Exercicis de la història de la vida des de la perspectiva evolutiva — Biologia, Geologia i Ciències Ambientals 1r Batxillerat

(a) Domini Bacteria (procariota).
(b) Domini Archaea: és procariota, però genèticament i bioquímicament diferent dels bacteris.
(c) Domini Eukarya, regne dels fongs.
(d) Domini Eukarya, protists.
(e) Domini Eukarya, regne de les plantes.
(f) Domini Bacteria: els cianobacteris són bacteris fotosintètics, no algues.
Els regnes només serveixen per ordenar els eucariotes; els procariotes es reparteixen en dos dominis.
Error típic: posar els arqueus dins dels bacteris pel fet que tots dos són procariotes.

(a) 2; (b) 3; (c) 4; (d) 1.
Novetats successives: teixits conductors (vasculars) en els pteridòfits, que permeten créixer en alçada; llavor i pol·len en les gimnospermes: la llavor protegeix l'embrió i el pol·len fa que la fecundació no depengui de l'aigua; flor i fruit en les angiospermes, que protegeixen la llavor i en faciliten la dispersió.
Error típic: pensar que les molses no tenen cap mena de teixit; tenen teixits senzills, però no vasos conductors de veritat.

(a) gnatostoms; (b) tetràpodes; (c) amniotes; (d) mamífers; (e) aus.
Pondre ous lluny de l'aigua va ser possible gràcies a l'ou amniòtic, amb membranes que protegeixen l'embrió i el mantenen humit.
Ordre aproximat: mandíbules (uns 430 Ma), extremitats amb dits (uns 370 Ma), ou amniòtic (uns 315 Ma), pèl i glàndules mamàries (uns 225 Ma) i plomes modernes d'ocell (uns 150 Ma).
Cada grup nou conserva les innovacions anteriors: un ocell també és gnatostom, tetràpode i amniota.

Tonyina: peixos ossis (brànquies, escates, esquelet ossi). Granota: amfibis (pell nua i humida, metamorfosi). Tortuga: rèptils (escates i ou amniòtic). Pingüí: aus (plomes), encara que no vola i neda. Ratpenat: mamífers (pèl i glàndules mamàries), encara que vola. Tauró: peixos cartilaginosos (condrictis).
El pingüí i el ratpenat despisten per l'estil de vida, però es classifiquen pels seus caràcters. El tauró és un peix amb esquelet cartilaginós, no ossi.
Error típic: classificar pel medi (viu a l'aigua, vola) en lloc de fer-ho per caràcters homòlegs.

Esponja: porífers, sense teixits veritables. Anemone: cnidaris, cèl·lules urticants (cnidocits). Tènia: platihelmints, cos pla. Cargol: mol·luscs, closca i peu muscular. Aranya: artròpodes, exoesquelet de quitina i potes articulades. Estrella de mar: equinoderms, adult de simetria radial i esquelet calcari.
Només dos dels sis grups tenen simetria radial en l'adult: cnidaris i equinoderms. Les larves dels equinoderms, però, són bilaterals.

(a) Falsa. Els fongs formen un regne propi i, de fet, estan evolutivament més a prop dels animals que de les plantes.
(b) Certa: la quitina és la mateixa substància que forma l'exoesquelet dels artròpodes.
(c) Falsa. Digereixen fora del cos, amb enzims que alliberen al medi, i després absorbeixen els nutrients.
(d) Certa.
Error típic: agrupar els bolets amb les plantes perquè no es mouen.

Propis de peix: escates, brànquies i aletes. Propis de tetràpode: ossos de l'extremitat (húmer, radi, cúbit), coll mòbil i morro pla.
Se'l considera una forma de transició perquè combina caràcters dels dos grups en un mateix animal, tal com es podia esperar d'un llinatge entre els peixos i els tetràpodes.
Té valor de prova perquè els paleontòlegs el van buscar en roques d'aquesta edat i d'aquest tipus d'ambient, que és on la teoria evolutiva el feia esperar.
Error típic: dir que una forma de transició és «l'avantpassat directe» d'alguna espècie actual; és un parent proper de l'avantpassat.

Propis dels rèptils: dents, cua llarga amb vèrtebres i ungles a les ales. Propis dels ocells: plomes i fúrcula.
El fòssil barreja caràcters dels dos grups, de manera que mostra que les aus provenen d'un grup de rèptils. Avui sabem que les aus són dinosaures teròpodes: s'han trobat molts dinosaures amb plomes, sobretot a la Xina.
Error típic: pensar que les aus van aparèixer de cop; el registre fòssil mostra els caràcters apareixent de mica en mica.

Domini Eukarya; regne Animalia; fílum Chordata; classe Mammalia; ordre Primates; família Hominidae; gènere Homo; espècie Homo sapiens.
El ximpanzé és del gènere Pan: compartim la família Hominidae (els grans simis), però no el gènere.
Caràcters dels primats: polze oposable, ungles planes en lloc d'urpes i visió estereoscòpica amb els ulls mirant endavant.

Cladograma (de l'arrel cap a les puntes): alga | molsa | falguera | pi + roser.
Caràcters derivats: embrió protegit (molsa, falguera, pi i roser), vasos conductors (falguera, pi i roser), llavor (pi i roser) i flor i fruit (roser).
Els més propers són el pi i el roser, perquè comparteixen el caràcter derivat més recent: la llavor.
La companya no té raó: no tenir llavor és l'estat ancestral i no demostra parentiu. Només els caràcters derivats compartits agrupen en un clade (aquí la molsa i la falguera no formen un grup a part).
Error típic: agrupar per absències compartides.

Cladograma: esponja | medusa | planària | cargol | mosca. Nodes: teixits veritables (medusa i els següents), simetria bilateral (planària i els següents), tub digestiu complet (cargol i mosca) i exoesquelet (només la mosca).
L'exoesquelet de quitina apareix només en un organisme i no uneix ningú: no aporta informació de parentiu entre aquests cinc organismes (és un caràcter exclusiu d'un sol llinatge).
Amb només quatre caràcters i cinc organismes, l'anàlisi pot enganyar: segons les dades moleculars, el cargol és més proper a la planària (tots dos són lofotrocozous) que a la mosca (ecdisozou), de manera que el tub digestiu complet no reflecteix bé el parentiu. Per construir un cladograma fiable calen molts més caràcters, sovint moleculars.

(a) 1; (b) 3; (c) 4; (d) 2.
Una pelvis adaptada al bipedisme limita l'amplada del canal del part, mentre que el cervell gran necessita més espai. Una de les conseqüències és que les cries neixen amb el cervell molt poc desenvolupat i depenen dels adults durant molt de temps.
Error típic: pensar que el bipedisme va aparèixer pel cervell gran; en el registre fòssil (per exemple, Australopithecus afarensis) el bipedisme és anterior a l'augment de volum del cervell.

Radi de la colònia = 5 · 1.000^1/3 = 50 µm.
S/V cèl·lula = 3/5 = 0,60 µm^-1; S/V colònia = 3/50 = 0,06 µm^-1, deu vegades menor.
Temps de difusió: cèl·lula, 0,0042 s; colònia, 0,42 s (cent vegades més).
Una colònia gran té menys superfície per volum i els nutrients tarden molt més a arribar al centre. Això afavoreix la divisió del treball entre cèl·lules i l'aparició de sistemes de transport interns.

Intervals: 72, 120, 51 i 135 Ma. Interval mitjà = 378 / 4 = 94,5 Ma.
No: els intervals són molt desiguals (de 51 a 135 Ma) i només hi ha cinc dades. Les causes són diferents (activitat volcànica, canvi climàtic, impacte d'un asteroide), de manera que no hi ha cap «rellotge» que les provoqui.
Una extinció és massiva quan, en un temps geològicament breu, desapareix una part molt gran de les espècies del planeta (a la del Permià, més del 90 % de les marines).

Durada de la vida: 3.500 Ma. Només procariotes: 3.500 − 1.650 = 1850 Ma, o sigui un 53 %; i 3.500 − 2.100 = 1400 Ma, un 40 %.
La data de l'aparició dels eucariotes és molt discutida perquè les cèl·lules fòssils antigues són difícils d'identificar. Amb qualsevol dels dos valors, durant el 40 % de la història de la vida o més els únics éssers vius van ser procariotes.

A) Dos parells d'antenes: crustaci (1b, 2a). El porquet de Sant Antoni sembla un insecte, però és un crustaci terrestre.
B) Quatre parells de potes i sense antenes: aràcnid (1a).
C) 1b, 2b, 3a: insecte.
D) 1b, 2b, 3b: miriàpode (centpeus).
Error típic: classificar pel lloc on viu l'animal (terra) i no pels caràcters.

(a) El lleó i el tigre (Panthera).
(b) La família Felidae.
(c) L'ordre Carnivora.
(d) El gènere s'escriu amb majúscula i l'epítet específic amb minúscula, tots dos en cursiva: Felis catus.
Com més rangs es comparteixen, més proper és l'avantpassat comú.

(a) 3; (b) 4; (c) 1; (d) 2.
Una granota pot pondre els ous dins l'aigua, on l'embrió intercanvia gasos directament amb el medi, cosa que una tortuga no pot fer (els seus ous necessiten aire i s'hi ofegarien); en canvi, els ous de granota, sense closca ni membranes amniòtiques, s'assecarien fora d'un lloc humit, mentre que una tortuga els pot pondre a terra ferma perquè l'ou conserva el seu propi petit «medi aquàtic».
En els mamífers placentaris el corion participa en la placenta, i per això mantenen aquestes membranes malgrat que no ponguin ous.

(a) No és monofilètic: el node que reuneix la llamprea, el tauró i la truita inclou també la granota, la tortuga, el cocodril i l'ocell. El grup «peixos» és parafilètic.
(b) No és monofilètic: el node més petit que conté la tortuga i el cocodril conté també l'ocell. «Rèptils» sense les aus és parafilètic.
(c) Sí, és un clade.
(d) Sí, és un clade.
El parent més proper de l'ocell és el cocodril.
Per això, en cladística, les aus es consideren un grup de rèptils.

Sòl: les arrels trenquen la roca i les restes vegetals formen humus; així apareixen sòls profunds i més fèrtils, i nous hàbitats terrestres per a animals i fongs.
CO₂ i clima: les arrels i la matèria orgànica augmenten la meteorització química dels silicats, que consumeix CO₂; a més, les plantes l'absorbeixen per fotosíntesi. Les concentracions de CO₂ van baixar molt i això va contribuir al refredament que va portar a la glaciació del final del Paleozoic.
Carbó: en zones pantanoses part de la matèria vegetal quedava enterrada sense descompondre's del tot, i això va acumular carboni orgànic que es va transformar en carbó, sobretot al Carbonífer.
Error típic: pensar que la fotosíntesi només produeix oxigen: també retira CO₂.

Coevolució: si les orquídies amb esperons més llargs obliguen l'insecte a introduir més la trompa i així es pol·linitzen millor, aquests esperons es reprodueixen més; al mateix temps, les arnes de trompa més llarga aconsegueixen més nèctar. Cada canvi d'un pressiona l'altre, i els dos s'allarguen.
Amb un esperó de 2 cm, l'arna s'alimenta sense tocar el pol·len: l'avantatge és per a la planta que obliga l'insecte a tocar-lo.
Càlcul: 300 mm − 20 mm = 280 mm. $\tfrac{280}{0{,}5} = 560$ intervals de 1.000 anys = 560.000 anys, una durada molt curta en temps geològic.
El valor de 0,5 mm per 1.000 anys és hipotètic: serveix per veure que canvis petits i continus poden produir trets molt extrems.

Temps: 70.000 − 14.000 = 56.000 anys. Velocitat = 27.000 / 56.000 = 0,48 km/any, uns 480 m/any.
Per generació: 12 km (uns 12 km cada 25 anys).
Aquest ritme es pot explicar si cada generació s'establia una mica més lluny que l'anterior, a mesura que creixia la població. No cal un pla: n'hi ha prou amb una pressió demogràfica petita i recursos disponibles.
El resultat és una mitjana: les migracions van tenir moments ràpids i altres d'aturada, per exemple pels canvis climàtics.

Buit: 66 Ma. Període total: 410 Ma. Percentatge: $\tfrac{66}{410} = 16$ %.
Demostra que el registre fòssil és incomplet: un grup pot continuar existint durant milions d'anys sense deixar fòssils, per exemple perquè vivia en llocs on els sediments no es conserven.
«Fòssil viu» és enganyós perquè fa pensar que l'espècie no ha canviat. Els celacants actuals són espècies diferents de les fòssils i han evolucionat; només la forma general es manté, com a resultat d'un ambient estable i d'una selecció estabilitzadora.

Taxa de fons: 8·$10^{6}$ · $\tfrac{0{,}1}{10^{6}} = 0{,}8$ extincions per any. Taxa actual: 800 per any.
L'1 % de 8·$10^{6}$ són 80.000 espècies. Taxa de fons: 80.000 / 0,8 = 100.000 anys. Taxa actual: 80.000 / 800 = 100 anys.
Es parla de sisena extinció perquè, si la taxa actual es mantingués, les pèrdues arribarien a la magnitud de les cinc grans en un temps geològicament instantani. La causa principal és l'activitat humana (destrucció d'hàbitats, sobreexplotació, espècies invasores i canvi climàtic).
Els valors són estimacions amb molta incertesa; l'exercici serveix per comparar ordres de magnitud.

(a) L'articular correspon al martell i el quadrat a l'enclusa.
(b) La doble articulació mostra una fase intermèdia en què la mandíbula s'articula alhora per la via de rèptil (articular-quadrat) i per la de mamífer (dentari-temporal). Els ossos no apareixen de cop, sinó que canvien de funció de mica en mica.
(c) Exaptació: un tret que ja existia amb una funció (en aquest cas, transmetre vibracions, a més de subjectar la mandíbula) passa a ser seleccionat per una funció nova (sentir). Mentre la mandíbula podia funcionar amb l'articulació nova, l'articular i el quadrat quedaven lliures per especialitzar-se en l'oïda.
(d) En els embrions de mamífers, el martell i l'enclusa es formen a partir dels cartílags del primer arc faringi (el de les mandíbules embrionàries), els mateixos que en els rèptils formen l'articular i el quadrat.
Error típic: pensar que els trets «s'inventen» quan fan falta; sovint són reutilització d'estructures prèvies.

Per meiosi, cada cèl·lula mare (2n = 48) dona 4 espores (n = 24). 64 · 4 = 256 espores.
El gametòfit (protal·lus) és haploide, n = 24, igual que les espores i els gàmetes. El zigot és diploide, 2n = 48.
Molsa: domina el gametòfit (haploide), i l'esporòfit viu sobre ell. Falguera: domina l'esporòfit, però el gametòfit és independent i petit. Plantes amb flors: l'esporòfit és la planta visible i el gametòfit queda reduït a estructures microscòpiques dins de la flor.
La tendència evolutiva és cap a la reducció del gametòfit i el predomini de l'esporòfit diploide.

(a) n = 7 (cada cèl·lula del gra de pol·len és haploide). (b) 2n = 14. (c) 2n = 14. (d) Dos nuclis polars (n = 7 cadascun) i un nucli espermàtic (n = 7): 3n = 21.
$\tfrac{800}{4} = 200$ cèl·lules mare del pol·len.
La doble fecundació fa que l'endosperma (reserva nutritiva) només es formi quan hi ha un embrió: la planta no gasta recursos en llavors sense fecundar. Això és un avantatge propi de les angiospermes.
Error típic: pensar que l'endosperma és diploide.