EVOLUCIÓN
El origen de la vida
Las células debieron formarse a partir de elementos químicos
presentes en la Tierra hace miles de millones de años. Pero para que se
formasen las células tuvieron que darse una serie de pasos previos:
Los organismos están formados por moléculas orgánicas por lo
que primero debieron formarse moléculas orgánicas simples como los aminoácidos,
azúcares…
Todas las moléculas orgánicas de los organismos son “grandes”
(polipéptidos, ácidos nucléicos…) por lo que moléculas simples se juntaron para
formar otras más complejas.
Todos los organismos se reproducen, por lo que las moléculas
tuvieron que formarse de forma que pudieran ser capaces de replicarse y
controlar otros procesos químicos.
Por último, todas las células tienen membrana, por lo que la
mezcla de todas esas moléculas tuvo que quedar encerrada dentro de vesículas
unidas a la membrana.
Bajo condiciones particulares algunas moléculas mezcladas con
agua se unieron para formar pequeñas esferas llamadas microesferas. Si estas
microesferas son rodeadas por una pequeña capa de agua pasan a llamarse
coacervados.
En los principios de la Tierra se formaron tanto las
microesferas como los coacervados. Algunos podrían contener una mezcla de
químicos que les permitiera sobrevivir. Puede que incluso les llevara a formar
un medio interno diferente del externo que favoreciera reacciones químicas que
no podían darse en el exterior. Algunos de esos coacervados contenían pequeñas
moléculas de ARN junto con aminoácidos con los que se formaron polipéptidos. Si
esos polipéptidos eran capaces de reproducirse, la selección natural actuaría
sobre estos protobiones, permitiéndoles evolucionar.
El origen de compuestos orgánicos:
Hay dos teorías diferentes:
Panspermia:
Defiende que, en sus orígenes, la Tierra fue bombardeada por
objetos del espacio como meteoritos, cometas… que podrían haber contenido
moléculas orgánicas.
En 1969 un meteorito cayó en Australia y en las pruebas
realizadas se descubrió que el meteorito contenía muchos aminoácidos.
Materia orgánica a partir de materia inorgánica:
En 1953, Harold Urey y Stanley Miller diseñaron un
experimento que pretendía simular las condiciones en las que estaba la Tierra
al principio. Intentaron probar que la materia orgánica se había formado a
partir de materia inorgánica.
Este experimento llevó a otros
científicos a probar nuevas teorías y en 1961, John oro demostró que con
cianuro de hidrógeno y amoníaco (ambos presentes en los orígenes de la Tierra)
pueden reaccionar y formar adenina, una base tanto del ADN como del ARN y un
componente del ATP.
ARN y el origen de la vida:
Desde la aparición de las primeras células, era necesaria una
molécula capaz de transportar información, ya fuera para la formación de un
nuevo polipéptido o para la replicación de la propia célula. Esta molécula
actuaba como una enzima. El ARN puede realizar todas estas funciones por lo que
jugaba un papel muy importante en las primeras células. El ARN era capaz de
sintetizar ARNt e incluso ADN.
Pero las moléculas de ARN tienen ciertas limitaciones. Solo
pueden catalizar unas pocas reacciones en comparación con lo que hacen las
enzimas. Además, debido a que la estructura del ARN no es muy sólida, las
moléculas no son capaces de transportar mucha información. Por otra parte, la
replicación del ARN no es muy precisa por lo que las mutaciones son bastante frecuentes.
Células
procariotas y la atmósfera
Las células procariotas surgieron
hace 3.5 billones de años. Estas células tenían un tipo de respiración
anaeróbica, lo que quiere decir que no necesitaban de un ambiente oxidado para
vivir. Esto favorecía su existencia ya que el ambiente no contenía oxígeno.
Pero tras un billón de años
aproximadamente, ciertas células (emparentadas con la actual cianobacteria)
comenzaron a desarrollar orgánulos que convertían el sulfito de hidrógeno en
energía. Para ello eran necesarios ambientes que tuviesen dicha sustancia. Pero
estas células continuaron evolucionando hasta ser capaces de producir a partir
de agua como fuente. Esta nueva reacción producía oxígeno como producto de
desecho, lo que significó que la atmósfera se oxidase. Esta oxidación provocó
que muchas células anaeróbicas muriesen. Sólo aquellas células en ambientes
poco oxidados, como barros o fangos, fueron capaces de sobrevivir. A partir de
este momento la atmósfera continuó oxidándose a un alto ritmo.
La teoría endosimbiótica
Postula que algunos orgánulos propios de las células eucariotas, especialmente plastos y mitocondrias, habrían tenido su origen en organismos procariotas que después de ser englobados por otro microorganismo habrían establecido una relación endosimbiótica con éste. Se especula con que las mitocondrias provendrían de proteobacterias alfa y los plastos de cianobacterias. La teoría endosimbiótica fue popularizada por Lynn Margulis en 1967, con el nombre de endosimbiosis en serie, quien describió el origen simbiogenético de las células eucariotas.
Células eucariotas se originaron como comunidades de entidades que obraban recíprocamente y que terminaron en la fusión de varios organismos. En la actualidad, se acepta que las mitocondrias y los cloroplastos de los eucariontes procedan de la endosimbiosis.
Pruebas a favor de la teoría La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes: * El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias. * Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado covalentemente - al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
Pruebas en contra de la teoría * Las mitocondrias y los plastos contienen intrones, una característica exclusiva del ADN eucariótico. Por tanto debe de haber ocurrido algún tipo de transferencia entre el ADN nuclear y el ADN mitocondrial/cloroplástico. * Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.
Evolución convergente se da cuando dos estructuras similares han evolucionado independientemente a partir de estructuras ancestrales distintas y por procesos de desarrollo muy diferentes. Casi todos los ejemplos de convergencia se pueden interpretar en términos de adaptación a condiciones similares, sea el medio ambiente de los organismos o su forma de vida, como ocurre con las adaptaciones al movimiento. Las exigencias físicas del vuelo limitan drásticamente las formas posibles del órgano encargado de mantenerlo. La capacidad de volar se ha desarrollado de manera independiente en murciélagos, aves e insectos, además de en grupos ahora extinguidos y conocidos por sus fósiles, como los reptiles llamados pterosaurios. Todos estos animales han desarrollado alas por evolución convergente.
La evolución convergente se aprecia también en adaptaciones a la alimentación. Varios grupos distintos de mamíferos han evolucionado de manera independiente para alimentarse de hormigas: los osos hormigueros de América del Sur, el oricteropo o cerdo hormiguero de África oriental y meridional, el pangolín de África y Asia y el marsupial hormiguero y el equidna de Australia. Todos ellos han desarrollado mediante evolución convergente garras poderosas para abrir hormigueros y termiteros y una cabeza provista de un hocico tubular alargado con una lengua muy larga para capturar los insectos dentro de sus nidos. Se observa también convergencia en la fisiología y anatomía de la digestión Caracteres Homólogos y Análogos Cuando dos especies comparten un carácter, como los ojos en el ser humano y el chimpancé, o las alas en aves y murciélagos, puede ser por una de dos razones: o el carácter estaba presente en el antepasado común de las dos especies y éstas lo comparten simplemente porque lo han heredado (en este caso se habla de homología de caracteres; los ojos del hombre y el chimpancé son homólogos); o el carácter no se encontraba en el antepasado común, sino que se ha adquirido por evolución convergente (en este caso se habla de caracteres análogos).
Evolución Paralela En la evolución paralela, el estado ancestral de las dos especies era el mismo; en la convergente era distinto (véase la ilustración). En la evolución paralela, las dos especies pueden evolucionar de forma independiente hasta llegar a un nuevo estado común. El mimetismo de las mariposas sudamericanas de la flor de la pasión es probablemente consecuencia de una evolución paralela; se trata de dos especies de mariposas que exhiben la misma disposición de colores; ambas son venenosas para los pájaros y comparten la coloración, de tal modo que la una se parece a la otra. Evolución Divergente
Es el mecanismo más importante para la formación de nuevas especies. La evolución divergente está dada por los cambios evolutivos que experimentará cada uno de los grupos separados, por deriva génica, mutaciones y selección natural.
De este gran número de combinaciones genéticas, sólo unas
pocas pueden sobrevivir al pasar del tiempo. Tras el rápido
desarrollo de muchas especies nuevas, muchas o la mayoría de ellas
desaparecen tan rápidamente como aparecieron. Las especies
sobrevivientes están casi completamente adaptadas al nuevo ambiente.
El auge y caída de las nuevas especies está actualmente progresando
muy lentamente, comparado con el brote inicial de especies.
Hay tres tipos básicos de radiación adaptativa. Estas son:
1. Adaptación general. Una especie que desarrolla una habilidad
radicalmente nueva puede alcanzar nuevas partes de su ambiente. El
vuelo de los pájaros es una de esas adaptaciones generales.
2. Cambio ambiental. Una especie que puede, a diferencia de otras,
sobrevivir en un ambiente radicalmente cambiado, probablemente se
ramificará en nuevas especies para cubrir los nichos ecológicos
creados por el cambio ecológico. Un ejemplo de radiación adaptativa
como resultado de un cambio ambiental fue la rápida expansión y
desarrollo de los mamíferos después de la extinción de los
dinosaurios.
3. Archipiélagos. Ecosistemas aislados tales como islas y zonas
montañosas, pueden ser colonizados por nuevas especies las cuales al
establecerse siguen un rápido proceso de evolución divergente. Los
pinzones de Darwin son ejemplos de una radiación adaptativa que
ocurrió en un archipiélago.
Lamarckismo
Lamarckismo es el término utilizado para referirse
a la teoría de la evolución formulada por Lamarck. En 1809 en
su libro Filosofía zoológica propuso que
las formas de vida no habían sido creadas y permanecían inmutables, como se
aceptaba en su tiempo, sino que habían evolucionado desde formas de vida más
simples. Describió las condiciones que habrían propiciado la evolución de la
vida y propuso el mecanismo por el que habría evolucionado. La teoría de
Lamarck es la primera teoría de la evolución biológica, adelantándose en
cincuenta años a la formulación de Darwin de la selección natural en su libro El origen de las especies.
Lamarck en
su teoría propuso que la vida evolucionaba “por tanteos y sucesivamente”, “que
a medida que los individuos de una de nuestras especies cambian de situación,
de clima, de manera de ser o de hábito, reciben por ello las influencias que
cambian poco a poco la consistencia y las proporciones de sus partes, de su
forma, sus facultades y hasta su misma organización”.4 Sería la capacidad de los organismos de
adaptarnos al medio ambiente y los
sucesivos cambios que se han dado en esos ambientes, lo que habría propiciado
la Evolución y la actual diversidad de especies.
Como
mecanismo para traducir esos presupuestos en cambios evolutivos, propuso el
mecanismo conocido como “herencia de los caracteres adquiridos”, refiriéndose a
la, hasta el día de hoy no demostrada, capacidad de los organismos de trasladar
a la herencia los caracteres adquiridos en vida. Esta herencia no sería ni
directa ni individual, sino que sería tras largo tiempo de estar sometidos a
parecidas circunstancias y afectarían al conjunto de los individuos del grupo
sometido a esas circunstancias.
La teoría de
Lamarck no fue tenida en cuenta en el momento de su formulación, siendo 50 años
más tarde, con la publicación de El
origen de las especies, cuando los evolucionistas y el propio Darwin la
rescataron para intentar cubrir el vacío que la selección natural dejaba al no
proponer la fuente de la variabilidad sobre la que actuaría la selección.
A principios
del siglo XX, con la formulación de la barrera Weismann, que enuncia la imposibilidad de transferencia de
información entre la línea somática y la germinal, el lamarckismo fue desechado
considerándolo erróneo. No obstante, durante el siglo XX han existido
evolucionistas que han defendido el lamarckismo, existiendo en la actualidad
voces desde la biología y el evolucionismo que reivindican su reformulación.
Darwinismo
El darwinismo fue propuesto por
Charles Darwin quién hizo un viaje a través del mundo en el HMS Beagle, en este
viaje puedo realizar observaciones biológicas y geológicas sobre la diversidad
biológica, hizo sus notas y cuando volvió escribió un libro: El origen de las
especies, lo publicó cuando supo que Alfred Russel había llegado a las mismas
conclusiones que él por separado.
En el libro narra su idea sobre la
selección natural, para desarrollarla cogió ideas de Malthus, que propuso que
el crecimiento de las poblaciones era mayor que el de los alimentos y que por
tanto existiría una lucha por los alimentos, es decir, lucha por la
supervivencia.
En las islas galápagos Darwin se
dio cuenta de que a pesar de la pequeña separación que había entre las islas,
la fauna de cada una de ellas era distinta. Por ejemplo, había catorce tipos de
pinzones distintos, las diferencias se debían a la especiación de cada una de
las especies a la isla en la que habitaban, en cada isla había un tipo distinto
de alimentación y por lo tanto cada tipo de pinzón desarrollo un pico distinto.
Esta especiación se produce por el aislamiento geográfico.
Los puntos principales de la teoría
de Darwin son los siguientes:
·
Elevada capacidad reproductiva: Las
especies tienen una elevada capacidad reproductiva, el número de especies no
aumenta indefinidamente debido a que los recursos alimentarios son limitados.
·
Variabilidad de la descendencia:
Los descendientes de los organismos que se reproducen sexualmente son distintos
entre sí. Unos están mejor adaptados que otros al medio.
·
Selección natural: Cuando las
condiciones del medio son adversas se produce una lucha por la supervivencia
entre ellos, los organismos que estén mejor adaptados sobrevivirán
transmitiendo sus genes a la descendencia, los demás serán eliminados. Este
hecho hará que las especies se transformen poco a poco.
El darwinismo explicaría el cuello
largo de las jirafas de la siguiente manera: En un principio existían jirafas
con el cuello largo y jirafas con el cuello corto, durante las épocas en las
que solo se podían obtener alimentos de las copas de los árboles, las jirafas
del cuello corto morían porque no llegaban y no tenían de que alimentarse, las
jirafas de cuello largo son las que se reproducían y pasaban el gen del cuello
largo a la descendencia.
Gradualismo
y equilibrio puntuado
Darwin veía la evolución como un
proceso lento y estable, llamado gradualismo, por lo tanto la suma de los
cambios lentos acumulados en muchas generaciones llevó a la especiación. Este
proceso se cumple para muchas especies. Un ejemplo de gradualismo es la
evolución de las extremidades de los caballos, cuyos fósiles indican que tardó
alrededor de 43 millones de años en cambiar de su forma ancestral a la moderna.
En algunos casos, el registro fósil
no contiene ninguna etapa intermedia entre dos especies. La explicación
sugerida es que el proceso de fosilización es un proceso raro por lo que los
fósiles intermedios simplemente no habrían sido descubiertos. En 1972, Stephen
J Gould y Niles Eldredge sugirieron que los fósiles no habían sido descubiertos
porque no existían, y propusieron un mecanismo adicional para la evolución
llamada equilibrio puntuado. El motor de la evolución es la selección natural,
por lo que si la selección natural es muy leve, las especies tienden a quedarse
igual, en equilibrio, sin evolucionar. Cuando hay un cambio dramático en el ambiente,
también habrá una nueva e intensa selección natural y por ello, un rápido
desarrollo de nuevas especies.
Polimorfismo
Polimorfismo significa muchas formas y describe una situación
donde un alelo tiene dos formas diferentes, que pueden ser seleccionados para
diferentes medios.
Si los medios son estables las frecuencias relativas de los
diferentes alelos no cambian y se conoce como polimorfismo estable.
Si los medios cambian, la frecuencia de las diferentes formas
empiezan a cambiar y se conoce como polimorfismo transitorio.
Polimorfismo
transitorio
El ejemplo de polimorfismo transitorio es dado por la polilla
moteada y es conocido como melanismo industrial. La polilla moteada se produce
en un rango de formas a partir de gris y moteado a melánico (negro).
La polilla sale de noche y descansa en el tronco de los
árboles durante el día cuando necesita estar camuflada para evitar ser comida
por pájaros. La forma moteada le sirve para camuflarse en los árboles cubiertos
de líquenes, por lo tanto en zonas con líquenes esta polilla está mejor
adaptadas y por tanto sobrevivirá a la selección natural, mientras que las
polillas oscuras son visibles y comidas por los pájaros.
Durante la Revolución Industrial se produjo mucha
contaminación en las ciudades cercanas a las industrias, esto provocó que los
troncos de los árboles perdieran los líquenes y se ennegrecieran. Las polillas
grises eran muy visibles para los depredadores y su número descendió. Las
polillas negras sin embargo se camuflaban fácilmente. En los árboles cubiertos
de hollín, las polillas negras eran favorecidas por la selección natural, lo
que permitió que se reprodujeran. En zonas contaminadas, la selección natural favoreció
a las polillas mélanicas, esto produjo un polimorfismo transitorio, el número
de individuos de las dos poblaciones cambió. Cuando acabó la contaminación y el
humo desapareció, en los árboles volvieron a crecer líquenes. El polimorfismo
transitorio cambió, favoreciendo a las polillas moteadas y no a las melánicas.
Polimorfismo estable
Cuando la selección
natural estabiliza dos o más alelos en una población para que su frecuencia no
cambie, tiene lugar el polimorfismo estable.
Un ejemplo de esto
es la anemia falciforme. Otro ejemplo se ve en el pez Perissodus mocrolepsis,
que vive en el lago Tanganika en África. Estos pequeños peces depredadores se
esconden para morder a peces más grandes. Este pez ha desarrollado una boca que
está angulada hacia el lado para que puedan atacar desde detrás y evitar ser
vistas. Algunas tienen la boca angulada
hacia la izquierda para que puedan atacar de manera eficiente el costado
derecho de la presa. Pero esto significa que la presa estará mirando su costado
derecho cuando esté en territorio de el Perissodus. Otros, tienen la boca
angulada hacia la derecha, estos peces pueden atacar desde el otro lado. Si el
número de Perissodus zurdos aumenta, la presa pasara mas tiempo mirando al
costado derecho, dandole a los diestros ventaja. Si el número de Perissodus
diestros aumenta, las presa mirará más tiempo mirando hacia la izquierda,
dándole ventaja a los zurdos. Esto ha resultado en un polimorfismo estable de
la angulación de la boca del Perissodus en el lago.
Evolución humana:
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Especies de homínidos:
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Vivieron:
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Cabeza, cráneo y cerebro:
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Imagen restructurada del cráneo:
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Otras características:
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Australopithecus ramidus
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Hace 4,4-4,3 millones de años (mda) en Etiopía
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No se sabe el tamaño del cerebro.
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Se han encontrado muy pocos fósiles.
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Australopithecus afarensis. El más conocido se
llama: Lucy.
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3,9-2,9 mda en el Este de África
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-Cara con forma de simio con una nariz plana y
mandíbula pronunlciada, grande y alta.
-Tamaño del cerebro: 375-550 cm3
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Dientes molares similares a los del
Australopithecus ramidus
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Australopithecus africanus
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3,5-2,5 mda en el sur de África
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-Cara más plana pero con una mandíbula aún bastante
pronunciada.
-Cerebro: 425-500 cm3
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Dientes caninos más pequeños pero los molares siguen
siendo grandes.
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Homo habilis. El primero se encontró en Tanzania.
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2,5-1,9 mda en el este y sur de África
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-Cara más plana que los Australopithecus, con
mandíbula más pequeña.
-Cerebro:500-800cm3
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Dientes mñas pequeños.
Se distingue la pelvis de la cadera.
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Homo erectus. Encontrado en Europa y Asia, que
emigraron desde África.
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1,8-0,3 mda en África, Europa y Asia.
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-Cara más plana y cráneo más redondeado. Mandíbula
más pequeña.
-Cerebro:850-1100cm3
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Homo neanderthalensis
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150.000-30.000 años en europa y oeste de África.
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-Cráneo redondeado y frente colocada más hacia
abajo.
-Cerebro: 1200-1625 cm3
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Grandes dientes y musculos de la mandíbula.
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Homo sapiens. Hombre actual.
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130.000 años hasta la actualidad.
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-Se ha creado la barbilla y el cráneo se ha
redondeado, pero la frente está más subida que el neanderthalensis.
-Cerebro: 1200-1500 cm3
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Dientes molares más pequeños y el esqueleto menos
robusto que sus ancestros.
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Dieta y
tamaño del cerebro
Todos los fósiles de homínidos
encontrados encajan en una secuencia evolutiva mostrando un incremento en la
adaptación al bipedismo y un incremento en el tamaño del cerebro en relación al
tamaño del cuerpo. Cuanto más grande es el cerebro más energía se necesita para
que pueda realizar su función (el cerebro del homo sapiens utiliza el 20% de la
energía consumida por el cuerpo) y hay evidencias que indican una correlación
entre el incremento del cerebro y los cambios en la dieta de nuestros
antecesores.
Nuestros ancestros vivieron en el
noreste de África en el Valle del Rift. Hasta hace 5 millones de años esto
estaba cubierto por una densa selva, los movimientos de las placas litosféricas
creó un largo valle y la actividad volcánica cubrió la llanura de ceniza lo que
impidió el crecimiento de los árboles. Los simios arborícolas que comían hojas
y frutas tuvieron que adaptarse o extinguirse. Los Austrolophitecus se
adaptaron desarrollando mandíbulas y dientes más fuertes para poder masticar
vegetación más dura tales como tallos, tubérculos y raíces. Pero mientras la
sabana se ampliaba, se producía una disminución de la variedad de plantas y
animales de pastoreo comenzó a jugar un papel importante en la dieta.
Los primeros homínidos necesitaron
nuevas estrategias para acceder a esta rica fuente de carne, que proporcionaba
una mayor fuente de proteína, grasa y energía. La selección natural favoreció a
los individuos con cerebros grandes que podían desarrollar nuevas estrategias
para la caza y trabajar en grupos para matar grandes animales. La carne
proporcionaba los nutrientes suficientes para formar un cerebro más grande a la
vez que proporcionaba la energía suficiente para realizar sus actividades.
El incremento de la carne en la
dieta muestra una positiva correlación entre el incremento del tamaño del
cerebro y el desarrollo de instrumentos
para cazar más sofisticados.
Evolución
cultural y genética
La evolución genética de los
humanos es el resultado de un cambio, durante millones de años, del genoma de
las poblaciones. La evolución genética ocurre como resultado de mutaciones que
pueden ser heredadas. Se incluye en la evolución genética el cambio al
bidepismo, el cambio en los dientes y el incremento del tamaño del cerebro.
Todo esto ha pasado de generación en generación. El homo sapiens es la única
especie en el planeta en la actualidad pero nuestra historia evolutiva indica
que ha habido muchas más especies que no han logrado sobrevivir.
LA evolución cultural, en cambio,
no tiene ninguna relación con el cambio genético y puede tener lugar en
periodos muy cortos de tiempo, incluso en una única generación. Esta evolución
cultural envuelve los cambios en el comportamiento, en la organización social,
las ideas, la comunicación, la enseñanza y el aprendizaje. Todo esto son
características adquiridas que no tienen ninguna base genética aunque la
habilidad para adquirirlas si que esté determinada genéticamente. No es el
resultado de la especiación.
El incremento de la agricultura
trajo consigo una enorme alteración en la organización social para los humanos.
EN vez de vivir en pequeños grupos nómadas los humanos empezaron a establecerse
en grandes comunidades y el incremento de diferentes creencias religiosas
también afectó a esta organización.
La invención de la imprenta también
tuvo un enorme impacto en la comunicación y, más reciente, otros ejemplos de
tecnología como la invención de la radio, la televisión, el teléfono y el
internet también ha causado impacto en el desarrollo cultural del ser humano.
