ORIGEN DE LA VIDA

Esquema de esta clase Origen del Universo Origen de la Tierra Origen de la Atmosfera Origen de la Vida

Origen del Universo. Importante saber: 1.- Hidrogeno es la fuente de energía de las estrellas. A partir de esto logran radiar energía

2.- Como las estrella se consumen en hidrogeno, otros elementos como Helio y carbono se acumulan a partir de varias reacciones de fusión

3.- Otros elementos se forman durante el envejecimiento de las estrellas. Ej. Supernova

4.- La continua transfomación del Hidrogeno hace pensar que esta fuente de energia se va a acabar alguna vez. Con esto se acabarían las estrellas

FIN

Teoría del Origen del Universo. Teoría del Big-Bang

-Hace mucho tiempo el Universo fue una esfera muy pequeña de un concentrado de energia-materia (14-16 M Mill)

-Esta energía-materia explotó en un Big-Bang produciendo Hidrogeno primero y luego las estrellas y planetas. Teoría del Big-Bang Oscilatorio - El Universo se expande y se contrae en un evento repetitivo

Teorías de la formación de la tierra Teoría de la condensación (hipotesis nebular). (Kant). Una gran masa

de materia se condensó el sistema solar, hace 4.6 bya

Nébula solar (fragmento de una nube interestelar)

Concentración y aplanamiento de la nebula solar

Condensación de la materia nebular en meteoritos y protoplanetas

Solidificación de planetas

- Estimaciones muestran que hace 4.5 – 4.6 mil millones de años atrás

se formó la tierra - La vida no comenzo de inmediato … la

tierra presentó una temperatura muy elevada durante mucho tiempo

- Especial por: Presentar agua en estado líquido Presencia de atmósfera

La Tierra …

Elementos presentes

H, O, C, N, S, P

Ancestro común de todos los organismos

Arbol de la vida

Organismos existentes

Forma primordial (La primera cosa viviente)

x

“Organismos” extintos

Origen de las moleculas orgánicas En los años 20, Oparin (1894-1980, Rusia) y Haldane (1892-1964, Inglaterra), propusieron independientemente que la atmósfera terrestre primitiva tenía otra composición, mucho hidrógeno

Experimento de Miller (1953)

Dado que algunos autores indican que en la atmósfera existían niveles altos de Dióxido de Carbono, Cleaves et al (2008) realizan nuevos experimentos

Y los elementos que componen el DNA y RNA?

Juan Oró (1961) demostró que la reacción:

+ HCN

adenina Cianuro de Hidrogeno

Otros investigadores demostraron la síntesis de C, U, T

Ribosas:

Puede sintetizarse a partir de una cadena de reacciones de condensación de formaldehido

¿Y si las condiciones en la tierra nunca fueron propicias para producir

moléculas orgánicas???

Teoría de la Panspermia La vida tendría un origen

extraterrestre

Australia, 1969 = meteorito analizado presentó una docena de aminácidos

Habrían llegado con un meteorito (Ej. Bacterias fósiles de meteorito?)

La evidencia sugiere que una lluvia de cometas trajeron a la tierra: • agua • moléculas orgánicas •componentes de la atmosfera

todos ingredientes necesarios para el comienzo de la vida

Sintesis abiótica de polímeros

Para que la vida comience, los polimeros deben ser formados sin ayuda de enzimas o células

Monómeros pueden polimerizar en algunas condiciones - rocas calientes - olas - lluvia - profundidad del mar

¿Qué fue primero?

Proteína DNA

Realizan muchas funciones biológicas

Pero no se « reproducen»

No guardan ni pueden transmitir información

Guarda y transmite información

No hace otras funciones biológicas

RNA = guarda, transmite y ejecuta funciones

Forma primordial (La primera cosa viviente)

x

Ancestro común de todos los organismos

Arbol de la vida

Replicación abiótica de moléculas - RNA fue probablemente el primer material hereditario - Guarda y transmite información - Moléculas de RNA puede ser sintetizadas abioticamente

- RNA puede tener actividad catalítica (ribozymes)

Ribozimas:

En los ’80 se descubrió enzimas capaces de unir y destruir los puentes que unen los ácidos nucleicos en cadenas

Poco eficientes

Lentas

(Altman & Cech ganaron

el Nobel en 1989)

Evolución del RNA

Evolución de Ribozimas puede ser simulado en el laboratorio. Los resultados mostraron que los nuevos ribozimas presentaron una estructura diferente y desarrollaron un nivel más elevado de reacción (trabajan más rápido)

De RNA a DNA Existió durante mucho tiempo un sistema de vida basado sólo en RNA

Luego apareció el ADN - Molécula más estable a altas temperaturas - Más dificil de degradar con ácidos y bases

¿y después qué?

LOS PROTOBIONTES

- Protobionte = agregación abiótica de moléculas que mantienen un medio ambiente interno diferente

– Liposomas = lípidos que se organizan por si mismo

formando una bi-capa • Pueden contener moléculas orgánicas • Semi-permeables, absorben sustratos, liberan

productos • Osmoticamente se pueden hinchar y contraer • Pueden tener un potencial de membrana (carga) • Pueden “crecer” & “reproducir”

– No es una cosa viva pero presentan ciertos rasgos de vida

Liposomas pueden “crecer” cuando incorporan otros liposomas mas pequeños o se “reproducen” liberando pequeños liposomas

Las enzimas pueden ser incorporadas en los protobiontes

• Los protobiontes pueden absorber substrato desde su entorno y liberar el producto de la reacción catalítica de las enzimas

+ + = Substratos moléculas activas

(enzimas)

energía dentro de

la membrana

evento crítico para el comienzo

de la vida

El Dogma Central

DNA RNA Proteina Información

genética Función Información genética

(tranferencia y función)

precambrico

(aparición de primeros eucariotas)

¿Qué es vida?

Vida es la compartamentalización y organización de reacciones químicas que funcionan en bloque, capturando y guardando energía para luego propagarse como entidad

Toda cosa que se produce por si sola, guarda y trasmite información (genotipo) y expresa esta información (fenotipo)

¿Qué está vivo?

Primera vida en la tierra … 3600 millones de años de micro-organismos

- Procariontes fueron los únicos organismo presentes por varios millones de años

Primeros organismos en la tierra

La innovación: desarrollo de células:

- Compartamentalización de funciones

- genotipos producen fenotipos

Cianobacterias (algas verdes-azules) en Australia.

3460 millones de años Schopf 1993 Science 260:640

Cianobacteria viviente

Procariontes dominaron la tierra durante mucho tiempo

• Fuentes de fósiles procariontes son los

stromatolites (Capas microbianas fósiles) y sedimentos de antiguos fosas hidrotermales – Esto indica que los procariontes habitaron en diversos

ambientes en 3000 millones de años de vida

Importante

La naturaleza del medio ambiente condiciona la vida de los organismos en el lugar

PERO

Los organismos pueden modificar el medio

ambiente en el cual viven

Oxígeno atmosférico se comenzó a acumular hace 2700 millones de años atrás

• Fotosíntesis se desarrolló probablemente muy temprano en la vida de los procariontes

–Primeras versiones de fotosíntesis no usaron agua ni liberaron O2

• Cianobacteria, organismos fotosintéticos que rompen el agua y liberan O2 son los primeros responsables del aumento del oxígeno en la atmosfera.

Aumento del Oxígeno en la Atmosfera

Hay dos (tres) hipótesis: 1.- Podría haber aumentado hace 2 o 3 mil millones de años atrás. Luz Ultravioleta = H20 Hidrogeno + Oxigeno Así el Hidrogeno escapó de la atmosfera, pero el Oxígeno no

Acumulación de Oxígeno

• El O2 tuvo un enorme impacto en la vida, destruyendo varios grupos procariontes – Algunas especies sobrevivieron en habitats que son

todavía anóxicos (“anaerobicos obligados”)

• Otras especies desarrollaron mecanismos para usar O2 en la respiración celular y así guardar energía en moleculas orgánicas de reserva

• Así, los procariontes alteraron el planeta (a partir del aumento del O2), haciendo la respiración aeróbica posible y dando posibilidad a otras formas de vida (eucariotas)

Primeros eucariontes aparecen (según registro fósil) = 1.85 – 2.1 mil millones de años atrás

Grypania spiralis

-Descubierta en China - (1.1 - 1.4 mil millones de años)

-Han & Runnegar (1992), descubren en Michigan algo muy similar pero con fecha 1.85 - 2.1 mil millones de años

- Es posible que este sea uno de los primeros eucariotas - probablemente fue un alga

Cómo aparecen los eucariontes?

Razón alta de K+/Na+

Alta concentración de

Zinc, Manganeso y Fosfatos

Cómo saber si todos tenemos un origen común???

Todos tiene el ciclo de la glicólisis (degradación de glúcidos).

Todos poseen DNA que codifican polipéptidos.

Todos usan el mismo código genético para los aminoácidos

Todos tienen membrana citoplasmática y ribosomas

Representantes de los tres grupos poseen algunas características comunes:

•RNA Ribosomal (rRNA) (Woese 1977)

•Todos los organismos presentan rRNA, hacen la traducción y presentan una estructura terciaria similar

•Con esta información, se puede construir un arbol de la vida universal

Filogenia de toda la vida

• Dificultad: que genes muestran similitides reconocibles entre todos los organismos? Ej. Bacterias y Humanos?

Nuevo arbol de la vida basado en pequeña subunidad rRNA (Woese 1996)

Inferencias a partir de la nueva reconstrucción filogenética

•Nuevos resultados: – Relación muy cercana entre Eucarya (nosotros) y el grupo poco conocido llamado Archaea (“bacterias extremofilas”)

– Menor historia evolutiva de separación entre plantas y animales

•Tres reinos: Bacteria, Archaea, Eucarya

Cómo saber cual grupo es mas antiguo?

Falta un outgroup!

Arbol a partir de genes que sostiene que Archaea y Eucarya son cercanos en relación a Bacteria

Arbol a partir de genes que sostiene que Archaea and Bacteria son cercanos en relacion a Eucarya

Qué genes reflejan una relación “verdadera” entre

Bacteria-Archaea-Eucarya?

•Un solo arbol filogenético no es lo más apropiado •“Ancestro” puede haber sido un grupo de organismos que intercambiaban material genético

Ancestro común de toda la vida (“cenancestor”) fue una comunidad de especies que intercambiaban genes unos con otros

Ramas principales del arbol aparecen claramente pero genes individuales reflejan patrones ancestrales de transferencia de genes