Schrödinger. What is Life

La Vida


Erwin Schrödinger. Què és la vida?

(A partir d’unes conferències a Dublin el 1943. Encara no s’havia establert l’estructura i paper del DNA).

The large and important and very much discussed question is:
How can the events in space and time which take place within the spatial boundary of a living organism be accounted for by physics and chemistry?
The preliminary answer which this little book will endeavour to expound and establish can be summarized as follows:
The obvious inability of present-day physics and chemistry to account for such events is no reason at all for doubting that they can be accounted for by those sciences.

  • Un cristall aperiòdic
    The most essential part of a living cell  the chromosome fibre  may suitably be called an aperiodic crystal. In physics we have dealt hitherto only with periodic crystals. To a humble physicist’s mind, these are very interesting and complicated objects; they constitute one of the most fascinating and complex material structures by which inanimate nature puzzles his wits. Yet, compared with the aperiodic crystal, they are rather plain and dull. The difference in structure is of the same kind as that between an ordinary wallpaper in which the same pattern is repeated again and again in regular periodicity and a masterpiece of embroidery, say a Raphael tapestry, which shows no dull repetition, but an elaborate, coherent, meaningful design traced by the great master.
    [Ignorant això, a Layered Ontology jo apuntava que la Física és la ciència dels sistemes uniformes, gasos, líquids, sòlids, res a veure amb la complexitat de la vida].
  • Aleatori individual, predictible en grans números
    Per què han de ser tant petits els àtoms i tan grossos els nostres cossos?  (Suppose that you could mark the molecules in a glass of water; then pour the contents of the glass into the ocean and stir the latter thoroughly so as to distribute the marked molecules uniformly throughout the seven seas; if then you took a glass of water anywhere out of the ocean, you would find in it about a hundred of your marked molecules.) [Els àtoms estan vibrant i sotmesos a la incertesa, ab comportaments impredictibles. Només quan en tenim molts i podem tenir comportaments promigs que ens dóna la mecànica estadística. El moviment Brownià mostra les vibracions dels àtoms, l’agitació tèrmica. La inexactitud d’una llei quant al nombre de partícules n és de l’ordre de 1/√n. [Per tenir un comportament ordenat, doncs i protegit dels moviments monoatòmics aleatoris, un organisme viu ha de ser un sistema de moltes partícules.
  • El mecanisme de l’herència
    [Com aconseguim mantenir i transmetre un ordre?] In calling the structure of the chromosome fibres a code-script we mean that the all-penetrating mind, once conceived by Laplace, to which every causal connection lay immediately open, could tell from their structure whether the egg would develop, under suitable conditions, into a black cock or into a speckled hen, into a fly or a maize plant, a rhododendron, a beetle, a mouse or a woman.
    The egg divides into two ‘daughter cells’ which, at the next step, will produce a generation of four, then of 8, 16, 32, 64, . . ., etc. The frequency of division will not remain exactly the same in all parts of the growing body, and that will break the regularity of these numbers. But from their rapid increase we infer by an easy computation that on the average as few as 50 or 60 successive divisions suffice to produce the number of cells2 in a grown man  or, say, ten times the number,2 taking into account the exchange of cells during lifetime. Thus, a body cell of mine is, on the average, only the 50th or 60th ‘descendant’ of the egg that was I.
    [Podem estimar que un gen és de l’ordre d’uns 300 Angstroms, tot just 100 distàncies atòmiques. Els raigs X augmenten les mutacions].
  • Com expliquem que es mantingui l’ordre dels gens?
    How can we, from the point of view of statistical physics, reconcile the facts that the gene structure seems to involve only a comparatively small number of atoms (of the order of 1,000 and possibly much less), and that nevertheless it displays a most regular and lawful activity  with a durability or permanence that borders upon the miraculous? El gen es conserva a 36.6º!
  • Energia quantificada
    Les pertorbacions no tenen efecte perquè l’energia està quantificada i cal aportar un mínim per canviar d’estat. El temps esperat depèn de la temperatura segons τeW/kt. We believe a gene  or perhaps the whole chromosome fibre  to be an aperiodic solid.
  • Ordre, desordre i entropia
    Life seems to be orderly and lawful behaviour of matter, not based exclusively on its tendency to go over from order to disorder, but based partly on existing order that is kept up.
    To the physicist  but only to him  I could hope to make my view clearer by saying: The living organism seems to be a macroscopic system which in part of its behaviour approaches to that purely mechanical (as contrasted with thermodynamical) conduct to which all systems tend, as the temperature approaches the absolute zero and the molecular disorder is removed./ Living Matter Evades the Decay to Equilibrium  /  When a system that is not alive is isolated or placed in a uniform environment, all motion usually comes to a standstill very soon as a result of various kinds of friction; differences of electric or chemical potential are equalized, substances which tend to form a chemical compound do so, temperature becomes uniform by heat conduction. After that the whole system fades away into a dead, inert lump of matter. A permanent state is reached, in which no observable events occur. The physicist calls this the state of thermodynamical equilibrium, or of ‘maximum entropy’. /  It Feeds on ‘Negative Entropy’. How does the living organism avoid decay? The obvious answer is: By eating, drinking, breathing and (in the case of plants) assimilating. The technical term is metabolism. Thus a living organism continually increases its entropy  or, as you may say, produces positive entropy  and thus tends to approach the dangerous state of maximum entropy, which is death. It can only keep aloof from it, i.e. alive, by continually drawing from its environment negative entropy  which is something very positive as we shall immediately see. L’entropia és una mesura del desordre [uniformitat tèrmica] Entropia = k log (Desordre).
  • Is Life Based on the Laws of Physics?
    The unfolding of events in the life cycle of an organism exhibits an admirable regularity and orderliness, unrivalled by anything we meet with in inanimate matter. We find it controlled by a supremely well-ordered group of atoms, which represent only a very small fraction of the sum total in every cell. Moreover, from the view we have formed of the mechanism of mutation we conclude that the dislocation of just a few atoms within the group of ‘governing atoms’ of the germ cell suffices to bring about a well-defined change in the large-scale hereditary characteristics of the organism. 

    An organism’s astonishing gift of concentrating a ‘stream of order’ on itself and thus escaping the decay into atomic chaos  of ‘drinking orderliness’ from a suitable environment  seems to be connected with the presence of the ‘aperiodic solids’, the chromosome molecules, which doubtless represent the highest degree of well-ordered atomic association we know of  much higher than the ordinary periodic crystal  in virtue of the individual role every atom and every radical is playing here.
    Els sistemes físics: Even when the chemist handles a very complicated molecule in vitro he is always faced with an enormous number of like molecules. To them his laws apply. He might tell you, for example, that one minute after he has started some particular reaction half of the molecules will have reacted, and after a second minute three-quarters of them will have done so. But whether any particular molecule, supposing you could follow its course, will be among those which have reacted or among those which are still untouched, he could not predict. That is a matter of pure chance.
    Els sistemes biològics:  In biology we are faced with an entirely different situation. A single group of atoms existing only in one copy produces orderly events, marvellously tuned in with each other and with the environment according to most subtle laws…. Every cell harbours just one of them (or two, if we bear in mind diploidy). Since we know the power this tiny central office has in the isolated cell, do they not resemble stations of local government dispersed through the body, communicating with each other with great ease, thanks to the code that is common to all of them?
  • Si tot és física, no hi ha lliure albir?
    To the physicist I wish to emphasize that in my opinion, and contrary to the opinion upheld in some quarters, quantum indeterminacy plays no biologically relevant role in them, except perhaps by enhancing their purely accidental character in such events as meiosis, natural and X-ray-induced mutation and so on  and this is in any case obvious and well recognized.

    i) My body functions as a pure mechanism according to the Laws of Nature.
    (ii) Yet I know, by incontrovertible direct experience, that I am directing its motions, of which I foresee the effects, that may be fateful and all-important, in which case I feel and take full responsibility for them.
    [S apunta en la direcció dels místics que se senten connectats amb tot, the mystics of many centuries, independently, yet in perfect harmony with each other (somewhat like the particles in an ideal gas) have described, each of them, the unique experience of his or her life in terms that can be condensed in the phrase: DEUS FACTUS SUM (I have become God).
    Però també: Consciousness is never experienced in the plural, only in the singular. ..How does the idea of plurality (so emphatically opposed by the Upanishad writers) arise at all? Consciousness finds itself intimately connected with, and dependent on, the physical state of a limited region of matter, the body. [la negreta és meva. No tot està connectat, en un experiment sobre situacions en les quals jo deicideixo, els factors que influeixen són la meva identitat, la meva manera de ser, ls meves expectatives. Certament amb una base biològica i neurològica, però una part de l’univers que és el que anomenem “jo” o “self”.]
    The only possible alternative is simply to keep to the immediate experience that consciousness is a singular of which the plural is unknown; that there is only one thing and that what seems to be a plurality is merely a series of different aspects of this one thing, produced by a deception (the Indian MAJA); the same illusion is produced in a gallery of mirrors, and in the same way Gaurisankar and Mt Everest turned out to be the same peak seen from different valleys. [S suggeriria que el jo és il·lusori]Yet each of us has the indisputable impression that the sum total of his own experience and memory forms a unit, quite distinct from that of any other person. He refers to it as ‘I’. What is this ‘I’? If you analyse it closely you will, I think, find that it is just a little bit more than a collection of single data (experiences and memories), namely the canvas upon which they are collected. And you will, on close introspection, find that what you really mean by ‘I’ is that ground-stuff upon which they are collected. You may come to a distant country, lose sight of all your friends, may all but forget them; you acquire new friends, you share life with them as intensely as you ever did with your old ones. Less and less important will become the fact that, while living your new life, you still recollect the old one. ‘The youth that was I’, you may come to speak of him in the third person, indeed the protagonist of the novel you are reading is probably nearer to your heart, certainly more intensely alive and better known to you. Yet there has been no intermediate break, no death. And even if a skilled hypnotist succeeded in blotting out entirely all your earlier reminiscences, you would not find that he had killed you. In no case is there a loss of personal existence to deplore. [el jo és fràgil i canviant, però és l’experiència més important qie tenim, i menystenir-lo com a il·lusori  és pobre. Amb una antropologia determinista un dimoni de Laplace veure com es va fent i desfent aquest conjunt de records i d’expectatives i com a cada moment decideix. Determinisme subspecie aeternitatis i experiència de llibertat. I resulta que el nostre punt de vista, allà on estem en l’experiment, és dins la capsa, no fora sub specie aeternitatis]

Estudiar la vida

[Entendre la vida és un camí que va de l’observació del que tenim al voltant fins a conèixer les complexes estructures i processos d’òrgans formats per teixits, formats per cèl·lules, formades per molècules orgàniques que duen a terme reaccions per obtenir energia, substituir el que es degrada i reproduir-se. Un camí que comença amb la mirada a través del microscopi, segueix amb experiments de química que reprodueixen els processos de la vida, i acaba amb l’intent de desxifrar el codi de la vida amb observació i manipulació a nivell molecular]


  • Classificació
  • Com neixen els animals i plantes? A un nivell molt bàsic observem que les plantes sorgeixen de llavors que germinen a terra, creixen si tenen llum i aigua, i es reprodueixen. Els animals, neixen petits, d’ous o placentes, creixen alimentant-se de plantes o altres animals, i es reprodueixen aparellant-se.
  • Com va començar la vida?
  • Conreu i ramaderia, com creixen? com es transforma l’aliment inanimat en part del cos? Quins són els òrgans? Com funcionen? Esquelet cor i venes, pulmons. [no es deu conèixer gaire la fisiologia dels invertebrats]
  • Què és la vida? què anima els organismes vius que els fa diferents de les pedres i l’aigua?

Ciències de la vida fins sXVI. Observant amb els ulls, herbaris, il·lustracions en llibres fets a mà. Aristòtil.  Escala dels éssers, ànima nutritiva en tots els éssers vius. Ànima sensitiva en els animals. A partir de 1500, espècies del nou món. S’han descrit unes 500 espècies animals i 500 plantes.


  • D’on ve la diversitat d’espècies? Poden barrejar-se i anar canviant?
  • Què trobem en mirar a través d’un microscopi?
  • Els animals, tenen ànima o són màquines?
  • Com s’origina el nou ésser, es va desenvolupant progressivament? o ja està acabat en miniatura? La vida, pot aparèixer per generació espontània?
  • Com funciona la “màquina animal”? Respiració i digestió.

Ciències de la vida segles XVII i XVIII. Observant amb el microscopi Hooke i Leeuwenhoek. Jardins botànics. 1757 Linneu 4326 animals i unes 6.000 plantes. Llista espècies. Reproducció sexual de les plantes. Nutrició de les plantes i moviment de la saba. Reproducció, respiració i nutrició en tots els éssers vius. Descartes veu els animals com a mecanismes complexos. Es veurà que les espècies són fixes.  Els organismes es desenvolupen progressivament (hipòtesi epigenetista). La respiració involucra oxigen i suggereix alguna mena de combustió. Experiments que exploren la digestió, músculs i nervis.


  • els organismes, estan formats per teixits i cèl·lules?
  • els processos de la vida, són processos químics?
  • què es transmet i què no per herència?
  • com es distribueixen les espècies segons el clima?
  • Com expliquem la diversitat d’espècies i les que s’han extingit que presenta la paleontologia?

Ciències de la vida. sXIX [amb millors microscopis i tècniques de tinció “veiem” les cèl·lules, bacteris i virus]. Schleiden i Schwann proposen que els organismes estan formats per cèl·lules, Rudolf Virchow que tota cèl·lula prové d’una altra. Detalls de la divisió celular mitosi i meiosi. La química de la vida: processos de fotosíntesi, respiració i digestió. Cuvier i Anatomia comparada. 300m plantes i 400m espècies d’animals identificades. Wallace i els reialmes biogeogràfics. Teoria de l’evolució de Darwin i nou criteri de classificació per clades. Mendel  i l’herència, al·lels dominants i recessius.


  • Quins components i processos tenen lloc dins les cèl·lules? Quines són les molècules de la vida?
  • Com es sintetitza una macromolècula de tanta complexitat com les proteïnes? [Com es codifica la informació de la vida?] La podem modificar?
  • Com es diferencien les cèl·lules per donar lloc als diferents teixits? Podem cultivar cèl·lules per obtenir teixits?
  • Com es relacionen animals i vegetals, entre sí? equilibri i ecologia]

Ciències de la vida. sXX-sXXI. Noves tècniques: Raigs X, cultius de cèl·lules.
Els materials de la vida: Glúcids, Lípids, greixos, proteïnes. Les parts de la cèl·lula: nucli, cromosomes, aparell de Golgi, mitocondries i cloroplasts. Bacteris.
Herència i genètica: cromosomes, DNA i la seva estructura 3 bases codifiquen un aminoàcid. Origen de la vida: Miller obté molècules orgàniques, hipòtesi de la simbiosi de Lynn Margulis. Enginyeria genètica, clonació, CRISPR. Determinació del genoma de les espècies. Nova classificació de la vida basada en la genètica: Bacteris, Arquebacteris, Fongs, plantes i animals. Identificades unes 390m plantes i 1.7M d’animals amb una estimació de 10M possibles.
Biosfera, ecologia, protecció de la biodiversitat. Conducta animal.


Lavoisier. Química i respiració

1743 – 1794 Seguint la tradició familiar fa la carrera d’advocat però pel seu compte estudia botànica amb Bernard de Jussieu, física amb l’abat Nollet, química amb Laplanche i Guillaume François Rouelle, i mineralogia amb Jean Étienne Guettard.

Compra accions de la Ferme générale, una empresa privada contractada pel govern francès per recaptar els impostos indirectes. Es casa amb Marie-Anne Pierrette Paulze, de catorze anys que estudià llatí i anglès, i dibuix amb Jacques Louis David. Il·lustrarà obres de Lavoisier.

El 1772 entra a l’Acadèmia Francesa de les Ciències i munta un laboratori a l’arsenal. Acusat per Marat, serà condemnat i guillotinat.


La combustió i teoria del flogist. Fins aleshores s’explicava la combustió per la presència d’una substància de pes negatiu que s’alliberava en creamr, fusta → cendra + flogist. Però Lavoisier va escalfar en recipients amb aire un diamant, sofre, plom, estany, i va poder observar que es formava una capa d’òxid que pesava més. Per tant alguna mena de material havia passat de l’aire al metall.

El gasòmetre. El gas obtingut escalfant per una reacció química  A passava per un tub a una campana sobre un bany de mercuri (anteriorment aigua) [el desplaçament del nivell d’aigua mesuraria la pressió i volum?].

La composició de l’aire. Va observar que una part de l’aire intervenia en la respiració, combustió i calcinaci,  i l’anomena “oxigène”, originador d’àcids. L’altre l’anomena “azote”, sense vida.

La composició de l’aigua. Boyle i Cavendish havien obtingut l’anomenat “aire imflamable” aplicant àcids a metalls. Priestley havia escalfat òxid de mercuri amb llum concentrada i observat que s’alliberava un gas que anomena “aire desflogisticat”. Aquest era el que intervenia en la respiració i la combustió. Combinat amb l’altre, donava aigua, i per això l’anomenà “hidrogène”, generador d’aigua. Fent passar vapor d’aigua damunt ferro molt calent s’obtenia òxid de ferro i hidrogen. Això demostrava que l’aigua no era un element [des dels grecs es pensava que tot estava format per combinació dels quatre elements].

La respiració. Va observar que els animals inspiraven oxigen i expiraven hidrogen de carboni i va especular sobre l’origen de la calor en els animals. Va construir un calorímetre que es mantenia a 0º per un embolcall de gel. Posant un conillet d’índies i mesurant el pes del glaç que s’havia fos tenien una mesura de la clor despresa.

La llei de conservació de la massa. On voit que, pour arriver à la solution de ces deux questions, il fallait d’abord bien connaître l’analyse et la nature du corps susceptible de fermenter, et les produits de la fermentation ; car rien ne se crée, ni dans les opérations de l’art, ni dans celles de la nature, et l’on peut poser en principe que, dans toute opération, il y a une égale quantité de matière avant et après l’opération ; que la qualité et la quantité des principes est la même, et qu’il n’y a que des changements, des modifications. (Al tractat de Química de 1789)

Tractat de Química. 1789 Traité Elementaire de Chimie PDF

  • De la formation des fluides aeriformes et de leur descomposition, de la combustion des corps simples & de la formation des acides. (anàlisi de l’aire de l’atmosfera, descomposició del gas oxigen amb sofrem fòsfor i carbó, formació d’àcids, quantitat de calòric en diferents reaccions)
  • De la combination des acides avec les bases salifiables & de la formation des dels neutre. (Taules de reaccions químiques).
  • Description des Appareils & des Opérations manuelles de la Chimie. (Gasòmetre, calorímetre)

Es descarta definitivament la idea antiga dels quatre elements i es proposen la llum, el calor i 33 elements que no es poden descompondre: oxigen, nitrogen, hidrogen, sulfur, fòsfor, clor, fluor, carboni, ferro, coure, plata, or, mercuri, plom, estany, antimoni, arsènic, bismut, cobalt, manganès, molibdè, níquel, platí, tungstè i zenc. (link)

Els àcids que es formen amb l’oxigen es denominen amb els sufixs “ic” i “ous” segons si tenen més o menys oxigen, per exemple, àcid sulfúric. I les sals corresponents: “ate” (sulfat de coure) o “ite” (sulfit de coure).

 


Experiments i aparells de Lavoisier del Museo Galileo

Ciències de la vida. sXX-sXXI

Ciències de la vida

La cèl·lula. Cromosomes i herència | L’estructura del DNA Origen de la vida i evolució  |   Enginyeria genètica i clonació  |  Biosfera. Ecologia i ecosistemes. Conservació   |  Conducta animal
SXXI: tècniques enginyeria genètica, CRISPR


[Tècniques. Millores en els microscòpis òptics, binocular (Ives 1902), il·lumianció ultraviolada, tècniques de tinció, micromanipulació i cultiu de teixits fora de l’organisme permetran explorar la cèl·lula amb més detall. Els raigs X permetran una nova manera de mirar] amb el microscopi electrònic] [Conreus de teixits en plaques de Petri, un dels elements més comuns als laboratoris] [ enzims de restricció per manipular DNA]. Els reptes de la biologia animal: desenvolupament de l’embrió i la diferenciació de cèl·lules.

La cèl·lula i química de la vida. Es coneixen més parts, nucli, cromosomes, aparell de Golgi, mitocondries i cloroplasts. Bacteris.  El citoplasma és un col·loide, un gel electronegatiu Glúcids, Lípids, proteïnes i aminoàcids. Glúcids i proteïnes formen enormes macromolècules. Krebs determina el pel qual [“es carreguen les piles de ATP” a partir de glúcids i oxígen”. Carrel fa cultius de teixits fora de l’organisme. Estudi de la mitosi. Diferenciació somàtica: teixits conjuntiu, ossi, hematies, sistema immunitari.   Protistes i virus: cultius de flora microbiana. Pasteur va considerar que hi deuria haver microorganismes invisibles al microscopi en no trobar l’agent de la rabia.  Loeffer, Frosch, stanley segueixen la recerca iniciada per Beijerinck. Fisiologia. Respiració: Wieland i Thunberg (1912-1920), després Warburg i Keilin (1921-1949) identifiquen les etapes de l’oxidació i el paper dels metalls com a catalitzadors. Cicle de Krebs (1937)  Zoologia. Invertebrats. Estudi d’hormones, sistema nerviós i reproducció. Botànica. Paper de l’hormona auxina en el creixement. Transport al Floema per gradient de pressió, Munch 1930, Sussex i Sadava 1983.

Genètica
Cromosomes i herència. El botànic Hugo de Vries amb l’onagre, i Carl Correns van localitzar als cromosomes els elements que transmetien l’herència. Theodor Boveri ho farà amb cucs i Walter Sutton amb llagostes (insecte). Morgan farà experiments amb la Drosophila, la mosca del vinagre. Confirmarà les lleis de Mendel, a la segona generació, 1/4, la meitat dels mascles, té els ulls blancs, que és un al·lel recessiu. Això prova que la informació es transmet a través dels cromosomes sexuals. Fenotip:  estudi de com es manifesta el genotip segons l’ambient.(genètica fisiològica). Evolució. S’altera artificialment els gens per causar i estudiar-ne les mutacions.

Placa de Petri (Petri 1887, a partir de Koch 1881)

L’estructura del DNA. Oswald Avery ja havia especulat que la informació genètica era al DNA i no a les proteïnes. El 1941 George Beadle i EdwardTatum van fer experiments introduint errors en el DNA i van comprova que les proteïnes sortien defectuoses. El 1929 Phoebus Levene havia establert que el DNA està format per nucleòtids, un monosacàrid, un fosfat i una base que podia ser Adenina, Citosina, Timina o Guanina. La foto 51 de Rosalind Franklin va ser interpretada per James Watson com a corresponent a una hèlix i amb Francis Crick van proposar una estructura de doble hèlix. Les dues cadenes s’uneixen per les bases, amb G-C, i A-T.

El 1961 van observar que si inserien tres nucleòtids en un virus, aquest fabricava una nova proteïna, un nou aminoàcid, però no si només s’inserien una o dues bases. Així, el “codi de la vida”, consistia entre 3 bases per a cada un dels 22 aminoàcids.

Les proteïnes es sintetitzen els ribosomes. el rmRNA, és el missatger que fa una còpia del “plànol” del DNA i el trasllada.

[Origen de la vida]. Miller obté molècules orgàniques simulant les condicions de la terra prebiòtica i confirma la hipòtesi d’Oparin.
Simbiosi. Lynn Margulis recull els treballs de Schimper, Mereschkowski i Paul Jules Portier, juntament amb els resultats més detallats sobre cloroplasts i  mitocondris obtinguts amb el microscopi electrònic i fonamenta la hipòtesi de la simbiosi per explicar l’origen dels eucariotes: dos organismes s’haurien unit per simbiosi, els cianobacteris  donant lloc als cloroplasts i bacteris Rickettsiales els mitocondris.

Enginyeria genètica. Joshua Lederberg observa que alguns bacteris poden intercanviar gens. A la dècada dels ’60  Arner i Matthew meselson descobreixen els enzims de restricció, els bacteris es poden “defensar” de la infecció d’uns virus amb uns enzims que tallen el seu DNA. Als ’70 Hamilton O. Smith, Thomas Kelly and Kent Wilcox iaïllen enzims que tallen el DNA per un lloc determinat [fan un únic tall al cromosoma? o tallen tots els punts?]. 1973 Herbert Boyer i Stanley Cohen tallen DNA de bacteris a lloc específics. I amb l’intercanvi de plàsmids, fan servir un altre enzim per unir fragments. El 1977 aconsegueixen sitetitzar una hormona, i el 1978 insulina, que serà aprovada per la FDA el 1982.
Clonació. En principi les cèl·lules somàtiques només fan còpies d’elles mateixes, només les de l’embrió tenen capacitat de generar un organisme o altres cèl·lules. El 1984 Willadsen aconsegueix fusionar cèl·lules extretes de l’embrió amb un òvul, però no progressarà. Wilmut i Campbell a l’Institut Roslind d’Escòcia aconseguiran fecundar un ou amb material genètic de la pell, i trasplantant després l’embrió a un úter, obtenint un clon de l’ovella donant.

Biosfera.
El 1926 Vernadsky té una visió global dels cicles de la vida, combinant geologia, química i biologia, i assenyalant la influència dels èssers vius en la circulació de la matèria:
Cicle de carboni, CO2 capturat per les plantes de l’atmosfera i absorbit també per les arrels, traslladat de les plantes als herbívors i d’aquests als carnívors, alliberat per la respiració d’animals i plantes. Els cadàvers es descomponen per bacteris i fongs tornant al sòl.
Cicle del nitrogen. Les plantes l’obtenen del sòl a través de les arrels i els animals l’obtenen a partir d’elles. Els bacteris i els fongs descomponen els cadàvers i alliberen amoníac, uns altres el converteixen en nitrits, uns altres a nitrats, poden tornar a ser absorbits per plantes o tornar a l’atmosfera per bacteris desnitrificants. Els llamps poden tornar a convertir el nitrogen en nitrats.

Ecologia i ecosistema. La noció de competència pels recursos introduïda a l’Evolució de les Espècies de Darwin el 1859 du a estudiar les relacions dels organismes entre ells i amb l’ambient.
El botànic Eugen Warming veu com algunes plantes s’adapten a temperatures extremes. Eugene i Howard Odum identifiquen les interaccions entre espècies com a perjudicials o [col·laboratives]. Per tal de coexistir les espècies han de trobar un “nínxol” que encaixi en la cadena tròfica. Arthur Tansley aportarà una visió global veient que hi ha un flux d’energia que comença amb el sol [fotosíntesi] fins a la pèrdua de calor dels éssers vius.
Conservació. Es pren consciència que cal conservar la diversitat biològica, i es funda la IUCN i el WWF.

Aportació de la genètica a la classificació de la vida i evolució. Nova classificació. El 1960, quan es pot observar el nucli cel·lular dels eucariotes es proposa 4 regnes: Procariotes (sense nucli: bacteris, virus), Eucariotes (Protistes, plantes, animals). El 1969 Whittaher remarca que els fongs tenen un metabolisme diferent d’animals i plantes i els situa en un regne a part dels eucariotes, 5 regnes. El 1977 Woese distingeix entre bacteris i Arquebacteris, basant-se en RNA i el metabolisme (rebutjat per Lynn Margulis).

Conducta animal. Konrad Lorenz estudia aprenentatge adquirit en ocells i assenyala l’existència de la empremta, l’adquisició d’una conducta que té lloc a una edat determinada. Tinbergen, el ritual de festeig del peix espinós. Skinner, observa que un animal que havia accionat una palanca de menjar, era capaç de repetir-ho. Throndike ceria que així es podrien explicar la majoria de conductes d’animals que semblen intel·ligents, simplement la repetició del que s’ha trobat per atzar. Però Wolfang Köhler, estudiant ximpanzès en captivitat notarà que són capaços de solucionar problemes, és a dir que tenen un propòsit [una pregunta]. A partir de 1970, l’etologia considerarà també la genètica i l’ecologia.

  • 1902 Teoria cromosòmica de Sutton i Boven
  • 1905 William Bateson proposa el terme “genètica”.
  • 1910 Equacions de Lotka-Volterra per descriure les poblacions d’espècies predadors-presa.
  • 1910 Mereschkowski proposa per primer cop la teoria de la simbiosi  The Theory of Two Plasms as the Basis of Symbiogenesis, a New Study of the Origins of Organisms
  • 1910 Carrel fa cultius de cèl·lules embrionàries, els teixits poden sobreviure fora de l’organisme.
  • 1911 Morgan descobreix que els gens són als cromosomes.
  • 1913 Es funda la British Ecological Society sota de direcció de Arthur Tansley.
  • 1916 Lennart von Post estudia la disribució d’espècies vegetals mitjançant el pol·len.
  • 1918 Paul Jules Portier a Les Symbiotes afirma que els mitocondris es van originar per simbiosi.
  • 1920 Hans Winkler proposa el terme “genoma”
  • 1924 Oparin formula la hipòtesi sobre com s’haurien pogut ensamblar molècules orgàniques.
  • 1926 Vladimir Vernadski: “tota la matèria passa per cicles naturals” (La Biosfera).
  • 1930 Ernst Munch proposa la translocació per explicar el transport de nutrients a les plantes al floema.
  • 1930 El microscopi electrònic
  • 1933 Morgan. El paper dels cromosomes en l’herència
  • 1933 Severo Ochoa identifica el RNA, rebrà el Nobel el 1959.
  • 1935 Arthur Tansley proposa el terme “ecosistema”.
  • 1935 Danielli i Dawson indiquen que la membrana cel·lular oleica està recoberta de proteïnes. El 1972 Singer i Nicolson ho refinaran dient que estan intercalades.
  • 1937 Krebs mitocondries. Cicle.
  • 1939 Ruska observa un virus amb un microscopi electrònic
  • 1941 Herman Kalckar descobreix l’ATP com a molècula que transporta energia en les cèl·lules.
  • 1943 Oswald Avery demostra que el DNA conté els gens de les cèl·lules
  • 1945 Dorothy Hodgkin descobreix l’estructura de la penicilina.
  • 1948 Es funda la International Union fort the Conservation of Nature.
  • 1952 Experiment de Miller i Urey que simulen la terra prebiòtica i obtenen aminoàcids a partir de metà, amoníac, aigua i hidrogen sotmetent-lo a descàrregues elèctriques. Confirmen la hipòtesi d’Oparin i Haldane.
  • 1953 Watson i Crick expliquen l’estructura de la doble hèlix de DNA.
  • 1953 Frederick Sanger determina la seqüència d’aminoàcids de la insulina.
  • 1954 Andrew Huxley i Jean Hanson mostren que als músculs, els filaments de la proteïna actina llisquen sobre la miosina per contraure’l tot consumint energia ATP.
  • 1955 Joe Tin Hijo compta els cromosomes humans, 46 [2×23].
  • 1958 F.C. Stewart obté pastanagues a partir de les seves cèl·lules.
  • 1958 Joshua Lederberg descobreix que alguns bacteris poden intercanviar gens enviant-los en petits anells de DNA anomenats plàsmids.
  • 1959 Edelman i Porter descobreixen l’estructura de proteïnes dels anticossos.
  • 1961 Melvin Calvin rep el Nobel de química per les reaccions de la fotosíntesi.
  • 1961 Peter Scott funda el World Wildlife Fund.
  • 1965 Hayflick descobreix el creixement anormal de cèl·lules que poden dur al càncer.
  • 1967 Lynn Margulis, On the origin of mitosing cells. 1981  Symbiosis in Cell Evolution
  • 1967 Kornberg, Goulian i Sinsheimer sintetitzen la molècula del DNA.
  • lorenz, pavlov, conducta animal
  • 1970 S’identifiquen les bases del gen d’un virus
  • 1973 Herbert Boyer i Stanley Cohen tallen DNA de bacteris a lloc específics. I amb l’intercanvi de plàsmids, fan servir un altre enzim per unir fragments.
  • 1975 Miklos Udvardy actualitza els reialmes biogeogràfics de Wallace.
  • 1976 Dawkins gen egoista, EO Wilson societats formigues
  • 1977 Carl Woese proposa classificar els éssers vius en Bacteria, Archea i Eucaria. Es basa en la seqüència de mRNA.

 

  •  1979 James Lovelock. Gaia, la terra com un organisme que s’autoregula.
  • 1983 Sussex i Sadava sobre el floema.
  • 1990 Inici del projecte el Genoma humà.
  • 1995 Publicació del primer genoma d’un bacteri
  • 1996 Dolly, ovella clonada
  • 1998 Genoma d’un cuc Caenorhabtidis

S XXI

Tècniques

Aplicacions de clonació.  2008 clonació terapèutica per guarir el Parkinson a ratolins. Intents de clonar espècies en perill o fins i tot espècies desaparegudes com el mamut. Les promeses de teràpies basades en cèl·lules mare no s’han fet realitat. (Technology Review).

Genoma. Projecte de seqüenciar el DNA de totes les espècies (New Yorker)

CRISPR. Edició de cèl·lules somàtiques per eliminar malalties. L’aplicació en embrions que perpetuarien la mutació està prohibida perquè el risc de conseqüències no previstes és massa gran. No

  • 2000 Genoma de la mosca del vinagre
  • 2002 Primer virus artificial
  • 2006 Es completa el Genoma humà
  • 2012, Jennifer Doudna i Emmanuelle Charpentier fusionen dos mol·lècules de RNA i ho combinen amb Cas9 de manera que podran tallar el DNA per on es vulgui. El 2020 rebran el premi Nobel.
  • 2018 He Jiankui edita 7 embrions que després seran fecundats in vitro. Dos dels quals han progressat. Ha estat condemnat per la comunitat internacional. (New Yorker)

Ciències de la vida. sXIX

Ciències de la Vida

Tècniques   |   Teoria cel·lular  |   Digestió    |    Anatomia comparada, Classificació, Inventari de la vida  |    Reialmes biogeogràfics   |    Teoria de l’evolució   |    Herència


Tècniques. El microscopi millora (Abbe 1878, amb Carl Zeiss), amb lents acromàtiques. Preparació de talls fins gràcies als micròtoms. Coloració de preparacions amb anilines que permet identificar diferents components orgànics, proteïnes, greixos o teixits nerviosos. Eines per micromanipulació, agulles i escalpels. Fotografia (1870) i cinema per enregistrar el moviment.
Apareixen els grans museus d’història natural, com els de París, Londres i New York [Viena]. Es creen parcs geològics, jardins i botànics i col·leccions d’herbaris. Apareixen les revistes especialitzades.

Teoria cel·lular. Bichat comença l’estudi dels teixits, la histologia, amb tècniques com la dissecació, maceració o cocció) i n’identifica 21, alguns especilitzats i també el teixit conjuntiu.
Schleiden (1804-1881), professor de Botànica a Jena, el 1838 conclou que tots els teixits de les plantes estan formats per cèl·lules i que l’embrió de la planta es desenvolupa a partir d’una sola cèl·lula. El 1839 Theodor Schwann (1810-1882), zoòleg a Berlin afirma el mateix pels animals. Col·laboren i encara no conceben la divisió per mitosi, així que pensen que les noves cèl·lules “cristalitzen” d’alguna manera en el material que hi ha entre elles. [això és el que deuria passar a l’origen de la vida ?]. El 1858 Rudof  Virchow i després Pasteur confirmaran que tota cèl·lula ve d’una altra cèl·lula i que no hi ha generació espontània. Les tècniques de coloració permetran visualitzar els cromosomes [quants augments?]. Fleming, Hertwig i Weisman observaran els processos de reproducció de cèl·lules de la mitosi i la meiosi. En la mitosi es duplica el material genètic i després es divideix el nucli i la cèl·lula. En la meiosi primer es donen dues cèl·lules amb la meitat de cromosomes, i després aquestes es tornen a dividir per donar 4 gàmetes haploides. (Reproducció). Dutrochet (1827) descobreix el paper de l’òsmosi a la membrana. 1877 Pfeffer sobre la permeabilitat cel·lular.  Van’t Hoff i Arrhenius n’enuncien les lleis (1884).

Microorganismes. Observats al sXVII per Leeuwenhoek, 1828 Ehrenberg els dóna nom. Ferdinand Cohn les classifica per la forma, bacils (bastonets), cocos (esferes), espirils (helicoïdals), vibrions (coma). 1870, Pasteur i Koch.  Algunes poden obtenir energia de minerals en un procés similar a la fotosíntesi (Vinogradski). Algunes aprofiten l’amoníac dels cossos en descomposició obtenint energia i fent nitrats que podran fer servir els vegetals. (Procariotes). [l’estudi dels virus requereix el microscopi electrònic]

Fisiologia animal
Digestió
. [Com es transformen els aliments?] els sucres es dissolen directament, la amilanasa desfà el midó, Theodor Schwamm va veure que la mucosa gàstrica desfeia les proteïnes. Kühne els anomenarà enzims. Claude Benard troba que el pàncrees segrega sucs capaços d’actuar sobre tots els nutrients.  Poc a poc s’identifica què passa a cada etapa: boca, estómac, intestí prim, intestí gruixut. (Fisiologia animal). La glucosa és el combustible que circula per la sang i es crema als teixits. La combustió amb què havien especulat Lavoisier i Laplace, origen de la calor del cos, no té lloc als pulmons sinó als teixits.
Respiració. 1838 fermentació o respiració anaeròbica observada per Cagniard de la Tour.  Felix Hope-Seyler descobreix com l’oxígen és recollit per la sang. El 1897 Büchner troba que extractes de llevat (sense la cèl·lula sencera) també poden fer fermentar la glucosa, ho fan els enzims.
Músculs. Es contrauen per l’acció de dues proteïnes la miosina (Kühne 1864) i l’actina (Halliburton 1887).

Fisiologia vegetal. [fins ara es pensava que les plantes es nodrien només amb aigua i podien ser ajudades pels fems. Saussure farà una sèrie d’experiments, publicant-ne els detalls per tal que d’altres els puguin replicar. Fotosíntesi Priestley ja havia indicat que les plantes sanejaven aire enrarit per combustió, és a dir, descomponien el CO2 fixant el carbó i alliberant oxigen. Això es produïa a la llum del sol i no amb la calor. Saussure prova que el carboni de les plantes l’han obtingut de l’aire. Proposa que el nitrogen l’adquireixen del sòl i no de l’atmosfera. A la nit no hi ha un procés de fixació del carboni però sí respiració, idèntic al dels animals, una mena de combustió lenta a tots els teixits. S’investiga el paper dels fongs en la fermentació i es treuen extractes de llevat que poden fer el mateix, per exemple transformar el sucre en alcohol. Els anomenen zimasa o diastasa i se’n van descobrint: emulsina (Liebig 1937), Lipasa (Claude Bernard 1849), Sacarasa (Berthelot).
Transport. L’òsmosi pot explicar l’absorció d’aigua a les arrels, però l’ascensió de la sàvia pel xilema s’ha de deure a un altre fenomen; la capilaritat encara està poc estudiada. Garreu (1849) mostra que l’evaporació d’aigua a les fulles és proporcional al nombre d’estomes.  Strasburger 1891 mostrarà el paper de la capilaritat). El transport de nutrients pel floema no s’entendrà fins al s20)
Liebig mostrarà que l’humus i els fems no aporten altra cosa que minerals. Sachs i altres determinaran els que són essencials: nitrogen, fòsfor, sofre, calci, potassi i magnesi. A més tenen un paper en petites quantitats, el ferro, zenc, magnanesi, i boro. Juntament amb l’aigua, carboni i oxigen són els 13 elements que componen les plantes. Boussingault demostra que les plantes no obtenen nitrogen de l’aire, mentre que es troba un augment de nitrats, el nitrogen amoniacal del sòl s’ha oxidat. Julius von Sachs demostra que la producció de midó es deu a l’activitat clorofílica de la llum.

Regulació i conducta. Berthold observa que la castració dels galls en disminueix l’agressivitat (1849). Edward Sharpley-Schafer veu que el nivell de sucre de la sang està regulat per les hormones insulina i glucagón, segregats pel pàncrees. Douglas Spalding (1841-1877) estudia la conducta  dels animals, innata i adquirida i assenyala l’efecte Baldwin, quan la conducta adquirida és un avantatge per a la supervivència en l’evolució. Audubon a Amèrica, Hans Christian Mortensen i  Hans Christian Cornelius Mortensen que marquen els ocells amb anells, aporten coneixement sobre els patrons de migració. Nikolai Przhevalsky i Vladimir Kovshov ho fan pels mamífers a l’Àsia.  Es troba que hi ha un coneixement innat de les rutes que pot ser modificat amb l’aprenentatge. Cap el 1850 Helmholtz estudia el calor animal, transmissió de senyals pel sistema nerviós, i els sentits de l’oïda i la vista. El 1891 Pavlov comença els experiments de condicionament amb gossos. Karl Ludwig.

Anatomia comparada. Cuvier estudia fòssils i espècies vivents i creu poder arribar a formular lleis, fins al punt que a partir d’un sol os es pot reconstruir l’animal sencer. Comparant els òrgans, distingeix vertebrats, mol·luscs, articulats i radiats. Estableix el principi de les correlacions orgàniques. Segueix la recerca Geoffroy Saint-Hilaire que assenyala la importància de les connexions entre els òrgans a l’hora de trobar la mateixa organització bàsica en tots els vertebrats. Els alemanys  Kielmeyer, Oken, fan notar la semblança entre els estadis de desenvolupament de l’embrió i l’escala de les espècies [“l’ontogènia resumeix la filogènia”]. Meckel compara la placenta a les brànquies dels peixos. Richard Owen proposa la teoria teoria  vertebral del crani que després serà descartada per Th. Huxley que observa que en els embrions el crani es comença a formar abans que  front i mandíbula, nas i maxilar superior, cintura pectoral i occipital, parietals. Gegenbauer situarà l’anatomia comparada del punt de vista de l’evolució.
Classificació. Malgrat l’observació de microorganismes per Hooke (1665) i Leeuwenhoek (1674), Linneu (1735) no els esmenta i no és fins el 1866 que Haeckel proposa tres regnes: Protoctista, Plantae, Animalia.
Inventari de la vida. La classificació de les espècies que Linneu havia deixat en 4370 [animals], es transformarà a partir de Darwin i mirarà d’incorporar les troballes de l’anatomia comparada, l’embriologia i la paleontologia. S’incorporen els cucs plans, paràsits nematodes, tardígrads i s’amplia enormement el coneixement de mol·luscs i insectes. [Una estimació de chatGPT dóna 300m espècies de plantes i 400m espècies d’animals identificades.

Reialmes Biogeogràfics. Expedicions per estudiar la fauna marina [la fauna del fons del mar encara està pendent] Zoogreografia, per saber com estan distribuits els animals (Schmarda 1853), Wallace. Huxley proposa tres grans zones, Arctogea (paleàrtic, neàrtic, oriental i etiòpica), Neogea (neotropical) i Notogea (austràlia). Es plantegen preguntes sobre com és possible que hi hagi la mateixa fauna en regions separades. Alexander von Humboldt va observar que el clima determinava el tipus de vegetació encara que les espècies fossin molt diferents. Alfred Russell Wallace generalitza les regions a Philip Sclater havia identificat pels ocells i proposa els següents reialmes biogeogràfics: Neàrtic, Paleartic,  Etiopia (Afrotropic), oriental (Indomalaia), Austrià (Australàsia i oceania), i neotròpic. (ecoregions).  Haeckel introdueix el concepte d’ecologia i Spencer estudia l’evolució de les poblacions. La idea de la competència per uns recursos limitats serà fonamental en Darwin.

Teoria de l’evolució. [Les espècies, són fixes o canvien?]  Les troballes de fòssils que corresponen a espècies diferents de les actuals. Com que no creu en l’evolució Cuvier afirma que alguna catàstrofre les va fer desaparèixer.  Lamarck creu que els trets adquirits es poden transmetre, i així s’explicaria la diversitat d’espècies. Charles Darwin, tenint en compte Malthus i les observacions proposa a l’origen de les espècies de 1859, que es donen una diversitat de modificacions. Aquestes entren en competència i en sobreviu una.

Herència. Es creia, amb raó, que els individus hereten característiques dels pares. Però com? Per exemple creuant flors blanques i vermelles, se n’obtindrien de rosades? Els experiments de Mendel el 1866 amb pèsols al jardí del monestir on era abat, van dur-lo a la conclusió que les característiques del color, el que més endavant s’anomenaria gen, s’heretaven senceres, és a dir, o blanc o vermell. Una dominava sobre l’altra (gen recessiu). Aquest darrer podia quedar emmascarat fins a una propera generació.  Els seus resultats van ser redescoberts el 1902 per Hugo de Vries Carl Correns. Més endavant es localitzarà el suport dels trets hereditaris als gens dels cromosomes.


  • 1800s Bichat Traité des membranes.
  • 1801 Persoon classifica els bolets
  • 1804 NT Saussure estableix que la fotosíntesi és un procés químic. Recherches chimiques sur la végétation.
  • 1806 Lamarck. tableau du règne animal. 1815. Histoire naturelle des animaux sans vertèbres.
  • 1811 Christian Sprengel descobreix el paper dels insectes en la polinització.
  • 1817 Cuvier Le régne animal. Basant-se en l’anatomia comparada estableix quatre tipus fonamentals: vertebrats, mol·luscs, articulats i zoòfits.
  • 1818 Geoffroy saint Hilaire, Philosophie anatomique.
  • 1821 Fries. Systema mycologicum
  • 1822 Es troben ossos d’Iguanadon que suporten la hipòtesi d’extinció d’espècies. 1861 Descobriment de l’Archaeoteryx.
  • 1827 Dutrochet, òsmosi.
  • 1828 Christian Ehrenberg observa bacteris.
  • 1831 Borwn descriu el nucli cel·lular.
  • 1833 Müller, Handbuch der Physiologie des Menschen.
  • 1837 Karl von Baer. Sobre els embrions. Über Entwickelungsgeschichte der Thiere
  • 1838 Schleiden. estudi cèl·lula
  • 1839: Purkyně observà el citoplasma cel·lular.
  • 1842 Justus von Liebig estableix que el calor corporal es deu a processos químics.
  • 1847 Theodor Schwann 214 tot està format de cèlules.
  • 1848 Richard Owen. On the Archetype and Homologies of the vertebrate skeleton.
  • 1848s Helmholtz mesura la velocitat de transmissió d’un estímul nerviós. Estudis dels sentits, acústica i òptica.
  • 1849 Arnold Berthold observa que la castració dels galls fa que disminueixi l’agressivitat.
  • 1849 Garreu mostra que l’evaporació d’aigua a les fulles és proporcional al nombre d’estomes.
  • 1850 Claude Benard troba que el pàncrees segrega sucs que actuen sobre tots els nutrients. Aïlla el glucogen i estableix la funció del fetge.
  • 1851 Garreu i Mohl, per separat estableixen la respiració de les plantes com un procés separat, similar al dels animals, que fixa oxigen i allibera CO2.
  • 1851 Wilhem Hofmeister estudia l’alternança de generacions en el cicle reproductiu de les plantes.  (DK 152) Biologia vegetal (DK 154)
  • 1854s Pasteur estudia el llevat de la cervesa i el vi. Amb esterilització rigorosa prova que no hi ha  generació espontània. Ho aplicarà a las malalties contagioses com el carboncle i la rabia. 1864. Demostra que els microbis presents a l’aire fan fermentar els liquids. 1870 teoria microbiana juntament amb Robert Koch. 1879 vacuna contra el còlera. 1882 vacuna contra la tuberculosi
  • 1857 Kölliker identificà els mitocondris.
  • 1857 Kelulé proposa l’estructura dels àtoms de carboni.
  • 1858 Rudolf Virchov generalitza que tota cèl·lula, inclosos tumors i pus, ve d’una altra cèl·lula: Omnis cellula e cellula. Die Cellularpathologie.
  • 1859 Primera edició de L’origen de les espècies de Darwin. 1871 L’origen de l’home.
  • 1860 Boussingault, experiments sobre el procés de nitrificació de les plantes.
  • 1860. Wallace. The geographical distribution of animals.
  • 1862 Julius Sachs descobreix el paper de la llum solar. Lehrbuch der Botanik. Formula l’equació clàssica de la fotosíntesi: 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2.
  • 1864 Wilhem Kühne aïlla la miosina que actúa als músculs. 1878 denomina els  “enzims” que descomponen les proteïnes.
  • 1866 Haeckel introdueix el terme Oecologia per designar les relacions dels animals i plantes amb el seu ambient.
  • 1866. Gregor Mendel proposa que certes característiques s’hereten a través d’uns partícules que anomenarà gens.
  • 1867. Spencer, Principes of Biology, amb teories sobre la població d’animals segons la seva fertilitat.
  • 1869 Lechartier i Bellamy mostren que la fermentacio alcohòlica és un fenomen general, la glucòlisi anaeròbia (en absència d’oxígen).
  • 1870 Carl Gegenbauer. Grunzüge der vergleichenden Anatomie.
  • 1874 Johann Lieberkühn troba unes fisures a l’intestí que alliberen més enzims.
  • 1875 Strasburger. Divisió cel·lular i cromosomes a les plantes.
  • 1876 Hertwig estudia la reproducció d’eriçons de mar, la fecundació de l’òvul per l’espermatozou i dedueix que el material cel·lular s’havia de dividir.
  • 1877 Pfeffer Osmotische Untersuchungen.
  • 1879 Fleming. Divisió cel·lular i cromosomes als animals. Un tint d’anilina es fixa al material àcid de la cèl·lula i l’anomena cromatina. Va poder observar com en la divisió cel·lular, la mitosi, aquest es duplicava.
  • 1880 Vinogradski descobreix la quimiosintesi, procés pels quals alguns bacteris poden sintetitzar components orgànics a partir de CO2 o metà fent servir l’oxidació de compostos inorgànics com sulfit d’hidrogen, o ions de ferro. Hi ha les Gammaproteobacteria que oxiden sulfurs, les Campylobacterota, les Aquificota, archea que es basen en metà, o les neutrofíliques que oxiden el ferro. Va inventar una columna amb fang, aigua i cel·lulosa per  conrear diferents tipus de bacteris. El 1890 descobreix bacteris que intervenen en la nitrificació.
  • 1883 August Weissman detallarà les dues fases de la meiosi, fins a obtenir 4 gàmetes.  Proposa que els trets hereditaris es transmeten només a través de les cèl·lules sexuals i no les somàtiques. Estudiant l’herència, talla la cua a generacions de rates per demostrar que les característiques adquirides no s’heretaven. Descobrí que les cèl·lules actuals comparteixen una semblança estructural i molecular amb cèl·lules de temps remots.
  • 1883 Andreas Schimper observa que la divisió de cloroplasts a les plantes s’assembla  a la que duen a terme els cianobacteris i suggereix que les palntes es van originar per la unió simbiòtica de dos organismes.
  • 1884. Tinció de Gram, en les preparacions per al microscopi.
  • 1884 Van’t Hoff i Arrhenius formulen les lleis d l’òsmosi.
  • 1886. Mercllin Berthelot descobreix com el nitrogen és fixat per bacteris.
  • 1887 Halliburton aïlla la proteïna muscular actina.
  • 1888 Waldeyer-Hartz  estudia els filaments de cromatina de Fleming i els anomena “cromosomes”.
  • 1891 Strasburger, transport per capilaritat al xilema.
  • 1891 Pavlov comença els seus experiments sobre fisiologia de la digestió i condicionament a l’institut de medecina experimental de Sant Petersburg.
  • 1891 Hans Driesch descobreix que les cèl·lules dels embrions d’eriçons de mar poden generar qualsevol altra cèl·lula del cos: cèl·lules mare.
  • 1898 Martinus Beijerinck observa el virus del tabac.

Ciències de la vida segles XVII i XVIII

Estudiar  la vida


SEGLE XVII

L’enciclopèdia d’Aldrovandi publicada el 1616 encara és bàsicament un recull del que s’ha escrit sobre els animals, no conté observacions pròpiament dites. La classificació distingeix entre: (1) Animals de sang vermella (vertebrats): quadrúpedes vivípars, ovípars, aus, peixos i cetacis, serps i dracs (éssers fabulosos. (2) Tous (llimacs, pops i calamars), testacis (caragols i petxines), crustacis, insectes (que inclou també els cucs de terra [semblança erugues i cucs?], zoòfits (animals que Aristòtil tampoc havia pogut classificar, anèmones de mar, holotúries. Tampoc presenta avenços la Historia Naturalis de Jonston. Els anatomistes de formació mèdica estudien els músculs i sistema digestiu, limitant als vertebrats, majoritàriament, i posen les bases per una anatomia comparada.

 


El microscopi. El 1590 Hans i Zachaias Janssen construeixen el primer microscopi compost. .Robert Hooke amb la seva Micrographia (1665) mostra per primer cop les potes d’una mosca i les ales dels insectes. Observa cèl·lules de suro, 40 μm. Malpighi estudia l’anatomia dels invertebrats. Leeuwenhoek construeix un microscopi millorat. Observa els microorganismes d’una bassa, els espermatozous, pugons, cloroplasts de 60 μm i potser bacteris de 2 μm. Jan Swammerdam avançarà en l’anatomia dels invertebrats. [ aquest avenç encara no arriba a concebre els organismes com a conjunt de teixits formats per cèl·lules.]. Claude Perrault comença a examinar els vegetals. (Vídeos A journey to the microcosmos)

Fisiologia. Treball pioner de Van Helmont sobre la digestió. Harvey descriu la circulació de la sang en els dos sentits, venes i artèries. Els vasos limfàtics. El moviment muscular i el sistema nerviós. Descartes i la glàndula Pineal.

Preguntes. Els animals, tenen ànima o són màquines? Descartes tenia el model dualista amb la connexió a la glàndula pineal. El progrés en la construcció de màquines  com rellotges permet imaginar els animals com a mecanismes complicats. S’hi oposarà Willis (1672 De anima brutorum)

  • 1605 Michal Sedziwoj suggereix que a l’aie hi ha un “elixir de vida”.
  • 1623 Gaspard Bauhin (1560-1620), metge i anatomista suís descriu unes 6000 espècies a la seva obra Pinax Theatri Botanica. Anticipa Linneu en fer servir una nomenclatura binomial.
  • 1627 Francis Bacon investiga sobre el paper dels nutrients i l’aigua en el creixement de les plantes. Sylva Sylvarum.
  • 1628 Harvey. Exercitationes anatomicae de motu cordis et sanguinis. sobre la circulació de la sang. 1651, que les cries dels animals es desenrrotllen a partir d’ous.
  • 1644 Van Helmont, estudia diferents ciències i medecina. Va ser un pioner de la química, procedent de l’alquímia que va introduir el terme “gas”, identificant el diòxid de carboni. Va estudiar la digestió assimilant-la a quelcom semblant a la fermentació més que no pas a una “cocció” o “agitació mecànica”. Fa un experiment amb un salze, mesurant la seva alçada, el seu pes, el de la terra i l’aigua. En 5 anys l’arbre va guanyar 74kg mentre que la terra era pràcticament la mateixa, 57 grams menys. D’aquí que el guany havia de venir de l’aigua (1648).
  • 1653 Thomas Bartholin, Vasa lymphatica. Vasos que recullen fluids als intersticis de les cèl·lules i els retornen a les venes. Més endavant es descobrirà el paper que tenen de distribució de limfòcits del sistema immune.
  • 1658 Jan Swammerda observa els glòbuls rojos al microscopi.
  • 1665 Robert Hooke. Micrographia. Observant el suro introdueix per primer cop el terme “cèl·lula”.
  • 1666. Marcello Malpighi estudià medecina i filosofia a Bologna i serà professor a la Universitat de Pisa. Anatome Plantarum, De viscerum structura exercitatio, De pulmonis epistolae, De polypo cordis. Identifica dos moviments de la sàvia de les arrels cap amunt i de les fulles cap avall. Observació dels estomes. Vasos espirals que compra, erròniament, amb la tràquea dels animals. [anticipa que els éssers vius estan formats per cèl·lules?]. 1671 Anatomia Plantarum.
  • 1669 Nicolas Steno proposa que els fòssils són restes d’animals extingits.
  • 1670. Thomas Willis. De Motu musculari. Distingeix entre els moviments voluntaris i els reflexes.
  • 1674. Leeuwenhoek descriu Infusoria (protistes), bacteria (obtingudes en general de la saliva humana), 1677 la vacuola als espermatozous, 1682 les fibres musculars. És el primer a tenyir les preparacions. [PDF Opera Omnia]
  • 1679. Abat Mariote, científic que formulà independentment la llei de Boyle, observà la nutrició de minerals i l’ascensió de la sàvia a les plantes que es compara a la circulació de la sang en els animals.
  • 1682. Grew. The anatomy of plants.
  • 1694 Rudolf Camerarius, professor de medecina i director dels jardins botànics a Tübingen descobreix la reproducció sexual de les flors tallant els estams: De sexu plantarum epistola (1694). Quan assenyala que el pol·len és transportat pel vent cita Virgili que a les Geòrgiques deis que algunes eugues eren fecundades pel vent de l’oest. [ això revela com va costar d’arribar a tenir clars els detalls de la reproducció]
  • 1686-1704. John Rey. Historia Plantarum on descriu  18699 espècies. [no totes serien acceptades com a espècies diferents avui] Introdueix la idea que cal indicar la comunitat a la qual pertany l’espècie vegetal. El 1710 es publicarà pòstumament The History of Insects.

SEGLE XVIII

D’on ve la diversitat d’espècies?
Fins aleshores era una creença comuna que en les espècies inferiors, la vida podia aparèixer de qualsevol cosa, com una humitat. I en les superiors, que es podien creuar totes. Poc a poc amb Ray i Linneu s’imposa el fixisme, alhora que s’admet que algunes espècies puguin modificar-se. Buffon considera els canvis deguts al clima (exterior), aliment (interior) i la domesticació. Així creu que les 200 espècies de quadrúpedes descrites es podrien agrupar en 38 tipus originals. L’avi de Darwin considerava que totes les formes de vida es remuntarien a un filament orgànic primordial a partir del qual haurien anat evolucionant els altres.

Com s’origina el nou ésser? És que hi ha un organisme en miniatura a l’espermatozou, o a l’òvul (germen)? o és que l’organisme es va desenrotllant progressivament (epigenetistes)? No hi havia una noció de com es poden barrejar o unir esperma i òvul per donar lloc a un embrió. Wolf demostrarà la hipòtesi epigenetista.

Generació espontània, hi ha animàlculs arreu? Si posem matèria orgànica en un pot, aviat s’enterbolirà i al microscopi es podran veure microorganismes. Buffon creu que hi ha per tot arreu unes molècules orgàniques que poden donar lloc a la vida en qualsevol moment. Un experiment de posar en un pot amb suc de carn i mirar d’esterilitzar-lo també va donar lloc a gèrmens (Needham 1745), per Spallanzani ho farà de manera més estricta, i no apareixen.

FISIOLOGIA ANIMAL. Respiració. Lavoisier fa experiments amb conillets d’índies mesurant el calor que desprenen (en un calorímetre de gel). Dirà que la “màquina animal” és regulada per la respiració, que consumeix hidrogen i carboni i subministra calor, la transpiració, que ajusta la calor, i la digestió, que retorna a la sang el que perd en respirar.  L’alliberament de calor tindria lloc als pulmons.  Spallanzani apuntava que tenia lloc a tots els teixits. Quant a la digestió Réaumur va fer experiments amb ocells i mamífers arribant a la conclusió que era mecànica en els granívors i química en els carnívors; no hi havia putrefacció.  Spallanzani va fer més experiments. Per obtenir mostra dels sucs gàstrics els feia ingerir petites esponges que recuperava fent-los vomitar o obrint-los. Encara no es va identificar el caràcter àcid del suc gàstric. Es formulen diverses teories inspirades en ebullició i explosió per explicar la contracció dels músculs. Boorhaave especulava els nervis eren com un tub que enviava pressió als músculs [model hidràulic]. Haller troba que els músculs tenen la propietat “d’irritabilitat” que conserven just després d’extirpar-se encara que no estiguin connectats als nervis. [ alguns invertebrats tenen fibres estriades com els vertebrats però hi ha diferències, en alguns sobretot en no estar lligats a una estructura d’esquelet sinó en molts cassos a una closca externa, [mentre que cargols i pops no tenen extremitats amb articulacions, insectes i crustacis, sí]]. Sistema nerviós. Els moviments reflexos (esternut, contracció de la pupil·la) tindrien lloc sense necessitar un senyal del cervell però en canvi requereixen la medula espinal tal com es veu amb granotes decapitades. Whytt, Unzer i Prochaska proposen teories que, sense tornar a l’animisme, refusen el mecanicisme de Descartes [hi ha sistemes físics que no són engranatges i molles]. Amb el descobriment de l’electricitat Galvani farà el primer experiment d’excitar una pota de granota.

La zoologia avança amb el microscopi, les col·leccions i les edicions il·lustrades com les de Maria Sibylla Merian (que inspiraria l’interès per les papallones a Nabokov), Lyonet, Frisch, Roesel von Rosenhof. Les col·leccions particulars creixen. S’amplien els dominis coneguts amb expedicions a Sibèria i Àsia Central, organitzades per Caterina la Gran, Islàndia (Dinamarca), i el Pacífic (James Cook). Linneu classifica els animals coneguts. Apareixen les Faunes, que descriuen els animals d’una regió determinada. Buffon compara les faunes del Vell i Nou món. Gràcies al microscopi es va completant l’inventari: protozous, celenterats (es descobreix la naturalesa animal dels pòlips), cucs intestinals, rotífers, briozous i braquiòpodes, mol·luscs, insectes (Réumur).

Classificació de les plantes. El 1690 Paul Herman havia distingit entre plantes amb llavors contingudes en un receptacle (angiospermes), i plantes amb llavors nues. El sistema de Linneu, reconegut per ell mateix com a artificial, es basava en el nombre d’estams, i tipus de flors. Això donava lloc a 24 classes dividides en diferents ordres. A França serà important el treball de Jussieu al Jardin du Roi. Adanson voldrà tenir en compte tots els aspectes i no tan sols els de reproducció. Aquest projecte només es completarà amb la genètica al s21. Igual que amb els animals, es compilen “flores” de regions determinades. El 1748 La Mettrie publica L’homme Plante, on identifica les grans funcions de tots els éssers vius: nutrició, respiració i generació. Els tres grans temes de recerca eren la circulació de la sàvia (Hale), els intercanvis de gas (Ingenhousz)[llum i fotosíntesi] i els moviments dels vegetals, les flors que s’obren i tanquen [ Rilke  Sonets a orfeu 2.V], les fulles que s’orienten.

Reproducció de les plantes. Es consolida la idea de la reproducció sexual, amb els òrgans masculins, els estams i el femení, el pistil. Sprengel trobarà el paper dels insectes a l’hora de propagar el pol·len. Els fruits, a més de contenir reserves per la planta són ingerits per animals que els escampen. Hedwig descobreix el cicle reproductor de les molses, amb alternança de generacions. Hofmeister al s19 comprendrà que sempre hi ha una alternança de generacions, en molses i falgueres en organismes diferents, i en les plantes amb flor els gametòfits viuen sobre l’esporòfit.

Fisiologia vegetal. Bacon i Van Helmont havien establert que les plantes absorbien aigua. Hales (1727) observa que l’aigua s’evapora a les fulles i és substituïda per la que s’absorbeix del terra.  Ingenhousz que les plantes necessiten llum, aigua i diòxid de carboni. (No serà fins el 1804 que Saussure descriurà la fotosíntesi i el 1961 Melvin Calvin el detall de la reacció química. El 1930 E.Münch proposarà la translocació pel transport de nutrients a través del floema).

[Notem que al s18 es comencen a publicar les obres  en francès o anglès, en lloc del llatí.]

  • 1727 Hales. Vegetable staticks. Mesura i compara la quantitat d’aigua absorbida per les arrels amb la que alliberen les fulles, i ho compara amb el que passa amb tubs capil·lars. 1733 Hemostaticks sobre transport de nutrients en els animals.
  • 1734-1742, Réaumur. Memoires pour servir a l’Histoire des insectes, 6 vols, descrivint-ne l’anatomia, fisiologia i conducta.
  • 1735 Linneu, que ja des de petit col·leccionava plantes, es farà metge i al Systema Naturae proposa una classificació jeràrquica de tota la natura en cinc nivells: regne, classe, ordre, família, Gènere i espècie. 1753 Species Plantarum. 1758 estén la nomenclatura binomial a totes les espècies.
  • 1740. Charles Bonnet descobreix la partenogènesi en pugons.
  • 1745 Needham descriu la presència d’animàculs o infusoris.
  • 1749 a 1783 Buffon. Théorie de la Terre (1749), Histoire naturelle de l’homme (1749), Histoire naturelle générale et particullière avec la description du Cabinet du Roi (44 volums). Histoire des oiseaux en 9 vols (1770-1783), Histoire des quadrupèdes (1755-1767). Matemàtic i després intendent du Jardin du Roi. A Montbard feia experiments per determinar si es podien creuar gossos i llops, o llebre i conill, per afinar el concepte d’espècie. Va assenyalar les diferències entre les faunes del vell i nou continent i que hi havia espècies que s’havien perdut.
  • 1749 Kew Botanical Garden
  • 1752 Réaumur, Sur la digestion des oiseaux.
  • 1759 Caspar Friedrich Wolf, Theoria Generationis. Estudia el desenvolupament d’un pollastre al microscopi i demostra que els òrgans no estaven preformats d’acord amb la hipòtesi epigenetista. Però no es troba una explicació de com apareix un organisme determinat a partir d’un embrió aparentment indeferenciat [ encara avui no ho sabem explicar del tot].
  • 1763. Michel Adanson. Familles des plantes.
  • 1768. Spallanzani observa que els ous de les granotes requereixen l’esperma per donar lloc a embrions (fecundació externa).  Aconseguirà fecundar artificialment una gossa. Abans Jacobi havia fent el mateix amb peixos. 1783 Demostra que els sucs gàstrics dissolen la carn.
  • 1770 Lavoisier planteja que els aliments alliberen calor en el cos com si fos una combustió.  1777. Memoire sur les changements que le sang eprouve dans les poumons et sur le mécanisme de la respiration. 1798 Sur la respiration des animaux.
  • 1779. Jan Ingenhousz. Experiments Upon vegetables. Seguint a Lavoisier, mostra que les plantes emeten oxígen de dia, quan estan a la llum, i gas carbònic a la nit. I que obtenen tot el carboni de l’atmosfera.
  • 1782 Senebier. Memoires physico-chimiques sur l’influence de la lumière solaire fa experiments amb llum artificial i veu que el carboni també és absorbit per les arrels,
  • 1782 Johann Hedwig estudia el cicle reproductor de les molses i les falgueres.
  • 1783 El metge i anatomista John Hunter va arribar a tenir 14.000 espècimens d’animals. Va establir que els animals de sang calenta mantenien la temperatura constant.
  • 1789 Gilbert White. The Natural History and Antiquities of Selborne . Descriu les plantes i animals a Selborne i les seves interaccions, anticipant l’ecologia. Assenyala el paper dels cucs de terra a l’hora de mantenir un terra sa.
  • .1791 Galvani. De viribus electricitatis in motu musculari commentarius.
  • 1793 El jardin i cabinet du Roi es converteixen en el Múseum d’Histoire Naturelle
  • 1793. Sprengel. Das endeckte Geheimnis der Natur. Estudia fins a 1000 tipus de pol·len i du a terme 500 hibridacions en 138 espècies.
  • 1796 Jean Senebier demostra que les plante absorbeixen CO2 inorgànic.

 

Ciències de la vida fins sXVI

La vida   |    Ciències de la vida

Antiguitat: Aristòtil, Teofrast. sXVI Catàlegs. [Observació]


343 BCE. Aristòtil. Història dels animals  on fa una biologia general dels animals, descrivint 400 espècies de les quals n’havia dissecat 50. Són especialment acurades les observacions de la vida marina a voltant de l’illa de Lesbos. A Parts dels animals  fa anatomia i fisiologia comparades i a Generació dels animals el seu desenvolupament. Ens arribà a través de l’àrab del Kitāb al-Hayawān (850) i la primera traducció llatina és del s13.  No serà fins al s19 que es tradueix a l’anglès i francès.

  • Llibre I:  Els animals i parts del cos humà.
  • Llibre II: Parts dels animals amb sang vermella, extremitats i dents dels gossos, els cavalls, l’home, l’elefant, els simis, el cocodril, el camaleó, els ocells, els peixos i les serps.
  • Llibre III: Els òrgans interns, les venes, els tendons, els ossos, la sang, la medul·la òssia, la llet, el quall i el formatge, i el semen.
  • Llibre IV: animals sense sang (invertebrats), cefalòpods, crustacis. Els sentits dels animals i el son, consideració sobre si els peixos dormen.
  • Llibres V i VI: La reproducció, espontània i sexual d’invertebrats marins, ocells, quadrúpedes, serps, peixos i artròpodes.
  • Llibre VII: La reproducció en l’home, pubertat, concepció, embaràs, lactància, l’embrió, el part, alletament i malalties dels infants.
  • Llibre VIII: El caràcter i els hàbits dels animals, aliment, migració, salut, malalties i influència del clima.
  • Llibre IX: La conducta social dels animals, signes d’intel·ligència en ovelles i ocells.

Al llibre VIII proposa una escala dels éssers:

I. Els éssers humans,
II. quadrúpedes vivípars,
III. cetacis,
IV. animals amb sang ovípars,
V. cefalòpodes,
VI. crustacis,
VII. els animals segmentats,
VIII. els mol·luscs amb conquilles,
IX. els oòfits (entre animals i vegetals),
X. les plantes superiors,
XI. les plantes inferiors,
XII. els éssers inanimats.

Atribueix una ànima vegetativa a les plantes, amb capacitat de créixer i reproduir-se.  Una ànima sensitiva als animals, amb capacitat de sentir i moure’s i una ànima racional als humans.

Teofrast  (372-287 BCE), deixeble d’Aristòtil, conegut com el pare de la botànica, hauria plantat el primer jardí botànic al Liceu d’Aristòtil. A De Historia Plantarum descriu l’anatomia de les plantes i les classifica en arbres, arbusts, herbàcies perennes, i herbes. A De Causis Plantarum tracta de la propagació i creixement, com a guia per a pagesos.

37 BCE Varro Rerum Rusticarum. 29 BCE Virgili a les Geòrgiques Sobre agricultura.

79 CE Plini el Vell. Naturalis Historia. Els llibres VIII-XI tracten de zoologia. XII al XXIII de botànica i aplicacions medicinals.


Edat mitjana

850? Al-Jahiz. (776-868) Llibre dels animals on descriu 350 espècies. Introdueix idees sobre la lluita per sobreviure, amb implicacions per a l’evolució, i la cadena alimentària, amb implicacions per l’ecologia.


SEGLE XVI

Al s16 s’incorporen les espècies descobertes al Nou Món, Orient i Àfrica. Encara no hi ha un sistema clar per classificar tots els animals i plantes. Alguns ho faran per ordre alfabètic, segons si tenen sang o no (seguint Aristòtil), segons si es creu que neixen de la terra (abelles, granotes, rates!), o sexualment (animals superiors). Il·lustradors com Belon (1557) contribuiran a la divulgació. En botànica es comencen a compilar herbaris i s’editen obres com el Herbarum vivae eicones de Otto Brunfels (1530). Seguint també a Gesner es comença a sistematitzar la classificació de les plantes, dicotiledònies, monocotiledònies (labiades, lleguminoses. L’estudi de les plantes està orientat sobretot a les seves propietats medicinals i gairebé tots els autors eren metges d’ofici que van impulsar jardins botànics a les universitats.

  • 1530. Brunfels. Herbarum vivae eicones [pdf 115]
  • 1542 Leonard Fuchs, 500 espècies vegetals descrites a De Historia Stirpium
  • 1555 Andrea Cesalpino (1519-1603) professor de medecina i responsable del jardí botànic a la universitat de Pisa. A De Plantis, estableix un sistema de classifica basat en els fruits i llavors, en lloc de fer-ho en ordre alfabètic o segons les propietats medicinals. Esbossa una “fisiologia” de les plantes, identificant nutrició, creixement i reproducció i situant “l’ànima de la planta” on el tronc s’uneix a les arrels. Com si fos un animal cap per avall, veu les arrels com la boca, i la sàvia que va fins als òrgans reproductors, equivalents a l’úter (HaC200).
  • 1559 Conrad Gessner (1516 – 1565), metge a Zürich, va compilar una Bibliotheca universalis i un tractat de Zoologia, Historia animalium i treballava en una botànica quan va morir. Va recollir exemplars als Alps i mantenia correspondència amb estudiosos de tot Europa que li enviaven materials. [pdf 116]
  • 1561 Aldovrandi, metge a la Universitat de Bologna i impulsor del seu jardí botanic, lectura philosophiae naturalis ordinaria de fossilibus, plantis et animalibus.
  • 1574. Lobel. Plantarum seu Stirpium historia. [pdf 114]
  • 1577 Geronimo Mercuriale suggereix la les mosques transmeten malalties.

Estudi de l’evolució humana

→La Terra  | 44E La Terra. Evolució biològica i canvis geològics  |   Cronologia   |   Ha Geològica |  Les preguntes   |    El model    |    Els períodes   |    Pensar  |    Evolució humana


(WK)

Charles Darwin.  1859 On the Origin of Species. 1871 The Descent of Man proposa la teoria que l’home ha evolucionat per selecció natural a partir dels primats.

1925 , Raymond Dart, Australopithecus africanus, entre simis i humans.

1960-70 Louis, Mary, Richard, Meave Leakey a Olduvai Gorge i el llac Turkana. Homínids austrolopitequins i Homo erectus.

1974. Desert Afar, etiòpia. Donald Johanson , Australopithecus afarensis, “Lucy”. 1990 Tim D. White, Ardipithecus ramidus. and A. kadabba.[221]

2013 Rising Star Cave a Sudàfrica


Introducció de l’anàlisi genètica

1967 Vincent Sarich i Allan Wilson publiquen els resultats que mesuren la força de les reaccions immunològiques de l’albúmina del sèrum de la sang i ho interpreten com a la separació genetica. La separació entre els simis i els humans es remuntaria a 10M d’anys.

Amb la seqüenciació del DNA, mitocondrial en dones i cromosoma Y en homes, es podran resseguir les etapes de la diferènciació dels humans i les seves migracions. El 1980 Stringer i altres proposen la hipòtesi “Out of Africa” segons la qual l’homo sàpiens actual és descendent dels originats a l’Àfrica que haurien desplaçat les altres espècies que hi podia haver a altres zones. Coincideix amb el que proposava Darwin. L’homo Sàpiens hauria aparegut a Àfrica evolucionant a partir dels grans simis com els goril·les i ximpanzés. Ernst Haeckel en canvi creia que provenia d’Àsia. La teoria no tenia restes fòssils en les que fonamentar-se fins que el 1920 es van començar a trobar espècies intermèdies a Àfrica. A la dècada dels 1980-1990 es va proposar una teoria alternativa segons la qual l’homo sàpiens hauria evolucionat arreu a partir l’homo erectus, barrejant-se després entre els procedents d’Euràsia i d’Àfrica.

La vida i l’entropia

[ esborrany] La vida


http://physics.gmu.edu/~roerter/EvolutionEntropy.htm

The second law of thermodynamics (the law of increase of entropy) is sometimes used as an argument against evolution. Evolution, the argument goes, is a decrease of entropy, because it involves things getting more organized over time, while the second law says that things get more disordered over time. So evolution violates the second law.

There are many things wrong with this argument, and it has been discussed ad infinitum. A summary of the arguments on both sides can be found on the links at www.talkorigins.org/faqs/thermo.html. These discussions never seem to involve any numerical calculations. This is unfortunate, since a very simple calculation shows that it is physically impossible for evolution to violate the second law of thermodynamics.

It is important to note that the earth is not an isolated system: it receives energy from the sun, and radiates energy back into space. The second law doesn’t claim that the entropy of any part of a system increases: if it did, ice would never form and vapor would never condense, since both of those processes involve a decrease of entropy. Rather, the second law says that the total entropy of the whole system must increase. Any decrease of entropy (like the water freezing into ice cubes in your freezer) must be compensated by an increase in entropy elsewhere (the heat released into your kitchen by the refrigerator).

A slightly more sophisticated form of the anti-evolution argument recognizes that the earth is not an isolated system; it receives energy from the sun. But, the argument goes on, the sun’s energy only increases disorder. It speeds the processes of breakdown and decay. Therefore, even with an energy source, evolution still violates the second law.

For the earth, though, we have to take into account the change of entropy involved with both the absorption of energy from the sun and the radiation of energy into space. Think of the sun as a heat reservoir that maintains a constant temperature T1 = 6000 K. (I am using the absolute, or Kelvin, temperature scale.) That’s the temperature of the radiating surface of the sun, and so it’s the effective temperature of the energy we receive from the sun. When the earth absorbs some amount of heat, Q, from this reservoir, the reservoir loses entropy:

.On average, the earth’s temperature is neither increasing nor decreasing. Therefore, in the same time that it absorbs heat energy Q from the sun’s radiation, it must radiate the same amount of heat into space. This energy is radiated at a much lower temperature that is approximately equal to the average surface temperature of the earth, T2 = 280 K. We can think of space as a second heat reservoir that absorbs the heat Q and consequently undergoes an entropy increase:

Since T1 is much larger than T2, it is clear that the net entropy of the two reservoirs increases:

Even if it is true that the processes of life on earth result in an entropy decrease of the earth, the second law of thermodynamics will not be violated unless that decrease is larger than the entropy increase of the two heat reservoirs. Any astronomy textbook will tell you that the earth absorbs 1.1 x 1017 Joules per second of power from the sun, so in one year we get (1.1 x 1017 J/sec)x(365 days/year)x(24 hours/day)x(60 min/hr)x(60 sec/min) = 3.5 x 1024 Joules of energy from the sun. This corresponds to an entropy increase in the heat reservoirs of

Just how big is this increase? For comparison, let’s calculate the entropy change needed to freeze the earth’s oceans solid. The heat energy involved is

Q = (latent heat of fusion)x(mass of ocean water) =

Water freezes at 273 K on the absolute scale, so the corresponding entropy change is

Comparing with the entropy increase of the two heat reservoirs, we see that this is a factor of (1.6×1024 J/K)/(1.2×1022 J/K) =� 140 larger. Remember, though, that the number for the heat reservoirs was for one year. Each year, more entropy is generated. The second law will only be violated if all the oceans freeze over in about 140 years or less.

Now, the mass of all the living organisms on earth, known as the biomass, is considerably less than the mass of the oceans (by a very generous estimate, about 1016 kilograms. If we perform a similar calculation using the earth’s biomass, instead of the mass of the oceans, we find that the second law of thermodynamics will only be violated if the entire biomass is somehow converted from a highly disorganized state (say, a gas at 10,000 K) to a highly organized state (say, absolute zero) in about a month or less.

Evolutionary processes take place over millions of years; clearly they cannot cause a violation of the second law.

Ernst Haeckel. Kunstformen der Natur

Vida  |   Arbre de la vida   |   Taxonomia    df


(Seguint la classificació de Shipunov 2007)

Regnum Monera

Superphylum Archebacteria
Phylum 1. Archebacteria [ 6Methanobacterium ]
Superphylum Bacteria [ 6.2Bacillus ]3
Phylum 2. Firmicutes [ 6Bacillus ]4
Phylum 3. Actinobacteria [ 6Actynomyces ]]
Phylum 4. Hadobacteria [ 6Deinococcus ]
Phylum 5. Chlorobacteria [ 6Chloroflexus ]7
Phylum 6. Cyanobacteria [ 6Nostoc ]
Phylum 7. Bacteroidetes [ 6Bacteroides ]10
Phylum 8. Spirochaetes [ 6Spirochaeta ]]
Phylum 9. Planctobacteria [ 6Planctomyces ]12
Phylum 10. Proteobacteria [ 6Rhodospirillum ]
Phylum 11. Endomicrobia [ 6Endomicrobium ]

Regnum Protista

Superphylum Opistokontha [ 6.2Agaricus ]
Phylum 12. Choanozoa [ 6Sphaeroeca ]
Phylum 13. Eomycota* [ 6Mucor ]
Phylum 14. Microsporidia [ 6Microsporidium ]
[Bolets 15 i 16]
Phylum 15. Basidiomycetes [ 6Agaricus ]

(KFN 63)
Phylum 16. Ascomycetes [ 6Ascomyces ]
Phylum 17. Amoebozoa sed.m. [ 6Amoeba ]33
Phylum 18. Apusozoa sed.m. [ 6Apusomonas ]39
Phylum 19. Cercozoa [Subphylum Retaria [ 5.8Gromia ]/Classis 6(89). Plasmodiophorea [ 5Plasmodiophora ]48/7(90). Gromiea [ 5Gromia ]49/8(91). Foraminifera

(KFN 2, 12)
Subphylum Radiolaria

(KFN 1, 11, 21, 22, 31, 41, 51, 61)
Superphylum Excavata [ 6.2Euglena ]
Phylum 20. Metamonada [ 6Trichomonas ]
Phylum 21. Euglenozoa [ 6Euglena ]
Superphylum Alveolata [ 6.2Paramecium ]
Phylum 22. Dinozoa [ 6Peridinium ]

(KFN 14)
Phylum 23. Ciliophora [ 6Paramecium ]

(KFN 3, 13)
Superphylum Chromista [ 6.2Fucus ]
Phylum 24. Labyrinthomorpha [ 6Labyrinthula ]
Phylum 25. Bicoecea [ 6Bicosoeca ] ]72
Phylum 26. Opalozoa [ 6Opalina ]
Phylum 27. Oomycota [ 6Saprolegnia ]
Phylum 28. Chromophyta [ 6Fucus ]/Classis 1(131). Bacillariophyceae s.l. [ 5Diatoma ]76/2(132). Chrysophyceae s.l. [ 5Chrysococcus ]77/3(133). Hypogyrophyceae stat.m. [ 5Pedinella ]78/4(134). Raphidophyceae [ 5Rhaphidomonas ]/5(135). Phaeophyceae s.l. [ 5Fucus ]79

(KFN 4 Diatomees)

(KFN 15 algues marrons)
Superphylum Chloronta [ 6.2Volvox ] 64, 65
Phylum 29. Haptophyta [ 6Prymnesium ]
Phylum 30. Centrohelida [ 6Raphidiophrys ]
Phylum 31. Cryptista [ 6Crypromonas ]
Phylum 32. Glaucophyta [ 6Glaucocystis ]
Phylum 33. Rhodophyta [ 6Bangia ]

(KFN 65)
Phylum 34. Chlorophyta* [ 6Volvox ](algues verdes)

(KFN 24, 34,64)

Regnum Vegetabilia [ 7Magnolia ]

Phylum 35. Bryophyta* [ 6Bryum ]

(KFN 72)
Phylum 36. Pteridophyta* [ 6Pteris ]
Phylum 37. Spermatophyta [ 6Magnolia ]

    • Classis 1(170). Cycadopsida [ 5Cycas ]
    • 2(171). Ginkgoopsida [ 5Ginkgo ]
    • 3(172). Gnetopsida [ 5Gnetum ]
    • 4(173). Pinopsida [ 5Pinus ]97
    • 5(174). Angiospermae [ 5Magnolia

(KFN 61)

Regnum Animalia [ 7Felis ]
Subregnum Parazoa
Phylum 39. Spongia

(KFN 5,35)

Subregnum Eumetazoa
Infraregnum Anephrozoa* [ 6.5Felis ]
Phylum 40. Ctenophora

(KFN 27)
Phylum 41. Cnidaria

(KFN (6, 7, 8, 9, 16, 17, 18, 19, 21, 25, 26, 28, 29, 38, 36, 37, 39, 45, 46, 48, 49, 59, 69)
Phylum 42. Acoelomorpha [ 6Convoluta ]
Infraregnum Deuterostomia
Phylum 43. Xenoturbellida [ 6Xenoturbella ]
Phylum 44. Echinodermata [ 6Echinus ] ( Haeckel )/Classis 1(192). Crinoidea [ 5Metacrinus ] / 2(193). Ophiuroidea [ 5Ophiura ] / 3(194). Asteroidea [ 5Asterias ]101 / 4(195). Echinoidea [ 5Echinus ]

(KFN 40, Asteroidea, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70)
Phylum 45. Hemichordata [ 6Balanoglossus ]102
Phylum 46. Chordata [ 6Felis ]

    • Subphylum Cephalochordata [ 5.8Branchiostoma ] / Classis 1(199).
      • Cephalochordata [ 5Branchiostoma ]
    • Subphylum Vertebrata [ 5.8Felis ]
      • Classis 2(200). Cyclostomata stat.m. [ 5Myxine ]
      • 3(201). Chondrichtyes [ 5Squalus ]
      • 4(202). Actinopterygii [ 5Perca ]

(KFN 42)

      • 5(203). Dipnoi [ 5Peripatus ]103
      • 6(204). Amphibia [ 5Rana ] (KFN 68)
      • 7(205). Reptilia* [ 5Gecko ]
      • 8(206). Aves [ 5Gallus ]
      • 9(207). Mammalia [ 5Felis ] (KFN 69)
    • Subphylum Tunicata [ 5.8Ciona ]/ Classis 10(208). Ascidiacea [ 5Ciona ]104

Infraregnum Protostomia [ 6.5Araneus ]
Superphylum Chaetognatha [ 6.2Sagitta ]
Phylum 47. Chaetognatha sed.m. [ 6Sagitta ]
Superphylum Spiralia [ 6.2Scarabaeus ]
Phylum 48. Gastrotricha [ 6Macrodasys ]
Phylum 49. Gnathifera [ 6Rotifer ]

(KFN 32)

Phylum 50. Platyhelminthes [ 6Planaria ]
Phylum 51. Dicyemida sed.m. [ 6Dicyema ]
Phylum 52. Nemertini [ 6Nemertes ]
Phylum 53. Bryozoa [ 6Plumatella ]

(KFN 23, 33)
Phylum 54. Mollusca [ 6Trochus ]
Classis 1(223). Aplacophora [ 5Neomenia ]110/2(224). Polyplacophora [ 5Chiton ]/3(225). Monoplacophora stat.m. [ 5Neopilina ]/4(226). Bivalvia [ 5Mytilus ]/5(227). Gastropoda [ 5Trochus ]/6(228). Scaphopoda [ 5Dentalium ]
7(229). Cephalopoda [ 5Octopus ]

(KFN 43, Nudibranquis, gasteròpods, (altres mol·luscs 44, 53, 55, 54, 57))

Phylum 55. Brachiopoda [ 6Lingula ]
Phylum 56. Annelida [ 6Nereis ]
Phylum 57. Orthonecta sed.m. [ 6Rhopalura ]
Superphylum Ecdysozoa [ 6.2Scarabaeus ]
Phylum 58. Cycloneuralia*
Phylum 59. Tardigrada [ 6Macrobiotus ]s ]
Phylum 60. Arthropoda [ 6Araneus ]

(KFN 47)

    • Subphylum Onychophora [ 5.8Peripatus ]
      • Classis 1(242). Onychophora [ 5Peripatus ]
    • Subphylum Cheliceromorpha [ 5.8Araneus ]
      • Classis 2(243). Chelicerata [ 5Araneus ]115

(KFN 66)

      • 3(244). Pantopoda [ 5Pycnogonum ]
    • Subphylum Myriapoda [ 5.8Lithobius ]
      • Classis 4(245). Chilopoda [ 5Scolopendra ]
      • 5(246). Progoneata stat.m. [ 5Julus ]116
    • Subphylum Pancrustacea [ 5.8Scarabaeus ] agrupa crustacis i insectes
      • Classis 6(247). Ichthyostraca [ 5Argulus ]117
      • 7(248). Ostracoda stat.m. [ 5Cypris ]
      • 8(249). Maxillopoda [ 5Balanus ]118

(KFN 56, 57)

      • 9(250). Malacostraca [ 5Cancer ]119
      • 10(251). Remipedia [ 5Speleonectes ]
      • 11(252). Cephalocarida [ 5Hutchinsoniella ]
      • 12(253). Branchiopoda [ 5Daphnia ]
      • 13(254). Hexapoda [ 5Scarabaeus ]120 ( KFN 58)

Linneu. Systema Naturae

La Vida |   Arbre de la vida


Carl von Linné (1707-1778), proposa per primer cop el 1735 en el systema naturae, una classificació jeràrquica de tota la natura en cinc nivells: regne, classe, ordre, Família, Gènere i espècie:

Regne animal

  • Mamífers
  • Aus
  • Amfibis (i rèptils)
  • Peixos
  • Insectes (i tot els artròpodes)
  • Vermes (resta d’invertebrats)

Plantes

1. Monandria, 2. Diandria, 3. Triandria, 4. Tetrandria, 5. Pentandria, 6. Hexandria, 7. Heptandria, 8. Octandria, 9. Enneandria, 10. Decandria, 11. Dodecandria, 12. Icosandria, 13. Polyandra, 14. Didynamia, 15. Tetradynamia, 16. Monadelphia, 17. Diadelphia, 18. Polyadelphia, 19. Syngenesia, 20. Gynandria, 21. Monoecia, 22. Dioecia, 23. Polygamia, 24. Cryptogamia

Minerals

  • Roques
  • Minerals
  • Fòssils

Linneu identifica uns 4326 animals i unes 6.000 plantes. En el cas dels animals, la classificació representaria “grups naturals”, mentre que en el cas de les plantes els agruparia per criteris d’identificació sobretot per la forma de fulles i flors.


PDF de l’obra

Recensió New Yorker

Teoria de l’evolució de Darwin (1859)

Història de la terra, evolució  |   Arbre de la vida   |  Els avantpassats


Antecedents

[Linneu classifica les espècies i se n’observa la diversitat] 1735 Systema naturae. En la seva desena edició identificava 4.200 espècies d’animals i 7.200 plantes.

 

Erasmus Darwin, avi de Charles, a la Zoonomia de 1794, proposa que totes les espècies superiors provenen d’avantpassats primitius.
Aviat la paleontologia, l’estudi dels fòssils, en particular per Leonardo da Vinci, i amb Cuvier (1796) que practica l’anatomia comparada, provarà que les espècies van canviant. S’havien descobert fòssils que no pertanyien a cap espècie coneguda.

Lamarck va estudiar els i vertebrats i, per donar raó de la variació de les espècies, proposaria que hi ha un procés de diversificació i que els trets adquirits pels individus es transmeten a la següent generació. (1809)


Darwin havia deixat els estudis de medecina a Edinburgh i a Cambridge estudià història natural. Àvid col·leccionista d’escarabats. Durant el viatge del Beagle (1831-1836) observà moltes espècies i comparant-les va arribar a la conclusió que la variació s’explicava pel mecanisme de selecció natural. Els individus presenten variacions. En un entorn amb recursos limitats (Malthus, 1798 An Essay on the Principle of Population) hi ha competència i els que s’adapten millor sobreviuen, propagant les seves característiques a la descendència.  Es fa seva l’expressió de  Spencer “survival of the fittest”. Va estudiar les variacions en espècies de percebes per confirmar la seva hipòtesi. Durant el viatge també confirmà la hipòtesi de Lyell segons la qual el relleu s’explica per canvis lents al llarg del temps, sedimentació, erosió, metamorfisme.

La teoria s’exposa a On the Origin of the species publicat el 1859. Alfred Russel Wallace havia formulat una hipòtesi similar. Considera la distribució dels nyandús, les tortugues de les Galápagos, els mockinbirds, la diversitat de vegetals i coloms resultat de la selecció artificial. Planteja la dificultat de l’absència d’espècies intermitges, o com es pot haver passat d’un organisme sense visió a un ull desenvolupat. Assenyala que en àreas geogràfiques separades però amb el mateix clima, hi trobem espècies diferents, resultatdoncs, de variacions diferents. La comparació morfològica li permet dir What can be more curious than that the hand of a man, formed for grasping, that of a mole for digging, the leg of the horse, the paddle of the porpoise, and the wing of the bat, should all be constructed on the same pattern, and should include the same bones, in the same relative positions?” This made no sense under doctrines of independent creation of species, as even Richard Owen had admitted, but the “explanation is manifest on the theory of the natural selection of successive slight modifications” showing common descent.

El 1871 aplica la hipòtesi a l’origen de l’home, a The Descent of Man, and Selection in Relation to sex

Ernst Haeckel a Alemanya i Asa Gray als EUA van abraçar la teoria amb entusiasme.

La teoria de l’evolució permet classificar les espècies segons el seu origen. Darwin va esbossar un arbre de la vida.

https://images.saymedia-content.com/.image/t_share/MTc2MjYzMDAwMDMyOTQ1MzI1/charles-darwin-and-evolution-genetic-science-uproots-the-tree-of-life.jpg

El 1865, Gregor Mendel estableix que els trets heretats de manera predictible [ no tot s’hereta, només el que està codificat als gens].


Neodarwinisme

El descobriment de l’estructura del DNA per Watson i Crick, i el mecanisme de transcripció de proteïnes permetran explicar el detall de com es poden alterar i transmetre trets.


Evolution

Si l’evolució tornés a començar, sortirien més o menys les mateixes espècies?  Gould diu que no, que és contingent (Gould, S.J. Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History).  Conway Morris diu que sí (Life’s Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe )  Blount fa experiments amb el bacteri Escheria Coli, al llarg de 26 anys i 60.000 generacions, la majoria de les branques són iguals però algunes troben nous metabolismes. ( Blount, Z., et al. Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli. )

Hipòtesi extinció dels dinosaures

https://www.newyorker.com/magazine/2019/04/08/the-day-the-dinosaurs-died

The Hell Creek Formation spanned the Cretaceous and the Paleogene periods, and paleontologists had known for at least half a century that an extinction had occurred then, because dinosaurs were found below, but never above, the KT layer. This was true not only in Hell Creek but all over the world. For many years, scientists believed that the KT extinction was no great mystery: over millions of years, volcanism, climate change, and other events gradually killed off many forms of life. But, in the late nineteen-seventies, a young geologist named Walter Alvarez and his father, Luis Alvarez, a nuclear physicist, discovered that the KT layer was laced with unusually high amounts of the rare metal iridium, which, they hypothesized, was from the dusty remains of an asteroid impact. In an article in Science, published in 1980, they proposed that this impact was so large that it triggered the mass extinction, and that the KT layer was the debris from that event. Most paleontologists rejected the idea that a sudden, random encounter with space junk had drastically altered the evolution of life on Earth. But as the years passed the evidence mounted, until, in a 1991 paper, the smoking gun was announced: the discovery of an impact crater buried under thousands of feet of sediment in the Yucatán peninsula, of exactly the right age, and of the right size and geochemistry, to have caused a worldwide cataclysm. The crater and the asteroid were named Chicxulub, after a small Mayan town near the epicenter.