Pensament i acció
El pas del temps a través dels sistemes biològics
01-06-2009
Autor
Miquel Nistal
Publicat a:
Escola Catalana. El temps. Número 458
El concepte temps es pot relacionar amb una successió d’esdeveniments, és a dir, quelcom que ens indica una tendència cap al futur i, per tant, serveix per assenyalar cap a on van els esdeveniments. La variable del temps és allò que dóna sentit i predicció a la vida, entesa aquesta com un seguit de fets en els quals els sistemes biològics intercanvien matèria i energia, interactuen i modifiquen el medi que els envolta i s’encarreguen de magnificar, preservar i traspassar el material genètic en el sentit que marca precisament el temps.
Alguns autors parlen del temps com “el context primordial”: un fet incrustat a la vida i experimentat per tots els sistemes en qualsevol època que considerem. Els sistemes biològics són construccions teòriques que utilitzen els humans per organitzar la complexitat de la vida per tal de fer mirades al mateix fet des de perspectives diferents; de manera clàssica, a la biologia es consideren diversos nivells d’organització de la vida, des del més ínfim (l’organització atòmica i molecular) fins al més complex (la mateixa biosfera o la seva projecció en el temps, és a dir, l’evolució), passant per moltes i diverses formes d’organització de complexitat intermèdia.
En aquest article es fa un petit recorregut pels diferents models que permeten fer una aproximació teòrica a l’estudi de la vida, en aquest cas el pas del temps. Aquests models (1) constitueixen una simplificació respecte als nivells d’organització clàssics de la ciència, però al mateix temps, i des del punt de vista de la ciència escolar, són adequats per crear bones situacions d’aprenentatge.
Aquests models teòrics són pocs, significatius i inclusius: cèl·lula, ésser viu, ecosistema i evolució (figura 1). De fet, abordar un estudi és fer mirades des de diferents contextos per tal de concretar el mateix problema.
La vida de les cèl·lules i els cronòmetres cel·lulars
El temps cel·lular és breu des de la perspectiva humana. En poques mil·lèsimes de segon es produeix l’excitació d’una cèl·lula nerviosa; poc més d’una dècima de segon és el temps necessari per discriminar un so per part de les cèl·lules receptores de l’oïda humana i en menys d’un segon es produeix la contracció de les cèl·lules cardíaques durant un batec. Cada minut, dos-cents milions de cèl·lules del nostre cos moren i els seus materials són destruïts i reciclats. Les més exposades, com les de la pell o la mucosa gàstrica, són reemplaçades cada tres o quatre dies. Les cèl·lules de la retina es renoven cada deu dies i, si estan exposades a intensitats de llum elevades, el procés s’escurça en el temps. Els glòbuls vermells duren poc més de cents dies, però això no vol dir que el sistema de producció estigui aturat, ja que es fabriquen de manera constant en els ossos, amb un ritme de dos milions per segon.
Altres cèl·lules com les dels ossos o les musculars viuen més, en aquest cas parlem d’anys: el pas del camió del reciclatge que neteja el material vell té lloc en aquest cas cada cinc i set anys respectivament.
Finalment, les neurones i les cèl·lules del miocardi no canvien en el temps, no se’n fan de noves, tot i que desapareixen setanta neurones per minut; malgrat tot, la gran quantitat de neurones que disposa l’escorça cerebral (uns cent mil milions) ens diu que caldria moltíssim més temps del que vivim per gastar totes les cèl·lules neurals.
Les cèl·lules programen la seva mort. L’apoptosi és un suïcidi programat genèticament que contribueix a eliminar les cèl·lules que han completat el seu procés quan ho indiquen els rellotges biològics que contenen.
Els éssers vius tenen longevitats molt diferents
Els diferents éssers vius tenen en comú la referència al model (figura 2), però les estratègies adaptatives quant a la longevitat són molt diverses. Alguns bacteris amb prou feines viuen 20 minuts, mentre que l’edat d’algunes espècies de pi, les sequoies americanes o les oliveres es pot mesurar en milers d’anys.
Entre els animals invertebrats també es troben espècies de longevitat extrema: algunes esponges de mars tropicals tenen una antiguitat superior als mil anys. Algunes cloïsses gegants superen els 150 anys.
Com a vertebrats especialment perdurables cal remarcar algunes tortugues gegants: alguns dels actuals habitants de les illes Galápagos és possible que naixessin durant el viatge de Charles Darwin l’any 1835.
Molta gent pensa que les plantes tenen longevitats superiors als animals, però això no és del tot cert. Entre les plantes hi ha molta variabilitat entre els períodes de vida i es poden trobar espècies extraordinàriament longeves i altres que completen el seu cicle de vida en pocs dies. El temps de vida no està relacionat amb el fet de ser un animal o una planta, sinó amb l’estructura i planificació del cos i les estratègies de vida.
L’envelliment és la pèrdua progressiva de la capacitat per respondre als canvis i estímuls del medi. Així, el temps de vida d’un ésser viu dependrà fonamentalment de l’estratègia d’interacció amb el medi. Els arbres citats anteriorment, el que fan és repetir els òrgans. Periòdicament són substituïdes totes les fulles, només una part de la tija i l’arrel és funcional i es va regenerant contínuament (cal pensar en els anells de creixement dels troncs dels arbres).
En les esponges, tot i ser animals, no hi ha pràcticament cèl·lules diferenciades i aquestes es van regenerant contínuament. Els animals amb cèl·lules diferenciades, en canvi, tenen òrgans únics, no redundants: el fetge, el cor són per sempre; el que sí que es renova són les cèl·lules que els formen gràcies, com s’ha vist anteriorment, a la seva capacitat de mort programada i a la substitució per noves cèl·lules.
Els ecosistemes canvien amb el temps
Un ecosistema es comporta com un ésser viu que canvia al llarg del temps (vegeu figura 4). Pateix transformacions que poden ser a curt o a llarg termini. Els primers són modificacions en el propi ecosistema, mentre que els canvis a llarg termini suposen la substitució d’un ecosistema per un altre de diferent.
Si visitem un bosc en diferents moments de la nostra vida, observarem com canvia. Així, una roureda a la primavera té un aspecte molt diferent de com és a la tardor. Si aquesta mateixa roureda pateix un incendi, també canviarà l’aspecte. Tot això passa en períodes de temps molt curts: es tracta de canvis a curt termini. Si en observar aquest mateix bosc ens preguntem si sempre ha estat igual, la resposta és negativa. Tot i que no es pot veure, els ecosistemes s’adapten lentament, les poblacions són substituïdes per unes altres. Aquests canvis, les successions, són fenòmens molt lents que es quantifiquen en milers d’anys, ja que la resposta als canvis en el medi de les diferents poblacions és lenta.
Impactes d’origen antròpic sobre el medi com el canvi climàtic que tant preocupa la nostra cultura actualment són, des de la perspectiva de la història del planeta, molt limitats. En èpoques passades hi ha hagut fluctuacions del clima molt més intenses que les que l’activitat humana està causant actualment. El problema realment greu és el poc temps en què s’està produint aquests increment relativament modest de temperatures (parlem de poques desenes d’anys); aquest temps tan curt inhabilita els ecosistemes per poder donar una resposta adaptativa, ja que aquests fenòmens, tal com s’ha dit més amunt, són molt lents en el temps. Aquesta resposta desfasada entre l’impacte i la resposta adaptativa constitueix la gran hipoteca de la biodiversitat en el futur.
L’evolució: el sentit màxim de la vida
A través de l’evolució es formen noves espècies (vegeu figura 5). En aquest sentit, quan dues poblacions de la mateixa espècie s’han separat geogràficament, al cap de centenars o milers de generacions, és possible que els individus no es reconeguin: s’ha format una barrera reproductiva entre ambdues poblacions i ja constitueixen espècies diferents.
La barrera reproductiva pot tenir diferents orígens: pot passar que cada població tingui períodes reproductius en moments diferents de l’any, o bé que hi hagi impossibilitat de fecundació. O bé que el creuament de les dues poblacions origini individus híbrids infèrtils. O també que els individus de les dues poblacions hagin esdevingut tan diferents que no existeixi atracció entre ells.
De tota manera, no cal l’aïllament geogràfic per produir una nova espècie. L’aparició per atzar de mutacions, si són viables i seleccionades, pot conduir a l’aïllament reproductiu i a la separació genètica. També pot passar que una població ocupi un nínxol ecològic diferent; suposem una espècie que originalment era insectívora i que un grup poblacional s’especialitza en alimentar-se de fruita. Això portaria a la llarga a vies diferents fins i tot en quant a l’atracció sexual: al cap del temps els insectívors podrien no sentir atracció sexual pels frugívors.
La formació de noves espècies comporta, en el sentit darwinià, una gran quantitat de petits canvis en les poblacions que es van acumulant lentament. Amb la mentalitat humana, el temps que dura aquest procés sembla llarguíssim, però per a l’evolució deu mil anys és molt poc. A les persones ens costa imaginar períodes de temps molt llargs: què pot passar en deu anys, en cent anys, en mil anys, en un milió d’anys, en deu milions d’anys, en cent milions d’anys; és difícil ¿oi? Pensem que l’Homo sapiens va aparèixer fa només uns 150 mil anys, i que totes les espècies actuals ja hi eren; això, comparat amb la història de la Terra, és un sospir; i si, a més, ho referim al temps de vida d’una persona com a individu, ens porta a pensar seriosament quin és el nostre paper com a éssers humans en aquest planeta.
Proposta de treball
- Què sabem? D’on partim?
¿Quins canvis experimentarien els següents sistemes biològics al cap de 10 anys?
|
|
Al cap de 10 anys |
|
Cèl·lula (glòbul vermell) |
|
|
Ésser viu (nen) |
|
|
Ecosistema (pineda) |
|
|
Evolució |
|
Treball en grup i posterior posada en comú dels resultats.
- La ciència ens diu
Ús d’aquesta lectura o altres materials per tal de considerar:
- Les característiques da cada model de referència en biologia
- El significat diferent del temps en cada cas
- Apliquem-ho a un nou cas
Estem situats ara a Collserola a l’any 2100. El clima ha canviat, ara tenim una temperatura mitjana anual més elevada (al voltant de 3ºC més que actualment). El clima és més càlid i més eixut que fa un segle. Feu mirades a la realitat natural des de cadascun dels models de referència
¿Quins canvis experimentarien els següents sistemes biològics després d’un segle?
|
|
Collserola any 2100 |
|
Cèl·lula (glòbul vermell) |
|
|
Ésser viu (roure) |
|
|
Ecosistema (alzinar) |
|
|
Evolució |
|
Treball en grup i posterior posada en comú dels resultats.
NOTA
1. Vegeu P. Garcia, Els models organitzadors del currículum en Biologia, Ciències 6: 29-33, 2007.
Miquel Nistal és professor de Biologia i Geologia de l’IES Sant Josep de Calasanç i formador de l’ICE de la Universitat de Barcelona
Tags:
Comparteix
