratarse de una misma isla, se sospechaba que la colonización de esa isla no debió de ser única. Con el ADN mitocondrial se mostraron varias ramas dentro de los neoguineanos, lo que indicaba que el antepasado común de ambos no se encontraba en la isla, sino fuera de ella: problemente, varias "madres" diferentes con parentesco en Asia fundaron esa población. Esto demuestra que pobladores emparentados por una raza no tienen por qué estarlo en su ADN mitocondrial. Y también ocurre lo contrario: poblaciones hoy separadas y consideradas de grupos raciales diferentes, presentan marcadores de ADN mitocondrial comunes, como es el caso de algunos grupos de indios americanos con europeos y asiáticos.

Las conclusiones finales de este estudio publicado en 1991 fueron que la ancestra común vivió hace unos 150.000 a 180.000 años en África, de modo que la dispersión del género humano ha sido bastante reciente.

Estas conclusiones encajan con las paleontológicas: los paleontólogos suponen que la transición de hombres arcaicos a modernos an África ocurrió hace 130.000 años: hubo una primera migración hacia Asia y luego hacia Europa. El poblamiento de América es relativamente reciente, de unos 10.000 a 15.000 años.

Estudios más recientes, del año 2000, realizados por Svante Pääbo y otros, utilizaron no sólo una pequeña region del genoma mitocondrial, sino todo el genoma de la mitocondria de 53 individuos de diferentes regiones. La edad del más reciente ancestro común para el ADN mitondondrial resultó ser de 170.000 años, con un error de 50.000.

Biología molecular y evolución.

Como aparece en el epígrafe dedicado a las pruebas clásicas de la evolución, una de las que han aportado las nuevas ciencias (ya no tan nuevas) son las correspondientes a las semejanzas bioquímicas. Se pueden mencionar muchos ejemplos de proteínas, como la hemoglobina o los citocromos, con los que se trazan árboles genealógicos entre especies, y entre individuos de una especie, comparando proteínas que desempeñen la misma función. También se pueden comparar, con mayor fiabilidad, los mensajes que codifican a estas proteínas, es decir, sus genes. Sin ir más lejos, cuando ocurren epidemias bacterianas o víricas, se recurre a estudios de este tipo para conocer la filogenia que relaciona las difentes cepas infectivas y conocer cuál ha sido la primera cepa y dónde ocurrió la primera infección.

La antropología molecular fue prácticamente fundada por el investigador Luigi luca Cavalli-Sforza, en los años cincuenta, cuandos se trabajaba con polimorfismos de proteínas, los llamados isozimas, diferentes formas momleculares de una enzima, en lugar de con los polimorfismos de ADN. Fue uno de los fundadores del Human Genome Diversity Project para coordinar la recogida y análisis de muestras de ADN procedentes de diversos grupos étnicos del globo. Pero su idea cayó en embrollos éticos y políticos, y algunos grupos manifestaron su oposición a esta recogida, como la declaración de los Pueblos Indígenas del Hemisferio Oeste. Los participantes de HGDP han hecho un Propuesta de Protocolo Ético Modelo para la Recolección de Muestras de ADN, que te puedes leer en español, aunque, no he podido saber si ese protocolo está en uso o no.

Los Polimorfismos.

Los denominados polimorfismos de nucleótido único (SNPs o single nucleotide polymorphism) son otro objetivo importante de la biología molecular aplicada al estudio de la evolución. Se trata de puntos concretísimos de los genomas en los que un nucleótido puede ser diferente en varios individuos, dando lugar a caracteres diferentes, como el color de los ojos, de la piel, del pelo, la forma de la nariz, las forma en que metabolizamos sustancias, etc. Un buen ejemplo de SNP son los alelos de los grupos sanguíneos humanos.

El gen de los grupos sanguíneos consta de 1062 pares de bases, divididas en seis exones, en el cromosoma 9. Este gen codifica una enzima denominada galactosil transferasa que tiene la capacidad de añadir galactosa (un monosacárido) a una molécula, por ejemplo, una proteína. La diferencia entre el grupo A y el B es de siete pares de bases, de las que tres son neutras (no afectan al aminoácido codificado) y las otras cuatro son las que determinan la diferencia: en las posiciones 523, 700, 793 y 800 de este gen, las personas de grupo A poseen las letras C, G, C, G; las del grupo B, poseen G, A, A, C. Aún existen otras combinaciones, por ejemplo, algunas personas del grupo A tienen letras del grupo B y viceversa. En cuanto al grupo O, las personas que lo poseen sólo tiene un único cambio, pero en este caso no se trata de una sustitución, sino de una delección, es decir, de la ausencia de la letra 258, que deberíña ser una G. En estas personas, la lectura del ADN se desplaza una letra y el mensaje se cambia por completo y no se sintetiza esa enzima. En este caso, el efecto de este cambio en las personas de grupo O no tiene mayores consecuencias, aunque se ha encontrado una correlación con la resistencia a ciertas enfermedades.

Los genes presentan numerosas formas alélicas, de modo que los seres humanos nos diferenciamos unos de otros en, al menos, 400 nucleótidos (aunque puede que esta cifra se haya quedado corta). (¡OJO! No todas las diferencias genéticas se deben a SNP: estamos hablando de diferencias que afectan a un solo nucleótido, o a una pareja de bases nitrogenadas). Sin embargo, la mayoría de los SNP no producen efectos fenotípicos, ya que aparecen, generalmente, en regiones no codificantes del genoma (los denominados intrones), pero el interés que tienen se debe, sobre todo, a su relación con la predisposición a ciertas enfermedades y la susceptibilidad a algunas drogas. Algunos de estos SNP aparecen juntos en un cromosoma y provocan tendencia a la delección del cromosoma, un tipo de mutación cromosómica, provocando enfermedades. Ciertas personas comparten estos SNP y sirven para diagnosticar esa tendencia a la enfermedad. Las combinaciones concreta de polimorfismos en un cromosoma se denomina haplotipo.

Podemos tener cerca de 3 millones de estos SNP en nuestro genoma, de los que conocemos casi 1'5 millones; sólo 60.000 de estos aparecen en los exones o regiones codificantes. Existe una base de datos pública con todos estos polimorfismos, The SNP Consortium LTD, a la que también ha contribuido International Human Genome Sequencing Consortium.

En evolución, son buenos marcadores de la diversidad. Si seguimos un SNP concreto a través de diferentes grupos, podemos trazar la evolución y dispersión de las diferentes razas humanas. Se trata de observar "in situ" la variabilidad del genoma humano.

La existencia de polimorfismos genéticos nos lleva de nuevo a un tema que ya se ha tratado en otro documento, el relativo al debate entre seleccionistas y neutralistas. Recordamos que para la escuela seleccionista la mayoría de los polimorfismos genéticos tienen un valor adaptativo (en aquel documento no los llamábamos así todavía), es decir, que los diferentes alelos a que dan lugar los polimorofismos codifican proteínas con diferente efectividad. De esta manera, los polimorfismos se mantendrían en la población o no en función de su eficacia. El punto de vista neutralista defiende que la mayoría de los polimorfismos existentes en un alelo son neutros para la selección, es decir, que no provocan mayor beneficio ni perjuicio, no tienen valor adaptativo. Los neutralistas dicen que la evolución molecular es el resultado de la deriva genética al azar de alelos práticamente neutros. Así, las mutaciones ventajosas serían muy infrecuentes y a las no neutras les ocurriría lo mismo que a las deletéreas, es decir, se eliminarían por selección negativa.

A continuación, intentaré contar algunas interesantes cuestiones en relación a la biología molecular y la evolución. Los enlaces se abrirán en nuevas ventanas, y allí podrás navegar por ellos.

El ADN autosómico.

Para algunos investigadores, el problemas de todos estos estudios de polimorfismos es la recombinación, el hecho de que, en una fase de la formación de gametos, las parejas de cromosomas se fragmenten y les dé por intercambiarse trocitos de ADN. Así que plantean otros estudios y análisis más sofisticados. Uno de estos investigadores es Kenneth K. Kidd, de la Yale University School of Medicine. El Dr. Kidd mantiene una base de datos con más de 175 marcadores de 60 poblaciones, esta base de datos, accesible por internet, muestra los métodos y las conclusiones a las que llega utilizando los polimorfismos del ADN autosómico (es recomendable ver las imágenes): el hombre debió originarse en África entre hace 150.000 y 100.000 años, hace unos 100.000 años colonizó el sudoeste de Asia, y llegó, finalmente, al Pacífico hace unos 40.000 años (todo en fechas aJC).

 Kidd y sus colegas también demostraron que la variación de los cromosomas de las poblaciones africanas es mucho mayor que la de las poblaciones no africanas. Efectivamente, en África los genes ha tenido mucho tiempo para mezclarse por recombinación; el resto de los grupos humanos derivan de un número reducido de individuos y han dispuesto de mucho menos tiempo.

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