La vida

La diferència entre un ésser viu i un d’inert és en determinats casos difícil de percebre. Des d’un punt de vista científic es basa en tres propietats fonamentals de la matèria viva, les funcions vitals, que realitzen tots els éssers vius:

La funció de nutrició, els éssers vius obtenen del medi les substàncies que necessiten per viure com l’aigua, l’oxigen i els aliments.

La funció de relació, els éssers vius perceben el que passa al seu voltant i actuen segons el que creuen que convé en cada situació.

La funció de reproducció, els éssers vius produeixen altres éssers vius molt semblants a ells.

Funció de nutrició

S’entén per funció de nutrició el conjunt de processos que permeten als éssers vius d’obtenir la matèria i l’energia per realitzar les seves funcions vitals. Aquesta funció implica un intercanvi de matèria i energia amb el medi.

Existeixen dos tipus principals de nutrició, depenent del tipus de matèria i energia que utilitzen les cèl·lules per fabricar la seva pròpia matèria i energia que necessiten:

• Nutrició autòtrofa. La nutrició en la que l’organisme pren del medi matèria inorgànica. Aquesta matèria inorgànica pot ser transformada en matèria orgànica a través de dos processos diferents:
• Fotosíntesis. Quan la font d’energia per transformar la matèria inorgànica (aigua, sals, diòxid de carboni) en orgànica (glucosa) és la llum del Sol. Són organismes autòtrofs fotosintètics les algues, les plantes i determinats bacteris.
• Quimiosíntesi. quan la font d’energia per transformar la matèria inorgànica en orgànica és l l’energia despresa en reaccions químiques. Són organismes quimiosintètics alguns pocs tipus de bacteris.
• Nutrició heteròtrofa. La nutrició en la que es capta matèria orgànica. En la naturalesa aquesta matèria només es troba en els éssers vius, per tan alimentar-se de matèria orgànica vol dir alimentar-se d’altres organismes, ja siguin vius o morts.

La funció de nutrició inclou diversos processos: la captació de nutrients, la seva transformació, la seva distribució a totes les cèl·lules i l’eliminació de substàncies de rebuig que es produeixen com resultat de l’ús que es fa dels nutrients en les cèl·lules. Això és comú a animals i vegetals. Per a això el cos de l’ésser viu té òrgans i aparells especialitzats en la realització d’aquestes tasques.

Funció de relació

És la capacitat que tenen els éssers vius de detectar els canvis en el medi intern o extern (l’estímul) i actuar en conseqüència (la resposta) per tal de garantir l'èxit biològic de l'individu i de l'espècie assegurant-ne, en el possible, la seva supervivència.

La funció de relació implica tot un seguit de processos complexes:

• La recepció de l'estímul. El receptor, intern (glàndula interna) o extern (òrgan del sentit), capta l’estímul i el transforma en una senyal química o en un impuls nerviós.
• La transmissió de l’estímul fins al centre de decisió, on s’elabora la resposta adient a l’estímul.
• L’emissió de la resposta fins al seu receptor.
• L’execució de la resposta per part del seu efector. La resposta pot ser un moviment (si l’efector és una cèl·lula muscular) o una secreció química (si l’efector és una glàndula exocrina o endocrina).

La naturalesa de l’estímul i de la resposta és molt diversa. Depenent del tipus de procés de transducció sensorial i de la seva font d'energia. La resposta pot ser molt variada (moviment, secreció d'alguna substància química, passar a una forma de vida latent, etc.)

Alguns bacteris poden respondre davant d'un estímul movent-se a favor o en contra d'aquest (les tàxies). Segons la naturalesa de la resposta es parla de:

• Quimiotaxis, si l'estímul és de naturalesa química. Els éssers vius col·locats en un medi de gradient químic es desplacen (o s’acumulen) cap a la zona de la seva concentració òptima.
• Aerotaxis, els éssers vius es desplacen (o s’acumulen) cap a la zona on el medi té la seva concentració òptima d’oxigen.
• Fototaxis, els éssers vius es desplacen (o s’acumulen) cap a les zones amb la seva intensitat lumínic òptima.
• Esporulació, algunes formes de vida unicel·lular, davant condicions molt desfavorables, adopten formes no proliferants (de resistència). Aquestes poden ser de tipus diversos: endòspores, acinets, cists, micròspores, etc. Un cop superades les condicions desfavorables, les espores tornen a donar cèl·lules vegetatives.

Funció de reproducció

S'entén per reproducció o procreació al procés mitjançant el qual es generen nous organismes. Principi fonamental de totes les formes de vida: cada individu existeix com a resultat d'una reproducció.

Hi ha dues formes bàsiques de reproducció: La reproducció asexual i la reproducció sexual, que pot ser interna o externa. Amb diferents estratègies evolutives: l’estratègia de la K i l’estratègia de la R.

Podem observar el procés de la divisió cel·lular, en aquest interessant vídeo de la youtuber Esther Ginkgobiloba: La reproducció cel·lular.

De la mateixa autora també podem observar el seu vídeo: Reproducció sexual i asexual.

Reproducció asexual

La descendència deriva d'un sol progenitor. Estrictament és un tipus de reproducció sense fusió de gàmetes (agamogènesi). Representa la forma més primària en la reproducció d'organismes unicel·lulars com les arquees, bacteris i protists. També de moltes plantes i fongs. S’ha de dir però que, si bé tots els procariotes es reprodueixen asexualment, existeixen alguns mecanismes —la conjugació, la transformació i la transducció– que transfereixen, de manera lateral, gens entre dos individus i s’assemblen , en certa manera, a la reproducció sexual.

En la reproducció asexual no es requereix la combinació de material genètic de diferents individus de la mateixa espècie. Els nous individus són clons, amb una càrrega genètica idèntica, excepte en el cas de mutacions espontànies. Així, tots els individus tenen la mateixa sensibilitat als canvis ambientals i un canvi dràstic en el medi pot afectar dramàticament a tota la població. La reproducció asexual és doncs favorable en medis molt estables i en individus ben adaptats al medi ^[1].

Vegem-ne diferents formes de reproducció asexual, que es combinen sovint amb la reproducció sexual:

• L'hidra i el llevat són capaços de reproduir-se mitjançant la gemmació. No hi ha diferenciació de sexes. Els individus es separen en dues o més parts i regeneren les parts del seu organisme en cada descendent.
• La bipartició o fissió binària. Subdivisió d'un organisme, d'una població o d'una espècie en parts i la regeneració d'aquestes parts en individus separats. Pròpia de molts organismes unicel·lulars, els procariotes (arqueobacteris i eubacteris) i eucariotes (protists i fongs unicel·lulars).
• La reproducció vegetativa d'una planta a patir d'un tros d'una tija (un esqueix). La formació de plàntules (com Kalanchoe blossfediana) ^[2]. Alguns vegetals produeixen noves plantes a partir de rizomes o estolons, com per exemple, a la maduixera silvestre, Fragaria vesca). Altres per bulbs o tubercles, com la Tulipa o la Dhalia, o produint brots adventicis i xucladors que es formen al llarg de les seves arrels laterals. Les plantes poden així formar colònies clonals que cobreixen una gran superfície.
• La partenogènesi ^[3] és el creixement i el desenvolupament d’un embrió o llavor a partir d’un òvul sense fecundar.
• Les plantes apomíctiques ^[4] produeixen llavors sense meiosi ni fertilització de manera que els seus descendents són clons genètics de la planta mare. També es pot donar l’apomixi en invertebrats (per exemple, en les puces d'aigua, pugons, algunes abelles i vespes paràsites) i vertebrats (per exemple, alguns rèptils, peixos, i, molt rarament, ocells i taurons). De vegades s'utilitza també per descriure les formes de reproducció d'espècies hermafrodites fèrtils. L’apomixi permet la fixació indefinida d'un genotip altament adaptat al seu ambient. Avantatge genèticament similar al que presenta la multiplicació vegetativa. No obstant això, en el cas de les plantes apomíctiques, els descendents no romanen als voltants de la planta mare, que els obligaria a competir amb ella pels recursos, sinó que gràcies a la dispersió de les llavors els nous individus poden explorar i conquerir nous ambients.

Reproducció sexual

És la creació d'un nou organisme per la combinació del material genètic de dos organismes de la mateixa espècie. Els dos processos principals són la meiosi –la reducció a la meitat del nombre de cromosomes–, i la fecundació –la fusió de dos gàmetes i la restauració del nombre original de cromosomes–. Durant la meiosi, els cromosomes de cada parell generalment es creuen per aconseguir la recombinació homòloga. La primera prova de fòssils d'organismes amb reproducció sexual prové d'eucariotes del període Estenià, fa entre 1000 i 1200 milions d'anys. La reproducció sexual és el principal mètode de reproducció per a la gran majoria d'organismes macroscòpics, incloent-hi gairebé tots els animals i les plantes.

En la primera etapa de la reproducció sexual, durant la meiosi, el nombre de cromosomes es redueix d'un nombre diploide (2n) a un haploide (n). Durant la fecundació, els gàmetes ^[5] haploides s'uneixen per formar un zigot diploide i restablir el nombre original de cromosomes (2n). El zigot es desenvolupa en embrió i posteriorment en un individu complet.

L’intercanvi de material genètic de la reproducció sexual origina individus genèticament diferents, excepte en el cas de bessons univitel·lins. Amb l'avantatge d’una millor adaptació als canvis ràpids en el medi, al augmentar la diversitat genètica de l’espècie.

Una majoria d'organismes formen dos tipus diferents de gàmetes, sent doncs espècies amb anisogàmia. En aquests casos els dos sexes es coneixen com a mascles, que produeixen espermatozoides o micròspores, i femelles, que produeixen òvuls o megàspores. En les espècies amb isogàmia, els gàmetes són similars o idèntics en la forma (isogàmetes), però poden tenir propietats separables. Per exemple, en l'alga verda Chlamydomonas reinhardtii, es donen els gàmetes "més" i "menys". Alguns tipus d'organismes, com Paramecium aurelia, tenen més de dos tipus de "sexe", anomenats singens.

La majoria d’animals (incloent-hi l'espècie humana) i de plantes es reprodueixen sexualment. Els organismes amb reproducció sexual tenen diferents conjunts de gens per cada característica (anomenades al·lels). Els descendents hereten un al·lel per a cada característica de cada progenitor, el que garanteix que els fills tenen una combinació de gens dels pares. Els diploides tenen dues còpies de cada gen en un organisme. Es creu que "l'emmascarament dels al·lels deleteris afavoreix l'evolució d'una fase diploide dominant en els organismes que s'alternen entre les fases haploides i diploides", on es produeix la recombinació lliure.

Els briòfits (les molses) es reprodueix sexualment, però les formes de vida que es veuen normalment són haploides, que produeixen gàmetes. Els zigots es desenvolupen i formen un esporangi que produeix espores haploides. La fase diploide és relativament curta en comparació amb el de fase haploide. I en ella és on es dona l’heterosi ^[6].

Els briòfits són un exemple de que la reproducció sexual és molt avantatjosa per si mateixa, ja que permet l'intercanvi de gens (híbrids o de la recombinació entre els loci múltiples) entre diferents membres de l'espècie, fet que fa possible la selecció natural del més apte en aquests nous híbrids o recombinants que són formes haploides.

La reproducció sexual pot ser externa o interna.

La reproducció externa suposa l'emissió coordinada d'òvuls o d'ous per part de la femella i d'esperma per part d'individus mascles. En canvi la reproducció interna es dona quan la fecundació es produeix a l'interior del cos de la femella, que actua com a receptor i que aporta un o diversos òvuls, al mateix temps que el mascle hi aporta l'esperma. En el cas d'organismes hermafrodites es pot donar fecundació mútua o bé que cadascun dels organismes pren el rol de mascle o de femella. En els mamífers la reproducció sexual és interna.

La manca de reproducció sexual és relativament poc comú entre els organismes multicel·lulars, en particular dels animals, per raons que no es coneixen amb exactitud. Les hipòtesis actuals suggereixen que la reproducció asexual pot tenir beneficis a curt termini quan el creixement accelerat de la població és important o quan hi ha entorns estables, mentre que la reproducció sexual ofereix un avantatge net en fer possible més ràpidament una diversitat genètica més gran, fet que permet que l'espècie s'adapti més fàcilment a entorns canviants. Les restriccions en el desenvolupament poden ser l'explicació fonamental que permet entendre perquè alguns animals han renunciat totalment a la reproducció sexual en el seu cicle vital.

Avantatges i desavantatges entre la reproducció asexual i sexual

Els organismes que es reprodueixen mitjançant reproducció asexual solen augmentar el seu nombre de manera exponencial. No obstant això, com que la variació es produeix per mutacions en el seu ADN, tots els membres de l'espècie tenen vulnerabilitats similars. Els organismes que es reprodueixen sexualment produeixen un menor nombre de cries, però la gran quantitat de variació que presenten els seus gens els fa menys susceptibles a les malalties.

Molts organismes es reprodueixen sexualment i asexual. Trobem exemples en els àfids, els fongs lliscants, les anemones de mar, algunes espècies d'estrelles de mar (per fragmentació) i moltes plantes. Quan els factors ambientals són favorables, la reproducció asexual es fa servir per explotar les condicions adequades per a la supervivència, com ara un subministrament abundant d'aliments, habitatge adequat, condicions climàtiques favorables, el pH òptim o una combinació adequada d'altres necessitats d'estil de vida. Les poblacions d'aquests organismes augmenten de manera exponencial mitjançant estratègies de reproducció asexual per aprofitar al màxim l'abundància de recursos.

Quan les fonts d'aliment s'han esgotat, el clima es torna hostil o la supervivència individual es veu amenaçada per algun altre canvi advers en les condicions de vida, aquests organismes canvien cap a formes de reproducció sexual. La reproducció sexual garanteix una barreja de la reserva genètica de l'espècie. Les variacions trobades en les cries de les espècies que es reprodueixen sexualment permet a alguns individus estar més preparats per a la supervivència i els proporciona un mecanisme per a l'adaptació selectiva. A més, la reproducció sexual, en general, és útil en una etapa de la vida que requereix suportar les condicions que amenacen els fills d'un progenitor asexual. Per tant, llavors, espores, ous, pupes, cists o altres etapes per "passar l'hivern" de la reproducció sexual asseguren la supervivència quan els temps no són favorables i l'organisme pot "esperar que" les situacions adverses desapareguin i retornin les condicions de vida més idònies.

Alternança reproductiva

Algunes espècies alternen les estratègies reproductives i poden tenir reproducció sexual i asexual, una capacitat coneguda com a heterogàmia, tot depenent de les condicions ambientals. Per exemple, el crustaci d'aigua dolça, Daphnia (puça d'aigua), a la primavera es reprodueix per partenogènesi per omplir ràpidament els estanys; a continuació, canvia a la reproducció sexual per potenciar l'augment de la competència i la depredació. Molts protists i fongs alternen entre la reproducció sexual i asexual.

Per exemple, el fong lliscant Dictyostelium es reprodueix per bipartició (mitosi), com les amebes unicel·lulars en condicions favorables. No obstant això, quan les condicions ambientals es fan desfavorables, l'agregat de cèl·lules segueix una de les dues vies de desenvolupament, segons les condicions existents. En la via social i asexual, formen una mena de llimac multicel·lular que després forma un cos fructífer amb espores generades asexualment. En la via sexual, es fusionen dues cèl·lules per a formar una cèl·lula gegant que es converteix en un gran cist. Quan aquest macrocist germina, allibera centenars de cèl·lules amèbiques que són el producte de la recombinació meiòtica entre l'original de les dues cèl·lules.

Les hifes d Rhizopus (una floridura) poden produir tant la mitosi, com espores meiòtiques. Moltes algues canvien d'una manera similar de la reproducció sexual a l'asexual. Existeix un nombre important de plantes que utilitzen tant la via sexual com l'asexual per produir noves plantes, n'hi ha que passen de reproducció sexual a asexual segons siguin les condicions ambientals.

La reproducció en el món animal

Els rotífers de la classe Bdelloidea es reprodueixen exclusivament de manera asexual, i tots els individus d'aquesta classe són femelles. L'asexualitat ha evolucionat en aquests animals durant milions d'anys i ha persistit al llarg dels temps. Hi ha proves que suggereixen que la reproducció asexual ha permès als animals fer evolucionar i produir noves proteïnes a través de l'efecte Meselson ^[7] que els han permès sobreviure millor en períodes de deshidratació.

Hi ha invertebrats i també alguns vertebrats menys avançats que alternen la reproducció sexual i l'asexual, o que són exclusivament asexuals. L'alternança s'observa en alguns tipus d'insectes com els àfids (que, en condicions favorables, produeixen ous sense meiosi, en essència una clonació) i l'abella Apis mellifera capensis (que es pot reproduir asexualment mitjançant un procés thelytoky ^[8]). Unes poques espècies d'amfibis i rèptils tenen la mateixa capacitat. Un cas molt poc comú entre els vertebrats més avançats és la capacitat del gall dindi femella per produir ous fèrtils en l'absència d'un mascle. Els ous que en resulten solen ser defectuosos. Aquest comportament pot interferir amb la incubació dels ous en la cria de gall d'indi.

Hi ha també exemples de partenogènesi en el tauró martell i el tauró punta negra. En ambdós casos, els taurons havien arribat a la maduresa sexual en captivitat sense mascles, i en ambdós casos les cries van mostrar ser genèticament idèntiques a les mares.

L'armadillo de nou bandes (Dasypodidae), presenta poliembrionia. Una forma generalitzada de reproducció asexual en animals, en què l'òvul fecundat o una fase posterior del desenvolupament embrionari es divideix per formar clons genèticament idèntics. En els animals, aquest fenomen ha estat millor estudiat en els himenòpters paràsits. En els armadillos de nou bandes, aquest procés es dona sempre i en general origina quadrigèmins genèticament idèntics. En altres mamífers, els germans monozigòtics no tenen cap base genètica evident, encara que la seva presència és comú. Actualment hi ha almenys 10 milions de bessons idèntics humans.

Entre els mamífers hi ha diferències en els inicis del procés reproductiu: la reproducció comença amb l'aparellament precedit sovint d'un festeig o exhibició per part d'un membre de la parella de les seves característiques físiques o de fortalesa davant els competidors. En molts animals les femelles només permeten la còpula quan es troben dins del moment fèrtil o estre per la qual cosa la fecundació pràcticament està garantida i la sexualitat està molt lligada a la reproducció. En animals com la guineu i alguns mustèlids, la femella pot reabsorbir l'embrió si les condicions ambientals són desfavorables. En els bonobos o ximpanzés pigmeus, les relacions sexuals (heterosexual i homosexuals), tenen un paper destacat en la societat d'aquests animals, independentment de la reproducció, com una forma de mantenir la cohesió social dins del grup.

La reproducció humana

S’ha de distingir el procés reproductiu masculí del femení. Podem observar tot el procés en aquest vídeo sobre la reproducció humana: La reproducció humana..

Procés reproductiu masculí

La formació d'espermatozoides (espermatogènesi) s'inicia en la pubertat i continua tota la vida. En funció de les hormones sexuals. Principalment de la testosterona, formada amb substàncies precursores originades a la hipòfisi i l’hipotàlem, amb funcions de producció d'espermatozoides i determinació dels caràcters sexuals secundaris.

Els espermatozoides són conduits a través del conducte deferent que connecta al conducte ejaculatori que desemboca en la uretra. El semen el formen els espermatozoides i les secrecions emeses per la vesícula seminal, la glàndula prostàtica i la glàndula bulb uretral. El penis en erecció durant la còpula permet penetrar la vagina i alliberar-hi el semen.

Procés reproductiu femení

L'oogènesi es produeix a l'ovari. Un oòcit és alliberat cada mes des de la pubertat a la menopausa. Aquest oòcit passa a l'oviducte (les trompes de Fal·lopi) que desemboca en l'úter. La vagina connecta amb l'úter pel cèrvix i rep el penis en el coit per tal de que l'oòcit pugui ser fertilitzat.

El cicle ovàric és regulat pels estrògens i la progesterona secretats per la hipòfisi i l'hipotàlem que estimulen el desenvolupament i la preparació de la capa de l'endometri de l'úter per a la implantació del zigot. Si no hi ha embaràs cauen els nivells hormonals i l'endometri necròtic és expulsat amb la menstruació.

Els gàmetes

Els gàmetes vegetals masculins s’anomenen anterozoides i els femenins oosferes. En els animals, dins els òrgans sexuals dels adults les cèl·lules diploides productores de gàmetes, maduren i es desenvolupen en espermatozoides (cèl·lules reproductores masculines) i òvuls (cèl·lules reproductores femenines), que són haploides. Una cèl·lula haploide posseeix una dotació cromosòmica formada per una sola còpia de cada parell cromosòmic. És important que els gàmetes siguin haploides, perquè en fusionar-se donaran lloc a un zigot diploide. Això vol dir que el nou ésser en formació tindrà doble dotació cromosòmica, resultat de la fusió del gàmeta masculí i el gàmeta femení, per tant, amb característiques dels dos progenitors.

Estratègies reproductores

Hi ha una gran varietat d'estratègies reproductives utilitzades per diferents espècies. Alguns animals, com l'ésser humà (amb maduresa sexual després de l'adolescència) i el mascarell del nord (als 5 o 6 anys de néixer) produeixen poca descendència. D'altres es reprodueixen ràpidament, però la majoria de la prole no arriba a la maduresa en estat natural. Un conill, madur després dels 8 mesos, produeix entre 10 i 30 cries anuals, un cocodril del Nil, madur als 15 anys, produeix aproximadament 50 cries anuals i una mosca de la fruita (10 a 14 dies) en produeix aproximadament 900. Aquestes dues estratègies són conegudes com estratègies de la K (amb poques cries) i de la r (amb moltes cries).

Les estratègies r/K van ser proposades pels ecòlegs Robert MacArthur i Edward Osborne Wilson, el 1967, a partir del seu treball en biogeografia insular.

L'estratègia r dona precedència a la quantitat. Les espècies produeixen una gran descendència, el més aviat possible, normalment amb una mortalitat molt elevada. És una adaptació a entorns inestables i imprevisibles. Altres trets associats a aquesta estratègia són una mida corporal petita, una esperança de vida curta i la capacitat de dispersar la descendència. Alguns exemples són els bacteris, insectes, herbes o alguns mamífers petits com ara els rosegadors.

L'estratègia K prefereix la qualitat, caracteritzant-se per una durada de vida llarga i una reproducció més rara i tardana. Acostumen a tenir un cos més gros i la descendència sovint exigeix cura per part dels progenitors fins que maduren. Alguns exemples són els elefants, humans, balenes, o organismes més petits com ara lloros o àguiles.

Aquests termes, r i K, es manlleven de l'àlgebra ecològica estàndard, il·lustrada en el model de Verhulst de dinàmica de poblacions:

on N és la població, r (de l'anglès rate «taxa») la taxa de creixement natural, K (de l'alemany Kapazitätsgrenze, «límit de capacitat») la capacitat de càrrega d'un entorn biològic, i dN/dt la derivada de N respecte del temps t, és a dir la taxa de canvi de la població al llarg del temps. Així doncs, l'equació relaciona el creixement de la població N amb la mida actual de la població, incorporant l'efecte dels dos paràmetres constants r i K.

L'estratègia afavorida depèn d'un gran nombre de circumstàncies. Ambdues estratègies poden ser afavorides per l'evolució: els animals amb poca descendència poden invertir més temps a nodrir-los i protegir-los, reduint considerablement la necessitat reproducció; d'altra banda, els animals amb molta descendència no necessiten gastar tanta energia en criança, cosa que els permet dedicar-se a la seua pròpia supervivència i més reproducció.

Altres tipus de reproducció

Animals policíclics: es reprodueixen intermitentment al llarg de les seves vides.

Organismes semèlpar: només reprodueixen un cop a la seva vida, com les plantes anuals, entre les que es troben totes les espècies de grans de cultiu i verdures, determinades espècies de salmó, aràcnids i bambú. Sovint moren poc després de reproduir-se. Generalment s'associen a estratègies de tipus r.

Organismes iteròpar: produeixen cries en cicles successius (anuals o estacionals), com les plantes perennes. Els animals iteròpars sobreviuen durant múltiples estacions (o canvis periòdics de condicions). S'associa més aviat amb estratègies de tipus K.

Vida sense reproducció

L'existència de la vida sense reproducció és objecte d'especulació. L'estudi biològic de com l'origen de la vida conduí d'elements no reproductius a organismes reproductius rep el nom d'abiogènesi. Hi hagués hagut o no diversos esdeveniments abiogenètics independents, els biòlegs creuen que l'últim avantpassat comú de tota la vida que hi ha actualment a la Terra visqué fa més de 3.500 milions d'anys. Alguns científics han especulat sobre la possibilitat de crear vida al laboratori de manera no reproductiva. S’ha aconseguit produir virus senzills a partir de materials completament no vivents. Tanmateix, els virus no solen ser considerats éssers vius. No són res més que una mica d'ARN o ADN dins d'una càpsula proteica, manquen de metabolisme i només poden replicar-se amb l'ajut de la maquinària metabòlica d'una cèl·lula de la qual han pres control. La producció d'un organisme realment viu (com un bacteri senzill) sense avantpassats seria una tasca molt més complexa, però podria ser perfectament possible segons els coneixements biològics actuals.

Els àcids nucleics

En tots els éssers vius la informació genètica necessària per a la reproducció d’un organisme viu i pel manteniment de la vida és als àcids nucleics: l’ARN i el ADN. Vegem-ho en aquest mític vídeo de Science: L’ADN el fil de la vida, ( DNA the thread of life). Editat per Josep Maria Llort Planchadell.

Són formats per cinc bases nitrogenades estàndard: dues purines (Adenina i Guanina) i tres pirimidines (Citosina, Timina, a l’ADN, i Uracil, a l’ARN).

L'ADN té com a base de pentosa la desoxiribosa, mentre que l'ARN té com a base de pentosa la ribosa; a més (l'ADN) està format per una doble hèlix de cadenes antiparal·leles formades per nucleòtids, mentre que l'ARN només està format per una hèlix simple també formada per nucleòtids ^[9].

 

Les bases nitrogenades sempre s’aparellen en la forma: A amb T i G amb C (en l’ADN) o A amb U i G amb C (en l’ARN).

El codi genètic

És un conjunt de normes que permeten la conversió de seqüències d'àcids nucleics (ADN o ARN) en proteïnes dins les cèl·lules dels éssers vius, en el procés de síntesi de proteïnes. Gairebé tots els éssers vius coneguts, utilitzen el mateix codi genètic, anomenat codi genètic estàndard, tot i que alguns organismes presenten variacions menors d'aquest codi.

Sense entrar en més detalls, un codó és un triplet de nucleòtids en l'ADN o l'ARN que codifica un aminoàcid particular o que assenyala el començament o la fi del missatge genètic. Els codons es divideixen en tres grups:

• codó d'inici: Codó de l'ARNm (AUG, GUG i GUA) que inicia la síntesi de polipèptids.
• codó modulador: Codó responsable, directament o indirecta, del control de la freqüència amb què es transcriuen els cistrons.
• codó de terminació o codó sense sentit: Codó de l'ARNm (UAA, UAG i UGA) que marca la fi de la síntesi d'una cadena polipeptídica.

Podem veure-ho amb molt més detall en els següents vídeos d’Esther Ginkgobiloba:

• Els àcids nucleics
• L'expressió del missatge genètic

La genètica. Lleis de Mendel

Podríem dir que la genètica va néixer a finals del segle XIX als jardins de l’abadia de Sant Tomàs a Brno (Txèquia), on Gregor Mendel va realitzar els primers estudis sobre la transmissió de caràcters entre generacions de pèsols i va postular les seves tres grans lleis fonamentals de la genètica, les lleis de Mendel. Que podem veure amb detall en el següent vídeo d’Esther Ginkgobiloba: Genètica mendeliana.

Mendel va observar que cada caràcter era definit per dos factors, un matern i un patern.

I va postular les seves tres famoses lleis de Mendel:

Primera llei de Mendel (principi de la uniformitat): la llei de la uniformitat dels híbrids de la primera generació filial (F₁) del creuament de dues races pures. Estableix que si es creuen dues races pures (homozigot dominant amb homozigot recessiu) per a un determinat caràcter, els descendents de la primera generació seran tots iguals entre si, fenotípica i genotípicament, i iguals fenotípicament a un dels progenitors (de genotip dominant), independentment de la direcció de l'encreuament. Expressat amb lletres majúscules les dominants (P = porpra) i minúscules les recessives (p = blanc), es representaria així: PP + pp = Pp, Pp, Pp, Pp.

En poques paraules, existeixen factors per a cada caràcter els quals se separen quan es formen els gàmetes i es tornen a unir quan ocorre la fecundació.

Segona llei de Mendel (Llei de la segregació dels caràcters en la segona generació filial): Durant la formació dels gàmetes, cada al·lel d'un parell se separa de l'altre membre per determinar la constitució genètica del gàmeta filial. És molt habitual representar les possibilitats d'hibridació mitjançant un quadre de Punnett, com es mostra a la figura de la F₂.

Mendel va obtenir aquesta llei al creuar diferents varietats d'individus heterozigots (diploides amb dues variants al·lèliques del mateix gen: Pp), i va poder observar en els seus experiments que obtenia moltes flors amb característiques de color porpra i altres (menys) amb característiques de color blanc, va comprovar que la proporció era de 3/4 de color porpra i 1/4 de color blanc (3: 1).

Tercera llei de Mendel (Llei de la independència dels caràcters hereditaris): Amb paraules del propi Mendel, “··· Per tant, no hi ha dubte que a tots els caràcters que van intervenir en els experiments s'aplica el principi que la descendència dels híbrids en què es combinen diversos caràcters essencials diferents, presenta els termes d'una sèrie de combinacions, que resulta de la reunió de les sèries de desenvolupament de cada parella de caràcters diferencials.”

Per exemple, amb quatre gàmetes AALL x aall, tindríem les combinacions:

En definitiva: els caràcters s’hereten de forma independent. Tots els germans Marx, per exemple, són semblants però diferents.

S’ha de dir que Mendel va tenir sort a l’hora d’escollir els caràcters perquè va coincidir que eren en parts molt allunyades del mateix cromosoma o en diferents cromosomes (gens no lligats). En cas contrari aquesta llei no es compliria.

Mendel també va estudiar els caràcters codominants, sense dominància. Es dona codominància quan, en l'herència, cap dels dos al·lels d'un gen domina sobre l'altre, manifestant-se ambdós al mateix temps en els heterozigots. Per exemple en l’herència dels grups sanguinis.

Els gens homeòtics

Els gens que determinen el desenvolupament embrionari, la segmentació del cos, la posició i el nombre de les extremitats, la posició dels diferents òrgans, etc. s’anomenen gens homeòtics. Molt estudiats en el genoma de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), l’amfiox Branchiostoma i el ratolí (Mus musculus).

Quan aquests gens muten, es produeixen alteracions notables en el desenvolupament, per exemple l’aparició d’extremitats anormals, al lloc on haurien de ser les antenes.

En humans s’han localitzat 39 gens Hox localitzats en quatre clusters que es troben als cromosomes 2, 7, 12 i 17. Al igual que a Drosophila, les seves mutacions provoquen afeccions i síndromes importants: hipervitaminosi A durant l’embaràs, síndrome de Waardenburg, anirídia, megacòlon, costelles extra-numeràries, síndrome ma-peu-genital i cardiopaties congènites.

Jordi Coll Vera - 2023