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11san marcos rEGULar 2014 II cUrso TEma 16
SnII2bIo16
bIoLoGaTEma 16
orIGEn dE La vIda EvoLUcIn
DESARROLLO DEL TEMA
I. IMPORTANCIA BIOLGICA Explicalasecuenciaprobabledelorigendelavida. Relaciona laevolucingeolgicacon labiolgicaa
travsdelaevolucinqumica.
II. OBJETIVO Explicarcomoseformoprobablementelavidaatravs
delasdiferentesteoraseneltiempo.
III. ESCUELASA. Idealista
Estas formas de pensamiento basadas enmitos ycuentosqueelhombreprimitivocreabaparapoderexplicar los fenmenos que ocurran, no hicieronmsquedesviareldesarrollodelacienciaobjetiva.Cuandolosdogmticosreligiososllevaroneldesarrollodelacienciaalosmonasteriosyconventos,seevitasu difusin y retarda su desarrollo. Esta etapa esconocidacomodeloscurantismocientfico.Histricamente podemos distinguir la Teora de lageneracinespontnea,teorabiognesis,teoradelaeternidaddelavida,teoracosmozoica,ylateoradelapanspermia.
B. MaterialistaLa concepcinmaterialista tiene sus orgenes enlas primeras formaciones sociales. En occidentefueronlosgriegosquienesdemodomssistemticoestablecieron los primeros postuladosmaterialistasacerca de los seres vivos. Los conocimientosacumuladoshanenriquecidoprogresivamenteesospuntos de vista trayendo consigo la concepcincientfica.DistinguimosesencialmentelaTeoradelageneracinespontneadelosmaterialistasgriegos,laTeoradelageneracinespontneadelmaterialismomecanicistaylaTeoracientficamaterialistadialctica.
IV. TEORASA. Generacin espontnea (Aristteles 360 a.C.)
Sostuvo que para el surgimiento de la vida eranecesarialainteraccindelamateriainerteconunafuerzasupernaturalcapazdedarvidaaloquenolotenayqueelllamEntelequia.Los puntos de vista aristotlicos se afianzaron ypermanecieroncasiindiscutiblesdurantecercadedosmilaos,conjuntamenteconlafilosofaplatnica.Elcristianismounavezestablecidocomoreliginoficialen el Imperio Romano, incorpor el pensamientoaristotlicoyplatnicoasudoctrina,convirtindolosendogmasteolgicos.Deestemodo la ideade lageneracinespontneaseformalizenelvitalismo,segnelcual,paraquelavidasurgieraeranecesarialapresenciadeunafuerzavital,odeunsoplodivino,odeunespritucapazdeanimarlamateriainerte.Laentelequiaseconvirtiasimismoenelalma.
B. BiognesisFrancisco Redi, un mdico de origen toscano,realizunexperimentocuestionando lageneracinespontnea.Logrdemostrarque losgusanosqueinfestabanlacarneylosque,aparentemente,surganespontneamente; eran larvas que provenan delos huevecillos depositados por lasmoscas sobrela superficie de la carne colocada a la intemperie.Colocandotrozosdecarneenrecipientestapadosconunatelafinaevitquelacarnesellenedegusanos.
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B.1. Needham versus Spallanzani La confeccin de microscopios traslad el
problemadelageneracinespontneaalmundomicroscpico.EnInglaterraJohnNeedhamintentprobarquesurganmicroorganismosanimadosporlafuerzavitalpresenteenlamateriaorgnicaendescomposicinconstituidaporcaldosnutritivos.
Frente a ello Lzaro Spallanzani demostr quelosresultadosexperimentalesdeNedhamsloeranconsecuenciadeunacontaminacinpreviacon microorganismos y no de la generacinespontneapostuladaporlosvitalistas.
B.2. Pasteur:reafirmolateoradelabiognesis Los ltimos esfuerzos de los vitalistas a favor
delageneracinespontnealosrealizPouchetmediante una serie de experimentos, conmicroorganismos. Fue Louis Pasteur, en 1861,elquedemostrfinalmentelaincongruenciadelageneracinespontnea,ascomolafalsedadde los resultadosexperimentalesanteriormenteobtenidos.
Pasteur demostr que no ocurra desarrollo demicroorganismossipreviamentenohabacontactocon el aire, de donde provenan los grmenesquecrecansobrelosmediosdecultivoutilizadosen losexperimentos.Utilizensusexperimentoslosdenominadosmatracesencuellodecisneenlos que coloc lquidos nutritivos estriles, quepermanecieronexentosdecontaminacin,apesardesucontactoconelaireatravsdelcuellodecisne.
Con esto Pasteur concluy que no ocurrageneracindemicroorganismos,sipreviamentenohabaformasdevidacapacesdereproducirse.
Elplanteamientodequelavidaslopuedesurgirdeotraformadevidapreexistente,esdenominadotambinTeoradelaBiognesis.
C. Cosmozoica(Ritcher,LiebigyVonHelmholtz) Fueplanteadaporungrupodecientficosalemanes:
H.Ritcher,J.LiebigyH.vonHelmholtz.SegnelloslavidallegalaTierrajuntoconfragmentosdemeteoritos.SebasaenelprincipiodelaeternidaddelavidaylaconcepcindelorigendelaTierra,apartirdeporcionesdecuerposestelares.
Segn Ritcher en el espacio interestelar haycuerpos csmicos en constante movimiento,de estos cuerpos csmicos se desprendenfragmentos con esporas, grmenes de vida,que al llegar a la Tierra hallaron condicionesfavorablesparasudesarrollo.
J.Liebigpropusoqueenelespaciohaynebulosas,cuerposcelestes,quesonverdaderossantuariosdegrmeneseternosyquecomoconsecuenciadesumovimiento,seliberangrmenesdurmientesqueviajanporelcosmosyllegaronalaTierra.
En1874H.vonHelmholtz,ensulibroHandbuchderTheoretischenPhysikBraunchweig,plantequelaTierrarecibeconstantementemeteoritosen cuyo interior se encuentran grmenes quepuedeningresaralaTierrasinserdestruidosporlaatmsfera.
Laevidenciaqueactualmenteseconsideracomoargumento es el meteorito catalogado comoALH84001,que fue lanzadoalespaciohace16millonesdeaosapartirdelplanetaMarteyquecontienediminutosbastoncillosdeformasimilarabacteriasfosilizadas.Laantipruebaeselprocesode calcinacin al que es sometido elmeteoritocuandollegaalaTierra.
D. Panspermia(SvanteArrhenius,1903) En 1903 Svante Arrhenius, en su libro La
creacinde losmundos,postulque lavidaeseternaenelUniversoyquesetransmitedeunplanetaaotroenformadediminutasesporasqueson impulsadaspor lapresinde la luzode laradiacin.
Segn Arrhenius en el espacio hay cuerposcelestes, planetas con condiciones particularesque les permiten ser centros de vida. Planetashabitados pormicroorganismos, los cuales sonimpulsadosfueradesucampogravitacionalporviolentaserupcionesvolcnicasquesuperanlos100kilmetros.Estaserupcionesgenerarancolaslanzadorasdeesporasalespacio.
Comoantipruebasetomaencuentalatemperaturainterplanetariaylafaltadeoxgeno,ascomolacalcinacin de cualquier cuerpo al atravesar la
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cubiertaatmosfricadelaTierra,laimposibilidaddelasupervivenciadeorganismosenelespacioestelar.Losviajesespacialeshandemostradoquecualquiercuerpoalentrarencontactoconlafuerzagravitacionalterrestrealcanzatemperaturasmuygrandes,quehacenimposiblelasupervivenciadecualquierformadevida.
E. Quimiosintetica(AlexanderI.Oparin,1921) En1921,elbioqumicosoviticoAlexanderI.Oparin,presentenMoscuntrabajoconcluyendoquelosprimeros
compuestosorgnicossehabanformadoencondicionesabiticasenlasuperficiedelplaneta,previamentealaexistenciadeseresvivos,losqueasuvezseformaronapartirdelasmolculasquelesprecedieron.LospostuladosdelateoradeOparinsepublicaronposteriormenteen1924enellibroElorigendelavida.
OparinplantequeenlaTierraprimitivacarentedeoxgenoyricaengasescomometanoyamonaco,seprodujeronreaccionesqumicasquedieronorigenamolculasorgnicaspequeas,stasseunieronformandomacromolculasyposteriormenteoriginaronlosprimerosorganismos,todoestobajolaconsideracindeunprocesolentoquedurmuchosmillonesdeaos.Laenergaquefavorecilasreaccionesqumicasfueproporcionadaporlaradiacinsolar,ascomolosfenmenospropiosdelaTierraenprocesodeenfriamiento.
Algunosaosmstarde,en1928,elinglsJohn B.S.HaldanepublicuncortotrabajoenelqueplantelosmismoscriteriosyconclusionesdeOparinrespectoa
laevolucinterrestre,conalgunaspequeasvariacionesrespectoaltipodegasesylascondicionesdelaTierraprimitiva.
H2O
CO2CH4
NH4+
MOLCULASORGNICAS
AUTORREPLICA
SELECCINNATURAL
TODOSLOSSERESVIVOS
OC
A
NO
VOLCN
REA
CC
IONAR
ON
ATMSFERAPRIMITIVA(Reductora:H+)
MOLCULASORGNICASCOMPLEJAS
LUZ(E)
TORMENTAELCTRICA
LUZ
T
EOR
A
QU
MI
CA
EVOLUCIN
EVOLUCIN(cambio)
COACERVADO
PROTOBIONTECLULAPRIMITIVA(Procariticayheterotrfica)
(Rayo)
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Actualmente la teoradeOparin-Haldanehasidomodificadaalaluzdelasinvestigacionesrealizadas,sinembargoloesencialdelateorasemantiene.
El gran mrito de Oparin fue el de utilizarel conocimiento humano y sistematizarlo,estableciendoasunaTeoracientfica,almargendelidealismoydelsubjetivismotanabundantesanenelmundocientfico.
Pruebas de la teora quimiosintetica(StanleyMiller-HaroldUrey,1953)
Influenciado por la teora de Oparin-Haldane,en 1953 Stanley Miller realiz una de lascomprobacionesexperimentalesmsinteresantes.
Simulandoenellaboratoriolascondicionesdelatierraprimitiva,llegalaconclusinqueesposiblelaformacindecompuestosorgnicosbiolgicosapartirdemolculasinorgnicas.
Este fue el inicio formal de la acumulacin deevidencias cientficas, ubicando al origen de lavidaenelcontextodelaevolucindeluniverso.
Miller,bajo ladireccindeHaroldC.Urey, ideunaparatodondese simularon las condicionesatmosfricas y de temperatura de la tierraprimitiva.
Se coloc en un recipiente una mezcla dehidrgeno,metanoyamonacoalosquelellegabaconstantemente vapor de agua, los choqueselctricoseranproducidosporelectrodos.
Al cabo de algunas horas se observ unenturbiamientoprogresivodelaguay,despusdealgunosdas,elanlisisdemostrlapresenciadeaminocidos,cidosgrasosyotroscompuestosorgnicoscomponentesdelosseresvivos.
I. PRUEBAS DE LA EVOLUCIN Sehaestimado laedadde laTierraen5000millones
de aos aproximadamente y no ha tenido siempre laforma y estructura que tiene ahora. Existen sobradosquenoshablandelasucesindeerasyperiodos,deloscicloserosivosydeorognesissubsiguientes,etc.,queevidencian claramente la existencia de una evolucingeolgica.
Losseresvivosnohanescapadoaestatendenciadeluniverso hacia la evolucin y estos hechos quedanplasmados en distintas ramas de las ciencias de lanaturaleza(biologaygeologa).
A. MorfolgicaLaanatomacomparadatantovegetalcomoanimal,nosmuestracomolosserespresentanentresciertassemejanzascuandopertenecenagrupostaxonmicosprximos. En las semejanzas pueden diferenciarselas estructuras enhomlogas y anlogas,que sonpruebasevidentesdelaevolucin.
A.1.Estructuras homlogas (evolucindivergente)
Dosestructurasse llamanhomlogascuandopresentanunmismoorigenypuedenpresentarfuncindistinta.Losorganismospresentantaltipodeestructuracuandoposeenunantecesorcomn.Porejemploenlosanimalesestpicola extremidad pentadctila anterior, en losvertebradosquepuedenconvertirseenbrazo,pata,alaoaleta,comoadaptacinparacoger,correr,volaronadar.
Hmero
Cubito
FalangeMetacarpo
RadioCarpo
Humano(agarrar)
Ave(volar) 2 3 1
23
1
Murcilago(volar)
11
32 2Caballo(correr)
Perro(correr)
33
231
2
Delfn(nadar)
Topo(cavar)
HOMOLOGASESTRUCTURALESDELOSHUESOSDELASEXTREMEDIDADES
Extremidadpentadactila
anterior(vertebrado)
Evoluci
n dive
rgen
te
A.2.Estructuras anlogas (Evolucinconvergentes)
Las estructuras se llaman anlogas cuandocumplen idntica funcinpero sonde origendiferente.Elejemplotpicoperosondeorigendiferente.Elejemplotpicodeestasestructuraseselaladelinsectoyelaladelave,endonde
EVOLUCIN
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estaestructuraquellamamosalaesunaadaptacinparaeltransporteenelmedioareo,perosepartedematerialesyderganosdenaturalezaydeorigendenaturalezaydeorigendiferente.
Nota:Losrganoshomlogostienen lamismaestructuraperodiferentefuncinmientrasque losrganosanlogostienendiferenteestructuraperorealizanlamismafuncin.
ORIGEN FUNCIN
VOLAR
ESTRUCTURASANLOGAS
ALADEINSECTO
ALADEAVE
EvolucinConvergente
A.3.Estructurasrudimentarias(rganosvestigiales) Endiferentesanimalesyvegetalesactualesesfactibleencontrarestructurasquenorealizanningunafuncin.
Secreequefueronfuncionalesenalgnorganismoancestral.Enelcuerpohumanoexistenmuchosrganosoestructurasvestigialescomolaapndiceyermiforme,elcoxis,elmolardeljuicio,elvellocorporal,losmsculosquemuevenlaorejaynariz,lasmamasenelvarn,etc.
Membrananictitante
Mueladejuicio
Msculosdelanarizydelodo
Vellocorporal
Peznenelvarn
Segmentacindelmsculoabdominal
Apndice
Vrtebrascoccgeas
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B. Embriolgicas (Ontogenia)Lacomparacinde losembrionesdediferentesvertebradosdesdeelpezhastaelhombre,muestraunaenormesemejanzaenlasprimerasestadasembriolgicas,quepocoapocovaperdindoseparaconocerseenelloslentamenteloscaracterespropiosdelaclase,luegodelafamiliayfinalmentelosdelgneroyespecie.Porejemplolostiposderinylaseriequeestableceenlasmodificacionesenelnmerodecmarasdelcoraznyarcosarticosenlosvertebrados,lacualquedaplasmadoenlasetapasdeldesarrolloembriolgicodecadaunodesuscomponentes.
n n
Huevoocigote
Mrula(32clulas)
BlstulaBlastocele
Arquentern
Gstrula
Pez Salamandra Tortuga Pollo Hombre
C. PaleontolgicaLapaleontologaaporta a la evolucin loshechosmsdirectos y concluyentes. Los fsiles sehallanen las rocassedimentarias,lascualessesitanencapasoestructurasquerepresentandiferentesperiodosenlaevolucingeolgica.Losestratossesuperponenenelordenlgico,desdeelmsantiguo,queocupalapartesuperior,amsmodernoquesitaenlaparteinferior.Lamayoradeestratospresentanuntipodefsilesquesirveparacaracterizar.Deestamanerasecompruebacomolasformasdevidamsprimitivassehallanenlasrocasmsantiguas,ycomoentodasucesindeestratosexistesiempreunaordenacindeorganismosfsiles,delosmssimplesalosmscomplejos.Porejemplolospecessonlosprimerosenaparecerenelsilricoydevnico:losanfibios,enelcarbonfero;losreptiles,enlaerasecundaria;lasavesylosmamferos,enlaeraterciaria;yelhombre,enelcuaternario.
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Sonlaspruebasmsdirectasdelaevolucin;setratadelapresenciadefsiles.
C.1. Preservados
Fsilcuyaestructuranosehamodificadosinoqueseconservanextraordinariamentebien,alserembebidosenfango,brea,mbarohielo.Losrestosdealgunosmamutslanudos,congeladosenhielodeSiberiapormsde39000aos,seconservarontanntegramentequealserhallados,lacarneanpodacomerse.
C.2. Moldes
Sonimpresionesqueseformancuandoelcuerpoesatrapadoporsedimentos,siendodesintegradodespus.Estossedimentosseendurecenformndoseelmoldedelcuerpodelanimal.Sehandescubiertosliceyelcarbonodecalcio.Existenbosquescontallosderbolesymsculosdetiburncomoejemplodepetrificacionesexistentes.
C.3.Restosanatmicos
Losfsilesvertebradosmscomunessonporcionesdelesqueleto,medianteelestudiocuidadosodelosrestosfsilesdeunanimal.Lospaleontlogosreconstruyenelaspectoenvidadeunanimal.Seencontrarontambindientesdecaballos,elefantesyantropoidesqueseconservaronporestarimpregnadosconarenayarcilla.
C.4.Huellas
Impresionesdejadasporlasextremidadesanterioresoposterioresdevertebradosterrestresprimitivosensuelosblandosarcillososqueactualmentehanendurecidoyconvertidoenrocas.Sehanencontradohuellasdedinosaurios,adultosydesuscras,huellasdecaballosymamuts.
GorilaafricanoFsildetrilobitesdelperiodoordovicico
Fsildetrilobitesdelperiodoordovicico
D. Fisiolgicas y bioqumicasSeobservamuchosfenmenosdendolefisiolgicoobioqumicoenlosseresvivos,loscualesmuestrandeformaindelebleelpasodelaevolucin.Variosdeellosrelacionanentresalosorganismosvegetalesyanimales,comolapresenciadevascomunesdelmetabolismo,launiversalidaddelATP,fosforilacinoxidativaetc.Juntamenteconestoshechos,existenotrosqueserefierenexclusiva-menteencadareino.Enlosvegetales:puedencitarsecomoejemplosespecialesalauniformidadenelprocesofotosintticoentodaslasplantasverdes,quemuestranlapresenciadeunantecesorcomn.
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PRUEBABIOQUMICA
ATP(mo
nedaener
gtica
celular u
niversal)
ATP
ATP
PRUEBAFISIOLGICA
Fotosnt
esis
Fotosntesis
Fotosntesis
II. TEORAS DE LA EVOLUCINA. Teora de la herencia de caracteres adquiridos (Jean B. Lamarck)
a. Lamarck,visualizlaevolucinenunasoladireccin,desdelosanimalesmssimpleshastalosmscomplejos.b. Segnesta teora,unorganismopuedecambiarciertascaractersticascorporalesdurantesuperiododevida,
caractersticasadquiridas.c. Lamarckllegaafirmarquelosrganosadquiridoseranunmecanismodeadaptacinalmedioambienteysu
tamaoesproporcionalasugradodeusoydesusod. Tambinsecreaqueestascaractersticasadquiridassetransmitadeunageneracinaotra(eranheredables).
2
3
1. Esquemadelasjirafasporalcanzarlashojasdelosrboleshacecrecerelcuello.
2. Los hijos nacen ya con el cuelloms largo ysiguenesforzndoseporcogerlashojas.
3. Lasiguientegeneracintieneelcuelloanmslargo.
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B. Teora de la seleccin natural (Charles Darwin)
a. Darwindedujoqueenlosorganismosexisteunaluchaporlaexistencia.b. Determinqueenlaspoblaciones,losorganismostienenvariacionesquepuedenserheredadas.c. Lasvariacionesquepresentaelorganismo, tienenmejoroportunidadpara sobrevivir,por lo tantodejanms
descendientes.Losmsaptossobrevivenysereproducenseleccinnatural.d. Laevolucinesunainteraccinentreelmedioambienteylosorganismos.
1. Elcuelloesmslargoenunasjirafasqueenotras.Lasjirafasdecuelloalcanzanmejorelalimentoyesmsprobablequesereproduzcan.
2. Loshijosdelasjirafasdecuellolargoheredanestecarcterdesuspadres
3. Con el tiempo, las jirafas de cuello corto han sidoeliminadasafavordelasdecuellolargo.
1
2
3
C. Teora de la mutacin (Hugo de Vries)Sostiene:a. Quelasespeciesdangrandessaltosevolutivos(grandesmutaciones)deunageneracinaotra.b. Estos grandes saltos producan descendientes lo suficientemente distintos a sus progenitores como para ser
consideradosnuevasespecies.
Saltos
Evo
luti
vos
(Especieoriginal)
MUTACIONES
(Especienueva)
Laseleccinnaturalsefundamentaenlaluchadelosseresvivosenlapugnaporlasupervivencia.
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D. Teora Neodarwinismo (Theodosius Do-bzhansky)
Sefundamentaenelprincipiodeseleccinnaturalcomo causa de evolucin, pero diferente en dosaspectosfundamentales:
a. RechazaalprincipioLamarckianodelaherenciadeloscaracteresadquiridos.
b. AdmitequelasvariacionessobrelasqueactalaseleccinnaturalseheredansegnlasleyesdeMendel.
III. FUERZAS ELEMENTALES DE LA EVO-LUCIN
A. La Mutacin
Lasmutaciones son cambios que ocurren en elgenotipoysonheredables.Elmaterialgenticodelasespeciesnoesconstante,esdecir,estsujetoa cambios ymodificaciones que pueden o no serreparados. Estos cambios se producen al azar ydonde el medio ambiente puede incrementar elnmero demutaciones, por ejemplo en el casode la influencia de la radiacin. Lasmutacionessonconsideradaslamateriaprimadeloscambiosevolutivosysobreestasvariacionespuedeactuarelprocesodeseleccin,quedeterminalaaparicinonodelanuevacaractersticadelaespecie.
A.1.Mutacionesgnicas
Son variaciones en la informacin gnica.Se producen cuando ocurren errores en laincorporacindeunaovariasbasesnitrogenadas.
A.2.Mutacionescromosmicas
Sonerroresqueafectanelnmeroolaestructuradeloscromosomas.Sedandemaneraespontneao inducidas por agentes externos como losrayos X o el envejecimiento celular. Entre lasmsfrecuentesestlaprdidadeunapartedecromosoma, la duplicacin de algn segmentodelcromosoma,lainversindeunfragmentodelcromosoma,olatranslocacindeunpedazoodetodoelcromosoma.
Las mutaciones individuales slo adquierenvalorcuandosecombinanconotrosgenesysemanifiestan en los descendientes a travs delentrecruzamiento.
B. La deriva gentica
La deriva gnica es el cambio en el reservorio
gnico debido a sucesos al azar generalmente
a poblaciones pequeas. Si la poblacin tiene
pocos individuos portadores de un gen, ste
puede desaparecer. Por el contrario, un gen
que se presenta en una frecuencia pequea
puede pasar a ser frecuente en la poblacin.
La deriva gnica se presenta cuandomuere un
gran nmero de individuos, lo que ocasiona la
prdidadegenes,ylosindividuosquesobreviven
obligados a reproducirse entre ellos. Al ser
pequeoselnmerode individuos laposibilidad
dehomocigotesesmayorylavariabilidadgnica
menor,loqueoriginalaaparicindemutaciones
quesefijanenlapoblacinyquepuedenproducir
enfermedades,defectosofenmenosperjudiciales
paralaespecie.
C. La migracin gentica: el flujo gnico entre
especies
Lamigracin es la salida (emigracin) o entrada
(inmigracin)deorganismosaunapoblacin.Con
elmovimiento de individuos de una poblacin se
produce un flujo de genes. La inmigracin puede
introducirnuevosgenesalapoblacin,permitiendo
nuevas recombinaciones con posibles cambios en
elfenotiposobreelcualpuedeactuarlaseleccin.
Por ejemplo, hay poblaciones donde slo existen
los genes para la presencia del grupo sanguneo
de tipo A; la migracin de una poblacin con
gruposanguneoBmodificarselapoblacinnativa
introducindoloelnuevogen.
IV. CRONOLOGA DE LA EVOLUCIN DE LOS SERES VIVOS
Laaparicindelosseresvivosenlosdistintosperiodos
geolgicosindicaquealolargodeltiempolosorganismos
aumentansudiversidad.Enelcuadrosepuedenapreciar
lasprincipaleslneasevolutivasquehanseguidolosseres
vivos a lo largo de los tiempos geolgicos hasta dar
lugaralasformasactuales.Ladescripcindelasetapas
evolutivasdelafilogenia.Ladisposicindeestasetapas
sefundamentaenloshallazgospaleontolgicosyenlas
interpretacionesqueexistensobrelosmismos.
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hasta2x106Holoceno