5.1. El árbol de la vida

La diversidad de formas de vida en la Tierra es enorme. Una expedición naturalista alrededor del planeta descubriría que, entre muchas otras especies, hay monos y simios en los densos bosques lluviosos de África; leones, antílopes, cebras, jirafas, avestruces y elefantes en la sabana del Serengueti; alces y renos en los bosques de coníferas en Escandinavia; cobras y tigres de Bengala en la India; koalas entre los eucaliptos asiáticos; canguros en las planicies australianas; camellos y cactáceas en el desierto del Sahara; cóndores en los Andes; osos polares en el Ártico; pingüinos en el Antártico; gaviotas y palmeras en las playas cálidas; peces multicolores en los arrecifes de coral del Mar Caribe; tiburones, delfines y ballenas en los océanos; pirañas en el río Amazonas; mosquitos y otros insectos entre la hojarasca húmeda; microorganismos en los suelos, en el agua y en las profundidades del dorsal del Atlántico… Que diversas especies vegetales y animales son preservadas y exhibidas en jardines botánicos, invernaderos, acuarios, zoológicos, parques nacionales y reservas ecológicas; que diversas especies de cereales, leguminosas, hortalizas, especias, flores, frutos y otros vegetales, así como caballos, vacas, borregos, puercos, gallinas, pájaros, perros, gatos, ratones y otros animales, han sido domesticados y forman parte de la cultura humana.

Biodiversidad es la diversidad de formas de vida en la Tierra.

Por los diferentes niveles de organización en biología, el concepto de biodiversidad comúnmente se extiende a la diversidad total de genes, especies y ecosistemas del planeta.

5.1.1. Biodiversidad, un producto de millones de años de evolución

Las condiciones ambientales cambian a través del tiempo. El relieve de la corteza terrestre se modifica. Surgen cadenas de montañas y de volcanes, se extienden los valles y se abren grietas capaces de partir continentes, mientras que el fondo del océano se expande.

Las formas de vida se han transformado siempre que han enfrentado cambios ambientales, y estas transformaciones biológicas han quedado registradas en los estratos rocosos. El registro fósil descubierto en rocas sedimentarias permite reconstruir parcialmente la historia de la vida en la Tierra. Es una historia natural que se ha complementado con datos obtenidos directamente de organismos vivos, que son una fuente más abundante y menos fragmentaria de información que los fósiles.

La evolución de los seres vivos también ha quedado codificada en el genoma de cada especie. La genómica y la proteómica están resolviendo con precisión las relaciones evolutivas entre diferentes especies.

La compleja biodiversidad contemporánea en la Tierra es el resultado de millones de años de evolución.

La sistemática es el estudio de la biodiversidad en la Tierra, como un producto de millones de años de evolución.

5.1.1.1. Era Azoica

La Tierra se formó hace aproximadamente 4570 Ma (Megaannum, millones de años). Se piensa que las primeras moléculas de ARN autorreplicantes pudieron haber evolucionado en la Tierra hace 4000 Ma.

5.1.1.2. Era Arqueozoica

El origen de la vida en la Tierra está ubicado cronológicamente. Hace 3800 Ma, la creciente complejidad química del medio dio origen a las células procarióticas: bacterias y arqueas.

5.1.1.3. Era Proterozoica

Hace aproximadamente 1800 Ma, de las células procarióticas evolucionaron las células eucarióticas, las cuales a través del tiempo fueron capaces de originar organismos multicelulares.

Las células eucarióticas con cloroplastos dieron origen a las primeras algas marinas; y las células eucarióticas sin cloroplastos, a los animales invertebrados más simples: las esponjas

5.1.1.4. Era Paleozoica

En el mar surgieron pequeños invertebrados formadores de colonias, en las que cada miembro secretaba un esqueleto duro de carbonato de calcio. A través del tiempo, estas colonias habrían de formar gigantescos arrecifes de coral.

Hace 500 Ma surgieron los primeros animales vertebrados: los peces, que habrían de colonizar los océanos, mares, lagos y ríos del planeta, además de evolucionar a los animales vertebrados terrestres.

Todas las plantas actuales evolucionaron de algas marinas ancestrales que se adaptaron primero al agua dulce y después a la tierra firme, un ambiente abundante en luz, aire y minerales, pero escaso en agua. Inicialmente desarrollaron rizoides para absorción de agua y nutrimentos del suelo, cutícula para retención de agua en la planta, y estomas en el envés de las hojas para intercambio de gases sin desecarse en el proceso. Algunas adaptaciones posteriores como vasos, semillas, flores y frutos son exclusivas de grupos específicos de plantas, expresamente:

Briofitas. Antigüedad: 400 Ma. Son plantas pequeñas:

  • sin vasos
  • sin semillas, sin flores ni frutos
  • dependen del agua para reproducirse

Por ejemplo: hepáticas, musgos y antoceros.

Pteridofitas. Antigüedad: 354 Ma. Son plantas:

  • con vasos
  • sin semillas, sin flores ni frutos
  • dependen del agua para reproducirse

Por ejemplo: helechos, licopodios y colas de caballo.

Gimnospermas. Antigüedad: 286 Ma. Son plantas:

  • con vasos
  • con semillas, pero sin flores ni frutos
  • plenamente adaptadas para reproducirse en tierra firme

Por ejemplo: coníferas, cicadáceas, ginkgos y gnetofitas.

Las plantas terrestres representaron una fuente potencial de alimento para otros organismos. Los hongos acuáticos que ya se alimentaban de plantas acuáticas, se adaptaron a vivir en suelos húmedos como organismos sésiles capaces de degradar químicamente a la materia orgánica.

Los primeros animales en adaptarse a vivir en la tierra fueron los artrópodos, tales como insectos, arañas y cangrejos. Evolucionaron de los crustáceos, organismos marinos que ya poseían una cubierta dura, como el caparazón de una langosta o de un camarón. Una adaptación principal al ambiente terrestre fue el desarrollo de tráqueas para respiración aérea.

Hace 350 Ma, los anfibios evolucionaron de peces que poseían aletas lobulares, las cuales utilizaban para arrastrarse sobre el fondo de aguas someras, además de una vejiga natatoria que al llenarse de aire funcionaba como saco pulmonar. Los anfibios desarrollaron mejoras en sus patas y pulmones rudimentarios, pero aún respiran parcialmente a través de la piel húmeda y su reproducción sigue dependiendo del agua. La metamorfosis de renacuajo a rana es un vestigio de esa transición evolutiva. El término “anfibio” deriva de los vocablos griegos amphi y bios, que significan doble vida. Los insectos siguen siendo alimento de los anfibios.

Hace 286 Ma, simultáneamente a la evolución de las coníferas, de un grupo de anfibios evolucionaron los reptiles, cuyas adaptaciones principales al ambiente terrestre fueron:

  • fecundación interna;
  • huevos con provisión de agua y cascarón impermeable;
  • piel escamosa impermeable para conservación corporal de agua;
  • pulmones capaces de suministrar oxígeno del aire en cantidad suficiente para realizar actividad física intensa.

Los reptiles fueron los primeros animales vertebrados plenamente adaptados a la vida terrestre.

5.1.1.5. Era Mesozoica

Al inicio de la Era Mesozoica, de un grupo de reptiles evolucionaron los primeros mamíferos. Eran pequeños, probablemente vivían en los árboles y realizaban sus actividades principalmente de noche

Hace 230 Ma, la diversificación de los reptiles dio origen a los dinosaurios. Hay más de mil especies identificadas de dinosaurios, cuyos restos fósiles han sido desenterrados en todos los continentes del planeta. Los esqueletos de dinosaurios comúnmente cautivan la atención del público en los museos de historia natural de todo el mundo.

El dinosaurio herbívoro Brachiosaurus brancai ocupa una gran parte de la sala por su tamaño superior a 20 m de largo, el Tyrannosaurus rex y el Velociraptor mongoliensis exhiben la morfología altamente especializada de depredadores carnívoros, y Archaeopteryx lithographica muestra en sus alas desplegadas la transición evolutiva de reptiles a aves.

Hace 150 Ma, de un grupo de dinosaurios raptores evolucionaron las aves. Un raptor es un depredador carnívoro que caza para alimentarse, usando principalmente las garras de sus patas, como el Velociraptor. Una especie clave en la reconstrucción de esta transición evolutiva es precisamente el dinosaurio emplumado Archaeopteryx lithographica. Todas las aves conservan numerosas características reptilianas, como anidación, oviparidad y piel escamosa en sus patas con garras, siendo sus principales adaptaciones modificaciones corporales para volar, como plumas largas en miembros anteriores y aligeramiento corporal. Las aves son raptores evolucionados; en consecuencia, no todos los dinosaurios se extinguieron.

Hace 140 millones de años, de las coníferas evolucionaron las plantas más diversas y complejas: las angiospermas.

Angiospermas. Antigüedad: 140 Ma. Son plantas:

  • con vasos
  • con hojas anchas, semillas, flores y frutos
  • plenamente adaptadas para reproducirse en tierra firme

Por ejemplo: trigo, maíz, arroz, zanahoria, jitomate, rosal, tulipán, girasol,

manzano, durazno, piña, plátano, etcétera.

La dispersión de semillas por diversos medios resultó en la extensa distribución vegetal por todo el planeta.

Teoría de la colisión del asteroide

En 1980, Walter Álvarez (1911-1988) propuso que hace 65.5 Ma la colisión de un asteroide de 5-15 km de largo al Norte de la península de Yucatán, el cual creó el cráter Chicxulub de 170 km de diámetro y dejó rastros de iridio como prueba del impacto, pudo haber causado la extinción en masa de muy diversas formas de vida en la Tierra, entre ellas la mayoría de los dinosaurios.

5.1.1.6. Era Cenozoica

Al extinguirse la mayoría de los dinosaurios, comenzó la extensa diversificación de los mamíferos.

El término “mamífero” refiere glándulas mamarias productoras de leche, que las hembras poseen para alimentar a sus crías. Más trascendente aún, tanto en hembras como en machos, el supremo desarrollo evolutivo de todos los mamíferos es la neocorteza cerebral.

El ratón, el murciélago, la ballena, el delfín, el oso, el coyote, el chimpancé, el ser humano y por lo menos otras 5400 especies son mamíferos. El mamut y el tigre dientes de sable, actualmente extintos, eran mamíferos.

La neocorteza está asociada, entre otras funciones, con el procesamiento secuencial de información, el aprendizaje por experiencia y la memoria, las cuales resultan en comportamientos complejos no observados en peces, anfibios, reptiles ni aves. Por ejemplo, si al ser perseguido por un gato, un ratón se mete en un zapato para ocultarse, aun cuando el ratón ya no esté a la vista, el gato puede deducir que el ratón está dentro del zapato y atraparlo de un zarpazo. A su vez, para sobrevivir, el ratón aprende a esconderse fuera de la vista y del alcance de las garras del gato, y recuerda tanto el momento más oportuno como la mejor ruta de escape. Por su capacidad para procesar información, el ser humano ha destacado sobre todas las especies del planeta. Algunas funciones del cerebro humano fueron descritas en la sección 1.1.


Cuestionario de repaso

1. Es la diversidad de formas de vida en la Tierra:

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2. Es el campo de la biología que estudia la biodiversidad en la Tierra como un producto de millones de años de evolución:

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3. La Tierra se formó hace aproximadamente 4 570 millones de años. Se piensa que las primeras moléculas de ARN autorreplicante pudieron haber evolucionado en la Tierra hace 4 000 millones de años.

¿A qué Era corresponden estas antigüedades en la escala de tiempo geológico?

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4. Hace 3 800 millones de años, la creciente complejidad química del medio dio origen a las células procarióticas. ¿En qué Era ocurrió el origen de la vida en la Tierra?

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5. ¿En qué Era tuvieron su origen evolutivo las células eucarióticas, de las cuales surgieron las algas marinas y las esponjas?

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6. ¿En qué Era surgieron evolutivamente los peces, los anfibios, los reptiles, los insectos, los hongos y las plantas terrestres con semillas?

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7. ¿En qué Era tuvieron su origen evolutivo los dinosaurios, las aves y las plantas con semillas, flores y frutos?

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8. ¿En qué Era en la escala del tiempo geológico tuvo su origen evolutivo el Homo sapiens?

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9. Las angiospermas se caracterizan por:

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10. Los siguientes animales son mamíferos, excepto:

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11. Los primeros mamíferos evolucionaron de:

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