LA EDICIÓN GENÉTICA DE PLANTAS

Los CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats o repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas) se producen en el genoma de las bacterias. El español Francis Mojica fue el primero en estudiar secuencias CRISPR en un organismo extremófilo con tolerancia extrema a la sal (Haloferax maditerrani) y quien puso este nombre. Las secuencias palindrómicas están separadas por otro material genético que resulta que procede de virus. Después se vió que las bacterias con este sistema CRISPR presentan cerca de ellos unos genes que se denominaron cas. El CRISPR es una región del genoma de las bacterias que actúa como mecanismo inmunitario contra los virus (bacteriógagos), es decir, las que sobreviven al ataque guardan información del agresor. El sistema CRISPR de la bacteria integra ADN vírico entre las secuencias repetidas del ADN bacteriano y produce ARN complementario del ADN vírico y lo ensambla con proteínas cas. Si un virus intenta infectar de nuevo la bacteria con este ADN, el ARN reconoce el genoma del virus y las proteínas cas lo cortan para que no vuelva a causar daños. La bacteria identifica los genes indeseables gracias a la información ya almacenada y esta memoria le permite destruir al virus. Si un virus intenta infectar de nuevo la célula produce ARN complementario del ADN vírico y lo ensambla con proteíanas Cas. Cas9 es una endocuncleasa asociada a CRISPR que actúa como una tijeras moleculares que cortan y editan o corrigen el ADN asociado a una enfermedad. Un ARN guía dirige esas tijeras moleculares Cas9 al lugar exacto de la mutación. Después, los mecanismos celulares adicionales y el ADN añadido de forma exógena usarán la maquinaria d ela célula para reparar específicamente el ADN. El descubrimiento pasó muchos años con un perfil bajo hasta que en 2012 se verificó que este sistema bacteriano poía servir para editar ADN genómico.Las investigadoras Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier descubriero que Cas9 se completa perfectamente con una secuencia que podía diseñarse a medida como ARN guía para localizar un lugar particular del genoma, lo que les ha valido el premio Nobel de Medicina.

En la variante más simple se inyecta en la célula ARN que codifica la proteían Cas9 y una secuencia de reconocimiento. La célula usa el ARN para sintetizar la proteían Cas9 que corta el ADN de docble cadena donde le diga el fragmento asociado de ARN. Dado que se puede sintetizar artificialmente cualquier secuencia de ARN, tal combinación permite cortar cualquier genoma en cualquier lugar. La tecnología CRSPR nos permite editar el ADN del propio organismo. Esto puede suponer una ventaja para enfermedades hereditarias que son debidas a cambios mínimos en la secuencia de un gen pudiendo reemplazar el ADN alterado por el correcto. Este sistema tiene inconvenientes. Uno de ellos es que las tijeras genéticas sona deucadas para ahcer un corte en el ADN pero para incorporar nuevo material genético hay que confiar en la célula. Además, CRISPR/Cas9 no corta en tosos los sitios del sistema y además existe la psoibilidad de que corte otras secuencias parecidas a las que queremos cortar.

Poscard sobre Flipped Classroom

LA EVOLUCIÓN HUMANA

Pincha aquí para estudia la evolución humana.

¿QUÉ ES LA VIDA?

LA ESPECIACIÓN

Se llama especiación al proceso de aparición de una nueva especie.
Una especie es un conjunto de poblaciones que se reproducen entre sí y tienen descendencia fértil.
La mula es un híbrido de caballo y burra. Los mulos no son fértiles.

 Las distintas razas de perros no son especies diferentes. Se pueden cruzar entre sí.

Las especies se nombran con la nomenclatura binomial ideada por Linneo. Se usan dos palabras, una para el género y otra para la especie. Así el gorrión (nombre vulgar) sería Passer domesticus.

La condición fundamental para que tenga lugar la especiación es el aislamiento reproductivo entre la especie original y la nueva especie.
 Hay dos tipos de especiación:

-Especiación alopátrica: supone la existencia de una barrera geográfica (mar, desierto, montaña) que separa en dos poblaciones a la especie original durante un largo período de tiempo durante el cual las dos poblaciones acumulan cambios que hacen que no sea posible el cruzamiento entre ambas.

Un ejemplo de este tipo de especiación puede ser la formación del istmo de Panamá, hace 3 millones de años. Esta barrera separó las especies acuáticas del Pacífico y el Atlántico. Las langostas del género Alpheus evolucionaron originado siete especies muy relacionadas en cada lado del istmo.

-Especiación simpátrica: es aquella en la que no intervienen barreras geográficas. Estos mecanismos pueden ser precigóticos y postcigóticos según que impidan la fecundación o se produzcan después de ella.

Entre los precigóticos están:

- De tipo mecánico: incompatibilidad de los órganos reproductores o de los gametos que impiden la fecundación. El pétalo de la Salvia negra sólo permite que se posen abejas pequeñas. Las abejas grandes sólo se pueden posar en las flores de la Salvia blanca. Esto hace imposible la polinización cruzada.
- De tipo gamético: los gametos son incompatibles.

-De tipo ecológico: las poblaciones viven en hábitats diferentes con distintas condiciones de humedad, luz, temperatura, etc dentro de un mismo ecosistema. Así, las ranas arborícolas se aparean en estanques temporales y las ranas toro lo hacen en estanques mayores y permanentes.

-De tipo etológico: las dos poblaciones muestran comportamientos de cortejo, atracción, hábitos de vida (nocturna o diurna), etc muy distintos.

Entre los postcigóticos están:

- Inviabilidad de los híbridos: los cigotos híbridos no llegan a desarollarse o no alcanzan la madurez sexual.

- Esterilidad de los híbridos: los híbridos no producen gamentos funcionales. Es el caso de la mula, híbrido del caballo y la burra.
- Degradación de la segunda generación: la descendencia de los híbridos es estéril o poco viable.

LA POLIPLOIDÍA
La poliploidía o aparición de conjuntos adicionales de cromosomas dentro de una especie es un mecanismo común entre vegetales como trigo, maíz, tomate, manzanas, etc.
Los poliploides pueden surgir también del cruzamiento entre especies diferentes. Los híbridos resultantes se llaman alopoliploides.
La alopoliploidía es un factor muy importante en la evolución de las plantas con flor y explica la gran diversidad de plantas en la actualidad ya que permite la aparición de una nueva especie en una generación.
La primera especie conseguida en el laboratorio fue por el cruce de Nicotiana tabacum (diploide de 48 cromosomas) y Nicotiana glutinosa (diploide de 24 cromosomas). El híbrido que se produce es estéril pero podía crecer y multiplicarse de forma vegetativa y ocasionalmente se producía una duplicación de sus cromosomas que daba lugar a un alopoliploide fértil. Así se logró en una sola generación una nueva especie de 72 cromosomas, Nicotiana digluta, que sólo era fértil al cruzarse con ella misma.

 

TAREAS

1. Relaciona los conceptos con sus definiciones:

2. Busca en el diccionario el término "endemismo" e intenta explicar por qué son tan abundantes en islas como Canarias o Hawai.

3. El organismo Archeopteryx vivió hace 150 millones de años. Tenía los huesos sólidos y su cuerpo estaba cubierto de plumas aunque se cree que no era buen volador. Tenía dientes y garras.

       Observa el dibujo y responde:

      a) ¿Entre qué grupos de animales parece tener características intermedias este organismo extinguido?

      b) ¿Qué prueba a favor de la evolución se considera este organismo?

4. El apéndice vermiforme es una estructura del intestino grueso. Su inflamación se conoce como apendicitis. Se considera que el apéndice es un resto de nuestro pasado herbívoro.

Busca información sobre la función del apéndice.

Intenta dar una explicación de la presencia del apéndice según la teoría de Lamarck usando los términos desuso, heredable, transformación.

¿Conoces algunos ejemplos más de órganos vestigiales en la anatomía de los humanos?

     

5. Clasifica las siguientes pruebas evolutivas en paleontológicas, moleculares, embriológicas, anatómicas y geográficas:

a) cola en embriones de los vertebrados.

b) uniformidad de las rutas metabólicas.

c) establecimiento de la línea evolutiva del caballo.

d) las diferentes funciones de las extremidades de los vertebrados.

e) la existencia de Archeopteryx.

f) la misma función realizada por diferentes estructuras

g) especies emparentadas encontradas en distintos continentes.

6.Lamarck en un capítulo de "Filosofía zoológica", obra en la que expone su teoría evolutiva, explica así el origen de los tentáculos del caracol:

"...El caracol siente la necesidad de tocar los objetos y este impulso lleva a los fluidos y las fuerzas al lugar de la cabeza con el cual puede tocar; estas regiones crecen más rápidamente, esa capacidad se transmite a sus descendientes y cada generación la perfecciona, y de ahí los tentáculos del caracol..."

Explica qué ideas de la teoría de Lamarck se reflejan en el texto.

7. Completa el siguiente texto utilizando las palabras que se dan a continuación: favoreciendo, azar, poblaciones, medio, adaptarse, medio, características.
"Para Lamarck, los individuos que se esfuerzan por vivir en un ________ cambian al ____________ a él. Para Darwin, los cambios se producen al ________ y el __________ selecciona a las _________ que explotan mejor sus recursos __________ a aquellos individuos con ___________positivas".

8.Las garzas son aves de patas largas que viven en las riberas de los ríos alimentándose de peces. Sus antecesores tenían patas cortas.¿ Cómo explicaría Darwin su evolución? ¿Y Lamarck? ¿Cómo lo explicas actualmente según la teoría neodarwinista?

9. Según la teoría del gen egoísta, ¿quién tiene más éxito evolutivo, quien vive más años o quien tiene más hijos?

10. ¿Cómo explica la teoría del equilibrio punteado el registro fósil incompleto de algunas especies?

11. Explica la diferencia entre adaptación y evolución.

12. Algunos animales excavadores como el topo no tienen ojos o los tienen muy atrofiados. ¿Cómo explicaría este hecho Lamarck? ¿Y el neodarwinismo?

13. La siguiente gráfica muestra el porcentaje de aglutación (reacción antígeno-anticuerpo) que se produce entre el suero humano y el de diferentes especies animales. ¿Qué deduces de la gráfica? ¿Qué tipo de prueba puede considerarse este estudio?

14. En zonas donde soplan vientos fuertes y constantes existen insectos con alas reducidas (o incluso sin alas) respecto a miembros de especies semejantes que viven en otras áreas. La presencia de las alas representa un riesgo para la supervivencia ya que podrían ser arrastrados y morir.
a) ¿Cómo explicaría Lamarck la reducción de las alas?
b) ¿Cuál sería la explicación de Darwin?
c) ¿Cómo lo haría el neodarwinismo?


15. Ejercitando los músculos puede conseguirse un mayor desarrollo muscular. Este es el fundamento del culturismo. Según Lamarck, ¿qué sucedería con los hijos de un culturista? ¿Y según la teoría evolutiva actual?

16. ¿Cuál es la unidad sobre la que actúa la evolución según el darwinismo, el neodarwinismo y según la teoría del gen egoísta?

PARA PREPARAR EL EXAMEN DE EVOLUCIÓN

1.      Define los siguientes términos: evolución, adaptación, fijismo, creacionismo, selección natural, caldo primitivo, protobionte, biogénesis, gradualismo, equilibrio punteado, fósil de transición, serie filogenética, ontogenia, filogenia, órganos homólogos, órganos análogos, órganos vestigiales, especiación, especie, población, taxonomía, nomenclatura binomial.

2.      Redacta un texto explicando la teoría de Oparin del origen físico-químico de la vida.

3.  ¿Qué siginifica que la atmósfera primitiva era reductora? ¿Qué acontecimientos se producen en la Tierra primitiva para que la atmósfera se volviera oxidante?

4.      Explica la teoría evolutiva de Lamarck.

5.      Explica la teoría evolutiva de Darwin.

6.      Explica la teoría sintética de la evolución o neodarwinismo.

7.      Explica las diferencias entre:

a)      Gradualismo y equilibrio punteado.

b)      Órganos homólogos y órganos análogos.

c)      Especiación simpátrica y especiación alopátrica.

8.      Dibuja esquemáticamente el árbol de la vida. ¿Cuál es la clase de Metazoos más reciente? ¿Y de Metafitas?

9.  ¿Cuáles son las principales diferencias entre los tres Dominios en que se clasifican los seres vivos?

10.  Elabora una tabla que recoja las principales diferencias entre los cinco Reinos.

11. Pincha aquí y completa las actividades de autoevaluación.

TRABAJO BIBLIOGRÁFICO "LOS SERES VIVOS Y EL MEDIO".

Lee detenidamente el tema 9 de tu libro de texto. El trabajo que debes entregar debe contener los siguientes apartados:

1. LA ADAPTACIÓN DE LOS SERES VIVOS: ¿Qué es el medio ambiente? ¿Qué es la adaptación? ¿Qué es la Ecología?

2. FACTORES BIÓTICOS Y ABIÓTICOS: ¿Qué es un factor limitante?. Organismos estenoicos y euroicos.

3. PRINCIPALES ADAPTACIONES A LA LUZ, A LA ESCASEZ DE AGUA,  A LA TEMPERATURA Y A LA CONCENTRACIÓN DE SALES.

4. POBLACIONES Y COMUNIDADES. ESTRATEGIAS R Y K DE LAS POBLACIONES.

5. RELACIONES INTRAESPECÍFICAS E INTERESPECÍFICAS.

El trabajo debe incluir imágenes, índice y bibliografía. La extensión máxima no debe superar las ocho páginas.

Fecha límite de entrega: 21 de febrero.

PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN

Actualmente la evolución se considera un hecho irrefutable y hay pruebas que la avalan:

- PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS: se basan en el estudio de fósiles de transición y series filogenéticas.

Los fósiles de transición son formas intermedios entre diferentes grupos taxonómicos. Así Archeopteryx demuestra el parentesco evolutivo entre reptiles y aves.

Cuando los fósiles de un organismo se colocan como una secuencia, muestran cambios progresivos, resultado del proceso evolutivo experimentado. Se trata de una serie filogenética (conjunto de fósiles que ordenados de mayor a menor antiguedad representan la historia evolutica de un organismo). La evolución del caballo es un claro ejemplo. A partir del ancestro más antiguo, Hyracotherium (de unos 40 cm de altura, que vivía en zonas boscosas y se alimentaba de hojas de arbustos) de mediados de la Era Terciaria, se fueron produciendo cambios de tamaño, alargamiento del cuello, número de dedos, dentición y en el cráneo, hasta llegar al animal actual, que vive en praderas y se alimenta de hierba.

El onicóforo puede considerarse un fósil viviente al ser una especie de transición entre anélidos y artrópodos.

- PRUEBAS GEOGRÁFICAS: consisten en el estudio de especies muy parecidas en lugares distintos. Así, el avestruz, el ñandú y el kiwi son aves no voladoras que viven en África, Sudamérica y Nueva Zelanda.

Al separarse los continentes el ancestro común evolucionó de forma diferente adaptándose al medio en el que vivían.



-PRUEBAS EMBRIOLÓGICAS: se basan en el estudio comparativo de los embriones de los diferentes grupos taxonómicos. Cuanto mayor sea el parentesco evolutivo entre dos grupos taxonómicos, mayor parecido existe entre los embriones. La semejanza en las primeras fases de desarrollo evidencia un origen común.

Haeckel considera que "la ontogenia (desarrollo embrionario) recuerda la filogenia (desarrollo evolutivo)".

- PRUEBAS ANATÓMICAS: se basan en el estudio comparado de la estructura interna de órganos. Se utilizan tres tipos de órganos: homólogos, análogos y vestigiales.

Órganos homólogos: son órganos que tienen un origen común y estructura interna similar pero que realizan diferentes funciones, resultado de la adaptación a diferentes medios.

 

La figura muestra la estructura interna de los tetrápodos. Todos tienen cinco dedos y derivan de una estructura ancestral llamada quiridio. De ella también evolucionaron las alas de las aves y de los murciélagos. Los órganos homólogos son una prueba de evolución divergente o radiación adaptativa.

Órganos análogos: son órganos que tienen diferente origen y estructura interna pero que cumplen la misma función. El ala de un ave y el de una mosca son una extensión plana y el aleteo es muy similar. Las aletas de un delfín y de un pez son muy parecidas pero no tienen un origen común. Son más bien el resultado de la adaptación al mismo medio, en este caso, el acuático. Se trata de órganos análogos y se consideran una prueba de evolución convergente o convergencia adaptativa.

En la Era Secundaria Australia se separó del supercontinente Gondwana. Por ello se produjo un aislamiento de un grupo de mamíferos muy primitivos que evolucionaron de forma independiente a los del resto del mundo y dieron lugar a los mamíferos marsupiales, como el kanguro, el koala o el lobo marsupial. En los otros continentes se desarrollaron los mamíferos placentarios.

Algunos mamíferos australianos y los de otros continentes, han desarrollado las mismas adaptaciones, porque viven en un ambiente similar. Este es un ejemplo de cómo la selección natural hace que , ante los similares problemas ecológicos, la evolución produzca soluciones anatómicas y fisiológicas semejantes. El lobo europeo y el lobo marsupial de Oceanía son carnívoros cazadores que cazan en manada, viven de forma similar y tienen una anatomía parecida. Son un ejemplo de convergancia adaptativa.

¿Qué mamífero africano crees que desempeña el mismo papel ecológico que los canguros y los ciervos?

Óganos vestigiales: son órganos con uan función limitada o nula pero que fueron importantes en los organismos predecesores. Así la pelvis de los tetrápodos es una estructura ósea necesaria para articular las extremidades posteriores. Los antepasados de las ballenas abandonaron la tierra para vivir en el mar. En este medio, las balenas ya no necesitaban las extremidades inferiores pero aún tienen restos de las que tenían sus antepasados. Las serpientes también tienen restos de las extremidades de sus antepasados.

Podéis ver este vídeo de Richard Dawkins sobre las alas vestigiales del cormorán.

Otros órganos vestigiales son el apéndice, el coxis, las muelas del juicio o el tubérculo de Darwin.

Pincha aquí para ver un vídeo sobre órganos vestigiales.

- PRUEBAS BIOQUÍMICAS Y MOLECULARES: se basan en la similitud entre ADN y proteínas de diferentes organismos. La secuenciación del ADN ha demostrado que el chimpancé es nuestro pariente actual más cercano. Su ADN se diferencia del nuestro en sólo un 2,5%.
Otras pruebas de este tipo son la existencia de fotosíntesis en algas y plantas, la similitud del proceso de la respiración en todos los organismos aerobios, la similitud de proteínas como la insulina en grupos animales emparentados, etc.

Un estudio de secuenciación de ADN en palomas apoya la teoría de la evolución.