Biologia i Geologia Teoria by Les Roquetes

BIOLOGIA I GEOLOGIA Àmbit de les Matemàtiques, de la Ciència i de la Tecnologia

Índex Unitat 1 Els experiments de Mendel I Unitat 2 Els experiments de Mendel II Unitat 3 El suport molecular de l'herència Unitat 4 Evolució de les es ècies Unitat 5 Incidència humana sobre l'evolució

Ma te mà t iques , C iè nc ia i Te c nologia

U N I TA T 1 E X OE R I ME N T S D E ME N D E L I

Unitat 1

EXPERIMENTS DE MENDEL I

PÀG.30

treballaràs?

UNITAT 2

què

QUÈ TREBALLARÀS?

En acabar la unitat has de ser capaç de: • Valorar la història dels coneixements sobre l'herència biològica. • Interpretar el procés de reproducció sexual de les plantes amb flor. • Precisar el funcionament dels mecanismes hereditaris descrits per Mendel.

• Utilitzar els coneixements de probabilitat necessaris per resoldre problemes d’herència d’un caràcter.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

• Interpretar correctament els arbres genealògics i saber determinar els genotips dels seus membres.

9. GENÈTICA

• Distingir la transmissió de caràcters que presenten herència intermèdia, codominància o al·lelomorfisme múltiple.

PÀG.31

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

60 1. Ressenya històrica Segur que més d’un cop t’han dit que t’assembles al teu pare, a la teva mare o a d’altres familiars. També deus haver sentit a parlar de malalties hereditàries, que passen de pares a fills o d’avis a nets. La similitud entre parents ja fou detectada des de l’antiguitat; però, quin és l’origen de les diferències i similituds entre els individus?, quines lleis regulen la transmissió de les característiques físiques, com el color dels ulls, l'alçada, la forma de les orelles, la quantitat de cabells, les malalties, etc.? Avui dia sabem que la informació sobre els caràcters hereditaris es troba en el nucli de les cèl·lules. Quan, en la reproducció sexual, els gàmetes (espermatozou i òvul en animals) s’uneixen, es forma una cèl·lula anomenada zigot. El zigot, amb informació hereditària provinent dels dos progenitors, comença a créixer, formant l’embrió, nom que rep l’organisme fins que adquireix l’estructura característica de l’adult. Al llarg de la història però, s’han formulat moltes teories sobre la transmissió dels caràcters hereditaris. L’herència dels trets físics ha originat moltes preguntes que no van trobar unes respostes clares fins al segle passat, a partir del redescobriment dels treballs de Gregor Mendel l’any 1900. Tanmateix, abans dels treballs de Mendel, altres científics havien fet aportacions al respecte que, més o menys encertades, constituïren l’inici del camí d’estudi de l’herència biològica. Vegem ara les principals aportacions: Preformacionisme

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Teoria del segle XVII amb seguidors fins ben entrat el segle XVIII. Amb el descobriment de l’existència dels espermatozous i els òvuls, molts biòlegs van pensar que un dels gàmetes contenia l’organisme sencer en miniatura (preformat). Alimentant-lo convenientment es desenvoluparia totalment el nou ésser. Tot i que mai no van poder ser observats, es van fer diversos dibuixos amb una minúscula persona a l’interior d’un gàmeta.

Dibuix d’una persona preformada dins d’un espermatozou.

Epigènesi Teoria que aparegué en el segle XVIII, quan Wolff, a partir de l’estudi de teixits embrionaris, va proposar que els diferents teixits i òrgans apareixien durant el desenvolupament de l’organisme, gràcies a uns impulsos d’origen desconegut que anomenà forces vitals. Més endavant, Von Baer (s. XIX) va proposar que hi havia una transformació gradual dels teixits fins a formar l’individu adult. El zigot seria la cèl·lula primigènia, capaç d’originar un nou organisme mitjançant aquest procés de transformació gradual. PÀG.32

Pangènesi Durant el segle XIX es van descriure els gàmetes en la reproducció sexual i la unió dels seus nuclis durant la fecundació. Aquestes observacions van fer renéixer una antiga teoria, introduïda per Aristòtil en el segle IV aC, segons la qual totes les característiques d’un organisme són presents a la sang en forma d’unes còpies minúscules anomenades gèmmules, provinents de tots els òrgans. Les gèmmules es poden dividir, i les còpies arriben fins als òrgans sexuals, on s’uneixen per formar els gàmetes. Amb la fecundació es produeix la unió de les gèmmules de tots dos sexes. Després les gèmmules es van separant, originant el desenvolupament de les diferents parts del cos. Aquesta teoria fou assumida per Darwin, el naturalista anglès que elaborà la teoria sobre l’evolució de les espècies.

EXOERIMENTS DE MENDEL I

Aquesta teoria ha estat confirmada pels coneixements de genètica molecular aportats per diversos científics durant el segle XX. Aquests mateixos coneixements han permès descartar l’origen místic del material genètic.

UNITAT 2

Es creia que el material genètic es creia que era invisible (per a molts científics era una cosa mística), i que es trobava en la cèl·lula embrionària original, el zigot.

Plasma germinal La pangènesi es descartà totalment quan Weismann (finals s. XIX) comprovà que, malgrat haver tallat la cua a unes rates durant vint-i-dues generacions, aquestes continuaven naixent amb la cua sencera. Weismann mateix proposà que els éssers pluricel·lulars tenen dos tipus de teixits: el somatoplasma i el plasma germinal.

Aquesta teoria ha quedat plenament corroborada per estudis posteriors. El naixement de la genètica A finals del segle XIX es va descriure la divisió cel·lular i s’observaren els cromosomes. També es va constatar que els gàmetes només contenien la meitat del nombre de cromosomes característic de l’espècie. El redescobriment dels treballs de Gregor Mendel va permetre relacionar definitivament els cromosomes com a suport molecular de l’herència de caràcters. Sutton (1903) va unificar els coneixements sobre l’estructura i el funcionament cel·lular amb els treballs de Mendel. Era el començament de la moderna ciència de la genètica. Gregor Mendel Gregor Mendel (Johann Mendel abans de rebre l’hàbit) fou un monjo austríac que va donar per primer cop una explicació científica de l’herència de les característiques dels organismes. Malgrat que publicà els seus treballs l’any 1866, en la revista de la Societat Naturista de Brno, aquests no foren PÀG.33

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

El plasma germinal és format pels teixits amb finalitat reproductiva i es transmet de generació en generació, originant el somatoplasma i el plasma germinal dels descendents, la qual cosa explica les similituds entre parents.

9. GENÈTICA

El somatoplasma és format pels teixits essencials per al funcionament de l’organisme i no pren part en la reproducció sexual. Això fa que els canvis en el somatoplasma no es transmetin a la descendència.

coneguts per la comunitat científica fins al 1900, en ser redescoberts simultàniament per tres científics.

EXOERIMENTS DE MENDEL I

• Treballar amb pesoleres (Pisum sativum), la qual cosa li permeté d’obtenir una generació anual i una descendència nombrosa.

UNITAT 2

El seu èxit es fonamentà en aquests punts:

• Utilització de races pures, és a dir, varietats en què els caràcters en estudi s’hagin manifestat sempre de la mateixa manera des de fa moltes generacions .

• Observar caràcters qualitatius, sense formes intermèdies entre les diferents manifestacions. D’aquesta manera, en estudiar, per exemple, la forma de la llavor, obtenia plantes que feien llavors clarament llises o rugoses, sense formes intermèdies i, per tant, fàcilment classificables. Això li facilità el seguiment dels caràcters estudiats. En va estudiar set: color de les llavors, forma de les llavors, color de les flors, posició de les flors, forma de les beines (estructura que conté les llavors), llargària de la tija i color de les beines. • Fixar-se únicament en determinats caràcters i no perdre’s en el seguiment de l’herència de molts caràcters alhora.

• Anàlisi matemàtica dels resultats obtinguts. A partir dels experiments realitzats, Mendel formulà tres lleis que donaren per primera vegada una explicació científica a l’herència dels caràcters. Per això hom el considera el fundador de la genètica, la branca de la biologia que estudia els fenòmens de l’herència. Abans d’endinsar-nos en l’estudi dels experiments de Mendel, i per tal d’entendre millor la mecànica, és convenient conèixer com es duu a terme la reproducció sexual de les plantes amb flor.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

• Activitats d'aprenentatge 1, 2, 3 i 4

2. La reproducció de les plantes amb flor Les plantes superiors tenen un òrgan per a la reproducció sexual anomenat flor. Hi ha plantes, com el romaní o l’ametller, que tenen flors molt visibles. Són les plantes angiospermes, les més abundants avui dia. D’altres, com el pi o l’avet, tenen flors poc visibles. Són les plantes gimnospermes.

Parts de la flor En una planta angiosperma, la flor és constituïda generalment per fulles modificades de quatre tipus: • Sèpals

Fulles transformades per protegir la flor mentre és poncella (la flor abans d’obrir-se).

• Pètals

Fulles transformades per atraure insectes pol·linitzadors.

• Estams

Part masculina de la flor. Consta de dues parts: el filament i l'antera. El filament sosté l’antera, que és l’encarregada de formar els grans de pol·len, on hi ha els gàmetes masculins. Cada antera està formada per dues parts anomenades teques.

PÀG.34

UNITAT 2

Part femenina de la flor, encarregada de formar els gĂ metes femenins i amb estructures per captar els gĂ metes masculins. Consta de lâ&#x20AC;&#x2122;ovari (on es formen els gĂ metes femenins), lâ&#x20AC;&#x2122;estil (una estructura tubular que uneix lâ&#x20AC;&#x2122;ovari amb lâ&#x20AC;&#x2122;estigma) i l'estigma (zona superior del pistil amb substĂ ncies adherents i/o pĂ¨ls per a la captaciĂł dels grans de polÂˇlen).

EXOERIMENTS DE MENDEL I

63 â&#x20AC;˘ Pistil

FecundaciĂł i formaciĂł de la llavor Quan un gra de polÂˇlen arriba a lâ&#x20AC;&#x2122;estigma, germina i forma el tub polÂˇlĂnic, que sâ&#x20AC;&#x2122;estĂŠn fins a lâ&#x20AC;&#x2122;ovari. Pel tub polÂˇlĂnic baixen els gĂ metes masculins i, en arribar a lâ&#x20AC;&#x2122;ovari, es produeix la fecundaciĂł (uniĂł dels gĂ metes masculĂ i femenĂ), de la qual sorgirĂ el zigot, que es divideix fins a formar lâ&#x20AC;&#x2122;embriĂł. Parlem dâ&#x20AC;&#x2122;autofecundaciĂł quan el polÂˇlen que arriba a lâ&#x20AC;&#x2122;estigma provĂŠ de les anteres de la mateixa flor. Un cop constituĂŻt lâ&#x20AC;&#x2122;embriĂł es forma la llavor (estructura que contĂŠ lâ&#x20AC;&#x2122;embriĂł). Finalment es forma el fruit, lâ&#x20AC;&#x2122;estructura que contĂŠ les llavors i en possibilita la disseminaciĂł.

PĂ&#x20AC;G.35

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

Ă&#x2030;s el procĂŠs que permet que els grans de polÂˇlen arribin des de lâ&#x20AC;&#x2122;antera, on sâ&#x20AC;&#x2122;han format, fins a lâ&#x20AC;&#x2122;estigma del pistil. El vent ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;agent polÂˇlinitzador de les gimnospermes i els insectes sĂłn lâ&#x20AC;&#x2122;agent polÂˇlinitzador de les angiospermes. Les plantes angiospermes tenen les flors ben visibles precisament per cridar lâ&#x20AC;&#x2122;atenciĂł dels insectes. Els insectes van de flor en flor alimentant-se de nĂ¨ctar (lĂquid ensucrat produĂŻt per la flor a travĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;unes glĂ ndules anomenades nectaris) i transportant els grans de polÂˇlen enganxats al seu cos.

9. GENĂ&#x2C6;TICA

PolÂˇlinitzaciĂł

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

• Activitats d'aprenentatge 5 i 6

9. GENÈTICA

3. Primera llei de Mendel En un dels primers experiments que va dur a terme, Mendel encreuà pesoleres que feien les llavors de diferents colors. Va encreuar pesoleres de llavor verda i pesoleres de llavor groga. Curiosament, va observar que totes les pesoleres que sortien feien les llavors grogues.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Generació P

llavors grogues

llavors verdes

↓ Generació F1

llavors grogues

Mendel va anomenar generació P (generació parental) a les plantes encreuades i generació F1 (primera generació filial) als descendents, i trobà un mecanisme per explicar que totes les plantes provinents de la generació P fessin les llavors de color groc. Mendel va proposar que els caràcters hereditaris eren determinats per l’existència d’una parella de factors hereditaris. En aquest cas el factor hereditari G determina que les llavors siguin grogues, mentre que el factor hereditari g determina que les flors siguin verdes. Ara podem representar l’encreuament mostrant aquests caràcters hereditaris. PÀG.36

↓

llavors verdes gg

llavors grogues Gg

Generació F1

Quan hi ha un factor de cada, l’un domina sobre l’altre. En aquest cas diem que el factor G s’expressa i evita que l’altre, el factor g, s’expressi. Això explica que totes les plantes de la F1 tinguin les llavors de color groc. Cada un dels progenitors transmet un dels factors hereditaris a la descendència a través dels gàmetes. Dit d’una altra manera, cada descendent rep un factor hereditari de cada progenitor a través dels gàmetes. En aquest encreuament els progenitors tenen un sol tipus de factor i la descendència només pot rebre el factor G d’un dels progenitors i el g de l’altre. Per tant, tota la descendència serà Gg. Podem esquematitzar la transmissió dels factors hereditaris mitjançant el que anomenem taula de genotips. En aquesta taula, a l’esquerra hi posem la planta amb els factors GG, que només pot formar gàmetes amb el factor G. De manera semblant, a la part superior hi situem la planta amb els factors gg, que únicament poden formar gàmetes amb el factor hereditari g.

65 EXOERIMENTS DE MENDEL I

llavors grogues GG

UNITAT 2

Generació P

planta gg gàmeta g planta GG

gàmeta G

Hem vist que hi ha alguns caràcters, com el color de les llavors, que poden transmetre’s d’una generació a l’altra. La informació sobre aquests caràcters es troba en els gens. Podem parlar, per exemple, del gen que codifica el color de les llavors o del gen que codifica la llargària de la tija en una determinada planta. En un individu, un gen està format pels dos factors hereditaris descrits per Mendel i que actualment anomenem al·lels. Un gen és la part del material hereditari que conté la informació sobre un caràcter determinat. Un gen està format per dos al·lels, cada un dels quals prové d’un dels progenitors. En el cas anterior les pesoleres de la generació F1 tenen els al·lels G i g, dels quals l’al·lel G prové de les plantes de llavor groga de la generació P i l’al·lel g, de les plantes de llavor verda de la generació P. Els al·lels que presenta una planta per a un determinat gen és el que anomenem genotip. Fixa’t que en l’encreuament anterior tenim tres genotips diferents: GG (per a les plantes de llavor groga de la generació P), gg (per a les plantes de

PÀG.37

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Ara definirem alguns conceptes a partir d’aquest experiment.

9. GENÈTICA

Primera llei de Mendel (Llei de la uniformitat dels híbrids de la F1): Quan encreuem races pures que difereixen en la manifestació d’un caràcter determinat (generació P), la descendència (generació F1) presenta un aspecte uniforme per a aquest caràcter.

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

llavor verda de la generació P) i Gg (per a les plantes de la generació F1). No obstant això, les plantes només poden presentar dos colors per a aquest caràcter: llavors grogues o llavors verdes. La forma en que es manifesten els genotips (en aquest cas el color de les llavors) és el què anomenem fenotip. En el cas anterior hi ha dos genotips que deter-minen el mateix fenotip.

Genotips

Fenotips

GG Gg

llavors grogues

El genotip d’un caràcter és la composició d’al·lels que presenta el gen que determina aquest caràcter. La forma en què es manifesten els genotips en l’individu és el que anomenem fenotip.

Un individu pot tenir tots dos al·lels gg llavors verdes iguals per a un caràcter determinat. Aquest és el cas dels individus de la generació P (GG i gg). Quan succeeix això, diem que l’individu és homozigot o pur per aquest caràcter. En altres casos els individus presenten els dos al·lels diferents, com les plantes de la generació F1, en què els individus presenten dos al·lels diferents per al caràcter color de les llavors: G i g. En aquest cas diem que aquestes plantes són heterozigotes o híbrides per a aquest caràcter. Un individu és homozigot o pur per a un caràcter si els dos al·lels que determinen aquest caràcter són iguals. Un individu és heterozigot o híbrid per a un caràcter si els dos al·lels que determinen el caràcter són diferents.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Hi ha al·lels que en heterozigosi continuen expressant-se. És el cas de l’al·lel G, ja que les plantes de la generació F1, tot i ser heterozigotes (Gg), presenten el fenotip llavors grogues. En canvi, l’al·lel g no s’expressa. Els al·lels que s’expressen tant en homozigosi (GG) com en heterozigosi (Gg) s’anomenen al·lels dominants, mentre que els al·lels que s’expressen només en homozigosi s’anomenen al·lels recessius. Els al·lels dominants se simbolitzen amb la inicial de la manifestació del caràcter amb majúscula (en aquest cas G de groc). Els al·lels recessius se simbolitzen amb la mateixa lletra que el dominant, però amb minúscula (g). Un al·lel és dominant si s’expressa tant en homozigosi com en heterozigosi. Un al·lel és recessiu si només s’expressa en homozigosi. Quan un individu té un al·lel recessiu, malgrat que no es manifesti, pot transmetre’l a la seva descendència, on podria ser que es manifestés, com veurem quan estudiem la segona llei de Mendel. Per aquest motiu, els individus que tenen un al·lel recessiu per a un caràcter s’anomenen portadors. Malgrat que pot utilitzar-se amb caràcter general, el terme portador s’empra sobretot quan es parla d’al·lels associats a malalties genètiques. ACTIVITAT Quan encreuem una pesolera de tija llarga amb una pesolera de tija curta (totes dues homozigotes), la descendència és tota de tija llarga. Representa i explica aquest encreuament.

PÀG.38

L al.lel tija llarga

L’encrecuament es:

I al.lel tija curta

tija llarga

↓

tija curta II

tija llarga LI planta II gàmeta I planta LL

gàmeta L

Tota la descendència és de tija llarga, ja que l’al·lel per a tija llarga L domina sobre l’al·lel per a tija curta l.

67 EXOERIMENTS DE MENDEL I

Si considerem:

UNITAT 2

Solució

• Activitats d'aprenentatge 7, 8, 9 i 10

4. Segona llei de Mendel

Generació F2

llavors grogues X llavors grogues Gg Gg ↓ 3 ___ llavors grogues 4 __1_ llavors verdes 4

D’on surten les pesoleres amb llavors verdes? Per què són 1/4 de la descendència? Com abans, cada un dels progenitors transmet un dels al·lels a través dels gàmetes. Com que en aquest encreuament els progenitors són heterozigots (tenen dos tipus d’al·lels), poden formar gàmetes amb al·lels diferents i, per tant, la descendència pot tenir diferents genotips: Fem la taula de genotips:

planta Gg gàmeta G

gàmeta g

planta

gàmeta G

gàmeta g

PÀG.39

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Generació F1

9. GENÈTICA

En un experiment posterior, Mendel va encreuar dues plantes de llavors grogues de la F1. La descendència d’aquest encreuament fou de 3/4 de plantes amb llavors grogues i 1/4 de plantes amb llavors verdes. Mendel anomenà a aquesta descendència generació F2 (segona generació filial). Representem-ho:

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

De cada quatre descendents hauríen d’esperar que un fos GG, un gg i dos Gg. Si reagrupem els genotips resultants i els relacionem amb el seu fenotip. proporcions genotípiques

proporcions fenotípiques

__1_ GG homozigots amb l’al.lel dominant 4 __ __1_ _2 2 (= 4 ) Gg heterozigots __1_ 4

gg homozigots amb l’al.lel recessiu

_3 __ 4

llavors grogues

__1_ 4

llavors verdes

El fenotip llavors grogues agrupa els genotips GG i Gg. Podem dir que el fenotip llavors grogues el presenten individus homozigots i individus heterozigots. El fenotip llavors verdes correspon al genotip gg, i és el fenotip de la generació P, que no s’havia expressat en la F1. D’aquest experiment podem concloure que: • Els al·lels es transmeten amb la mateixa probabilitat (p=0,5) a través dels gàmetes. • Els genotips i fenotips de la descendència són el resultat de la unió a l’atzar dels gàmetes, que contenen els al·lels. Segona llei de Mendel (Llei de la segregació): Els factors hereditaris que controlen cada caràcter no es barregen, se separen en la formació dels gàmetes i es reuneixen en produir-se la fecundació. Encreuament homozigot-heterozigot Fins ara només hem encreuat dues plantes homozigotes o dues plantes heterozigotes. L’encreuament entre una planta homozigota i una planta heterozigota segueix els mateixos mecanismes que hem descrit.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Vegem-ne un exemple: La pesolera de llavors verdes només pot transmetre l’al·lel g, ja que és l’únic que té. La de llavors grogues pot transmetre G o g: llavors grogues Gg

↓

llavors verdes gg

__1_ llavors grogues 2 __1_ llavors verdes 2 En aquest cas, a cada fenotip de la descendència hi correspon un únic genotip:

planta gg gàmeta g planta

gàmeta G

gàmeta g

PÀG.40

proporcions fenotípiques __1_ llavors grogues 2

__1_ GG 2

__1_ llavors verdes 2

__1_ gg 2

Mendel, els practicarem fent un problema. Prova de resoldre'l abans de mirarne la solució. ACTIVITAT En una espècie d’ànecs, la llargària del bec depèn d’una parella d’al·lels. L’al·lel L, que codifica un bec llarg, és dominant sobre l’al·lel l, que codifica un bec curt. Si encreuem dos ànecs heterozigots per a aquest caràcter: 1. Quines proporcions genotípiques i fenotípiques esperarem en la seva descendència? 2. Si, fruit de l’encreuament, en surten tres ous, calcula les probabilitats dels esdeveniments següents:

EXOERIMENTS DE MENDEL I

proporcions genotípiques

UNITAT 2

Per tal d’entendre millor els mecanismes de transmissió de la segona llei de

A. que els tres descendents tinguin el bec llarg B. que els tres descendents tinguin el bec curt C. que un descendent tingui el bec curt i dos el tinguin llarg D. que el primer ànec en sortir sigui de bec llarg i els altres dos de bec curt 3. Si d’un ou surt un ànec amb bec llarg, quina probabilitat té de ser homozigot? Solució 1. L’encreuament és:

bec llarg

bec llarg Ll

Fem la taula de genotips:

Ll Per tant: 2. A. p(A) = p(IIarg - IIarg - IIarg) = proporcions genotípiques __1_ LL 4 __1_ 2 LI __1_ 4 II

gàmeta L

gàmeta I

gàmeta L

gàmeta I

= 0,42

proporcions fenotípiques _3 __ bec llarg 4 __1_ 4 bec curt

PÀG.41

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Cada un dels progenitors pot transmetre L o l, ja que són heterozigots.

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

27 _3 __ _3 __ _3 __ ___ 4 4 4 64 B. p(B) = p(curt - curt - curt) = · · = = 0,02 1 __1_ __1_ __1_ ___ 4 4 4 64 C. L’esdeveniment C és compost de tres esdeveniments elementals: llarg-llarg-curt

llarg-curt-llarg

curt-llarg-llarg

Calculem-ne les probabilitats: p(IIarg - IIarg - curt) =

_3 __ 4 p(llarg - curt - llarg) = _3 __ p(curt - llarg - llarg) = 4 __1_ 4 Per tant:

· = 9 _3 __ __1_ ___ 4 4 64 · · = 9 __1_ _3 __ ___ 4 4 64 · · = 9 _3 __ _3 __ ___ 4 4 64

p(C) =

+ + = = 0,42 9 ___ 9 9 27 ___ ___ ___ 64 64 64 64 D. p(llarg - curt - curt) = · · = = 0,05 3 _3 __ __1_ __1_ ___ 4 4 4 64 3. Això és una probabilitat condicionada. Si un ànec de la descendència té el bec llarg només pot ser LL o Ll. La proporció entre aquests dos genotips és 1 LL : 2 Ll (un LL per cada dos Ll), segons es desprèn de la taula de genotips. Així doncs: p(homozigot / llarg) =

__1_ 3 • Activitats d'aprenentatge 11 i 12

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

5. Herència intermèdia i codominància Mendel treballà únicament amb parelles d’al·lels dominant-recessiu, però en altres experiments posteriors s’ha pogut veure que hi ha parelles d’al·lels que presenten altres tipus de funcionaments. En l’herència intermèdia, els individus heterozigots per a un caràcter determinat, no presenten cap dels dos fenotips que codifiquen els al·lels, sinó que presenten un fenotip intermedi. En la codominància els heterozigots presenten totes dues manifestacions del caràcter. Podem dir que cada un dels dos al·lels s’expressa totalment. Tant en l’herència intermèdia com en la codominància, aquests dos al·lels se simbolitzen amb una lletra amb majúscula, generalment la inicial de cada una de les manifestacions del caràcter en estudi. Ara descriurem uns experiments per tal de clarificar el funcionament dels gens que presenten herència intermèdia o codominància. Farem encreuaments similars als utilitzats per explicar les dues primeres lleis de Mendel, però amb organismes que presentin caràcters hereditaris amb aquests tipus d’herència.

PÀG.42

Herència intermèdia

Primer encreuament Generació P

pètals vermells VV

Generació F1

↓

pètals blancs BB

pètals rosats VB BB gàmeta B VV

gàmeta V

Fixa’t que tota la generació F1 presenta un fenotip diferent dels fenotips de la generació P, un color intermedi entre els colors que codifiquen cada un dels al·lels. Cap dels al·lels no és dominant sobre l’altre.

UNITAT 2

B codifica pètals blancs

EXOERIMENTS DE MENDEL I

Estudiarem el caràcter color dels pètals, en la planta flor de nit (Mirabilis jalapa), que és controlat per una parella d’al·lels: V codifica pètals vermells

Segon encreuament Generació F1

pètals rosats X pètals rosats VB VB ↓ __1_ pètals rosats VV 4 __1_ pètals rosats VB 2 __1_ pètals blancs BB 4

Generació F2

gàmeta B

gàmeta V

gàmeta B

Com sempre, cada un dels progenitors transmet un dels al·lels a través dels gàmetes. Com que en aquest encreuament els progenitors són heterozigots (tenen dos tipus d’al·lels), la descendència pot tenir diferents genotips i fenotips. Les proporcions de genotips i fenotips són les mateixes, ja que a cada genotip hi correspon un genotip diferent. Es constata que els mecanismes de transmissió descrits per Mendel per a parelles d’al·lels dominant-recessiu són igualment vàlids per als caràcters amb herència intermèdia.

ACTIVITAT El color del pelatge en una espècie de cangurs és controlat per una parella d’al·lels que presenta herència intermèdia. El pelatge pot ser de tres colors: PÀG.43

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

gàmeta V

9. GENÈTICA

gris, crema o marró. Els colors gris i marró corresponen als homozigots.

EXOERIMENTS DE MENDEL I

Si encreuem un cangur de pelatge crema amb un de pelatge marró: 1. Quines són les proporcions genotípiques i fenotípiques que esperarem en la seva descendència? 2. Si de l’encreuament en surten tres descendents, calcula les probabilitats dels esdeveniments següents: A. que tots tres siguin de color marró B. que tots tres siguin de color crema C. que un sigui de color crema D. que només el segon i el tercer en néixer siguin de color crema Solució 1. Si considerem:

M al·lel marró

UNITAT 2

L’encreuament proposat és :

G al·lel gris

pelatge crema X pelatge marró GM

Fem la taula de genotips: MM gàmeta M GM

gàmeta G

gàmeta M

El cangur de pelatge crema pot transmetre l’al·lel M o el G. El cangur de pelatge marró només pot transmetre l’al·lel M, ja que no en té cap altre. Per tant:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

proporcions genotípiques __1_ GM 2

proporcions fenotípiques __1_ color crema 2

__1_ MM 2

__1_ color marró 2

__1_ 1 1 __1_ A. p(A) = p(marró - marró - marró) = 2 · ___ · ___ = 8 = 0,125 2 2 __1_ __1_ __1_ __1_ B. p(B) = p(crema - crema - crema) = 2 · 2 · 2 = 8 = 0,125 C. L’esdeveniment C és compost de tres esdeveniments elementals: crema-marró-marró

marró-crema-marró

Les probabilitats d’aquests esdeveniments són: __1_ 1 __1_ __1_ p(crema - marró - marró) = 2 · ___ · 2 = 8 2 1 1 1 1 p(marró - crema - marró) = ___ ·___ · ___ = ___ 8 2 2 2 1 1 1 1 p(marró - marró - crema) = ___ · ___ · ___ = ___ 8 2 2 2 Per tant: __ __1_ __1_ __1_ _3 p(c) = 8 + 8 + 8 = 8 = 0,375 PÀG.44

marró-marró-crema

CodominĂ ncia Per estudiar la codominĂ ncia, veurem el cas del gen que controla la sĂntesi dâ&#x20AC;&#x2122;hemoglobina, la proteĂŻna dels glĂ˛buls vermells que sâ&#x20AC;&#x2122;encarrega de transportar lâ&#x20AC;&#x2122;oxigen des dels pulmons fins a tots els teixits del cos. Aquest gen presenta dos possibles alÂˇlels: alÂˇlel N

codifica una hemoglobina normal, totalment funcional

alÂˇlel S

codifica una hemoglobina S, poc funcional (transporta poc dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen)

Vegem ara els resultats dâ&#x20AC;&#x2122;encreuaments anĂ legs als fets amb lâ&#x20AC;&#x2122;herĂ¨ncia intermĂ¨dia:

Primer encreuament GeneraciĂł P

hemoglobina normal NN

â&#x2020;&#x201C;

UNITAT 2

La probabilitat de no crema ĂŠs 1/2, ja que ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;esdeveniment contrari a crema, que tĂŠ una probabilitat dâ&#x20AC;&#x2122; 1/2.

EXOERIMENTS DE MENDEL I

D. p(D) = p(NoCrema - Crema - Crema) = __1_ Âˇ __1_ Âˇ __1_ = __1_ = 0,125 2 2 8 2

hemoglobina S SS

hemoglobina normal i hemoglobina S NS

GeneraciĂł F1

SS gĂ meta S NS

Les persones heterozigotes presenten alhora tots dos tipus dâ&#x20AC;&#x2122;hemoglobina alhora en els seus glĂ˛buls vermells, sense que hi hagi dominĂ ncia dâ&#x20AC;&#x2122;un alÂˇlel sobre lâ&#x20AC;&#x2122;altre ni es formi hemoglobina intermĂ¨dia.

Segon encreuament GeneraciĂł F1 GeneraciĂł F2

hemog. normal i hemog. S X hemog. normal i hemog. S â&#x2020;&#x201C; NS NS 1 ___ hemoglobina normal NN 4 __1_ hemog. normal i hemog. S NS 2 __1_ hemoglobina S SS 4

gĂ meta N

gĂ meta S

gĂ meta N

gĂ meta S

PĂ&#x20AC;G.45

9. GENĂ&#x2C6;TICA

gĂ meta N

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

UNITAT 2

EXOERIMENTS DE MENDEL I

Les persones amb genotip SS únicament tenen hemoglobina S i presenten una malaltia anomenada anèmia falciforme, per manca d’oxigenació dels teixits. Les persones heterozigotes NS, malgrat tenir hemoglobina de tots dos tipus, no presenten aquesta malaltia. Es tornen a constatar, doncs, els mecanismes de transmissió descrits per Mendel. • Activitats d'aprenentatge 13 i 14

6. Al·lelomorfisme múltiple. Sistema AB0 dels grups sanguinis Malgrat que en un individu cada gen sigui sempre format únicament per dos al·lels, en molts casos hi ha més de dos al·lels en la població. Aquesta situació s’anomena al·lelomorfisme múltiple i possibilita moltes més combinacions d’al·lels que les que hem vist fins ara. Estudiarem únicament el sistema AB0 dels grups sanguinis humans que determina la compatibilitat o incompatibilitat de les transfusions de sang. Saps quin és el teu grup sanguini? I el dels teus familiars? Malgrat que cada persona té només dos al·lels, en la determinació del grup sanguini n’hi poden intervenir tres al·lels: A, B i 0. Les relacions entre aquests al·lels són les següents: A domina sobre 0 B domina sobre 0 A i B són codominants Així, doncs, les relacions genotip-fenotip són aquestes:

genotips

9. GENÈTICA

00 AA AO BB BO

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

fenotips 0 grup A grup B grup AB

Quan fem una anàlisi de sang, podem observar el fenotip de l’individu, però no el seu genotip. Així, una persona del grup sanguini A pot ser homozigota o heterozigota. Passa el mateix en una persona del grup sanguini B. Malgrat que augmentin les possibilitats de combinació d’al·lels, els mecanismes de transmissió són equivalents als descrits quan hi ha una sola parella d’al·lels.

Ja saps quin és el genotip del teu grup sanguini? Exemple Estudiem els grups sanguinis que podem esperar en la descendència entre dues persones del grup A heterozigotes: grup A X grup A AO AO AO gàmeta A gàmeta O Fem una taula per trobar gàmeta A AA AO AO tots els genotips: gàmeta O AO OO PÀG.46

proporcions fenotípiques

__1_ AA homozigots amb l’al.lel dominant 4

_3 __ grup A 4

__1_ AO heterozigots 2 1 ___ OO homozigots amb l’al.lel recessiu 4

__1_ grup O 4

ACTIVITAT Una dona heterozigota del grup A s’aparella amb un home homozigot del grup B. 1. Calcula les proporcions genotípiques i fenotípiques que esperarem en la descendència. 2. Si tenen quatre fills, calcula les probabilitats dels esdeveniments següents: A. que tres siguin del grup B i un del grup AB B. que tots quatre siguin del grup AB

EXOERIMENTS DE MENDEL I

proporcions genotípiques

UNITAT 2

Si reagrupem els genotips obtinguts i els relacionem amb els fenotips corresponents, tenim:

C. que el tercer sigui del grup B D. que els tres primers siguin del grup B i el darrer del grup AB F. que els tres primers siguin del grup B i el darrer del grup 0 Solució 1. La parella és:

grup A X grup B A0

Fem la taula de genotips: BB gàmeta A

gàmeta O

Per tant: proporcions genotípiques __1_ AB 2

proporcions fenotípiques __1_ grup AB 2 __1_ grup B 2

__1_ BO 2

2. A. L’esdeveniment A és compost de quatre esdeveniments elementals: B-B-B-AB

B-B-AB-B

B-AB-B-B

AB-B-B-B

Calculem les probabilitats d’aquests esdeveniments:

PÀG.47

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

gàmeta B

1 __1_ p(B - B - B - AB) = ___ · 2 · 2 1 p(B - B - AB - B) = __1_ · ___ · 2 2 __1_ __1_ p(B - AB - B - B) = 2 · 2 · __1_ 1 p(AB - B - B - B) = 2 · ___ · 2

EXPERIMENTS DE MENDEL I

__1_ __1_ __1_ 2 · 2 = 16 __1_ · __1_ = __1_ 2 2 16 __1_ __1_ __1_ 2 · 2 = 16 __1_ __1_ __1_ 2 · 2 = 16

Per tant: 1 4 1 1 __1_ 1 p(A) = ___ + ___ + 16 + ___ = ___ = ___ = 0,25 16 16 16 16 4 __1_ 1 __1_ __1_ __1_ B. p(B) = p(AB - AB - AB - AB) = 2 · ___ · 2 · 2 = 16 = 0,06 2

UNITAT2

_1_ = 0,5 C. Com que són esdeveniments independents: p(C) = _2 1 1 1 __1_ __1_ D. p(D) = p(B - B - B - AB) = ___ · ___ · 2 · ___ = 16 = 0,06 2 2 2 __1_ __1_ 1 F. p(F) = p(AB - AB - AB - O) = 2 · 2 · ___ · 0 = 0, 2 ja que no és possible que tinguin un descendent del grup 0. • Activitats d'aprenentatge 15, 16 i 17

7. Arbres genealògics

9. GENÈTICA

Quan es vol fer un estudi familiar de la transmissió d’un determinat caràcter associat sovint a una malaltia, s’elabora un dibuix esquemàtic anomenat arbre genealògic. Per confeccionar-lo s’utilitzen símbols per als individus i línies que uneixen aquests símbols segons el parentiu.

Símbols Els símbols bàsics són els següents: / Mascle / Femella amb fenotip normal.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

/ Mascle / Femella amb un fenotip determinat, generalment associat a una malaltia. També es poden utilitzar altres símbols, que permeten detallar si un individu és portador d’un al·lel recessiu, si ja és mort, etc.

Línies La línia que uneix horitzontalment un mascle i una femella indica que són parella. Si la línia és doble indica que, a més de parella, són parents. Del punt mitjà d’aquesta línia en pot sortir una línia vertical cap avall, que va a parar als descendents. Per clarificar-ho, veurem un arbre genealògic on s’estudia la transmissió de l’albinisme en humans:

PÀG.48

III IV

2 2

4 3

5 4

6 5

6 4

7 5

8 6

fenotip normal: es caracteritza per presència de pigmentació

fenotip albí: es manifesta en la manca de color a la pell, els ulls i els pèls.

Els fills es posen per ordre de naixement. Les generacions s’ordenen mitjançant xifres romanes. Els individus de cada generació es numeren amb nombres naturals.

EXPERIMENTS DE MENDEL I

UNITAT2

A partir de les dades que ens ofereix un arbre genealògic, podem intentar determinar el genotip dels seus membres. En el cas de l’arbre que ens ha servit d’exemple, i suposant que els individus que s’incorporen a la família siguin homozigots si els fets no ens indiquen el contrari, podem dir que: 1. L’al·lel que codifica un fenotip normal domina sobre el que codifica l’albinisme. Això és desprèn del fet que, en la generació I, dos individus que no pateixen la malaltia s’aparellen i tenen una filla amb albinisme. Si simbolitzem l’al·lel que codifica un fenotip normal amb A i l’al·lel que codifica l’albinisme amb a, podem dir que en la generació I tots dos individus són heterozigots Aa. AA, ja que els individus que s’incorporen a la família són homozigots si els fets no ens indiquen el contrari.

II2

aa, ja que és albina.

II4 II6

Aa, ja que tenen un nét comú amb albinisme.

II3

AA o Aa. No podem assegurar-ne el genotip.

3. En la generació III els genotips són aquests: III8

AA, ja que els individus que s’incorporen a la família són homozigots si els fets no ens indiquen el contrari.

III1 III2 III5 III6

Aa, ja que tenen descendència albina. Cal remarcar que III1 és portador d’albinisme, tot i ser un individu vingut «de fora» de la família.

III3 III4 III7

AA o Aa. No podem assegurar-ne el genotip. PÀG.49

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

II1 II5 II7

9. GENÈTICA

2. En la generació II els genotips són aquests:

EXPERIMENTS DE MENDEL I

4. En la generació IV els genotips són aquests: IV2 IV4

aa, ja que són persones amb albinisme.

IV1 IV3 IV5 IV6

AA o Aa. No podem assegurar-ne el genotip.

Si ara tornem a dibuixar l’arbre genealògic amb els genotips que hem assignat, tenim:

I 1AA

II III

1Aa

UNITAT2

1AA/Aa

2aa 2Aa

2aa

1Aa

2Aa

3AA/Aa

4Aa

3AA/Aa

5AA 4AA/Aa 5Aa

3AA/Aa

fenotip normal

fenotip albí

6Aa 6Aa 4aa

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

• Activitats d’aprenentatge 18 i 19

PÀG.50

7AA 7AA/Aa 5AA/Aa

8AA 6AA/Aa

Ma te mà t ique s , C iè nc ia i Te c nologia

U N I TAT 2

Unitat 2

EXPERIMENTS DE MENDEL II

PÀG.66

E X P E R I ME N T S DE ME N DE L I I

115

UNITAT 3

QUÈ TREBALLARÀS?

116

què treballaràs? En acabar la unitat has de ser capaç de: Precisar quins són els mecanismes hereditaris en l’herència de dos caràcters. • Explicar la transmissió dels sistemes AB0 i Rh dels grups sanguinis humans. • Utilitzar els mecanismes per resoldre problemes d’herència de dos caràcters.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

•

PÀG.67

1. Tercera llei de Mendel

color groc o verd de les llavors textura llisa o rugosa de les llavors Primer encreuament encreuament Primer Mendel encreuà dues races pures que diferien en la manifestació dels dos caràcters: Generació P

llavors groguesi llises GGLL

Generació F1

↓↓ ↓

llavors verdes i rugoses ggll

llavors grogues i llises GgLl

UNITAT 3

Per estudiar-ho veurem esquemàticament un dels experiments que dugué a terme Mendel, en què estudià la transmissió simultània dels caràcters:

EXPERIMENTS DE MENDEL II

117

Fins ara hem estudiat de quina manera es transmet un caràcter de generació en generació. Què creus que passarà si considerem la transmissió de dos caràcters alhora? Creus que hi haurà interferències entre l’un i l’altre?

En cada gàmeta s’hi transmet un al·lel per a cada caràcter. Com que són races pures, només hi ha un tipus de combinació d’al·lels:

ggll gàmeta gl gàmeta GL

GgLl

La F1 és uniforme i coincideix amb el fenotip d’un dels progenitors, de manera anàloga al que passava en la primera llei de Mendel.

9. GENÈTICA

GGLL

Quan Mendel encreuà els individus de la F1, obtingué els fenotips següents: Generació F1

llavors grogues i llises

↓↓ ↓

GgLl Generació F2

9/16 llavors grogues i llises 3/16 llavors grogues i rugoses 3/16 llavors verdes i llises 1/16 llavors verdes i rugoses

PÀG.68

GgLl

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Segon encreuament

EXPERIMENTS DE MENDEL II

118

En aquest cas, a l’hora de transmetre els al·lels a través dels gàmetes hi ha quatre combinacions possibles: GL GL, Gl Gl, gL i gl gl: G

La taula que ens defineix els possibles genotips de la descendència a partir d’aquestes combinacions és la següent: Gg Ll

UNITAT 3

gàmeta GL gàmeta Gl

gàmeta gL

gàmeta gl

gàmeta GL

GG LL

GG Ll

Gg LL

Gg Ll

gàmeta Gl

GG Ll

GG ll

Gg Ll

Gg ll

gàmeta gL

Gg LL

Gg Ll

gg LL

gg Ll

gàmeta gl

Gg Ll

Gg ll

gg Ll

gg ll

Gg Ll

Si reagrupem els genotips obtinguts i els relacionem amb el seu fenotip corresponent:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

proporcions genotípiques __1_ GG LL 16 _2 __ GG Ll 16 _2 __ Gg LL 16 _4 __ Gg Ll 16 __1_ 16 GG ll _2 __ Gg ll 16 __1_ gg LL 16 _2 __ gg Ll 16 __1_ gg ll 16

proporcions fenotípiques

_9 __ llavors grogues i llises 16

_3 __ llavors grogues i rugoses 16

_3 __ 16 llavors verdes i llises __1_ llavors verdes i rugoses 16

Trobem que les proporcions esperades són iguals que les que obtingué Mendel en el segon encreuament. PÀG.69

CARĂ&#x20AC;CTER COLOR DE LES LLAVORS proporcions genotĂpiques 1 4 GG __ = __ 16 4 8 1 Gg __ = __ 16 2 1 4 gg __ = __ 16 4

proporcions fenotĂpiques 3 groc __ 4 1 verd __ 4

119 EXPERIMENTS DE MENDEL II

Si a partir de la taula anterior reagrupem per separat els genotips i fenotips dels dos carĂ cters:

proporcions genotĂpiques 4 1 LL __ = __ 16 4 8 1 Ll __ = __ 16 2 4 1 ll __ = __ 16 4

proporcions fenotĂpiques 3 llis __ 4

UNITAT 3

CARĂ&#x20AC;CTER TEXTURA DE LES LLAVORS

1 __ rugĂłs 4

Veiem que els mecanismes de transmissiĂł quan estudiem dos carĂ cters alhora sĂłn els mateixos que quan els considerem per separat. Mendel ho expressĂ aixĂ: Tercera llei de Mendel (llei de la transmissiĂł independent) independent): Els carĂ cters sâ&#x20AC;&#x2122;hereten independentment, ja que els alÂˇlels responsables es transmeten als descendents per separat.

Encreuem una planta doble heterozigota (heterozigota pels dos carĂ cters) amb una planta de fulles amples i heterozigota pel color. 1. Calcula les proporcions genotĂpiques i fenotĂpiques que esperarem en la seva descendĂ¨ncia. 2. Si obtenim una descendĂ¨ncia de 40 plantes, quantes nâ&#x20AC;&#x2122;esperarem de cada fenotip? 3. Si agafem a lâ&#x20AC;&#x2122;atzar dues plantes de la descendĂ¨ncia, calcula les probabilitats dels esdeveniments segĂźents: A. que totes dues plantes tinguin fulles amples de color verd fosc B. que totes dues plantes siguin de color verd fosc C. que totes dues plantes siguin de color verd clar, perĂ˛ lâ&#x20AC;&#x2122;una amb fulles amples i lâ&#x20AC;&#x2122;altra amb fulles estretes PĂ&#x20AC;G.70

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

En una planta, el color de les fulles ĂŠs controlat per una parella dâ&#x20AC;&#x2122;alÂˇlels, en quĂ¨ verd fosc domina sobre verd clar. Una altra parella dâ&#x20AC;&#x2122;alÂˇlels controla lâ&#x20AC;&#x2122;amplada de les fulles. Fulles estretes domina sobre fulles amples amples..

9. GENĂ&#x2C6;TICA

ACTIVITAT

120

Solució Considerem:

verd fosc

verd clar

fulles estretes

fulles amples

L’encreuament és: fulles fosques i estretes

fulles fosques i amples

FfEe

Ffee

Fem la taula de genotips: Ff ee gàmeta Fe

gàmeta fe

gàmeta FE

FF Ee

Ff Ee

gàmeta Fe

FF ee

Ff ee

gàmeta fE

Ff Ee

ff Ee

gàmeta fe

Ff ee

ff ee

Ff Ee

UNITAT 3

EXPERIMENTS DE MENDEL II

Per tant:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

proporcions genotípiques

proporcions fenotípiques

__1_ FF Ee 8 2 ___ 8 Ff Ee __1_ 8 FF ee _2 __ Ff ee 8 __1_ ff Ee 8 __1_ ff ee 8

_3 __ fosques i estretes 8

_3 __ fosques i amples 8 __1_ clares i estretes 8 __1_ 8 clares i amples

__ · 40 = 15 plantes 2. Fulles fosques i estretes = _3 8 3 Fulles fosques i amples = ___ · 40 = 15 plantes 8 1 Fulles clares i estretes = ___ · 40 = 5 plantes 8 1 Fulles clares i amples = ___ · 40 = 5 plantes 8 3 3 9 3. A. p(A) = p(Fosc Ample — Fosc Ample) = ___ · ___ = ___ = 0,14 8 8 64 B. Només ens hem de fixar en el caràcter color de les fulles. __ = _6 __ = _3 __ + _3 __ El total de descendència verd fosc és: _3 8 8 8 4 3 3 9 p(B) = p(Fosc — Fosc) = ___ · ___ = ___ = 0,56 4 4 16 C. Aquest esdeveniment és compost de dos esdeveniments elementals: PÀG.71

clares·estretes-clares·amples

clares·amples-clares·estretes

121

Per tant: __1_ __1_ _2 __ p(C) = 64 + 64 = 64 = 0,03 · Activitats d’aprenentatge 1 i 2

2. Herència intermèdia, codominància i al·lelomorfisme múltiple en l’herència de dos caràcters. Els grups sanguinis Ja pots imaginar-te que si estudiem l’herència de dos caràcters alhora i algun d’aquests presenta herència intermèdia, codominància o al·lelomorfisme múltiple, els mecanismes de transmissió seran també anàlegs als que vam descriure per a una parella d’al·lels. Tanmateix, n’estudiarem un cas, la qual cosa et servirà per consolidar els coneixements adquirits fins ara.

UNITAT 3

1 1 p(Clares · Estretes – Clares · Amples) = ___ · ___ = __1_ 8 8 64 1 1 1 p(Clares · Amples – Clares · Estretes) = ___ · ___ = ___ 8 8 64

EXPERIMENTS DE MENDEL II

Calculem-ne les probabilitats:

al·lel D

codifica la presència del factor Rh

dominant

al·lel d

codifica l’absència del factor Rh

recessiu

Si considerem conjuntament els sistemes AB0 i Rh Rh, els fenotips i genotips possibles són aquests: fenotips

genotips

grup 0—

00 dd

grup 0+

00 DD

00 Dd

grup A—

AA dd

A0 dd

grup A+

AA DD

AA Dd

grup B—

BB dd

B0 dd

grup B+

BB DD

BB Dd

grup AB—

AB dd

grup AB+

AB DD PÀG.72

AB Dd

A0 DD

A0 Dd

B0 DD

B0 Dd

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

La presència o absència del factor Rh depèn d’una parella d’al·lels, que anomenarem D i d, que presenta les següents característiques:

9. GENÈTICA

Ens centrarem en l’estudi conjunt dels sistemes AB0 i Rh dels grups sanguinis humans. En la unitat anterior vam introduir el sistema AB0 com a exemple d’al·lemorfisme múltiple, en què els al·lels que contenen informació pels grups A i B són dominants sobre l’al·lel que codifica el grup 0 i codominants entre ells. En realitat, quan es fan les proves per identificar el grup sanguini, a més de determinar si una persona pertany al grup A, B, 0 o AB AB, també es determina la presència o absència de l’anomenat factor Rh. Si aquest factor hi és present, diem que l’Rh és positiu, i si hi és absent, diem que l’Rh és negatiu. El factor Rh s’acostuma a simbolitzar amb un signe + o — (per exemple, grup A+: sang del grup A i del grup Rh positiu).

Vegem ara un exemple per entendre millor la transmissió conjunta dels grups AB0 i Rh Rh. Exemple

UNITAT 3

122 EXPERIMENTS DE MENDEL II

Calcularem les proporcions genotípiques i fenotípiques que podem esperar en la descendència d’una dona del grup A+ doble heterozigota i un home del grup AB— AB—. Suposant que aquesta parella tingués tres fills, calcularem les probabilitats dels esdeveniments següents: 1.

que tots tres siguin del grup A+ A+.

2. que dos siguin del grup A— i un del grup B— B—, en qualsevol ordre. 3.

que el primer fill sigui del grup AB+ AB+, el segon A— i el tercer del grup B+ B+.

Solució L’encreuament proposat és:

grup A+

grup AB—

A nivell de genotips:

A0 Dd

AB dd

La dona ha de tenir per força un genotip A0 A0, ja que si fos heterozigota AB no seria del grup A sinó del grup AB AB. L’home ha de tenir per força un genotip dd dd, ja que l’al·lel que codifica Rh negatiu és recessiu i, per tant, només s’expressa en homozigosi. Per esbrinar les proporcions genotípiques que esperem cal fer la taula de genotips:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

AB dd

A0 Dd

gàmeta Ad

gàmeta Bd

gàmeta AD

AA Dd

AB Dd

gàmeta Ad

AA dd

AB dd

gàmeta 0D

A0 Dd

B0 Dd

gàmeta 0d

A0 dd

B0 dd

Fixa’t que l’home pot transmetre dues combinacions d’al·lels i la dona quatre. Això fa que la taula de genotips de la descendència tingui dues columnes i quatre fileres. Tots els genotips resultants són diferents i amb una freqüència relativa d’1/8. Per tant:

PÀG.73

__1_ AA dd 8 __1_ A0 dd 8 __1_ AA Dd 8 __1_ A0 Dd 8 __1_ 8 B0 dd __1_ 8 B0 Dd __1_ AB dd 8 __1_ AB Dd 8

_2 __ grup A8

_2 __ grup A+ 8 __1_ 8 __1_ 8 __1_ 8 __1_ 8

grup Bgrup B+ grup ABgrup AB+

Davant de cada fenotip hi ha la seva freqüència relativa, que en els grups A- i A+ és de 2/8 (1/4 si ho simplifiquem), ja que agrupen dos genotips.

123 EXPERIMENTS DE MENDEL II

proporcions fenotípiques

UNITAT 3

proporcions genotípiques

Calculem ara les probabilitats que ens demanen: 1.

que tots tres siguin del grup A+ 1 1 1 1 p(A+❉A+❉A+) = ___ · ___ · ___ = ___ = 0,02 4 4 4 64

2. que dos siguin del grup A- i un del grup B-, en qualsevol ordre Aquest esdeveniment és compost de tres esdeveniments elementals: A-❉A-❉B-

A-❉B-❉A-

B-❉A-❉A-

Calculem-ne les probabilitats:

1 1 1 1 p(A—❉B—❉A—) = ___ · ___ · ___ = ___ 4 8 4 128 1 1 __1_ 1 ___ p(B—❉A—❉A—) = ___ · 4 · ___ = 128 4 8

9. GENÈTICA

1 __1_ 1 1 p(A—❉A—❉B—) = ___ · 4 · ___ = ___ 4 8 128

1 1 1 3 p(B) = ___ + ___ + ___ = ___ = 0,02 128 128 128 128 3.

que el primer fill sigui del grup AB+, el segon A- i el tercer del grup B+ 1 1 _1_ __1_ ___ p(AB+❉A—❉B+) = ___ · _4 · = = 0,004 8 256 8

· Activitats d’aprenentatge 3 i 4

PÀG.74

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Per tant:

Ma t e mà t iques , C iè nc ia i Te c nologia

U N I TA T 3 E L S U P O R T M O L E C U L A R D E L’ H E R È N C I A

144

Unitat 3

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

PÀG.83

treballaràs?

UNITAT 4

què

QUÈ TREBALLARÀS?

145

En acabar la unitat has de ser capaç de: Descriure la divisió cel·lular per mitosi i el seu significat biològic. • Descriure la divisió cel·lular per meiosi i el seu significat biològic. • Identificar quines són les parts d’un cromosoma i els tipus de cromosomes. • Valorar les característiques diferencials dels cromosomes sexuals. • Explicar l’estructura i funció de l’ADN i les funcions de les histones.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

•

PÀG.84

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

146 1. El material genètic Tots els organismes pluricel·lulars provenen d’una única cèl·lula, el zigot, format per la unió d’un espermatozoide i un òvul. Ara bé, què és el que determina que el zigot es converteixi en un conill, un arbre o una persona? Lògicament, el zigot ha de portar la informació de com ha de créixer. Però amb això no n’hi ha prou: en un individu adult hi ha molts tipus de cèllules (neurones, glòbuls blancs, cèl·lules musculars, etc.) que fan unes funcions molt diferents, fins algunes que varien al llarg del temps. Pensa, per exemple, en les cèl·lules productores de llet de les glàndules mamàries de les dones, les quals, tot i ser presents en el cos d’una dona durant tota la vida, només produeixen llet en uns moments molt concrets de la seva existència: desprès d’haver tingut una criatura. El funcionament dels éssers pluricel·lulars és molt complex, i la informació sobre la seva forma i el seu funcionament s’ha de transmetre de generació en generació. Aquesta informació es troba en el material genètic o material hereditari ditari. Podríem dir que el material genètic és com un gran manual d’instruccions on hi ha recollida tant la informació de com s’ha de construir l’organisme, com la informació sobre les funcions que han de dur a terme totes les cèl·lules al llarg de la seva vida. Abans ja hem dit que totes les cèl·lules de l’organisme tenen una còpia del material genètic. De fet, no cal que totes les cèl·lules llegeixin la informació completa que hi ha en el material genètic. Si tornem a la idea del manual d’instruccions, només cal que cada cèl·lula llegeixi el seu capítol, el que parla del seu funcionament. El material genètic és format per molècules d’ADN ADN, en les quals hi ha unides ADN unes proteïnes anomenades histones histones.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

L’ADN ADN és l’abreviació de l’àcid desoxiribonucleic desoxiribonucleic. L’ADN és una molècula molt llarga que té dues cadenes, cada una de les quals és formada per la unió d’unes molècules anomenades nucleòtids nucleòtids. Els nucleòtids, alhora, són formats per tres tipus de molècules més petites: •

Desoxiribosa Desoxiribosa.. Consisteix en un petit hidrat de carboni

•

Àcid fosfòric fosfòric..

•

Base nitrogenada nitrogenada. Les bases nitrogenades s’anomenen així perquè són unes molècules riques en nitrogen. En l’ADN dels éssers vius hi podem trobar quatre tipus diferents de bases nitrogenades: adenina adenina, timina timina, citosina i guanina guanina.

base nitrogenada

àcid fosfòric

desoxiribosa

PÀG.85

...- A – T – C – C – T – T – G – A – T – A – C – G – T – A – A – A - A -... L’ADN, però, és format per dues cadenes de nucleòtids que s’enrotllen entre si formant una espiral, per la qual cosa rep el nom de doble hèlix hèlix.

Estructura en doble hèlix de l’ADN

UNITAT 4

Si ens fixem detalladament en les dues cadenes que formen la doble hèlix, veurem que hi ha connexions entre els seus nucleòtids.

147 EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

Com que hi ha quatre tipus de bases nitrogenades, els nucleòtids poden ser així mateix de quatre tipus, que se simbolitzen amb la inicial de la base nitrogenada que contenen: A, T, G i C. Els nucleòtids s’uneixen formant llargues cadenes:

Aquests enllaços no es produeixen a l’atzar, sinó que s’estableixen de manera selectiva: els nucleòtids que contenen adenina s’enllacen solament amb els de timina, i els de citosina amb els de guanina. Adenina – Timina

... – A – T – C – C – T – T – G – A – T – A – C – G – T – A – A – A – A–... ... – T – A – G – G – A – A – C – T – A – T – G – C – A –T – T – T – T–...

Les histones El material genètic, o sigui les molècules d’ADN, forma llargues cadenes que constitueixen una xarxa filamentosa anomenada cromatina. Cada vegada que es produeix una divisió cel·lular, la cromatina es condensa formant els cromosomes i, quan la cèl·lula ja s’ha dividit, els cromosomes tornen a la forma de cromatina. En aquest procés hi intervenen les histones. D’altra banda, hem dit que una cèl·lula, durant la interfase, o sigui quan la cèllula no està en divisió, fa les seves funcions habituals i diferents per a cada tipus de cèl·lula. A més, l’activitat d’un determinat tipus cel·lular pot variar PÀG.86

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Les dues cadenes d’ADN que formen la doble hèlix són, per tant, complementàries tàries:

9. GENÈTICA

Citosina – Guanina

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

148

segons les necessitats. Pensa en l’activitat de les cèl·lules musculars, que no és la mateixa quan una persona està en repòs que quan fa esport. Dèiem que cada cèl·lula havia de llegir el capítol que li corresponia del manual d’instruccions, és a dir, la part del material genètic que descriu el seu funcionament. De fet, una mateixa cèl·lula, segons l’activitat que hagi de dur a terme, haurà de llegir diferents parts del seu capítol. Per a llegir una determinada seqüència d’ADN (que és el llibre d’instruccions), la cèl·lula ha d’estar totalment desempaquetada. En aquest procés d’empaquetament i desempaquetament també hi intervenen les histones. · Activitats d’aprenentatge 1 i 2

La transmissió dels caràcters i del material genètic En la unitat 2 vam veure com Mendel estudià la transmissió d’uns determinats caràcters de generació en generació mitjançant uns factors que passen de pares a fills. A aquests factors els anomenem al·lels. Ara ja podem saber que és un al·lel. Un al·lel és una seqüència d’ADN que conté la informació sobre un caràcter determinat. Segons la seqüència de nucleòtids que tingui, un al·lel pot determinar una manifestació del caràcter (per exemple, el color groc de les llavors) o una altra (el color verd). Perquè ho entenguis, és com les lletres de l’abecedari. En aquest cas només tenim quatre lletres (A, T, G i C), però amb aquestes quatre lletres podem escriure moltes «paraules» (CCATA, TTAGC, TCGCTCGCTAT, etc.) amb significats diferents.

Els cromosomes són la forma que pren el material genètic durant la divisió cel·lular. En aquest moment, el material genètic està duplicat per tal de poder transmetre una còpia a cada una de les cèl·lules filles. En un cromosoma, cada una de les còpies del material genètic rep el nom de cromàtide cromàtide, i està unida a l’altra cromàtide mitjançant el centròmer centròmer. Cada una de les parts de la cromàtide que queden a banda i banda del centròmer s’anomenen braços braços. Els braços poden presentar un estrenyiment al extrems. El tros de cromàtide que resta entre l’estrenyiment i l’extrem s’anomena satèl·lit satèl·lit.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Els cromosomes

PÀG.87

CaracterĂstiques

metacĂ¨ntric

centrĂ˛mer en posiciĂł central

submetacĂ¨ntric

braĂ§os desiguals

acrocĂ¨ntric

centrĂ˛mer molt a prop de lâ&#x20AC;&#x2122;extrem

telocĂ¨ntric

centrĂ˛mer a lâ&#x20AC;&#x2122;extrem cromĂ tides formades per un sol braĂ§

Dibuix

Com ja saps, els ĂŠsser vius sĂłn formats per cĂ¨lÂˇlules. Alguns, com els bacteris o els protozous, nomĂŠs en tenen una: sĂłn els organismes unicelÂˇlulars unicelÂˇlulars.. Dâ&#x20AC;&#x2122;altres, com els animals o les plantes, sĂłn formats per milions de cĂ¨lÂˇlules: sĂłn els anomenats organismes pluricelÂˇlulars pluricelÂˇlulars.. Nosaltres mateixos un dia vĂ rem ser formats per una sola cĂ¨lÂˇlula, el zigot zigot, que ĂŠs la uniĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un espermatozoide i un Ă˛vul. El zigot va comenĂ§ar a dividir-se i va formar dues cĂ¨lÂˇlules, desprĂŠs quatre, desprĂŠs vuit, i aixĂ successivament, fins a arribar a lâ&#x20AC;&#x2122;estat adult. Es podria pensar que en els adults aquests procĂŠs de divisiĂł celÂˇlular sâ&#x20AC;&#x2122;atura, perĂ˛ no ĂŠs aixĂ, ja que la majoria de cĂ¨lÂˇlules tenen un temps de vida limitat i quan moren han de ser substituĂŻdes per altres cĂ¨lÂˇlules. Per tant, la divisiĂł celÂˇlular continua durant tota la vida de lâ&#x20AC;&#x2122;organisme. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, la divisiĂł celÂˇlular en els organismes unicelÂˇlulars ĂŠs la forma que tenen aquests de reproduir-se. Ă&#x2030;s un tipus de reproducciĂł asexual asexual, ja que dâ&#x20AC;&#x2122;un individu, per divisiĂł, se nâ&#x20AC;&#x2122;obtenen dos. Fixaâ&#x20AC;&#x2122;t, doncs, que gairebĂŠ totes les cĂ¨lÂˇlules es divideixen per formar dues cĂ¨llules filles filles, les quals, desprĂŠs de crĂŠixer, es tornaran a dividir i produiran noves cĂ¨lÂˇlules. Aquest procĂŠs sâ&#x20AC;&#x2122;anomena cicle celÂˇlular i consta de dues parts: la interfase i la divisiĂł celÂˇlular.

La interfase La interfase ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;estat de la cĂ¨lÂˇlula entre dues divisions. En aquesta fase la cĂ¨lÂˇlula desenvolupa les seves funcions habituals i es produeix un procĂŠs fonamental per a la divisiĂł celÂˇlular: la divisiĂł del material genĂ¨tic. PĂ&#x20AC;G.88

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

2. El cicle celÂˇlular

9. GENĂ&#x2C6;TICA

UNITAT 4

Tipus de cromosoma

149 EL SUPORT MOLECULAR DE Lâ&#x20AC;&#x2122;HERĂ&#x2C6;NCIA

Segons la posiciĂł del centrĂ˛mer podem distingir diferents tipus de cromosomes:

El material genètic és l’encarregat de controlar el funcionament de totes les cèl·lules de l’organisme, i cada una de les cèl·lules que componen l’organisme en tenen una còpia. El material genètic pot trobar-se de dues maneres, segons l’estat de la cèl·lula. Durant la interfase està en forma de cromatina cromatina, una xarxa de filaments, però durant la divisió cel·lular la cromatina es condensa, formant els cromosomes cromosomes, que no són altra cosa que els filaments cabdellats.

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

150

Interfase

Divisió cel·lular

Cromatina

Cromosomes

UNITAT 4

Totes les cèl·lules de l’organisme tenen una còpia sencera del material genètic. Abans que una cèl·lula es divideixi, aquest material genètic s’ha de duplicar per tal que les dues cèl·lules filles continuïn tenint una còpia del material genètic de la cèl·lula mare.

La divisió cel·lular És el procés per mitjà del qual d’una cèl·lula se n’obtenen dues. Això es produeix mitjançant dues etapes: la mitosi i la citocinesi.

Interfase

9. GENÈTICA Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Mitosi

Estats de la cèl·lula Divisió

cel·lular

Citocinesi

La Mitosi és el procés mitjançant el qual es produeix la divisió del nucli cel·lular, i la citocinesi és el procés mitjançant el qual es reparteix el citoplasma entre les dues cèl·lules filles.

Mitosi La mitosi dura entre una i dues hores, i és formada per quatre etapes: la profase anafase i la telofase se, la metafase metafase, l’anafase telofase.

PÀG.89

Anafase

• Cadascuna de les còpies del material genètic es desplaça cap a un dels extrems de la cèl·lula.

UNITAT 4

• Els cromosomes se situen a la zona central de la cèl·lula i s’uneixen pel centròmer a les fibres del fus mitòtic.

9. GENÈTICA

Metafase

• En cada extrem de la cèl·lula s’hi forma un nucli cel·lular que engloba cada una de les còpies del material genètic (1).

Telofase

• Desapareixen els cromosomes i apareix de bell nou la cromatina (2).

PÀG.90

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Profase

• Desaparició de la membrana nuclear. • Condensació de la cromatina en cromosomes. • Aparició del fus mitòtic (conjunt de fibres que dirigeixen el repartiment del material genètic).

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

151

152 Citocinesi • Vegetals, fongs i algunes algues: Es forma un envà que va creixent fins a dividir totalment la cèl·lula. • Animals, protozous i algunes algues: La membrana cel·lular s’estreny fins a dividir la cèl·lula en dues. La divisió cel·lular per mitosi garanteix que la informació genètica que conté el zigot sigui la mateixa que la que contenen totes les cèl·lules de l’organisme adult. Així, doncs, les informacions provinents del pare i de la mare són presents en totes les cèl·lules de l’organisme.

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

Aquest procés és diferent segons el tipus d’organisme:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Citocinesi 1per escanyament: 2

· Activitats d’aprenentatge 3, 4 i 5

3. Gametogènesi i meiosi. El material genètic de les cèl·lules sexuals El nombre de cromosomes d’un individu depèn de l’espècie a la qual pertany. Nosaltres, les persones, tenim 46 cromosomes, la ceba en té 16 i un cavall 64. Ara bé, què passa amb les cèl·lules sexuals? Imagina que els teus gàmetes tinguessin 46 cromosomes. Quan tinguessis fills, aquests tindrien 92 cromosomes (46 de l’òvul i 46 de l’espermatozou), els teus néts 184, i així

PÀG.91

De fet, fixa’t que això lliga perfectament amb les lleis de Mendel. Els cromosomes contenen els gens que determinen els nostres caràcters (fenotip). Cada un dels cromosomes que prové d’un dels progenitors, posem per cas de la mare, té un conjunt de gens que determinen una sèrie de caràcters; però, a més, ha d’haver-hi un altre cromosoma, provinent del pare, que determina el mateixos caràcters. Aquest parell de cromosomes s’anomenen cromosomes homòlegs i tenen la mateixa forma. Per a cada gen tenim, per tant, dos al·lels (genotip), un al cromosoma que prové de la nostra mare i un altre al cromosoma que prové del nostre pare. L’existència dels cromosomes homòlegs fa que moltes vegades parlem de parells de cromosomes. Així, diem que els éssers humans tenen 23 parells de cromosomes, la ceba 8 parells i el cavall 32 parells.

Espècie

Nombre de cromosomes de les cèl·lules somàtiques 2n

Nombre de cromosomes dels gàmetes n

mosca del vinagre

pesolera

granota

gira-sol

ratolí

espècie humana

prunera

gos

La representació gràfica de la forma de tots els cromosomes és el que anomenem cariotip cariotip. En el cariotip les parelles de cromosomes es numeren segons la seva llargària, de més a menys, tret d’una parella molt concreta de cromosomes, que se situen al final i s’anomenen cromosomes sexuals sexuals. PÀG.92

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

Les cèl·lules amb n cromosomes s’anomenen haploides haploides, i les cèl·lules amb 2n cromosomes s’anomenen diploides diploides..

UNITAT 4

La resta de cèl·lules s’anomenen somàtiques i tenen el doble de cromosomes (2n), dels quals la meitat provenen del pare (n) i l’altra meitat de la mare (n).

9. GENÈTICA

El nombre de cromosomes de les cèl·lules sexuals o gàmetes s’anomena nombre haploide i es representa amb la lletra n.

153

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

successivament. Lògicament, això no és possible, i, per tant, els gàmetes han de tenir només la meitat de cromosomes, en el nostre cas 23.

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

154

Cariotip d’una persona de sexe masculí

Nen o nena? T’has demanat mai com es determina que una persona sigui dona o home? Lògicament, aquesta informació, com totes les altres que fan referència a cada individu, es troba en el manual d’instruccions, és a dir, en el material genètic.

9. GENÈTICA

En un naixement, tant pot néixer un nen com una nena; la probabilitat que neixi un nen o una nena és, per tant, de 0,5. Això s’explica gràcies a l’existència dels cromosomes sexuals. Els cromosomes sexuals poden ser de dos tipus: el cromosoma X i el cromosoma Y Y. En la majoria dels animals, les femelles tenen dos cromosomes X, mentre que els homes tenen un cromosoma X i un cromosoma Y. El cromosoma Y conté, per tant, la informació necessària perquè es desenvolupi un mascle. Si no hi ha present el cromosoma Y, es desenvolupa una femella. Fixa’t que aquesta composició explica perfectament la probabilitat de 0,5 per a cada sexe: XX

Si fem la taula d’encreuaments:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

gàmeta X

gàmeta Y

Per consegüent, si encreuem una femella amb un mascle, podem tenir femelles i mascles amb una probabilitat de 0,5. Els cromosomes X i Y tenen una part homòloga, amb informació per als mateixos caràcters, i una part diferencial. La part diferencial del cromosoma Y conté la informació que determina el sexe masculí. Els gens situats a la part diferenPÀG.93

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

155

UNITAT 4

cial del cromosoma X tenen dos al·lels en les femelles, ja que tenen dos cromosomes X, però un sol al·lel en els mascles, ja que només tenen un cromosoma herència dels caràcters lligats a la part diferencial del X. Això comporta que l’herència cromosoma X no segueixi les lleis de Mendel. L’existència d’un sol al·lel en els mascles fa que aquest s’expressi tant si és dominant com si és recessiu. El daltonisme i l’hemofília són dos exemples de caràcters lligats a la part diferencial dels cromosomes X. El daltonisme comporta la ceguesa per a alguns colors, i l’hemofília provoca hemorràgies abundants, a causa d’un mal funcionament del sistema de coagulació sanguínia.

En les aus i en alguns insectes, la situació és similar però a la inversa: el mascle té els dos cromosomes sexuals iguals i la femella els té diferents.

La gametogènesi és el procés de formació dels gàmetes (cèl·lules haploides) mitjançant un procés anomenat meiosi meiosi. En els animals la cèl·lula que es divideix s’anomena espermatòcit de primer ordre si origina espermatozous i ovòcit de primer ordre si origina òvuls.

La meiosi La meiosi és el procés mitjançant el qual s’obtenen els gàmetes, tant masculins com femenins. En el cas dels homes, a partir de l’espermatòcit de primer ordre s’obtenen quatre espermatozous, i en el cas de les dones, a partir de l’ovòcit de primer ordre s’obté un únic òvul. Aquesta diferència es produeix perquè, en la dona, la resta de cèl·lules resultants de la meiosi degeneren i moren. PÀG.94

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Hem vist que els gàmetes, espermatozous i òvuls han de tenir la meitat de cromosomes que la resta de cèl·lules d’un ésser viu. Fixa’t, doncs, que la divisió cel·lular per mitosi no ens és vàlida, ja que amb la mitosi, a partir d’una cèl·lula mare, s’obtenen dues cèl·lules filles amb el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare.

9. GENÈTICA

· Activitats d’aprenentatge 6, 7, 8 i 9

La meiosi té lloc mitjançant dues divisions cel·lulars que anomenem meiosi I i meiosi II II, cada una de les qual presenta les quatre fases que ja coneixem de la mitosi: profase, metafase, anafase i telofase.

Meiosi I En aquesta divisió es produeix la reducció del nombre de cromosomes a la meitat. De cada parell de cromosomes homòlegs, un cromosoma anirà cap a una de les cèl·lules filles i l’altre cromosoma anirà cap a l’altra. Recordem que cada cromosoma té dues cromàtides, és a dir, dues còpies d’ell mateix. Aquest procés de duplicació es va dur a terme durant la interfase. Durant la meiosi I, les dues cromàtides de cada cromosoma romanen unides.

Profase I

• Desaparició de la membrana nuclear. • Condensació de la cromatina en cromosomes. • Aparició del fus meiòtic (conjunt de fibres que dirigeixen el repartiment del material genètic).

Metafase I

• Els cromosomes s’agrupen per parelles de cromosomes homòlegs al centre de la cèl·lula i s’uneixen pel centròmer a les fibres del fus.

Anafase I

• Cadascun dels cromosomes homòlegs, amb les seves dues cromàtides, es desplaça cap a un dels extrems de la cèllula.

Telofase I

• A cada extrem de la cèl·lula es forma un nucli cel·lular que engloba al material genètic. • Finalment es separen les dues cèl·lules filles.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

156

Al final de la primera divisió meiòtica obtenim dues cèl·lules haploides, és a dir amb n cromosomes, amb dues cromàtides (les dues còpies) per cromosoma. PÀG.95

Meiosi II

Anafase II

• Cada una de les cromàtides de cada cromosoma es desplaça cap a un dels extrems de la cèl·lula.

UNITAT 4

Metafase II

• Els cromosomes es situen a la zona central de la cèl·lula i s’uneixen al fus a través del centròmer.

• A cada extrem de la cèl·lula es forma un nucli cel·lular que engloba cada una de les còpies del material genètic (1). Telofase II

• Desapareixen els cromosomes i apareix de bell nou la cromatina (2).

Al final de la segona divisió meiòtica obtenim cèl·lules haploides, és a dir amb n cromosomes amb una sola cromàtide a cada un. PÀG.96

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

Profase II

• Desaparició de la membrana nuclear. • Aparició del fus meiòtic (conjunt de fibres que dirigeixen el repartiment del material genètic).

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

157

Tot just acabada la telofase I, i sense que els cromosomes s’hagin descondensat per formar la cromatina, les dues cèl·lules resultats de la meiosi I comencen la segona divisió meiòtica, que és idèntica a una mitosi, tot i que només hi participen la meitat dels cromosomes característics de l’espècie. En aquesta divisió es separen les dues cromàtides (les dues còpies) de cada cromosoma.

Ara farem un esquema-resum de la meiosi representant únicament els cromosomes:

Espermatòcit 0 Ovòcit de primer ordre

Meiosi I

Cèl·lula haploide amb dues cromàtides per cromosoma

Meiosi II

UNITAT 4

EL SUPORT MOLECULAR DE L’HERÈNCIA

158

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

9. GENÈTICA

· Activitats d’aprenentatge 10, 11, 12 i 13

PÀG.97

Gàmeta: cèl·lula haploide amb una cromàtide per cromosoma

UNITAT 2

Lâ&#x20AC;&#x2122;EVOLUCIĂ&#x201C; DE LES ESPĂ&#x2C6;CIES

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

Unitat 2

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

UNITAT 2

QUÈ TREBALLARÀS?

què treballaràs? En acabar la unitat has de ser capaç de: • • •

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

• • • • •

Valorar les teories anteriors a Darwin, sobre l’origen de la gran diversitat d’organismes. Descriure com actua la selecció natural descrita per Darwin. Explicar les principals aportacions posteriors a Darwin, sobre els mecanismes de l’evolució. Interpretar les proves que ratifiquen l’evolució. Descriure com funciona la selecció artificial d’organismes. Explicar els processos que porten a l’aparició de noves espècies. Valorar les diferents teories sobre l’origen de la vida. Valorar els coneixements actuals sobre el procés evolutiu de l’ésser humà.

Fixisme Fins al segle XVIII, la civilització occidental creia totalment en la creació descrita a la Bíblia. Es creia, doncs, que totes les espècies van ser creades per Déu tal i com ara les coneixem i que, per tant, no han experimentat canvis al llarg del temps. Aquesta teoria-creença s’anomenava fixisme. El fixisme convisqué amb la creença que els organismes inferiors podien aparèixer per generació espontània a partir de matèria inorgànica o de matèria orgànica en descomposició. Aquesta creença perdurà fins que Louis Pasteur (s. XIX) va demostrar que una bona esterilització evita l’aparició de cap organisme a partir de matèria no viva.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Si fas una volta pel camp, veuràs molts tipus de plantes i animals. Alguns animals són difícils de veure perquè fugen de les persones o són de vida nocturna. N’hi ha, però, que són fàcils de veure, com molts ocells i insectes. Si ens fixem en els insectes, en veurem de molts tipus, cada un adaptat a viure en unes determinades condicions. La vida adquireix una gran diversitat de formes. D’on ha sortit tota aquesta diversitat? Hi ha estat des de sempre?

UNITAT 2

1. L’origen de la diversitat

Tot i que el fixisme fou acceptat per la immensa majoria de científics fins ben entrat el segle XVIII, hi van haver algunes matisacions que ara veurem.

Aristòtil (s. IV a.C.) ja va considerar que la natura estava organitzada des dels organismes més senzills fins als més complexos, essent l’ésser humà diferent i superior a tots els animals, atesa la seva capacitat per pensar. Durant tota l’edat mitjana, l’església també va considerar que la cadena d’éssers vius formava una sèrie contínua d’organismes des del més senzill fins al més complex. Si en un punt determinat de la cadena mancava una forma intermèdia entre dues formes conegudes, era únicament perquè encarà no s’havia descobert. Les hidres foren considerades com l’organisme pont entre els vegetals i els animals, ja que eren organismes que, malgrat viure fixats al sòl aquàtic, tenien tentacles mòbils per caçar. Els simis es trobaven un esglaó per sota de l’ésser humà.

10. UN MÓN FELIÇ?

Hidra

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

La gran cadena dels éssers vius

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Cal tenir en compte que el fet de trobar una jerarquia entre els organismes no implicava cap gradació de caire evolutiu, tots els éssers eren considerats el resultat d’una creació ordenada.

Els sistemes de classificació natural Durant els segles XVII i XVIII, alguns científics es van dedicar a descriure curosament els éssers vius, fixant-se en les seves semblances estructurals. D’aquesta manera es van començar a agrupar els organismes amb estructures semblants. És molt remarcable l’aportació del botànic suec Karl von Linné (1707-1778), que elaborà un sistema de classificació basat en agrupacions, anomenades avui dia tàxons, organitzades en diferents nivells. El tàxon de nivell superior és el regne. Cada regne conté una sèrie de divisions o fílums. Cada divisió conté classes, i així successivament. La sèrie completa actual és:

UNITAT 2

Regne • Fílum o Divisió • Classe • Ordre • Família • Gènere • Espècie Linné només va classificar els organismes segons: classe, ordre, gènere i espècie. L’últim nivell d’aquesta sèrie jeràrquica correspon a l’espècie. Entenem per espècie el conjunt format pels organismes capaços d’aparellar-se i tenir descendència fèrtil. Això significa que cavalls i ases són espècies diferents, ja que només poden tenir descendència estèril; els muls i les mules. Linné anomenà cada organisme que classificà, pel gènere i espècie als quals pertanyien. Arribà a classificar un gran nombre d’organismes. Aquesta nomenclatura encara la utilitzem avui dia.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

NOM COMÚ

NOM CIENTÍFIC

Heura

Hedera helix

Gènere: Hedera Espècie: helix

Alzina

Quercus ilex

Gènere: Quercus Espècie: ilex

Abella de la mel

Apis mellifica

Gènere: Apis Espècie: mellifica

Gripau comú

Bufo bufo

Ésser humà

Homo sapiens

Gènere: Bufo Espècie: bufo Gènere: Homo Espècie: sapiens

El naturalista francès George Cuvier (1769-1832) també s’interessà pels fòssils. Els seus estudis el feren considerar que la gran majoria d’organismes fossilitzats no existeixen en l’actualitat i que, per tant, malgrat que els éssers vius romanen immutables des de la creació, les catàstrofes naturals en la història de la Terra (terratrèmols, inundacions, etc.) han provocat la desaparició de moltes espècies. Segons Cuvier, després d’una catàstrofe desapareixien un gran nombre d’espècies, però n’apareixien de noves, com a conseqüència d’un acte creador. Aquesta teoria se la coneix com el catastrofisme. Els defensors de la teoria de Cuvier van calcular que, en la història de la Terra, hi havien hagut entre 50 i 100 creacions especials, posteriors a les catàstrofes.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Durant el segle XVIII hi va haver un gran desenvolupament de la geologia, i particularment de l’estudi dels fòssils. Sempre s’havien trobat pedres amb formes d’organismes, però hom pensava que eren capricis de la natura. Més endavant, veient la gran similitud amb alguns organismes vius, es van considerar com a restes d’éssers vius. Un dels grans cercadors de fòssils del segle XVIII fou Thomas Jefferson (1743-1826), el tercer president dels EUA, que va descobrir el peresós gegant, malgrat que el considerà erròniament un lleó gegant.

UNITAT 2

El catastrofisme

Tot i que el fixisme, en el sentit més pur, nega que mai res no ha estat diferent de com és ara, els defensors del catastrofisme van considerar que les dues teories eren compatibles.

Buffon creia en la generació espontània, com molts dels seus contemporanis. També pensava que la natura era capaç de construir i encadenar processos ella sola. Creia que les espècies semblants podien haver-se originat per transformació, a partir d’un avantpassat comú més perfecte, producte de la creació.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

El transformisme Durant el segle XVIII, en convivència amb el fixisme, es varen alçar les primeres veus a favor de l’evolucionisme. El naturalista francès Georges-Louis Leclerc, comte de Buffon (1707-1788), un gran estudiós de les ciències naturals, descriví molts animals i plantes, i féu estudis astronòmics i geològics. Fruit de la seva tasca naturalista escriví l’Historie Naturelle, Généralle et Particulaire, una obra de 44 toms traduïda a diversos idiomes.

10. UN MÓN FELIÇ?

L’evolucionisme

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

L’herència dels caràcters adquirits L’any 1809, el zoòleg francès Jean-Baptiste Monet, cavaller de Lamarck (1744-1829) exposà la primera teoria de caire fonamentalment evolucionista que tenia en compte la importància del medi ambient. Podem resumir la seva teoria en dos punts: 1. Durant la vida d’un organisme es produeixen canvis físics a causa de la seva activitat. Si un òrgan s’utilitza molt, es desenvolupa més. És el cas d’un jugador professional de futbol, que després d’uns quants anys de jugar, arriba a tenir unes cames amb un gran desenvolupament muscular. De forma complementària, si un òrgan no es fa servir, s’afebleix, i fins i tot pot acabar per desaparèixer. 2. Els descendents hereten les característiques adquirides durant la vida dels seus progenitors, de manera que tots aquests trets adquirits passen a la generació següent, produint l’evolució de l’espècie. Lamarck proposà diversos exemples. El més conegut és el de les girafes, que segons Lamarck tenen el coll molt llarg, perquè generació rere generació les girafes han anat estirant el coll per tal d’arribar a les fulles dels arbres dels quals s’alimenten. Segons Lamarck, els organismes més senzills s’originen per generació espontània i tots els organismes tenen un impuls interior que els fa canviar per millorar cap a formes més perfectes. D’aquesta manera, els organismes senzills, apareguts per generació espontània, poden arribar a formar, després de moltes generacions, una planta o un animal molt més complex.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

Tot i no aportar gaires proves, la teoria de Lamarck tingué força ressò, malgrat que fou molt poc acceptada i rebé moltes crítiques, principalment de Cuvier. La teoria de Lamarck es coneix com a lamarckisme. •

Activitats d’aprenentatge 1, 2 i 3

2. La teoria de l’evolució de Darwin El naturalista anglès Charles Robert Darwin (1809-1882) és considerat el pare de l’actual concepció de l’evolució.

El viatge a bord del H.M.S. Beagle Quan tenia 21 anys, Darwin va deixar els seus estudis de teologia i es va embarcar com a naturalista en el vaixell H.M.S. Beagle (His Majesty’s Ship Beagle), que salpà l’any 1831 amb la missió de cartografiar diverses illes i zones costaneres de l’hemisferi sud, principalment a l’Amèrica del Sud i a l’Àfrica. El viatge durà 5 anys i permeté a Darwin recollir un gran nombre de dades que, més endavant, li permeteren elaborar la seva teoria evolutiva. Va arribar a recollir força organismes, sobretot aus, insectes, aranyes i plantes tropicals.

Totes aquestes observacions van fer pensar a Darwin que totes les espècies s’originaven a partir de la modificació d’altres espècies existents. Quan va tornar a Anglaterra, publicà diversos llibres exposant els materials recollits en el viatge. Al mateix temps, anava donant voltes sobre quins podien ser els mecanismes que provocaven l’aparició dels canvis que, finalment, determinaven l’aparició d’una nova espècie a partir d’una altra ja existent.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

1. A l’Amazònia hi ha una enorme diversitat d’organismes, alguns amb força semblances. 2. A la Patagònia (extrem sud d’Amèrica del Sud) hi ha restes fòssils de mamífers de mida gran, molt semblants a mamífers actuals de mida més petita. Concretament, trobà ossos fossilitzats de peresós gegant, d’armadillo gegant i de toxodon, un mamífer similar a l’actual hipopòtam. 3. A les Illes Galápagos va trobar espècies inexistents a cap altra zona del món, però que presentaven similituds amb espècies de la costa sud-americana del Pacífic. A la majoria d’illes hi havia espècies que s’assemblaven força, però amb alguns trets propis. Darwin estudià a fons les diferents espècies de tortugues gegants i de pinsans.

UNITAT 2

Les principals observacions que relitzà van ser:

La selecció natural i l’origen de les espècies

El geòleg anglès Charles Lyell (1797-1875) introduí la idea que els processos geològics no es produïen de manera puntual sinó que eren el resultat de l’acumulació de petits canvis durant grans períodes de temps. Darwin duia el llibre de Lyell Principles of Geology durant el seu viatge a bord del H.M.S. Beagle. La lectura d’aquest llibre i les observacions fetes durant el seu viatge el feren considerar que l’origen de les espècies també era originat per un cúmul de petits canvis durant molt de temps. L’any 1858 Darwin presentà els fonaments de la nova teoria evolutiva a la Linnean Society of London, conjuntament amb Alfred Russell Wallace (18231913), un naturalista anglès, contemporani de Darwin, que havia arribat a conclusions similars. La presentació tingué, però, poc ressò. Un any més tard, l’any 1859, Darwin publicà L’origen de les espècies, un llibre on es formulava, i es fonamentava amb exemples, la innovadora teoria. Aquesta obra sí que tingué molt ressò en la comunitat científica. Wallace

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

L’economista anglès Thomas Robert Malthus (1766-1834) suggerí que els organismes tenien més descendència de la que el medi on vivien podia mantenir. Això implicava que molts organismes morien abans de reproduir-se. A partir d’aquesta idea, Darwin considerà que només es reproduïen els organismes més ben adaptats al medi. Aquest mecanisme de supervivència dels éssers més ben adaptats l’anomenà selecció natural.

10. UN MÓN FELIÇ?

Les aportacions de dos científics contemporanis de Darwin, Thomas Malthus i Charles Lyell, foren fonamentals per a l’elaboració de la teoria de Darwin.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

també continuà escrivint, però mai no se li donà el reconeixement que aconseguí Darwin, ja que Darwin presentà més evidències en favor de la teoria. Cal indicar que els dos científics diferien en l’origen humà. Mentre que per Darwin la selecció natural també havia provocat l’aparició de l’ésser humà, per a Wallace la selecció natural no era suficient per provocar l’aparició humana i calia la intervenció divina. Sintèticament, la teoria de Darwin-Wallace es fonamenta en els punts següents: 1. Les característiques s’hereten: Els progenitors transmeten la majoria de les seves característiques als descendents. 2. A les poblacions hi ha variació: A qualsevol població d’organismes hi ha individus diversos, amb característiques prou diferents. Moltes d’aquestes característiques són heretables. Si agafem per exemple l’espècie humana, fixa’t en la gran quantitat de persones diferents que hi ha al món. N’hi ha d’altes i de baixes, de pell fosca i de pell clara, de veu aguda i de veu greu, etc. També trobaríem grans diferències entre els individus de qualsevol altra espècie, malgrat ens costarien més de veure perquè no estem acostumats a fixar-nos-hi. Aquestes diferències entre els individus d’una mateixa espècie són causades en gran part per la diversa informació hereditària que tenen els individus. 3. Hi ha un excés de descendents: Els organismes tendeixen a tenir molta més descendència de la que poden mantenir. El nombre de naixements en una generació determinada és molt més elevat que no pas el nombre d’individus de la població. 4. La selecció natural actua: Cada individu té unes determinades característiques que, segons l’ambient on visqui, són més o menys favorables per poder sobreviure i reproduir-se. El procés de selecció natural fa que sobrevisquin i es reprodueixin els individus amb característiques més favorables. Com que algunes d’aquestes característiques són heretables, a la propera generació es produiran amb més freqüència. 5. L’origen de les espècies: Després de molt de temps, la selecció natural pot provocar que una població acumuli força canvis, suficients per determinar l’aparició d’una nova espècie.

Les crítiques La teoria de Darwin-Wallace rebé diverses crítiques dels científics contemporanis, entre les que destaquen les tres que ara exposarem.

Falta d’explicació de l’origen de la variació Darwin no sabia quins eren els mecanismes que provocaven l’aparició de noves característiques en la població, necessàries perquè hi hagués una variació sobre la que pogués actuar la selecció natural. A més, a l’època de Darwin encara no es coneixien els mecanismes de transmissió de l’herència que, més endavant, descriví Gregor Mendel. Es creia que en els fills es barrejava l’herència rebuda dels pares. Això feia pensar que, si

L’aparició d’òrgans complexos L’aparició d’òrgans altament especialitzats fou una altra de les crítiques a Darwin. Com es podia arribar a formar un òrgan tan complex com, per exemple, un ull? De quina forma es podien anar seleccionant durant generacions i generacions petites característiques favorables que acabessin comportant la formació d’un ull? Darwin proposà com a resposta la preadaptació, un mecanisme segons el qual les primeres etapes de la formació d’un òrgan determinat podien ser explicades per una funció diferent a la qual finalment assoleix l’òrgan. Un exemple de preadaptació són les plomes dels ocells que, abans de servir per volar, podien haver servit com aïllant tèrmic.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Manca d’esglaons evolutius Molts contemporanis de Darwin digueren que, si totes les espècies provenen d’espècies anteriors, hi havia d’haver moltes més formes intermèdies fòssils que les que s’havien trobat fins aleshores. Darwin replicà que el problema era que encara no s’havien fet prou estudis paleontològics. El temps li donà la raó, ja que des de la publicació dels seus treballs s’han trobat moltes formes de transició que no han fet sinó que confirmar la seva teoria de l’evolució.

UNITAT 2

apareixia una nova característica més favorable, aviat desapareixeria, ja que s’aniria barrejant amb la informació prèviament existent a la població.

Darwinisme i lamarckisme

Agafem, per exemple, el cas del gran desenvolupament del coll de les girafes. Segons el lamarckisme, les girafes tenen el coll molt llarg perquè generació rere generació han anat estirant el coll per tal d’arribar a les fulles dels arbres dels quals s’alimenten. El fet d’estirar el coll provoca que s’allargui una mica. Aquest petit canvi es pot heretar, de manera que la descendència té ja de bon començament el coll una mica més llarg. Si això es va repetint durant moltes generacions, s’aconsegueix que el coll esdevingui molt llarg. Segons el darwinisme, originàriament hi havia girafes amb el coll més llarg i girafes amb el coll més curt. En èpoques de sequera o de molta competència pel menjar, les girafes amb el coll més llarg podien arribar a les fulles més altes i per tant tenien accés a més menjar. Les girafes amb el coll més curt no podien arribar a les fulles més altes i morien de fam. Això feia que només es

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

La gran diferència entre aquestes dues teories evolucionistes és que, mentre Lamarck creu que els descendents hereten les característiques adquirides durant la vida dels seus progenitors (de forma que tots aquests trets adquirits passen a la generació següent, produint l’evolució de l’espècie), Darwin diu que, a partir de la diversitat d’organismes existents, el procés de selecció natural fa que sobrevisquin i es reprodueixin els individus amb característiques més favorables.

10. UN MÓN FELIÇ?

Entens les diferències entre les teories de Darwin i Lamarck?

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

poguessin reproduir les girafes de coll llarg i, per tant, a la següent generació les girafes tendissin a tenir el coll més llarg. Tanmateix, hi continuaria havent variabilitat de mides de coll, per la qual cosa el procés de selecció es podria continuar produint. Després de moltes generacions, la selecció natural aconseguiria que el coll de les girafes fos molt més llarg que no pas originàriament. Avui dia no hi ha cap dubte que l’evolució es produeix seguint els mecanismes descrits pel darwinisme. •

Activitats d’aprenentatge 4, 5 i 6

3. Més enllà de Darwin Els descobriments genètics posteriors a Darwin han propiciat un millor coneixement dels mecanismes de l’evolució. Ara en veurem les principals aportacions.

Teoria sintètica de l’evolució Els descobriments de Mendel sobre els mecanismes de transmissió dels caràcters hereditaris i algunes aportacions posteriors, van permetre reelaborar la teoria de l’evolució de Darwin. En un començament es parlava de Neodarwinisme, però la versió més actualitzada rep el nom de Teoria sintètica de l’evolució.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

Les principals aportacions d’aquesta teoria als principis introduïts per Darwin són: 1. La informació hereditària es troba en els gens. Els gens són fragments de les molècules d’ADN, unes molècules llarguíssimes que es troben en el nucli de totes les cèl·lules del cos. Cada gen conté dos factors hereditaris anomenats al·lels, que són les unitats de transmissió hereditària de pares a fills. Cada progenitor transmet un al·lel per a cada caràcter, de forma que el fill té també dos al·lels per a cada caràcter, un provinent de la mare i l’altre provinent del pare. La informació continguda en els al·lels determina la manifestació dels caràcters. 2. Les proporcions dels al·lels en una població poden canviar per tal d’adaptarse al medi. Exemple: Considerem que en una població d’escarabats hi ha dos al·lels pel color del cos, un que determina color negre i l’altre que determina color marró clar. Si prop de la població d’escarabats s’instal·la una mina de carbó, el color del sòl s’ennegrirà. Aleshores, quin color li resultarà més beneficiós a l’escarabat per no ser vist fàcilment pels seus depredadors? És clar que el negre, i és clar que, en poques generacions, la freqüència de l’al·lel que determi-

Es considera que tots els organismes provenen dâ&#x20AC;&#x2122;un ĂŠsser primigeni unicelÂˇlular, el primer ĂŠsser vivent. AixĂ˛ vol dir que tots els organismes vius som parents mĂŠs o menys llunyans. 5. Lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł no tĂŠ una direcciĂł determinada. No hi ha cap finalitat preestablerta en el procĂŠs evolutiu. Lâ&#x20AC;&#x2122;Ăşnic mecanisme que hi intervĂŠ ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;adaptaciĂł a les condicions del medi. Com que les condicions del medi canvien al llarg del temps, la direcciĂł de lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł tambĂŠ va canviant per tal dâ&#x20AC;&#x2122;adaptar-se sempre a les noves circumstĂ ncies. QuĂ¨ passaria si a partir dâ&#x20AC;&#x2122;ara, any rere any, cada cop fes mĂŠs i mĂŠs fred? Doncs que els animals evolucionarien cap a formes amb mĂŠs estructures aĂŻllants de la temperatura externa (greix, pĂ¨l, plomes) per protegir-se del fred. PerĂ˛, i si anĂŠssim cap a temperatures cada cop mĂŠs altes? Doncs aleshores lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł portaria a estructures menys aĂŻllants. Pot passar una cosa o altra, tot depĂ¨n de com evolucionin les condicions mediambientals. 6. El resultat de lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł no ĂŠs una escala jerĂ rquica. No hi ha una gradaciĂł que vagi dâ&#x20AC;&#x2122;organismes mĂŠs evolucionats a organismes menys evolucionats. Podem parlar dâ&#x20AC;&#x2122;organismes amb estructures mĂŠs o menys complexes, perĂ˛ no dâ&#x20AC;&#x2122;uns organismes mĂŠs evolucionats o superiors en contraposiciĂł a uns altres de menys evolucionats o inferiors. Lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;adaptaciĂł al medi i tots hem fet un camĂ igual de llarg des de lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł del primer ĂŠsser vivent. QuĂ¨ passaria si hi haguĂŠs un gran cataclisme, si xoquĂŠs un asteroide amb la Terra, per exemple? Segurament desapareixerien moltes espĂ¨cies, i potser tambĂŠ desapareixeria lâ&#x20AC;&#x2122;ĂŠsser humĂ . Tanmateix ĂŠs molt possible que romanguessin els organismes mĂŠs resistents; bacteris, algues, alguns insectes, etc. Aleshores lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł continuaria a partir dâ&#x20AC;&#x2122;aquests supervivents, i nosaltres passarĂem a ser un altre organisme fĂ˛ssil mĂŠs que no es va poder adaptar al medi en un moment determinat.

Lâ&#x20AC;&#x2122;EVOLUCIĂ&#x201C; DE LES ESPĂ&#x2C6;CIES

4. Tots els ĂŠssers vivents estan emparentats.

UNITAT 2

Aquests canvis sĂłn lâ&#x20AC;&#x2122;origen de nova variabilitat en les poblacions. Cal dir que la majoria de mutacions provoquen canvis desfavorables. Malgrat tot, de tant en tant hi ha mutacions que provoquen lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;alÂˇlels mĂŠs favorables per a lâ&#x20AC;&#x2122;adaptaciĂł de la poblaciĂł al medi. Les mutacions sĂłn, per tant, el motor de lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł. Tanmateix, aquestes mutacions no es poden encarregar, es produeixen a lâ&#x20AC;&#x2122;atzar, sense tenir en compte la seva necessitat.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

3. De forma espontĂ nia hi ha alÂˇlels que pateixen canvis anomenats mutacions.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

na el color negre serĂ mĂŠs abundant, ja que els escarabats de color marrĂł clar, seran caĂ§ats mĂŠs fĂ cilment pels depredadors i, per tant, no podran transmetre els seus alÂˇlels a la descendĂ¨ncia.

7. L’evolució és el resultat de l’acumulació gradual de petits canvis. No hi ha canvis sobtats. Calen llargs períodes de temps, moltes generacions, perquè els mecanismes de l’evolució produeixin canvis notables. Aquest punt de la teoria sintètica de l’evolució ha estat rebatut per la teoria dels equilibris interromputs.

Teoria dels equilibris interromputs Aquesta teoria fou introduïda l’any 1972 per dos paleontòlegs americans, Jay Gould i Niles Eldredge. Es fonamenta en la poca quantitat de fòssils trobats en períodes de transició entre espècies. Per què tan pocs fòssils de transició? Segons aquesta teoria, les espècies evolucionen molt ràpidament, en pocs milers d’anys. Aquest període tan curt, en temps geològics, fa que hi hagi molt pocs fòssils de transició. Hi hauria grans períodes (de milions d’anys) de calma evolutiva, d’equilibri, interromputs per breus períodes de canvis que menarien a un nou equilibri, un altre període de calma. I així successivament. D’altra banda, aquesta teoria proposa que l’èxit de les mutacions es produeix en poblacions petites d’una espècie, més que no pas en un grup gran, on les mutacions poden quedar diluïdes enmig de la població.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

•

Activitats d’aprenentatge 7, 8, 9 i 10

4. Les proves de l’evolució

Evolució del cavall. A sobre de cada animal hi ha el nom del gènere al qual pertany, i a sota l’alçada aproximada en metres, quan de temps fa que va existir i l’esquelet d’una pota anterior.

Anatomia comparada L’estudi comparat de les estructures anatòmiques dels organismes permet trobar-hi similituds suficients per establir-hi relacions evolutives.

Estructures homòlogues Un dels casos més estudiats és el que relaciona l’estructura esquelètica de tots els vertebrats. S’han fet molts estudis centrats en les extremitats anteriors.

UNITAT 2

1. Hi ha més espècies extingides que no pas vivents. 2. La majoria d’organismes fòssils presenten suficients semblances amb organismes vivents per poder-hi establir relacions de parentiu. 3. En general, com més antic és un fòssil, més diferent és de l’espècie actual amb el qual se’l relaciona. 4. Es poden establir cadenes evolutives entre diversos fòssils, amb progressius canvis morfològics, fins a arribar a relacionar-los amb una espècie actual. Una de les cadenes més ben documentades és la que representa l’evolució del cavall.

10. UN MÓN FELIÇ?

El registre fòssil (conjunt de fòssils coneguts) ha estat des de sempre el gran argument de l’evolució, ja que és un procés que intenta descriure els fets passats. El seu estudi ens aporta les dades següents:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Registre fòssil

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Fem ara un repàs de les principals proves de l’evolució, des de les més clàssiques fins a les més modernes, fruit de la utilització de les noves tecnologies.

En les extremitats anteriors dels vertebrats es pot reconèixer una estructura òssia similar, que fa pensar que tots els vertebrats provenen d’un avantpassat comú.

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Extremitats anteriors de vertebrats

Les estructures homòlogues són les que tenen un origen estructural comú, malgrat que hagin pogut arribar a formes i funcions prou diferents. Aquest és el cas de les extremitats anteriors dels vertebrats. Les estructures anàlogues són les que, malgrat tenir formes i funcions similars, tenen un origen estructural diferent.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

Aquest és el cas de les ales d’una mosca i de les ales d’una gavina. Les estructures anàlogues no signifiquen cap lligam evolutiu.

Òrgans vestigials Són estructures rudimentàries, sovint sense cap funció clara, que tenen molts organismes. Ens donen informació sobre el seu passat evolutiu. Hi ha molts exemples:

Dents de les balenes

No són funcionals, ja que les balenes són animals filtradors; filtren l’aigua per extreure’n els petits organismes que hi ha en suspensió.

Vèrtebres del còccix en humans No tenen cap funcionalitat, però ens indiquen una relació evolutiva amb animals amb cua. Apèndix vermiforme en humans Òrgan rudimentari no funcional. En els animals rosegadors és un lloc on es digereixen determinades fibres vegetals. Músculs de les orelles en humans Són rudimentaris i poc funcionals. Ens indiquen la relació amb molts mamífers que tenen músculs funcionals per moure les orelles.

Alguns òrgans vestigials de l’ésser humà

Embriologia comparada El desenvolupament embrionari presenta moltes similituds entre animals força diferents, sobretot durant les primeres fases. El grau de similitud del procés embriològic ens informa del grau de proximitat en el procés evolutiu. Com més similars són els desenvolupaments embriològics, més gran és el parentiu, és a dir, hi ha un avantpassat comú més proper.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

No permeten volar, però ens indiquen que, en el passat, devien tenir una funció voladora.

UNITAT 2

Ales dels estruços

10. UN MÓN FELIÇ?

CARACTERÍSTIQUES

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

ÒRGAN VESTIGIAL

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

Embrions de diferents vertebrats en etapes comparables del seu desenvolupament. Com més primerenca és l’etapa del desenvolupament, més s’assemblen les estructures embrionàries.

Distribució geogràfica Els organismes més semblants, evolutivament més propers, acostumen a tenir una clara relació pel que fa a la seva distribució geogràfica. Aquest és el cas dels pinsans estudiats per Darwin a les Illes Galápagos, tots ells similars i tots ells habitants de zones geogràfiques properes. L’existència de dues aus corredores molt similars, com l’estruç a l’Àfrica, i el nyandú a Amèrica del Sud, ens indica que en el passat aquestes dues zones geogràfiques estaven comunicades.

Biologia molecular La tecnologia actual ens permet determinar el grau de similitud entre els ADN o les proteïnes dels organismes, la qual cosa ens aporta molta informació sobre el grau de parentiu evolutiu. Com més similitud, més parentiu evolutiu. Aquests estudis han servit per confirmar els estudis clàssics, fets a partir de les semblances morfològiques. •

Activitats d’aprenentatge 11 i 12

Imagina’t que ets un agricultor i que conrees any rere any blat de moro. Si has de guardar llavors per plantar l’any següent, quines llavors triaràs? El més normal és que agafis llavors de les plantes que més gra produeixen i que són més resistents a les plagues. Després de moltes generacions de fer aquesta tria, s’aconsegueix que les plantes de blat de moro siguin més productives i resistents. Aquest procediment clàssic per obtenir millors varietats agrícoles i ramaderes s’anomena selecció artificial, ja que és un mecanisme de selecció provocat per factors no naturals, o sia, no causats pel medi natural sinó per l’acció humana. Cal dir que els organismes obtinguts per selecció artificial són generalment menys adaptats al medi natural que els seus parents salvatges. Això fa que necessitin unes atencions especials i que, moltes vegades, no sobrevisquin si creixen de forma salvatge.

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

El mecanisme de selecció natural descrit per Darwin per a l’evolució dels organismes ha estat utilitzat de forma similar pels agricultors i ramaders durant centenars d’anys, per tal d’obtenir varietats més rendibles. Com?

UNITAT 2

5. La selecció artificial

Hi ha nombrosos exemples de selecció artificial, un d’ells és el dels gossos que, provinents d’un avantpassat comú, han arribat a constituir nombroses races amb trets característics. •

Activitats d’aprenentatge 13 i 14

Formació de noves espècies sense diversificació Una espècie pot anar canviant per adaptar-se al medi. D’aquesta manera, després de moltes generacions, adquireix noves característiques que la fan força diferent de l’espècie ancestral. Aquest procés fa que l’espècie original es converteixi en una nova espècie, però no es produeixi cap augment del nombre d’espècies (no augmenta la diversificació). Hi havia una espècie i, després de moltes generacions, hi continua havent una espècie. Podem dir que hi ha hagut una substitució de l’espècie ancestral per la moderna, més adaptada a les noves condicions mediambientals.

Formació de noves espècies amb diversificació D’altres vegades, a partir d’una espècie es poden originar dues o més espècies. Com? Hi ha dues possibilitats: que les noves espècies visquin separades o que visquin juntes.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Ja hem vist com les noves espècies apareixen gràcies al procés de selecció natural descrit per Darwin. Aquesta aparició de noves espècies pot ser de dos tipus: sense diversificació o amb diversificació.

10. UN MÓN FELIÇ?

6. L’aparició de noves espècies

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Espècies sorgides a partir de poblacions separades En aquest cas hi ha una barrera geogràfica (una serralada, un desert, el mar, etc) que evita que les poblacions d’una determinada espècie es posin en contacte durant molt de temps. Després de milers o milions d’anys, les poblacions separades hauran acumulat força diferències per tal d’adaptar-se a les seves condicions de vida particulars. Aquestes diferències s’hauran produït mitjançant l’aparició de noves mutacions i l’actuació de la selecció natural. Si, un cop acumulades moltes diferències, posem en contacte les dues poblacions que van quedar separades moltes generacions enrere, què passarà? Doncs que les diferències acumulades faran impossible que s’aparellin i tinguin descendència fèrtil. Seran ja dues espècies diferents. Aquest és el cas de les espècies de pinsans i tortugues que Darwin estudià a les Illes Galápagos.

Espècies sorgides a partir de poblacions que viuen a la mateixa zona Els mecanismes que possibiliten que poblacions d’una mateixa espècie esdevinguin espècies diferents, tot i viure a la mateixa zona geogràfica, són més complexos. N’esmentarem un parell. Aïllament estacional

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

L’aïllament estacional es produeix quan hi ha un grup d’organismes que es reprodueix en una època diferent a la de la resta de l’espècie. Posem per cas una planta que viu a un bosc qualsevol. Poden haver-hi plantes que visquin a llocs on arribi molta llum i d’altres que visquin a zones força ombrívoles. Les plantes que viuen amb molta llum es desenvolupen més aviat, i fan fulles i flors abans que la resta. Dels estams de les flors surten els grans de pol·len que han d’arribar a l’ovari d’una altra flor per tal que es produeixi la fecundació i es formin les llavors. Si quan les plantes que viuen ben il·luminades alliberen el pol·len, les que viuen a zones ombrívoles encara no han florit, l’encreuament serà impossible. Quan les plantes de llocs ombrívols floreixin, els grans de pol·len que fabriquin, només podran arribar a flors d’altres plantes de llocs ombrívols, ja que les plantes més ben il·luminades ja hauran fet les llavors. Si aquest mecanisme es manté durant moltes generacions, es poden arribar a produir canvis adaptatius als diferents medis que arribin a produir l’aparició de dues espècies diferents. Un cop constituïdes les noves espècies, si casualment un gra de pol·len d’una d’elles arriba a la part femenina d’una planta de l’altra espècie, la fecundació dels gàmetes no es produirà. S’hauran acumulat prou diferències per fer impossible la fecundació dels gàmetes.

L’aïllament sexual es produeix quan hi ha canvis morfològics o de comportament que dificulten l’encreuament entre determinats membres de l’espècie. Aquest seria el cas, per exemple, d’un grup d’ocells que adoptessin petits canvis en la cerimònia de festeig prèvia a la còpula. Això faria que aquest grup d’ocells no s’encreués amb la resta de la població i acabés originant una nova espècie. Aquest canvi en el comportament pot tenir un origen molt divers. Podria ser d’origen alimentari, per exemple. Imagina’t que alguns ocells s’alimentessin preferentment d’un aliment que provoqués petits canvis morfològics o hormonals que afectessin al comportament durant el festeig. Aquest hàbit alimentari acabaria per provocar un aïllament sexual que podria acabar per provocar l’existència de dues espècies diferents. Activitats d’aprenentatge 15 i 16

7. L’origen de la vida

UNITAT 2

•

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Aïllament sexual

Les teories evolucionistes expliquen com s’ha originat la gran diversitat d’éssers vius que acull el planeta Terra. Hi ha però una pregunta que no troba resposta en aquestes teories: com es va formar la primera cèl·lula, mare de tots els organismes que ara existeixen?

La Terra primitiva era molt diferent de l’actual. Fa uns 4.600 milions d’anys, just després de la seva formació, la Terra estava a grans temperatures. Hi havia gasos i matèria fosa. A poc a poc, la Terra es va anar refredant. L’escorça terrestre, la zona més externa, va començar a solidificar-se fa uns 4.300 milions d’anys, i el vapor d’aigua va condensar-se per formar els oceans. L’atmosfera d’aquesta Terra primitiva era rica en vapor d’aigua, nitrogen, hidrogen, amoníac i metà, entre altres gasos. Era una atmosfera sense oxigen, una atmosfera que, a nosaltres, no ens permetria viure-hi. A més, a la Terra hi arribava un elevat nombre de radiacions, ja que no hi havia cap capa protectora. També hi havia molta activitat tempestuosa i volcànica, amb gran emissió de gasos. Com pots veure, la Terra primitiva no era un lloc ideal per viure-hi, oi? Potser no era un bon lloc per viure-hi nosaltres, però sí un lloc perfecte per generar vida.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

La Terra primitiva

10. UN MÓN FELIÇ?

Diversos científics han treballat i treballen per trobar una resposta a aquest enigma. Cada cop es va aconseguint saber més coses de com va poder-se originar la vida a la Terra, però encara estem lluny de tenir certeses.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

La formació de matèria orgànica L’any 1953, el científic nord-americà Stanley Miller va reproduir en un laboratori les condicions de la Terra primitiva: pluges, descàrregues elèctriques, radiacions i diversos gasos (vapor d’aigua, nitrogen, hidrogen, amoníac, metà, diòxid de sofre, etc). Després d’uns quants dies, Miller va comprovar que s’havien format molècules orgàniques (les que conformen la matèria característica dels éssers vius). Entre la matèria orgànica formada hi havia dos aminoàcids, les molècules que formen les proteïnes. Més endavant, en experiments similars, altres científics van aconseguir sintetitzar altres molècules orgàniques. Sabem doncs que les condicions de la Terra primitiva eren les idònies perquè es formés matèria orgànica. Tanmateix aquesta matèria orgànica no tenia vida, no creixia i no es reproduïa per perpetuar-se.

L’aparició de la primera cèl·lula Tota la matèria orgànica que s’anava sintetitzant, formava el que els científics Oparin i Haldane (començaments del segle XX) van anomenar brou primitiu, una barreja de matèria orgànica que es trobava als oceans, rius i llacs. Possiblement la concentració de matèria orgànica es va fer més gran als petits llacs, on les molècules es van anar ajuntant fins a formar molècules més complexes: proteïnes, lípids i àcids nucleics. Aquests processos van necessitar molts milions d’anys per desenvolupar-se. Segons Oparin, un cop es van formar molècules orgàniques complexes, van aparèixer els coacervats, unes estructures formades per l’associació de molècules orgàniques amb molècules d’aigua. Aquestes estructures es formen espontàniament en solucions aquoses, només per atraccions elèctriques entre les molècules. Tanmateix, són estructures força fràgils, que es poden fracturar amb facilitat. El següent pas fou l’aparició de membranes per protegir els coacervats i donar-los més fermesa. Les primeres membranes eren probablement unes senzilles estructures lipídiques (una doble capa de fosfolípids). Aquesta matèria orgànica envoltada d’una membrana és el que anomenem protocèl·lula. Quedava un pas molt important per formar la primera cèl·lula, l’aparició de les cadenes d’àcids nucleics. Aquestes molècules tenen capacitat per autoreplicar-se i, per tant, duplicar de forma exacta la seva estructura. Això possibilità la reproducció cel·lular. La vida havia començat. D’això fa uns 3.600 milions d’anys. És important entendre que tots els passos que acabem de descriure de manera sintètica, van produir-se en milions d’anys. Cal considerar bàsic el temps perquè s’anessin produint els passos cap a la vida. Tornem, doncs, a la idea dels petits canvis graduals durant períodes de temps molt llargs, que menen a grans canvis.

MĂŠs endavant, fa uns 1.400 milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys, va aparĂ¨ixer la cĂ¨lÂˇlula eucariota, un tipus celÂˇlular mĂŠs especialitzat, amb orgĂ nuls especĂfics per a cada una de les activitats metabĂ˛liques, la qual cosa el fa molt mĂŠs eficient. Tot i que els primers ĂŠssers eucariotes van ĂŠsser unicelÂˇlulars, aviat van comenĂ§ar una nova estratĂ¨gia evolutiva: la colÂˇlaboraciĂł entre organismes unicelÂˇlulars per tal de formar un Ăşnic ĂŠsser amb diferents funcions vitals realitzades per grups de cĂ¨lÂˇlules especialitzades. AixĂ aparegueren els ĂŠssers pluricelÂˇlulars, que aviat comenĂ§aren a diversificar-se. Tot el que hem descrit fins ara es va produir dins lâ&#x20AC;&#x2122;aigua, ja que fora de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua el medi era molt hostil, a causa de la manca de protecciĂł contra les radiacions ultraviolades, molt nocives per a la vida. La fotosĂntesi comporta la formaciĂł de gas oxigen que ĂŠs expulsat a lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera. Lâ&#x20AC;&#x2122;Ă¨xit dels organismes fotosintetitzadors va provocar una gran acumulaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen a lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera. A les capes altes de lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera, part dâ&#x20AC;&#x2122;aquest oxigen (O2) es va convertir en ozĂł (O3), un gas que evita que passin la major part de les radiacions ultraviolades. Aquest fet possibilitĂ que els ĂŠssers vius poguessin iniciar, fa uns 400 milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys, la colonitzaciĂł dels continents. Fins aleshores els continents eren grans deserts per a la vida. La presĂ¨ncia dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen permetĂŠ tambĂŠ lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;un mĂ¨tode molt mĂŠs eficient dâ&#x20AC;&#x2122;obtenciĂł de lâ&#x20AC;&#x2122;energia continguda en les molĂ¨cules orgĂ niques: la respiraciĂł celÂˇlular. Aquest mĂ¨tode permetĂŠ obtenir molta mĂŠs energia de la matĂ¨ria orgĂ nica, i multiplicĂ les possibilitats de les estratĂ¨gies evolutives. â&#x20AC;˘

Activitats dâ&#x20AC;&#x2122;aprenentatge 17 i 18

Lâ&#x20AC;&#x2122;EVOLUCIĂ&#x201C; DE LES ESPĂ&#x2C6;CIES

Milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys mĂŠs tard, la matĂ¨ria orgĂ nica comenĂ§ava a ser escassa. AixĂ˛ provocĂ , fa uns 2.000 milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys, lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;una nova estratĂ¨gia: captar lâ&#x20AC;&#x2122;energia solar per tal dâ&#x20AC;&#x2122;utilitzar-la per sintetitzar matĂ¨ria orgĂ nica. Havien aparegut els organismes fotosintetitzadors, els organismes anomenats autĂ˛trofs, amb capacitat per sintetitzar matĂ¨ria orgĂ nica a partir de matĂ¨ria inorgĂ nica, amb lâ&#x20AC;&#x2122;ajut de lâ&#x20AC;&#x2122;energia solar. Ja no calia trobar matĂ¨ria orgĂ nica per sobreviure.

UNITAT 2

Aquests primers organismes unicelÂˇlulars devien ser molt semblants a alguns dels actuals bacteris. Eren organismes dâ&#x20AC;&#x2122;estructura procariota, ĂŠs a dir, cĂ¨lÂˇlules sense nucli ni gairebĂŠ orgĂ nuls celÂˇlulars.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

Les primeres cĂ¨lÂˇlules eren heterĂ˛trofes: sâ&#x20AC;&#x2122;alimentaven de matĂ¨ria orgĂ nica. AixĂ˛ no era cap problema, perquĂ¨ durant milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys sâ&#x20AC;&#x2122;havia anat acumulant matĂ¨ria orgĂ nica, com ja hem explicat. Tanmateix, els processos dâ&#x20AC;&#x2122;obtenciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;energia a partir de la matĂ¨ria orgĂ nica eren molt senzills i poc eficaĂ§os. NomĂŠs es podia aprofitar una part de lâ&#x20AC;&#x2122;energia que contenia la matĂ¨ria orgĂ nica que els servia dâ&#x20AC;&#x2122;aliment. Aquest procĂŠs poc eficient dâ&#x20AC;&#x2122;aprofitament dels aliments sâ&#x20AC;&#x2122;anomena fermentaciĂł, i es produeix sense la participaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;oxigen atmosfĂ¨ric. Recorda que lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera primitiva no tenia oxigen.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

Lâ&#x20AC;&#x2122;evoluciĂł de les primeres cĂ¨lÂˇlules

8. L’aparició de l’ésser humà I nosaltres? Què fem enmig d’aquest Univers immens i enmig d’aquesta Terra en evolució constant? Aquesta pregunta és difícil de respondre. Molts filòsofs i teòlegs han intentat trobar un sentit a la nostra existència, però cadascú ha de trobar la seva resposta. El que ara farem és estudiar el procés evolutiu que ha fet possible l’aparició de l’ésser humà. Els éssers humans pertanyem a l’espècie Homo sapiens. Dins de la classificació d’organismes: CATEGORIA TAXONÒMICA TRETS PRINCIPALS

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Regne

Animal

Obtenció activa de l’aliment. Gran desenvolupament del sistema nerviós.

Fílum

Cordats

Cordó nerviós dorsal. Eix cartilaginós o ossi.

Classe

Mamífers

Cos recobert de pèl. Glàndules mamàries. Orelles.

Ordre

Primats

Extremitats prènsils (amb capacitat per agafar coses). Vida essencialment arbòria. Ulls en posició frontal i situats dins d’una cavitat òssia. Desenvolupament del cervell i de la vista.

Família

Homínids

Gènere

Homo

Construcció d’eines i gran desenvolupament cerebral.

Espècie

Homo sapiens

Capacitat per parlar. Estructura social complexa. Consciència.

Posició erecta.

Dins dels primats podem distingir dos grans grups: els prosimis i els simis antropomorfs (simis amb forma humana). Dins dels simis antropomorfs, els humans pertanyem al grup dels hominoideus, que està format per tres famílies: Pòngids Ximpanzés, goril·les i orangutans • Hidrobàtids Gibons i siamangs • Homínids Només una espècie actual, Homo sapiens. Hi ha diverses espècies fòssils, que pertanyen als gèneres Ardipithecus i Australopithecus i Homo. •

La família dels pòngids és la més propera a nosaltres. Dins d’aquesta família, els ximpanzés i els goril·les ens són més propers. Els darrers estudis comparatius d’ADN i proteïnes revelen una estreta relació evolutiva entre ximpanzés, goril·les i humans. L’avantpassat comú pot situar-se fa uns 6 milions d’anys. En realitat, els homínids podrien ser inclosos dins dels pòngids. El procés d’hominització és el que ha diferenciat els éssers humans dels ximpanzés i goril·les. Els 5 trets principals d’aquest procés són:

UNITAT 2

L’EVOLUCIÓ DE LES ESPÈCIES

Alineació de les cames amb el tros que precisa canvis en la pelvis i en l’articulació entre el fèmur i la pelvis. Encefalització Augment del volum del crani. Es passa dels 400 cm3 dels primers homínids als 1.400 de l’Homo sapiens. Producció d’eines Elaboració d’eines per facilitar determinats processos, gràcies a l’habilitat manipuladora de les mans i al desenvolupament de la intel·ligència. Dentició Reducció dels ullals, que en els ximpanzés i els goril·les tenen una funció bàsicament defensiva. Enduriment dels molars per tal de poder alimentar-se de vegetals durs. Capacitat simbòlica Capacitat per imaginar i representar. Manifestacions artístiques. Rituals funeraris i altres cerimònies. Posició erecta

Activitats d’aprenentatge 19 i 20

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

•

10. UN MÓN FELIÇ?

Evolució de l’esquelet durant l’hominització

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 3 INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

Unitat 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

treballaràs?

QUÈ TREBALLARÀS?

UNITAT 3

què

• • • • • • •

Valorar la importància del medi ambient. Explicar quines activitats humanes generen agressions al medi ambient. Identificar quines són les principals problemàtiques mediambientals. Resumir quines mesures cal prendre per protegir el medi ambient. Precisar d’on prové l’energia que utilitzem. Valorar la importància d’aconseguir aturar el creixement demogràfic. Indicar quines actituds personals poden ajudar a millorar el medi ambient. Valorar la incidència de la pobresa i l’analfabetisme en els problemes mediambientals.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

•

10. UN MÓN FELIÇ?

En acabar la unitat has de ser capaç de:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

1. El medi ambient Avui dia se sent a parlar molt del medi ambient i de la necessitat de protegirlo. La tecnologia avança a passos de gegant i, en molts casos, deixa petjades en el medi que poden durar molts anys. L’impacte prové bàsicament de dos fets: l’augment de la població humana i l’augment del consum d’energia per càpita. La Terra té capacitat de resposta a les pertorbacions que pateix, però la velocitat d’aquesta resposta disminueix en la mesura en què augmenta la magnitud de la pertorbació. Potser ara és el moment d’aturar-nos i reflexionar sobre el model de desenvolupament que més interessa a la humanitat. Cal que sigui un model que no pensi únicament en el present, sinó que contempli també el desenvolupament de les properes generacions. Un model que pensi en tots els habitants de la Terra i que trenqui l’actual separació entre països desenvolupats i no desenvolupats. El medi ambient és l’entorn en què viuen els organismes, tot allò que els envolta i que d’alguna manera condiciona la seva vida.

Evolució històrica de la interacció entre l’ésser humà i el medi ambient L’ésser humà, com tots els organismes, interactua amb el medi ambient i, fruit d’aquesta interelació, s’esdevenen canvis. Hi ha hagut una evolució històrica de les relacions entre l’ésser humà i el medi. Podem distingir dues grans etapes: fins a la revolució industrial i a partir de la revolució industrial.

Relacions ésser humà-medi ambient fins a la revolució industrial Durant l’edat de pedra, les relacions entre les persones i el medi ambient comportaven un mínim impacte en el medi, atès el mínim desenvolupament tecnològic. A partir de l’edat de ferro, la tecnologia permeté el desenvolupament de l’agricultura i la ramaderia i, per tant, el sedentarisme. Aleshores, hi va haver un augment de la població humana i aparegueren les ciutats. En aquest moment l’impacte de l’activitat humana sobre el medi es començà a notar, tot i que de forma molt localitzada. L’impacte més gran fou la desaparició dels boscos propers a les ciutats, per tal d’obtenir terres de conreu i combustible per cuinar i escalfar-se. Relacions ésser humà-medi ambient a partir de la revolució industrial La revolució industrial va comportar canvis radicals en les relacions entre les persones i el medi. La utilització dels combustibles fòssils i el desenvolupament tecnològic van provocar grans impactes mediambientals. Un impacte mediambiental és una interferència de l’ésser humà en el medi ambient, fruit de la qual es produeix una contaminació del medi o un canvi en els processos naturals.

MILIONS D’HABITANTS

1825

1.000

1927

2.000

1960

3.000

1974

4.000

1987

5.000

1999

6.000

Aquest alarmant creixement de la població no sembla que s’hagi d’aturar en els propers anys. Cada dia neixen uns 250.000 éssers humans més. Si no canvia la situació actual, l’any 2.060 la població mundial podria ésser d’uns 10.000 milions. Per tal d’estabilitzar la població mundial, cal fer la transició demogràfica: l’equiparació de les taxes de natalitat i mortalitat. Això gairebé ja s’ha produït als països industrialitzats, on la població creix, en conjunt, a un ritme inferior a l’1% anual. És en els països no desenvolupats on es produeix el major augment de la població, ja que encara no han realitzat la transició demogràfica. En aquests països, la manca de revolució agrícola i cultural dificulten la baixada de la taxa de natalitat mentre que la taxa de mortalitat ha baixat molt a causa de la lluita contra malalties mortals i l’accés d’una bona part de la població als medicaments. Cal posar l’èmfasi en l’educació de la dona i en la planificació familiar. A Tailàndia i Costa Rica, la planificació familiar va reduir a la meitat la fertilitat en un període de 25 anys (1960-1985). Tanmateix, cal considerar que l’augment de població està lligat a la pobresa i l’analfabetisme. La transició demogràfica en els països pobres només serà possible si la planificació familiar va acompanyada d’accés a la cultura i de repartiment de la riquesa.

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

ANY

UNITAT 3

La humanitat va trigar milers d’anys a arribar als 1.000 milions d’habitants, cosa que succeí cap a l’any 1825, un cop iniciada la revolució industrial. A partir d’aleshores, l’augment de la població mundial es va disparar. No és que la gent s’hagués posat a criar com a conills sinó que van deixar de morir com a mosques. La millora de l’alimentació i les grans millores higièniques i sanitàries van permetre que gran part de la població arribés a l’estat adult i es reproduís. L’augment ha estat molt ràpid.

10. UN MÓN FELIÇ?

L’augment demogràfic

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

La millora en la nutrició comportà una major esperança de vida i un gran augment de la població. Durant el segle XX, l’impacte humà sobre el medi va arribar a provocar grans canvis en l’entorn: destrucció d’una gran part de la coberta vegetal, contaminació de les aigües, canvis en la composició atmosfèrica, acumulació de residus, etc.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

La transició demogràfica a Europa Un fenomen paral·lel a l’augment de la població mundial és l’augment de la població urbana. L’any 1800 només un 5% de la població mundial vivia a les ciutats, mentre que avui dia aquesta xifra s’atansa al 50%. En els països pobres l’augment ràpid de les ciutats comporta la creació de suburbis amb condicions de vida infrahumanes. A Mumbai i a Rio de Janeiro, hi viuen uns 4 milions de persones amuntegades en assentaments il·legals i sense unes mínimes condicions higièniques. Tanmateix, alguns d’aquests suburbis van tirant endavant gràcies a la lluita diària de les persones que hi viuen. La concentració de grans quantitats de població en espais reduïts provoca greus problemes de contaminació del medi, com veurem més endavant. D’altra banda, en molts casos, el creixement urbà ha ocupat zones agrícoles de gran fertilitat i ha desplaçat l’activitat agrària cap a sòls més pobres. A més, la sobreexplotació agrícola per fer front a la demanda d’aliments d’una població creixent, redueix la qualitat de les terres i complica els resultats de les collites futures. Cal un esforç decidit i coordinat del món sencer per arribar a la transició demogràfica mundial. Només així es podrà fer front a l’exhauriment de recursos, la producció de residus i els desequilibris que empenyen una part de la població a emigrar per poder sobreviure.

La gestió del medi ambient La gestió del medi ambient és el conjunt de mesures que cal prendre per tal de fer-ne un ús racional i sostenible al llarg del temps, evitant generar impactes mediambientals. El desenvolupament sostenible és el que permet una activitat humana duradora i respectuosa amb el medi ambient. És un desenvolupament econòmic i social que es du a terme de manera harmònica amb el medi que ens envolta, sense provocar-hi alteracions greus.

Les mesures preventives són les encaminades a evitar problemes. Si es vol treure fusta d’un bosc, cal tallar els arbres en la mateixa mesura que creixen, per tal d’evitar la deforestació. Si es vol instal·lar una indústria, cal evitar que la seva implantació generi contaminació en el medi ambient o residus de difícil tractament. La contaminació és l’aparició en el medi ambient de substàncies perjudicials o formes d’energia que provoquen un desequilibri del medi natural. Les mesures correctores són les que intenten pal·liar els efectes d’un problema mediambiental, un cop s’ha produït. Si hi ha hagut un incendi, cal posar esment en la recuperació dels boscos. Si es produeix un vessament de petroli al mar, cal evitar que la taca s’escampi i afecti altres zones. Ara veurem quines són les principals problemàtiques relacionades amb el medi ambient i quines mesures de gestió convé dur a terme per corregir-les. Dividirem aquest estudi en quatre grans apartats:

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

Una correcta gestió del medi ambient comporta aplicar mesures preventives i correctores.

UNITAT 3

Cal que aquest concepte estigui present a l’hora de planificar el desenvolupament econòmico-social de qualsevol zona. Altrament posarem en perill la supervivència de molts ecosistemes i potser acabi perillant la nostra presència en el planeta.

Canvis a l’atmosfera • Canvis a la hidrosfera • Els boscos i el sòl • Els residus i el reciclatge Activitats d’aprenentatge 1, 2 i 3

2. Canvis a l’atmosfera La composició atmosfèrica és el resultat d’un equilibri entre els éssers vius i els processos geològics. Cal dir que la composició ha anat canviant al llarg de la història. Recorda, per exemple, que la atmosfera primitiva no contenia oxigen, però l’atmosfera actual en conté un 21%, gràcies a l’activitat dels organismes fotosintetitzadors. Tanmateix, si volem que la vida en el planeta Terra es mantingui tal i com la coneixem, evolucionant a poc a poc com ho ha fet fins ara, és important no alterar greument l’equilibri actual. Malgrat que hi ha fonts naturals de contaminació atmosfèrica (les erupcions volcàniques i els incendis forestals naturals), la major part de la contaminació està originada per l’activitat humana. N’estudiarem l’origen i l’abast seguint aquests quatre punts:

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

•

10. UN MÓN FELIÇ?

•

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

L’efecte hivernacle i el canvi climàtic • La pluja àcida • L’aprimament de la capa d’ozó • La contaminació atmosfèrica urbana •

L’efecte hivernacle i el canvi climàtic Segur que has sentit a dir que el clima està canviant, que abans feia més fred que ara i nevava més. Què hi ha de cert en aquestes afirmacions? Són fenòmens locals o afecten tot el planeta?

Causes i efectes El Sol envia l’energia necessària per escalfar la Terra. Tanmateix, la temperatura de l’atmosfera disminueix a mesura que ens allunyem del nivell del mar. Això s’explica per la presència a l’atmosfera de determinats gasos que tenen la capacitat de retenir calor i per la disminució de les seves concentracions en augmentar l’altura. És per això que a dalt de les muntanyes fa més fred. Alguns gasos atmosfèrics provoquen un efecte similar al del vidre d’un hivernacle: deixen passar els raigs del Sol cap a dins de l’hivernacle però retenen una bona part de les radiacions calòriques produïdes per la reflexió dels raigs solars en fer impacte sobre la superfície de la Terra. Aquest procés evita que, quan es fa de nit, la temperatura baixi excessivament. Hem d’entendre, per tant, que l’efecte hivernacle garanteix unes condicions apropiades per al manteniment de la vida. Sense la presència d’aquests gasos la temperatura mitjana de la superfície terrestre disminuiria uns 30ºC i seria d’uns –22ºC.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

El gas que més contribueix a l’efecte hivernacle és el diòxid de carboni (CO2). Altres gasos que també hi contribueixen són, per ordre d’importància: els CFC (clorofluorocarburs), el metà i els òxids de nitrogen. Des del començament de la revolució industrial, l’activitat humana ha fet incrementar força la concentració de CO2, la qual cosa ha comportat un augment de la temperatura global del planeta. És el que anomenem canvi climàtic. Cap a l’any 1800 la concentració de CO2 era de 280 ppm (parts per milió), mentre que actualment és ja d’unes 360 ppm i augmenta amb rapidesa, ja que cada any s’alliberen més de 25.000 tones de CO2, 4/5 parts provinents de la combustió dels combustibles fòssils i 1/5 part provinent de la destrucció dels boscos. La darrera dècada és la més calenta que es recorda. Es calcula que la temperatura mitjana ha pujat 1ºC aproximadament, des del començament de la industrialització, i algunes previsions consideren que, cap a l’any 2020, la temperatura mitjana mundial serà d’1,3ºC superior a la temperatura anterior a la revolució industrial. Cap a l’any 2070 l’augment podria arribar als 3ºC. Malgrat que aquests augments poden semblar insignificants, cal considerar que un augment de 3ºC provocaria uns nivells d’escalfament que no s’han produït durant els dos darrers milions d’anys.

3. DesapariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;organismes: Lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la temperatura provocarĂ migracions. Algunes espĂ¨cies no podran adaptar-se i moriran. Per a la majoria dâ&#x20AC;&#x2122;organismes, el problema no ĂŠs pas el canvi, sinĂł la velocitat a la qual es produeix el canvi, que no permet lâ&#x20AC;&#x2122;adaptaciĂł de les espĂ¨cies. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, la migraciĂł de moltes espĂ¨cies a latituds mĂŠs altes comporta una nova situaciĂł de competĂ¨ncia entre les espĂ¨cies locals i les nouvingudes, la qual cosa sovint determina la desapariciĂł de les espĂ¨cies autĂ˛ctones i canvis en les xarxes trĂ˛fiques

GestiĂł Cal controlar les emissions de CO2 i aturar els processos de deforestaciĂł. Aquestes mesures comporten un grau de cooperaciĂł entre els estats que no ĂŠs fĂ cil dâ&#x20AC;&#x2122;aconseguir. Els interessos econĂ˛mics divergents dificulten lâ&#x20AC;&#x2122;entesa.

La pluja Ă cida La pluja Ă cida ĂŠs un fenomen derivat de la utilitzaciĂł dels combustibles fĂ˛ssils en quantitats elevades. Per aquest motiu, ĂŠs una ploblemĂ tica forĂ§a circumscrita a les zones fortament industrialitzades.

UNITAT 3

2. DisminuciĂł de les collites. El negament de terres fĂ¨rtils i els canvis dels rĂ¨gims de pluges provocaran una disminuciĂł de les collites que causaran seriosos problemes dâ&#x20AC;&#x2122;abastiment, sobretot als paĂŻsos en vies de desenvolupament. Lâ&#x20AC;&#x2122;extensiĂł de les zones desĂ¨rtiques augmentarĂ .

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

1. Lâ&#x20AC;&#x2122;augment del nivell del mar. La pujada de la temperatura fondrĂ grans masses de gel polar, la qual cosa farĂ augmentar el nivell del mar. AixĂ˛ provocarĂ la inundaciĂł de terres costaneres. Algunes, com els deltes dels rius, sĂłn especialment fĂ¨rtils. Un dels llocs on la situaciĂł pot ĂŠsser especialment dramĂ tica ĂŠs Bangla Desh, un estat situat a la desembocadura dels rius Ganges, Brahmaputra i Meghna. Una bona part de les illes Maldives podrien arribar a desaparĂ¨ixer sota el mar.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

Si continua lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la temperatura, els principals efectes seran:

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

100

Causes i efectes La utilització de combustibles fòssils per part de la indústria i dels vehicles provoca l’emissió a l’atmosfera d’òxids de sofre i de nitrogen que, en contacte amb el vapor d’aigua, esdevenen àcid sulfúric i àcid nítric. Quan aquests àcids precipiten, generen diversos problemes. Els més importants són: 1. Mortalitat d’organismes. La pluja àcida provoca la solubilització de nutrients bàsics del sòl com el potasi, el magnesi o el calci, que són arrossegats cap als rius i cap a les aigües subterrànies. La falta de nutrients provoca l’afebliment i la mort dels vegetals. D’altra banda, la pluja àcida també arrossega metalls pesants (sobretot mercuri, alumini, plom, zenc i manganès) cap als llacs i cap als rius, on provoquen la mort dels peixos i dels animals que se’ls mengen. 2. Pèrdua del patrimoni històric. La pluja àcida malmet els monuments de marbre que, segons molts estudis, s’han deteriorat més durant els darrers 40 anys que no pas en els 2000 anys anteriors. D’altra banda, els vitralls es destenyeixen i els llibres i les pintures es malmeten. Tot això ha obligat molts museus i biblioteques, a prendre mesures de protecció. Els moviments atmosfèrics fan que, malgrat un país no emeti òxids de sofre i nitrogen, pugui rebre pluja àcida provinent d’un país veí.

Gestió Per fer front a l’amenaça de la pluja àcida, cal reduir al màxim les emissions d’òxids de sofre i nitrogen. Per fer-ho, s’han d’instal·lar filtres a les centrals tèrmiques i catalitzadors als vehicles que utilitzen combustibles fòssils.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

L’aprimament de la capa d’ozó L’ozó (O3) és un gas molt tòxic a les capes baixes de l’atmosfera. Curiosament però, a les capes altes, entre 15 i 50 km d’altitud, l’ozó ens protegeix de les radiacions ultraviolades, altament nocives per a la vida. És com una mena d’escut protector.

Causes i efectes Hi ha gasos produïts per l’activitat humana que, en arribar a les capes altes de l’atmosfera, es combinen amb l’ozó i el converteixen en oxigen corrent (O2), que no té cap efecte protector. L’exhauriment d’ozó és especialment important a les zones properes als pols, a causa dels moviments atmosfèrics. La zona equatorial no pateix encara aquest problema. Els principals gasos responsables de l’afebliment de la capa d’ozó són els CFC (clorofluorocarburs), uns productes utilitzats en aerosols, escumes, insonorització de locals, productes de neteja en el camp de l’electrònica, sistemes de refrigeració i sistemes d’aire condicionat. També hi intervenen altres productes, com l’haló 1.301 dels extintors de foc. L’arribada de moltes radiacions ultraviolades provoca:

La contaminaciĂł atmosfĂ¨rica urbana Com mĂŠs creixen les ciutats, mĂŠs augmenten els problemes per a la salut dels seus habitants. Els dos principals problemes sĂłn la contaminaciĂł acĂşstica i la contaminaciĂł atmosfĂ¨rica. La contaminaciĂł acĂşstica, provocada pels mitjans de transport i per les diverses activitats humanes que es duen a terme a les ciutats, poden provocar diversos graus de sordesa en els seus habitants. La contaminaciĂł atmosfĂ¨rica tĂŠ efectes molt mĂŠs greus, com veurem tot seguit.

Causes i efectes Lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera ciutadana contĂŠ una mescla molt tĂ˛xica de gasos contaminants provinents de les indĂşstries, les incineradores i els vehicles. Sovint els contaminants alliberats es combinen entre ells i generen altres productes secundaris, de vegades mĂŠs verinosos. Aquest cĂ˛ctel metzinĂłs pot causar malalties en molts Ă˛rgans del cos i ĂŠs especialment perillĂłs en les etapes de creixement. Aquesta problemĂ tica ĂŠs especialment greu al Tercer MĂłn i a lâ&#x20AC;&#x2122;Europa de lâ&#x20AC;&#x2122;Est, on la deteriorada situaciĂł econĂ˛mica agreuja encara mĂŠs les coses, ja que no sâ&#x20AC;&#x2122;esmercen diners en apaivagar el problema. A la Xina, la incidĂ¨ncia

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

UNITAT 3

GestiĂł La majoria de productes que danyen la capa dâ&#x20AC;&#x2122;ozĂł estan prohibits als paĂŻsos industrialitzats. Cal, perĂ˛, estar amatent i veure si algun altre producte li causa danys. El problema mĂŠs gran ĂŠs que, malgrat que ara les emissions de productes nocius siguin mĂnimes, els que ja han estan alliberats poden romandre actius durant molt de temps. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, molts dâ&#x20AC;&#x2122;aquests productes encara no han arribat a les capes altes atmosfĂ¨riques, per la qual cosa cal pensar que la situaciĂł empitjorarĂ a curt i a mitjĂ termini, perĂ˛ ĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;esperar una millora a llarg termini.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

2. Alteracions en els ecosistemes. Les radiacions ultraviolades provoquen mortaldat en els organismes unicelÂˇlulars dels ecosistemes aquĂ tics; el plĂ ncton. Aquests organismes sĂłn el primer esglaĂł de les cadenes alimentĂ ries aquĂ tiques, per la qual cosa tot lâ&#x20AC;&#x2122;ecosistema es veu perjudicat. En els ecosistemes terrestres, lâ&#x20AC;&#x2122;arribada de gran quantitat de radiacions ultraviolades provoca una disminuciĂł de la biomassa dels organismes productors. Aquests organismes han dâ&#x20AC;&#x2122;emprar part de lâ&#x20AC;&#x2122;energia a reparar els danys que les radiacions ultraviolades ocasionen en els seus teixits. AixĂ˛ significa una disminuciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;aliment per als organismes consumidors que provoca canvis en les xarxes trĂ˛fiques que poden comportar la desapariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;alguns organismes.

101

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

1. CĂ ncer de pell i cataractes. Lâ&#x20AC;&#x2122;augment de radiacions ultraviolades estĂ estretament relacionat amb lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la incidĂ¨ncia de cĂ ncer de pell i de les cataractes. Per aquest motiu, en els paĂŻsos nĂ˛rdics, on lâ&#x20AC;&#x2122;aprimament de la capa dâ&#x20AC;&#x2122;ozĂł ĂŠs mĂŠs gran, es recomana evitar les radiacions solars amb ulleres de sol, barrets i cremes protectores. Aquestes malalties no Ăşnicament les pateixen els humans, sinĂł que tambĂŠ afecten la resta dâ&#x20AC;&#x2122;animals.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

UNITAT 3

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

102

del cĂ ncer de pulmĂł ĂŠs cinc cops superior a les ciutats que a les zones rurals. Algunes ciutats dâ&#x20AC;&#x2122;Ă&#x20AC;sia estan immerses en un nĂşvol de polÂˇluciĂł durant tot lâ&#x20AC;&#x2122;any. Els paĂŻsos rics tambĂŠ pateixen aquest problema, malgrat que hi ha intents per reduir al mĂ xim les emissions de contaminants.

GestiĂł En general, cal reduir al mĂ xim les emissions dels gasos contaminants i potenciar la utilitzaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;energies netes. Pel que fa als vehicles, hi ha dues grans lĂnies dâ&#x20AC;&#x2122;actuaciĂł: la reducciĂł i el control. Per tal de reduir la intensitat del trĂ nsit, diverses ciutats han posat en marxa diferents estratĂ¨gies. A moltes ciutats el trĂ nsit pel centre de la ciutat estĂ restringit durant moltes hores al dia, a dâ&#x20AC;&#x2122;altres nomĂŠs es deixa circular una part dels vehicles cada dia. A lâ&#x20AC;&#x2122;estat nord-americĂ de CalifĂ˛rnia, una normativa obliga a que una part important dels vehicles siguin alimentats per energies no contaminants. A mĂŠs, hi ha mesures que penalitzen els vehicles ocupats per una sola persona. El control de les emissions es du a terme a travĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;inspeccions periĂ˛diques de tots els focus emissors per tal dâ&#x20AC;&#x2122;evitar que sobrepassin els nivells mĂ xims autoritzats. En el cas dels vehicles, la ITV (InspecciĂł TĂ¨cnica de Vehicles) tĂŠ, entre altres funcions, controlar el nivell dâ&#x20AC;&#x2122;emissions de gasos. A banda del control dels focus emissors, ĂŠs convenient portar un registre dels nivells de contaminaciĂł en llocs especialment vulnerables per tal dâ&#x20AC;&#x2122;informar els ciutadans i emprendre actuacions especials si es fa necessari. Cal inspeccionar periĂ˛dicament les indĂşstries i les incineradores, per controlar que no sobrepassin els nivells dâ&#x20AC;&#x2122;emissiĂł de gasos permesos per la llei. â&#x20AC;˘

Activitats dâ&#x20AC;&#x2122;aprenentatge 4, 5, 6 i 7

3. Canvis a la hidrosfera Les activitats humanes provoquen modificacions en la hidrosfera (lâ&#x20AC;&#x2122;aigua del planeta). Els canvis en les aigĂźes dolces poden fer-les inadequades pels organismes que hi viuen i tambĂŠ pel consum humĂ . Als oceans, la principal font de contaminaciĂł provĂŠ dels abocaments de petroli, perĂ˛ tambĂŠ hi ha contaminaciĂł a la desembocadura de molts rius i a les zones costaneres amb alta activitat humana.

La contaminaciĂł de les aigĂźes dolces Arreu del mĂłn els rius ofereixen una imatge insalubre. Tanmateix, els rius sĂłn la principal font de subministrament dâ&#x20AC;&#x2122;aigua per al consum humĂ . En els paĂŻsos rics, les plantes depuradores potabilitzen lâ&#x20AC;&#x2122;aigua abans de la seva distribuciĂł per al consum. En els paĂŻsos en via de desenvolupament, la manca de recursos econĂ˛mics provoca que lâ&#x20AC;&#x2122;aigua es consumeixi sense garanties sanitĂ ries.

El consum dâ&#x20AC;&#x2122;aigua contaminada provoca seriosos problemes de salut a les persones. Els nitrats provoquen malformacions fetals, hipertensiĂł en els nens i cĂ ncers gĂ strics en els adults. Alguns metalls pesants (com el cadmi, el coure, el plom o el mercuri) sĂłn molt tĂ˛xics i poden provocar malalties greus, entre les qual destaca el cĂ ncer.

GestiĂł Pel que fa referĂ¨ncia a la contaminaciĂł agrĂcola, cal disminuir drĂ sticament la utilitzaciĂł dels agroquĂmics. Una de les alternatives que ha obtingut mĂŠs Ă¨xit ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;anomenada GestiĂł Integrada dels ParĂ sits (GIP). Aquest sistema intenta controlar les plagues seguint els passos segĂźents: 1. Propiciar lâ&#x20AC;&#x2122;existĂ¨ncia dels depredadors naturals dels parĂ sits. 2. Fer rotaciĂł de conreus. AixĂ˛ fa que el parĂ sit no pugui trobar any rere any lâ&#x20AC;&#x2122;aliment que necessita. 3. Utilitzar varietats resistents a les plagues, per tal de dificultar-ne lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł. 4. Com a darrer recurs, utilitzar pesticides selectivament i puntual. Ă&#x2030;s tracta de fer un Ăşs racional dels pesticides. No es tracta dâ&#x20AC;&#x2122;eliminar els parĂ sits sinĂł dâ&#x20AC;&#x2122;evitar que causin greus danys a les collites. Els pesticides no sâ&#x20AC;&#x2122;han

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

UNITAT 3

2. Lâ&#x20AC;&#x2122;activitat industrial i els residus orgĂ nics. Els abocaments industrials i els provinents del clavegueram de les ciutats tambĂŠ contribueixen a lâ&#x20AC;&#x2122;enverinament de les aigĂźes dolces, especialment en els paĂŻsos pobres, on la permisibilitat de la legislaciĂł ĂŠs molt mĂŠs gran o no sâ&#x20AC;&#x2122;aplica. A lâ&#x20AC;&#x2122;Ă&#x20AC;sia la situaciĂł estĂ especialment degradada a causa de la gran pressiĂł demogrĂ fica. Una bona part del Ganges, riu sagrat de lâ&#x20AC;&#x2122;hinduĂŻsme, pateix una enorme contaminaciĂł provinent de les indĂşstries i dels abocaments humans. A lâ&#x20AC;&#x2122;Europa de lâ&#x20AC;&#x2122;Est la situaciĂł no ĂŠs gaire millor. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, lâ&#x20AC;&#x2122;activitat industrial sovint provoca un augment de la temperatura de les aigĂźes, la qual cosa dificulta encara mĂŠs la supervivĂ¨ncia dels organismes aquĂ tics.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

1. La contaminaciĂł agrĂcola. Lâ&#x20AC;&#x2122;expansiĂł de la utilitzaciĂł dels agroquĂmics (fertilitzants i pesticides) provoca lâ&#x20AC;&#x2122;arribada dâ&#x20AC;&#x2122;aquests productes a rius, pous i llacs, on arriben a provocar greus problemes de contaminaciĂł. A mĂŠs, la utilitzaciĂł de pesticides provoca lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł de superparĂ sits resistents que, a la llarga, provoquen una baixada de la productivitat. Podem dir que lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;insectes immunes als pesticides acaba deixant els percentatges de pĂ¨rdua de collita per les plagues en valors similars als que sâ&#x20AC;&#x2122;enregistraven abans de la seva utilitzaciĂł. TambĂŠ es produeix la desapariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;organismes que no causen les plagues, a causa de lâ&#x20AC;&#x2122;acciĂł indiscriminada dâ&#x20AC;&#x2122;aquests productes. De fet, tambĂŠ desapareixen alguns enemics naturals de la plaga (ocells, rĂ¨ptils, petits mamĂfers, etc), la qual cosa provoca un empitjorament de les plagues a mitjĂ i llarg termini.

103

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

Causes i efectes Les principals causes de la contaminaciĂł de les aigĂźes dolces sĂłn:

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

UNITAT 3

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

104

dâ&#x20AC;&#x2122;utilitzar abans de lâ&#x20AC;&#x2122;apariciĂł de la plaga, sinĂł un cop ha aparegut i Ăşnicament allĂ on ha aparegut. La GIP ha aconseguit reduir la utilitzaciĂł dels pesticides i augmentar la producciĂł en experiĂ¨ncies dutes a terme a la Xina i a alguns estats dels EUA. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, lâ&#x20AC;&#x2122;agricultura ecolĂ˛gica, duta a terme sense cap mena de producte artificial, sâ&#x20AC;&#x2122;estĂ estenent en els paĂŻsos rics, malgrat que els preus siguin actualment mĂŠs alts. La gestiĂł dels abocaments provinents del clavegueram i de la indĂşstria passa per abocar lâ&#x20AC;&#x2122;aigua al riu amb les mateixes condicions que tenia quan es va agafar. Cal depurar les aigĂźes abans dâ&#x20AC;&#x2122;abocar-les. Dâ&#x20AC;&#x2122;aquesta manera la vida a les aigĂźes dolces serĂ possible i els tractaments de potabilitat de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua abans del consum es simplificaran.

Alteracions de les conques i dels cabals dels rius Els canvis en les conques i cabals dels rius acaben produint canvis en les dinĂ miques fluvials que dificulten la vida de molts organismes i provoquen la pĂ¨rdua de terres de conreu.

Causes i efectes Els arbres de les conques fluvials (Ă rees on es recullen les aigĂźes que formen els rius) retenen el sĂ˛l i part de lâ&#x20AC;&#x2122;aigua de la pluja. La seva desapariciĂł provoca una pĂ¨rdua de sĂ˛l, que ĂŠs arrossegat per la pluja, pel fet de no tenir la protecciĂł dels arbres. La conseqĂźĂ¨ncia ĂŠs una disminuciĂł de les collites i molts esllavissaments de terres. En alguns paĂŻsos, hi ha plans hidrolĂ˛gics que alteren greument els cabals dels rius, ja que es transvasa aigua dâ&#x20AC;&#x2122;una conca a una altra. Un dels efectes de la disminuciĂł del cabal dâ&#x20AC;&#x2122;un riu ĂŠs la disminuciĂł del delta, la fĂ¨rtil zona de sediments que es diposita a la desembocadura. El descens del cabal facilita lâ&#x20AC;&#x2122;acciĂł destructora del delta per part de les onades marines. Els embassaments, tot i que permeten regular el cabal del riu, emmagatzemar aigua i obtenir energia elĂ¨ctrica neta, fan disminuir lâ&#x20AC;&#x2122;aportaciĂł de sediments al delta, provoquen la inundaciĂł de terres fĂ¨rtils i suposen una barrera per als organismes que hi viuen.

GestiĂł Ă&#x2030;s necessari conservar en bon estat les conques fluvials, evitant-ne la deforestaciĂł. Sâ&#x20AC;&#x2122;ha dâ&#x20AC;&#x2122;ĂŠsser molt prudent en els transvasaments dâ&#x20AC;&#x2122;aigua i la construcciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;embassaments. Cal posar lâ&#x20AC;&#x2122;accent en lâ&#x20AC;&#x2122;estalvi i en lâ&#x20AC;&#x2122;adequaciĂł de lâ&#x20AC;&#x2122;activitat humana a la disponibilitat dâ&#x20AC;&#x2122;aigua. No es pot pretendre construir camps de golf o grans complexos turĂstics en zones on lâ&#x20AC;&#x2122;aigua ĂŠs un bĂŠ escĂ s i, quan no hi ha prou aigua, restringir-ne el subministrament als ciutadans.

Dels milions de tones de petroli que sâ&#x20AC;&#x2122;aboquen anualment als mars, nomĂŠs una quarta part sâ&#x20AC;&#x2122;aboca de manera accidental, amb la formaciĂł de les anomenades marees negres. La major part provĂŠ de les bases terrestres i de les operacions de neteja dels vaixells petrolers. El petroli provoca cada any la mort de milers dâ&#x20AC;&#x2122;aus pescadores i dâ&#x20AC;&#x2122;organismes aquĂ tics. El plĂ ncton i les larves sĂłn especialment sensibles a aquesta contaminaciĂł. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, el quitrĂ embruta les platges de les zones mĂŠs contaminades. Les embarcacions llencen als mars tot tipus de deixalles. Potser les mĂŠs perilloses sĂłn els plĂ stics. La seva ingestiĂł pot provocar la mort de molts animals marins.

GestiĂł Ă&#x2030;s necessari depurar les aigĂźes residuals abans dâ&#x20AC;&#x2122;abocar-les al mar, per tal dâ&#x20AC;&#x2122;evitar-ne la contaminaciĂł. Malgrat que hi ha una minoria de paĂŻsos que ho fan, la immensa majoria encara aboquen el clavegueram al mar sense cap tractament. Hi ha acords internacionals per tal de minimitzar els abocaments no accidentals de petroli i prohibir llenĂ§ar plĂ stics al mar. El problema estĂ en el compliment dâ&#x20AC;&#x2122;aquests tractats, ja que no hi ha ni suficient inspecciĂł ni capacitat sancionadora internacional. â&#x20AC;˘

Activitats dâ&#x20AC;&#x2122;aprenentatge 8, 9, 10 i 11

4. Els boscos i el sĂ˛l Els boscos generen sĂ˛l i el protegeixen del vent i de les pluges. La desapariciĂł dels boscos posa en perill els sĂ˛ls i, per tant, la capacitat de generar vida dels continents. La formaciĂł de sĂ˛ls madurs requereix milers dâ&#x20AC;&#x2122;anys, per la qual cosa ĂŠs important tenir cura dels que actualment existeixen. Sense la protecciĂł de les arrels dels arbres, els processos dâ&#x20AC;&#x2122;erosiĂł i desertitzaciĂł avancen

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

Lâ&#x20AC;&#x2122;abocament dâ&#x20AC;&#x2122;aigĂźes residuals al mar no nomĂŠs provoca la mortaldat dels organismes costaners, sinĂł que genera un perill de malalties per als banyistes, principalment, de pell.

UNITAT 3

Causes i efectes Hi ha tres grans causes que generen contaminaciĂł als mars: les aigĂźes residuals provinents dels continents, els vessaments de petroli i els abocaments des dâ&#x20AC;&#x2122;embarcacions.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

Malgrat que els mars recullen una gran quantitat de contaminants provinents dels continents, la seva enorme capacitat per dissoldreâ&#x20AC;&#x2122;ls en redueix els efectes. Tanmateix hi ha mars tancats on els efectes de les substĂ ncies abocades ĂŠs important, com els mars Negre, BĂ ltic i Mediterrani.

105

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

La contaminaciĂł dels mars

amb facilitat i moltes espĂ¨cies migren, ja que no troben les condicions necessĂ ries per sobreviure. Cal equilibrar lâ&#x20AC;&#x2122;activitat agrĂcola, les explotacions de fusta i la preservaciĂł dels boscos. Ens hi juguem el futur.

Causes i efectes Al llarg de la histĂ˛ria de les civilitzacions, sâ&#x20AC;&#x2122;han destruĂŻt molts boscos de lâ&#x20AC;&#x2122;hemisferi nord per tal dâ&#x20AC;&#x2122;obtenir llenya i terres de conreu. Anglaterra, per exemple, conserva poc mĂŠs de lâ&#x20AC;&#x2122;1% dels boscos originals. Actualment sâ&#x20AC;&#x2122;estĂ duent a terme una destrucciĂł massiva dels boscos tropicals, que sĂłn especialment frĂ gils i alberguen una enorme diversitat dâ&#x20AC;&#x2122;organismes. Hi ha nombroses organitzacions internacionals que intenten salvar-los, perĂ˛ la conflictivitat social, la corrupciĂł polĂtica i la pobresa, dificulten les actuacions. Mentrestant, la destrucciĂł avanĂ§a rĂ pidament i ja nomĂŠs en queden un 50%. Una de les zones mĂŠs amenaĂ§ades ĂŠs lâ&#x20AC;&#x2122;AmazĂ˛nia.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

UNITAT 3

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

106

SintĂ¨ticament, el procĂŠs que du a la destrucciĂł de molts boscos tropicals es pot dividir en quatre etapes: 1. Lâ&#x20AC;&#x2122;explotaciĂł de la fusta. Lâ&#x20AC;&#x2122;inici del procĂŠs rau en les llicĂ¨ncies concedides a les grans companyies fusteres. Aquestes companyies obren camins pels boscos tropicals fins a arribar a la zona de lâ&#x20AC;&#x2122;explotaciĂł on sovint es procedeix a una tala incontrolada que destrueix totalment una gran zona de bosc. 2. El conreu de la terra. La pobresa i la gana empeny a petits pagesos sense terra a seguir els camins oberts per les companyies fusteres, cercant una terra de conreu. Cremen una zona de bosc i inicien lâ&#x20AC;&#x2122;activitat agrĂcola. 3. Lâ&#x20AC;&#x2122;exhauriment del sĂ˛l. Els sĂ˛l tropical ĂŠs pobre i les abundants pluges se lâ&#x20AC;&#x2122;enduen amb facilitat quan hi manca la coberta vegetal que el retenia amb les seves arrels. Les collites cada cop sĂłn mĂŠs minses i els pagesos han dâ&#x20AC;&#x2122;emigrar i destruir una altra zona de bosc per convertir-la en nova terra de conreu.

La deforestaciĂł comporta greus problemes, alguns dâ&#x20AC;&#x2122;abast local i dâ&#x20AC;&#x2122;altres dâ&#x20AC;&#x2122;abast planetari. Entre els mĂŠs greus hi ha: 1. Lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la concentraciĂł de CO2 atmosfĂ¨ric. 2. La pĂ¨rdua del sĂ˛l. 3. La desapariciĂł de moltes espĂ¨cies dâ&#x20AC;&#x2122;organismes. Un cop cremats els boscos, el carboni que contenia la matĂ¨ria orgĂ nica passa a lâ&#x20AC;&#x2122;atmosfera en forma de CO2, la qual cosa provoca un agreujament del canvi climĂ tic. Els arbres fixen el sĂ˛l i el protegeixen dels agents erosius. A les zones despullades dâ&#x20AC;&#x2122;arbres, el vent i les pluges sâ&#x20AC;&#x2122;enduen any rere any part del sĂ˛l, i les collites minven. Tanmateix, potser el problema mĂŠs greu dels tres que hem esmentat ĂŠs la desapariciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;espĂ¨cies, el que sâ&#x20AC;&#x2122;anomena pĂ¨rdua de biodiversitat. PerĂ˛, quĂ¨ ĂŠs exactament la biodiversitat? Ara ho veurem detalladament.

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

La utilitzaciĂł de la llenya com a combustible tambĂŠ agreuja la deforestaciĂł en molts paĂŻsos. A lâ&#x20AC;&#x2122;Ă?ndia i a dâ&#x20AC;&#x2122;altres paĂŻsos poc desenvolupats, cada cop ĂŠs mĂŠs difĂcil obtenir llenya per cuinar.

107

UNITAT 3

4. Lâ&#x20AC;&#x2122;arribada dels ramaders. Les terres abandonades sĂłn utilitzades pels ramaders com a terrenys de pastura. El sĂ˛l sâ&#x20AC;&#x2122;anirĂ empobrint i la recuperaciĂł serĂ cada cop mĂŠs difĂcil.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

La biodiversitat ĂŠs la varietat de formes de vida que hi ha en una zona determinada. Si estudiem 100 m2 dâ&#x20AC;&#x2122;un desert, trobarem ben poques espĂ¨cies; una, dues, potser cap... Si els 100 m2 sĂłn dâ&#x20AC;&#x2122;un alzinar mediterrani, ja serĂ mĂŠs fĂ cil trobar organismes. Potser en trobarem una trentena. PerĂ˛, i si fem lâ&#x20AC;&#x2122;estudi dels 100 m2 en un bosc tropical, quin creus que serĂ el resultat? Doncs segur que trobarem mĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;un centenar dâ&#x20AC;&#x2122;espĂ¨cies. Podem dir que a lâ&#x20AC;&#x2122;alzinar mediterrani hi ha mĂŠs biodiversitat que al desert perĂ˛ menys que al bosc tropical. De fet la vida al bosc tropical estĂ enormement diversificada. AixĂ˛ fa que, si augmentem la zona dâ&#x20AC;&#x2122;estudi a 200 m2, mentre que a lâ&#x20AC;&#x2122;alzinar no trobarem gaires espĂ¨cies noves, al bosc tropical en trobarem moltes, potser gairebĂŠ nâ&#x20AC;&#x2122;arribarem a comptar el doble que estudiant 100 m2.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

La pĂ¨rdua de la biodiversitat

108

CĂ&#x20AC;LCUL DE LA BIODIVERSITAT

UNITAT 3

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

Per poder comparar la diversitat de diferents ecosistemes, els biĂ˛legs utilitzen lâ&#x20AC;&#x2122;Ăndex de biodiversitat (d):

Nombre Total EspĂ¨cies Nombre Total Individus

AixĂ doncs, si en un bosc estudiem 10 m2 i hi trobem un total de 30 individus que pertanyen a 6 espĂ¨cies diferents, lâ&#x20AC;&#x2122;Ăndex de biodiversitat serĂ :

Nombre Total EspĂ¨cies 6 = = 0,2 Nombre Total Individus 30

Ho entens? Lâ&#x20AC;&#x2122;Ăndex de diversitat varia entre 0 i 1. Un Ăndex de diversitat 1 indica que tots els individus trobats pertanyen a espĂ¨cies diferents. Seria com si, en lâ&#x20AC;&#x2122;exemple anterior, els 30 organismes trobats fossin dâ&#x20AC;&#x2122;espĂ¨cies diferents. AixĂ˛, ĂŠs clar, ĂŠs gairebĂŠ impossible. Atesa lâ&#x20AC;&#x2122;enorme biodiversitat dels boscos tropicals, la seva destrucciĂł fa desaparĂ¨ixer moltes espĂ¨cies del planeta. Cada cop que seâ&#x20AC;&#x2122;n perd una, desapareix una informaciĂł genĂ¨tica que ha estat el fruit dâ&#x20AC;&#x2122;un llarg procĂŠs evolutiu, de milions dâ&#x20AC;&#x2122;anys. Moltes espĂ¨cies estan desapareixent dels boscos tropicals sense haver estat mai estudiades. Cada dia en desapareixen unes quantes. AixĂ˛ ĂŠs molt negatiu, perquĂ¨ els organismes sĂłn un recurs molt important, ja que ens poden aportar: Noves espĂ¨cies dâ&#x20AC;&#x2122;Ăşs agrĂcola â&#x20AC;˘ SubstĂ ncies amb propietats medicinals â&#x20AC;˘ SubstĂ ncies per a la indĂşstria (resines, lubrificants, etc.)

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

â&#x20AC;˘

La gestiĂł Podem considerar tres grans camps dâ&#x20AC;&#x2122;actuaciĂł: 1. El desenvolupament sostenible. Cal que lâ&#x20AC;&#x2122;explotaciĂł del medi natural no comporti la seva destrucciĂł, sinĂł una utilitzaciĂł harmĂ˛nica i duradora. La protecciĂł dels boscos tropicals ĂŠs compatible amb un aprofitament racional dels diversos productes que contenen; cautxĂş, lianes, resines, fruits, olis, etc. La sobreexplotaciĂł du a la destrucciĂł i a lâ&#x20AC;&#x2122;enriquiment dâ&#x20AC;&#x2122;unes poques persones. 2. Lâ&#x20AC;&#x2122;eradicaciĂł de la pobresa i lâ&#x20AC;&#x2122;accĂŠs a lâ&#x20AC;&#x2122;energia. Lâ&#x20AC;&#x2122;eradicaciĂł de la pobresa ĂŠs molt important, ja que evita la desesperaciĂł que du a molta gent a destruir el medi ambient, tot cercant terres de conreu o llenya per poder cuinar. Un cop foragitada la pobresa, serĂ molt mĂŠs fĂ cil aconseguir lâ&#x20AC;&#x2122;alfabetitzaciĂł i la planificaciĂł familiar, les eines bĂ siques per pensar en un futur sostenible. Dâ&#x20AC;&#x2122;altra banda, la utilitzaciĂł de cuines solars i del biogĂ s (gas obtingut a partir de la fermentaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;excrements) permet, en les zones rurals dels paĂŻsos poc desenvolupats, cou-

â&#x20AC;˘

Activitats dâ&#x20AC;&#x2122;aprenentatge 12, 13, 14 i 15

5. Els residus sĂ˛lids i el reciclatge Si passeges una estona pel teu poble o per la ciutat, fixaâ&#x20AC;&#x2122;t en els contenidors per a les deixalles. Nâ&#x20AC;&#x2122;hi ha pertot arreu i de tota mena. De vegades la seva capacitat queda desbordada i les deixalles sâ&#x20AC;&#x2122;acumulen al seu voltant. Any rere any el nombre de contenidors augmenta per poder fer front a la producciĂł sempre creixent de residus urbans. El problema dels residus va esclatar a mitjan segle passat, a causa de lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la poblaciĂł, les grans aglomeracions urbanes i la gran activitat industrial. Aquests factors han provocat que la producciĂł de residus sâ&#x20AC;&#x2122;hagi incrementat espectacularment, fins a esdevenir un dels grans problemes mediambientals actuals.

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

3. La protecciĂł dels sĂ˛ls agrĂcoles. La plantaciĂł dâ&#x20AC;&#x2122;arbres formant barreres protectores del sĂ˛l en front del vent i dels aiguats permet retenir-lo i augmentar les collites.

109

UNITAT 3

re aliments sense deforestar. Moltes ONG estan estenen la seva utilitzaciĂł a diferents zones rurals.

Els residus sĂ˛lids sĂłn produĂŻts fonamentalment per les llars, els comerĂ§os i les indĂşstries. La seva composiciĂł ĂŠs molt variada: paper, vidre, plĂ stics, metalls, roba, matĂ¨ria orgĂ nica, etc.

La gestiĂł La gestiĂł dels residus sĂ˛lids requereix una colÂˇlaboraciĂł entre les administracions i els ciutadans. No hi ha solucions perfectes perĂ˛, en general, una bona gestiĂł dels residus comporta els processos que ara veurem:

ReducciĂł de la producciĂł de residus Cal minimitzar la quantitat de residus. Si hi pensem una mica, segur que trobarem diverses maneres dâ&#x20AC;&#x2122;actuar a favor de la reducciĂł de residus: anar a comprar amb bosses de roba o carretons, comprar productes amb pocs embolcalls, etc. La reducciĂł ĂŠs la primera baula de la cadena. Si minimitzem forĂ§a la producciĂł de residus, el seu tractament serĂ molt mĂŠs fĂ cil i disminuirem les agres-

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

Les causes principals de lâ&#x20AC;&#x2122;acumulaciĂł de residus sĂ˛lids sĂłn lâ&#x20AC;&#x2122;augment de la poblaciĂł i lâ&#x20AC;&#x2122;activitat industrial, com ja hem comentat abans. Cal perĂ˛ considerar tambĂŠ que els productes de consum generen cada cop mĂŠs residus, ja que cada vegada duen mĂŠs embolcalls.

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

Les causes i els efectes

sions al medi ambient. Si continuem augmentant la producciĂł de residus, el problema ens desbordarĂ .

Reciclatge dels residus El reciclatge recupera materials i els reintrodueix en el cicle de producciĂł. Aquests darrers anys sâ&#x20AC;&#x2122;estĂ posant forĂ§a Ă¨mfasi en el reciclatge, perĂ˛ encara no hem arribat al 25%, en conjunt. Tanmateix, amb lâ&#x20AC;&#x2122;esforĂ§ de tothom podem avanĂ§ar amb rapidesa. Els contenidors de recollida selectiva ja es troben pertot arreu i la seva utilitzaciĂł ĂŠs cada cop mĂŠs important. La matĂ¨ria orgĂ nica La part orgĂ nica de les deixalles es pot convertir en compost, un adob de gran qualitat pels conreus, obtingut a travĂŠs dâ&#x20AC;&#x2122;un procĂŠs de fermentaciĂł. La seva obtenciĂł industrial permet reciclar part dels residus sĂ˛lids. TambĂŠ es pot produir compost a casa, per a lâ&#x20AC;&#x2122;Ăşs particular en horts i jardins.

MatemĂ tiques, CiĂ¨ncia i Tecnologia

10. UN MĂ&#x201C;N FELIĂ&#x2021;?

UNITAT 3

INCIDĂ&#x2C6;NCIA HUMANA SOBRE Lâ&#x20AC;&#x2122;ENTORN

110

ElaboraciĂł casolana del compost: 1. Fem passar el material orgĂ nic a travĂŠs del triturador, per tal dâ&#x20AC;&#x2122;homogeneitzarlo i facilitar lâ&#x20AC;&#x2122;acciĂł dels microorganismes descomponedors. 2. Afegim flocs de biocompostatge a les restes orgĂ niques triturades. 3. Barregem bĂŠ els flocs amb les restes orgĂ niques. 4. IntroduĂŻm el material remullat amb aigua dins del compostador. 5. Al cap de 15 o 20 dies barregem el material i el tornem a introduir dins del compostador. 6. El compost estĂ preparat i llest per adobar la terra al cap dâ&#x20AC;&#x2122;un perĂode de temps dâ&#x20AC;&#x2122;entre 5 i 8 setmanes des de lâ&#x20AC;&#x2122;inici del procĂŠs, segons el tipus de material introduĂŻt.

D’altra banda, el vidre llençat arreu de manera incontrolada comporta un gran perill, ja que pot provocar: Ferides a les persones i animals • Punxades en pneumàtics de cotxes • Incendis •

L’abocament de vidre pot provocar incendis

Plàstics Fins fa uns anys, el reciclatge dels plàstics es feia únicament a partir dels residus provinents de les indústries del plàstic: retalls i peces de rebuig. Actualment ja es recuperen i reutilitzen plàstics d’origen domèstic, en part, per obtenir grànuls de combustible que s’utilitzen en algunes indústries. Metalls El reciclatge dels metalls és especialment important, ja que comporta: Que no s’exhaureixin les reserves minerals de la Terra Un estalvi de combustible, ja que es necessita menys energia per fondre metall utilitzat que no pas per obtenir-ne a través de la indústria minera. • Una reducció de la contaminació, ja que l’obtenció dels metalls a partir dels minerals, comporta processos molt contaminants. • •

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

El reciclatge del vidre comporta un important estalvi energètic. Cada tona de vidre recuperat comporta l’estalvi de més de 100 kg de petroli.

UNITAT 3

Vidre

10. UN MÓN FELIÇ?

Cal diferenciar entre paper reciclat i paper ecològic. Tots dos papers s’obtenen a partir del reciclatge. La diferència està en el procés de producció. En l’obtenció de paper reciclat se solen fer servir productes químics per blanquejar-lo. El procés d’obtenció del paper ecològic minimitza la utilització de productes químics i té cura especialment del procés de depuració de les aigües residuals derivades de la seva producció.

111

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Paper i cartró El paper i el cartró són, juntament amb el vidre, els residus que més es reciclen. Cal tenir en compte que no es poden reciclar indefinidament perquè, com més s’utilitzen, més es trenquen les fibres que els componen. No es pot reciclar el paper brut (tovalloles, mocadors, etc), ni el paper plastificat.

Incineració i abocament Què podem fer amb els residus no reciclats? Com ens en podem desfer? Hi ha dos processos: la incineració i l’abocament. La incineració cal fer-la a altes temperatures, superiors als 800ºC, per evitar que es formin dioxines, unes substàncies molt tòxiques que contaminen el sòl i provoquen malalties en el fetge dels animals. D’altra banda, el procés d’incineració permet produir electricitat. Els plàstics continguts en els residus actuen com a combustible, la qual cosa facilita el procés de cremació. Les cendres resultants del procés d’incineració es barregen amb aigua i ciment i es transformen en blocs de formigó que són duts als abocadors. Tanmateix, es redueix força el volum de les deixalles. L’abocament és el destí final de les deixalles no reciclades, tant si han estat incinerades com si no. Un abocador ha de complir tota una sèrie de normes. Cal que estigui situat en terrenys poc permeables per evitar que es contaminin les aigües subterrànies. A més, ha d’haver-hi sistemes d’impermeabilització i xemeneies per a la sortida dels gasos que es desprenen de les fermentacions.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

112

Secció de l’abocador del Garraf Hi ha residus especialment tòxics que precisen una gestió especial per tal d’evitar conseqüències dramàtiques per a la salut de les persones i dels ecosistemes. La indústria química i farmacèutica generen una bona part d’aquests residus. El tractament dels residus provinents de les centrals d’energia nuclear és especialment problemàtic, ja que són residus radioactius, molt tòxics per als éssers vius, i de molt llarga durada. Actualment es porten a ma-

Activitats d’aprenentatge 16, 17 i 18

6. Les fonts d’energia renovables Actualment, la major part de l’energia que consumim prové dels combustibles fòssils (carbó i petroli) i de les centrals nuclears. Aquestes fonts d’energia tenen dos grans problemes: l’exhauriment dels combustibles i la contaminació que generen. La utilització de combustibles fòssils provoca l’emissió de CO2 a l’atmosfera, la qual cosa potencia el canvi climàtic, la pluja àcida i la contaminació atmosfèrica urbana. Els residus que generen les centrals nuclears són molt tòxics i de difícil tractament. A més, els accidents a les centrals tenen conseqüències molt greus per a la salut humana i dels ecosistemes en general. Per aquests motius, és convenient anar tan ràpidament com sigui possible cap a la utilització preferent de fonts d’energia renovables. D’aquesta manera aconseguirem que el consum d’energia no provoqui el deteriorament del medi ambient. Les fonts d’energia renovables són les que no s’exhaureixen a causa de la seva utilització. La font d’energia s’utilitza però no es gasta.

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

•

113

UNITAT 3

gatzems especials, a l’espera de tenir a punt la tecnologia per desactivar-los, o són enterrats en llocs de molt baixa activitat sísmica i lluny d’aigües subterrànies. Tanmateix, la llarga durada d’aquests residus fa que siguin una bomba de rellotgeria.

Les altes pressions i temperatures que hi ha a l’interior del Sol fan que els àtoms d’hidrogen reaccionin entre ells i es transformin en àtoms d’heli. En aquesta reacció nuclear s’allibera una gran quantitat d’energia que s’escampa per l’espai. Aquesta energia, quan arriba a la Terra, pateix diverses transformacions fins a convertir-se gairebé en totes les fonts d’energia que tenim: L’energia solar és captada per les plantes que, mitjançant la fotosíntesi, l’emmagatzemen en forma d’energia química. Nosaltres utilitzem aquesta energia per alimentar-nos, per escalfar-nos i per produir electricitat (energia derivada de la biomassa i energia dels combustibles fòssils). • L’energia solar provoca les diferències de temperatura en l’aire que formen els vents, que ens proporcionen l’energia eòlica. • L’energia solar es responsable del cicle de l’aigua, gràcies al qual s’obté l’energia hidràulica. • L’energia solar s’aprofita també directament per produir electricitat i calor. Aquest aprofitament es pot obtenir de diferents maneres: •

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

L’energia solar

10. UN MÓN FELIÇ?

Ara estudiarem les principals característiques de les energies renovables que tenim a l’abast.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

114

—Escalfament directe de locals. Un bon disseny dels habitatges permet restringir l’ús de la calefacció i de l’aire condicionat. L’energia solar s’utilitza també per escalfar hivernacles. —Calefacció i aigua calenta. Els pannells solars, situats de cara al Sol, absorbeixen la calor i la transmeten a les canonades connectades a la instal·lació d’aigua de l’edifici. —Producció d’electricitat mitjançant la utilització de cèl·lules fotoelèctriques que transformen les radiacions solars en electricitat. La utilització directa de l’energia solar és una de les grans esperances per solucionar els problemes que planteja el requeriment energètic mundial i la contaminació que ocasionen els combustibles fòssils. Malgrat que és una energia relativament cara, les noves tecnologies l’estan abaratint força. Cal que els governs inverteixin en investigació per tal de fer que l’energia solar estigui aviat a l’abast de tothom.

L’energia eòlica L’energia del vent s’anomena energia eòlica i ha estat utilitzada des de l’antiguitat per navegar i, posteriorment, en els molins de vent. La utilització dels molins de vent ha variat al llarg dels temps. Actualment es construeixen aerogeneradors per a l’obtenció de corrent elèctric. Els millors llocs per instal·lar camps d’aerogeneradors (camps eòlics) són els altiplans i les zones costaneres, ja que el vent hi bufa més. Cal que el vent es mogui a més de 25 km/h. En alguns estats, com el Regne unit o Dinamarca, la producció d’energia eòlica representa ja una part important del seu consum energètic. L’única problemàtica associada amb aquesta font d’energia és l’impacte visual que provoca.

L’energia hidràulica L’energia de l’aigua ja era utilitzada en l’antigor per moure pedres de molí. Actualment l’aigua es recull en els embassaments i, posteriorment, les centrals hidroelèctriques aprofiten els salts d’aigua per produir electricitat. L’aigua acumulada a l’embassament és conduïda mitjançant canonades cap a la turbina. L’aigua fa moure les paletes de les turbines que estan connectades amb generadors, on es produeix l’energia elèctrica. Malgrat ésser una energia renovable, presenta alguns problemes derivats de la construcció de les preses: Inundació de terres fèrtils. • Regressió dels deltes, que reben menys aportacions de sediments, ja que queden retinguts a les preses. • Migració de persones i animals. • Barrera per als organismes que viuen al riu. •

És l’energia derivada de l’aprofitament dels moviments d’aigua de les marees, aprofitant la diferència d’altura entre els nivells de la marea alta i de la marea baixa que, en molts llocs, és d’uns quants metres. És utilitzada a pocs llocs del món ja que calen badies estretes i una diferència entre marea alta i marea baixa de 8 metres o més. Es construeixen dics que aïllen grans recintes tancats i el moviment de l’aigua, quan es produeixen els canvis de marea, accionen turbines connectades a generadors que produeixen corrent elèctric. A banda dels problemes estètics, aquesta font energètica planteja un gran problema: l’aïllament dels organismes marins.

L’energia geotèrmica S’obté a partir de l’aprofitament de l’elevada temperatura que hi ha a l’interior de la Terra. Malgrat que aquest augment mitjà de la temperatura terrestre en fondària és d’uns 3ºC cada 100 m, hi ha zones de la Terra on aquest augment és molt més ràpid. És en aquestes zones on es pot aprofitar la calor que prové de l’interior de la Terra. Cal que a fondàries d’entre 1.500 i 2.500 metres la temperatura sigui superior als 150ºC, la qual cosa implica un augment mitjà d’entre 10 i 17ºC cada 100 metres.

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

L’energia de les marees

115

UNITAT 3

D’altra banda, cal considerar que les preses són útils per controlar les inundacions i garantir l’abastament d’aigua en períodes de sequera.

L’energia de la biomassa És l’energia generada a partir de la matèria orgànica produïda pels organismes. Podem considerar dos casos especialment remarcables: La neteja dels boscos, per tal de reduir el risc d’incendis, genera una gran quantitat de biomassa que pot transformar-se en energia elèctrica a les centrals tèrmiques. • El biogàs és el gas metà obtingut a partir de la fermentació d’excrements. Permet disposar d’un combustible econòmic que evita la desforestació cau•

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

Tot i que ja hi ha una vintena de països que tenen centrals d’energia geotèrmica, cal remarcar que aquesta energia només es pot aprofitar en llocs determinats del planeta, on hi ha un ràpid augment de temperatura en fondària. Això fa que, per a molts països, aquesta font d’energia no sigui cap alternativa en front de les fonts d’energia no renovables. Amèrica Central, Japó i Islàndia són les zones del món on aquesta font d’energia està més estesa.

10. UN MÓN FELIÇ?

Una central geotèrmica funciona fent circular aigua, que s’escalfa en profunditat i es bomba cap a la superfície com a vapor fins a una turbina que, connectada a un generador, produeix electricitat.

116

UNITAT 3

INCIDÈNCIA HUMANA SOBRE L’ENTORN

sada per l’obtenció de llenya als països poc desenvolupats. A més, un cop fermentats, els excrements serveixen per adobar les terres de conreu.

El biogàs també es pot obtenir a partir de la fermentació de la matèria orgànica dels abocadors.

Matemàtiques, Ciència i Tecnologia

10. UN MÓN FELIÇ?

•

Activitats d’aprenentatge 19 i 20