Sunday, June 15, 2008

FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA

A pesar del complejo funcionamiento de los organismos vivos, éstos comparten con todos los demás sistemas naturales los mismos principios físicos de conservación y transformación de la materia y la energía. Durante mucho tiempo, la materia y la energía se han transformado entre los organismos vivos y entre ellos y su ambiente físico. En estos ciclos a gran escala, la cantidad total de materia y energía se mantiene constante, aun cuando su forma y localización experimenten un cambio continuo.

Casi toda la vida en la Tierra se mantiene fundamentalmente por transformaciones de la energía solar. Las plantas captan la energía del Sol y la utilizan para sintetizar moléculas complejas ricas en energía, sobre todo azúcares, a partir de moléculas de dióxido de carbono y agua. Estas moléculas sintetizadas sirven entonces, directa o indirectamente, como una fuente de energía para las mismas plantas y por último para todos los animales y los organismos desintegradores, como bacterias y hongos.

Esta es la cadena alimentaria: los organismos que consumen plantas derivan su energía y materiales al descomponer las moléculas de las plantas, las utilizan para sintetizar sus propias estructuras y después estos mismos son consumidos por otros organismos. En cada etapa de la cadena alimentaria se almacena cierta cantidad de energía en las estructuras recién sintetizadas y otra se disipa en el ambiente en forma de u calor producido por los procesos químicos liberadores de energía en las células. Un ciclo similar de energía comienza en los océanos con la captación de energía del Sol por pequeños organismos semejantes a plantas. Cada etapa sucesiva en la cadena alimentaria captura solamente una pequeña fracción del contenido energético de los organismos de que se alimenta.

Los elementos que forman las moléculas de los seres vivos se reciclan de manera continua. Entre éstos destacan: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre, fósforo, calcio, sodio, potasio y hierro. Estos y otros elementos que se encuentran en moléculas ricas en energía son transferidos a lo largo de toda la cadena alimentaria y finalmente son reciclados por los organismos desintegradores, que los convierten en nutrientes minerales utilizables por las plantas. Aunque a menudo puede haber excesos y déficit, la situación en toda la Tierra es que los organismos mueren y se descomponen en la misma proporción en que se forma nueva vida. Esto es, la biomasa total se mantiene casi constante, hay un flujo cíclico de materiales de vieja a nueva vida, y existe un flujo irreversible de energía de la luz solar captada hacia calor disipado.

Al parecer, hace millones de años ocurrió una interrupción importante en el flujo de energía cuando el crecimiento de plantas terrestres y organismos marinos superó a la capacidad de los organismos desintegradores para reciclarlos. Las capas acumuladas de material orgánico rico en energía se transformaron gradualmente en carbón y petróleo por la presión de la tierra suprayacente. La energía que se almacenó en su estructura molecular, ahora se puede liberar por combustión, y la moderna civilización depende de cantidades inmensas de energía proveniente de esos combustibles fósiles de la tierra. Al quemarlos, se está pasando finalmente casi toda la energía almacenada al entorno en forma de calor. También regresan a la atmósfera en un tiempo relativamente corto grandes cantidades de dióxido de carbono que había sido retirado lentamente durante millones de años.

La cantidad de vida que cada ambiente puede sustentar está limitada por sus recursos básicos: la afluencia de energía, minerales y agua. La productividad sostenida de un ecosistema requiere suficiente energía para que se sinteticen nuevos productos, como árboles y cosechas, y también para reciclar completamente los residuos de los viejos (hojas muertas, aguas residuales, etc.). Cuando la tecnología humana interviene, los materiales se pueden acumular como desperdicio que no se recicla. Cuando la afluencia de recursos es insuficiente, se acelera la desecación de los suelos, la desertización o el agotamiento de las reservas minerales.




EVOLUCIÓN DE LA VIDA

Las formas de vida que existen en la Tierra hoy en día han evolucionado de ancestros comunes, empezando desde los organismos unicelulares más simples hace casi cuatro mil millones de años.

Las ideas modernas de la evolución ofrecen una explicación científica para tres grupos principales de hechos observables acerca de la vida en la Tierra:
1. el enorme número de formas de vida que se observa alrededor;
2. las semejanzas sistemáticas en la anatomía y la química molecular que se nota dentro de esa diversidad, y
3. la secuencia de cambios en fósiles encontrados en capas sucesivas de rocas con una antigüedad de más de mil millones de años.

Desde que se empezaron a registrar fósiles, han aparecido muchas formas nuevas de vida, y la mayor parte de las estructuras antiguas han desaparecido. Las diversas secuencias rastreables de formas anatómicas cambiantes, inferidas a partir de eras de capas de rocas, convencieron a los científicos de que la acumulación de diferencias de una generación a la siguiente ha conducido a la larga a especies tan diferentes entre si, como las bacterias de los elefantes. La evidencia molecular refuerza la evidencia anatómica de los fósiles y provee detalles adicionales acerca de la secuencia en la cual varias descendencias derivan unas de otras.

Aunque los detalles de la historia de la vida en la Tierra siguen ensamblándose a partir de la evidencia geológica, anatómica y molecular, en general concuerdan los rasgos principales de esta historia. Al principio, las moléculas simples pudieron haber formado moléculas complejas que finalmente se convirtieron en células capaces de auto replicarse. La vida sobre la Tierra ha existido durante tres mil millones de años.

Durante los primeros dos mil millones de años de vida, solamente existieron microorganismos algunos de ellos al parecer muy semejantes a las bacterias y algas actuales. Con el desarrollo de células nucleadas hace aproximadamente mil millones de años, hubo un gran incremento en el ritmo de evolución de organismos pluricelulares cada vez más complejos. Desde entonces, el ritmo de evolución de nuevas especies ha sido desigual, lo que tal vez refleje los índices variables de cambio en el ambiente físico

Un concepto central de la teoría de la evolución es la selección natural, que surge de tres principios bien establecidos:
1. existe cierta variación de las características hereditarias dentro de cada especie de organismos; 2. algunas de estas características les darán a los individuos una ventaja sobre otros para sobrevivir hasta la madurez y la reproducción, y
3. esos individuos quizá serán más proclives a tener mayor descendencia, lo cual les dará mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse que otros.

El posible resultado es que al paso de generaciones sucesivas, tenderá a incrementarse la proporción de individuos con características ventajosas heredadas.

Las características seleccionables pueden incluir detalles de bioquímica, como la estructura molecular de las hormonas o las enzimas digestivas, y rasgos anatómicos que se presentan en el desarrollo de los organismos, como el tamaño de los huesos o la longitud del pelo. También pueden incluir características más sutiles determinadas por la anatomía, como la agudeza visual o la eficiencia en el bombeo del corazón. Ya sea por medios bioquímicos o anatómicos, las características seleccionables también pueden influir en el comportamiento, como tejer determinada forma de telaraña, preferir ciertas características en un compañero, o manifestar disposición para cuidar la descendencia.

Pueden aparecer nuevas características hereditarias como resultado de nuevas combinaciones o mutaciones de los genes de los progenitores. A menos que sean mutaciones en el ADN de las células sexuales de un organismo, las características que resultan de acontecimientos durante la vida de un organismo no pueden transmitirse biológicamente a la generación siguiente. Así, por ejemplo, los cambios causados por uso o desuso de una estructura o función en un individuo, o por alteraciones en su ambiente, no pueden propagarse por selección natural.

Por su propia naturaleza, es probable que la selección natural dé lugar a organismos con características que están bien adaptadas para sobrevivir en ambientes específicos. Aun así, especialmente en poblaciones pequeñas, puede resultar en una propagación de características hereditarias que no tienen ventaja o desventaja inherentes de sobrevivencia o reproducción.

Además, cuando un ambiente cambia (en este sentido, otros organismos son también parte del entorno), la ventaja o desventaja de características puede también cambiar. Por tanto, la selección natural no necesariamente resulta en progreso de largo plazo ni en una cierta dirección. La evolución construye sobre lo que ya existe, de tal forma que además de la variedad que ya existe, puede haber más.

La acción continua de la selección natural sobre nuevas características y en ambientes cambiantes, una y otra vez durante millones de años, ha producido una sucesión de diversas especies nuevas. La evolución no es una escala en la que las formas más bajas son reemplazadas por formas superiores, con los humanos emergiendo finalmente en la cima de las especies más avanzadas. Más bien es como un arbusto: muchas ramas emergieron hace mucho tiempo, algunas de ellas han muerto, otras han sobrevivido aparentemente con poco o ningún cambio durante años, y otras más se han ramificado repetidamente, dando origen a veces a organismos más complejos.

El concepto moderno de la evolución ofrece un principio unificante para entender la historia de la vida en la Tierra, las relaciones entre los seres vivos y la dependencia de la vida respecto del ambiente físico. Aunque todavía es poco claro cómo funciona la evolución en cada detalle, el concepto está tan bien establecido que provee una estructura para organizar la mayor parte del conocimiento biológico en una descripción coherente.

No comments: