Biología (08) · Unidad 10 — Evolución
Evolución celular y metabólica
Las primeras células fueron procariotas heterótrofas que fermentaban sin oxígeno. Cuando el alimento escaseó, aparecieron los autótrofos; las cianobacterias, al romper agua en la fotosíntesis, llenaron la atmósfera de O₂. Con el oxígeno llegó la respiración aeróbica, mucho más rendidora, y más tarde la célula eucariota, con mitocondrias y cloroplastos de origen endosimbiótico.
La explicación
El problema: del caldo a los árboles
El tema 10.1 terminó con las primeras células: procariotas simples en un mar con moléculas orgánicas y una atmósfera sin oxígeno. Hoy hay plantas que fabrican su alimento con luz, animales que respiran oxígeno y células con núcleo y organelas. Este tema cuenta, en orden, cómo cambió el metabolismo (de dónde sacan energía las células) y la célula misma. Las dos historias están ligadas: cada cambio del metabolismo cambió el planeta, y cada cambio del planeta abrió una puerta nueva.
1. Las primeras células: heterótrofas y anaeróbicas
Las primeras células tomaban las moléculas orgánicas del caldo primitivo: eran heterótrofas. Y como no había O₂, las degradaban sin oxígeno, por fermentación. La pista de que fue así está en todas las células actuales: la glucólisis (tema 5.5) es igual en bacterias, plantas y animales, ocurre en el citosol, no usa oxígeno y no necesita ninguna organela. Es el camino metabólico más antiguo que compartimos.
La fermentación rinde poco: 2 ATP por glucosa.
2. Se acaba el caldo: aparecen los autótrofos
Las heterótrofas consumían moléculas que se formaban mucho más despacio de lo que ellas las gastaban. Tenían ventaja las células que pudieran fabricar su propia materia orgánica a partir de CO₂: los autótrofos. Algunos usaron la energía de reacciones químicas (quimiosíntesis); otros, la de la luz (fotosíntesis).
Las primeras fotosíntesis no liberaban oxígeno: usaban otras sustancias, como el sulfuro de hidrógeno (H₂S), como fuente de electrones. Algunas bacterias actuales todavía lo hacen.
3. Las cianobacterias y la revolución del oxígeno
Las cianobacterias empezaron a sacar los electrones del agua, que estaba en todas partes. Al romper el agua liberaban O₂ como residuo (tema 5.2). Durante mucho tiempo ese oxígeno se gastó en oxidar el hierro de los mares y las rocas; hace unos 2400 millones de años empezó a acumularse en la atmósfera.
· Fue tóxico para muchos anaerobios, que quedaron relegados a lugares sin O₂ (el fondo de los pantanos, el intestino).
· Con el O₂ se formó la capa de ozono (O₃), que filtra la radiación UV y, mucho después, permitió vivir en tierra firme.
· Terminó de cerrar la posibilidad de una nueva evolución química: el O₂ degrada las moléculas orgánicas sueltas.
· Abrió la puerta a la respiración aeróbica.
4. La respiración aeróbica
Algunas bacterias aprovecharon el O₂ como aceptor final de electrones: la respiración aeróbica (tema 5.6). Después de la glucólisis, el piruvato se oxida hasta CO₂ y los electrones bajan por una cadena hasta el oxígeno. El rendimiento es mucho mayor: los manuales actuales dan unos 30 a 32 ATP por glucosa (los clásicos, 36 a 38), contra 2 de la fermentación. Con la misma glucosa, muchísima más energía.
El orden importa: fermentación → fotosíntesis que libera O₂ → respiración aeróbica. La respiración no podía aparecer antes que el oxígeno que necesita.
5. La célula eucariota
Las células con núcleo aparecieron mucho después que las procariotas (según el método, entre 2000 y 1500 millones de años atrás). Dos procesos explican su organización:
Endosimbiosis (Lynn Margulis): una célula grande englobó bacterias aeróbicas sin digerirlas; con el tiempo se volvieron mitocondrias. Más tarde, algunos linajes englobaron cianobacterias, que se volvieron cloroplastos (tema 5.7). Pruebas: doble membrana, ADN circular propio, ribosomas de tipo bacteriano, división por fisión.
Las mitocondrias vinieron primero: están en casi todos los eucariotas, mientras que los cloroplastos sólo en algas y plantas. Más tarde aparecieron los organismos multicelulares, con células que se reparten el trabajo.
Cómo reconocerlo
2. Si necesita O₂ (respiración aeróbica), es posterior a la fotosíntesis de las cianobacterias.
3. Si la pregunta es por organelas con doble membrana y ADN propio, la respuesta es endosimbiosis.
4. En una línea de tiempo: Tierra → primeras células → fotosíntesis con O₂ → O₂ en la atmósfera → eucariotas → multicelulares.
Ordená estos procesos según su aparición en la historia de la vida y justificá cada paso: respiración aeróbica, fermentación, fotosíntesis que libera oxígeno, endosimbiosis de una cianobacteria.
El criterio: cada proceso necesita algo que el anterior dejó.
2. Fotosíntesis que libera oxígeno. Con el caldo agotado, ganaron los autótrofos. Las cianobacterias rompieron agua y liberaron O₂, que se fue acumulando en la atmósfera.
3. Respiración aeróbica. Necesita O₂ como aceptor final de electrones: no podía aparecer antes que el oxígeno. Da mucha más energía por glucosa que la fermentación.
4. Endosimbiosis de una cianobacteria. Un eucariota (que ya tenía mitocondrias, otra endosimbiosis anterior) englobó una cianobacteria que se volvió cloroplasto. Necesita que existan las cianobacterias y las células eucariotas.
Cómo controlarlo: cada paso usa algo del anterior: el O₂ viene de la fotosíntesis; la mitocondria es una bacteria aeróbica; el cloroplasto, una cianobacteria. Si en tu orden algo aparece antes que lo que necesita, el orden está mal.
Dónde se pierde el punto: en poner la fotosíntesis primero «porque las plantas son la base de todo». Antes de los autótrofos hubo heterótrofos que vivieron del caldo.
Algunos libros dicen que la aparición del oxígeno fue «la primera gran crisis ambiental» de la Tierra. ¿En qué sentido fue una crisis, y en qué sentido una oportunidad?
Fue una crisis para los organismos que vivían sin oxígeno. El O₂ es muy reactivo: oxida moléculas de la célula y forma compuestos dañinos. Los anaerobios estrictos no tenían cómo defenderse, y quedaron confinados a ambientes sin oxígeno, donde todavía viven: sedimentos, pantanos, el intestino de los animales.
· La respiración aeróbica: con O₂ como aceptor final de electrones, una glucosa rinde mucha más energía que fermentándola.
· La capa de ozono: el O₂ en la alta atmósfera forma O₃, que filtra la radiación UV. Sin esa protección, la vida en tierra firme no habría sido posible.
· Los eucariotas aerobios: las mitocondrias son descendientes de bacterias que respiraban oxígeno. Sin O₂, no habría habido mitocondrias, ni la energía que necesitan las células grandes y los organismos multicelulares.
La idea de fondo: los seres vivos no sólo se adaptan al ambiente: también lo cambian. La atmósfera de hoy es, en buena parte, obra de las cianobacterias.
Dónde se cae la mayoría
- Poner la respiración aeróbica antes que la fotosíntesis. Necesita el O₂ que liberaron las cianobacterias.
- Creer que el O₂ de la fotosíntesis sale del CO₂. Sale de la ruptura del agua.
- Pensar que las primeras células fabricaban su alimento. Eran heterótrofas: tomaban las moléculas del caldo.
- Decir que las mitocondrias aparecieron después que los cloroplastos. Casi todos los eucariotas tienen mitocondrias; sólo algas y plantas tienen cloroplastos.
- Pensar que el oxígeno fue bueno para todos. Para los anaerobios estrictos fue tóxico.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar Evolución celular y metabólica →Dónde entra este tema en el parcial
- Segundo parcial — La sala de evolución del museo15 puntos · resuelto paso a paso
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