EL ORIGENDE LA VIDA

Cuándo se formó el sol?

• Hace aproximadamente 5.000 millones de años.

• A partir de la acumulación de partículas de polvo y gases de hidrógeno y helio

• A medida que la temperatura se elevaba, se intensificó la violencia de las colisiones hasta que átomos de H chocaron con tal fuerza que sus núcleos se fusionaron formando átomos de He adicionales y liberando energía nuclear.

• Los planetas se formaron hace 4000 millones de años, a partir de los restos del gas y del polvo que giraban alrededor de la estrella recién formada

Cuándo se formaron los planetas?

Qué pasó con la Tierra?

• Al inicio H y He pero fugaron porque las fuerzas gravitacionales eran débiles.

• Luego a partir de los gases de volcanes se formó la atmósfera secundaria y del agua de los géiseres, los océanos calientes.

• La corteza terrestre se formó hace 4.100 millones de años, antes de eso sólo era líquido incandescente.

• En la BIOSFERA (8-10 Km de la atmósfera terrestre y mar).

Cómo era la atmósfera terrestre?

Dónde se desarrolló la vida?

Cómo era la atmósfera hace 3.800 millones de años?

• La Geología ha demostrado que las condiciones de vida en esa época eran muy diferentes de las actuales: – La actividad volcánica era intensa y los

gases liberados por las erupciones eran la fuente de la atmósfera primitiva.

– La atmósfera primitiva estaba compuesta sobre todo de vapor de agua, dióxido de carbono (CO2), nitrógeno, amoníaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y metano (CH4) y carente de oxígeno (O2).

LAS PRIMERAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

Qué avances contribuyeron a mejorar nuestras perspectivas?• Hipótesis verificables de los

acontecimientos anteriores al origen de la vida.

• Descubrimiento de la célula.

Qué es la célula?

• Unidad vital de origen de los seres vivos.• Se diferencia de otros sistemas químicos por:

– Capacidad de duplicarse– Presencia de enzimas altamente específicas– Presencia de membrana celular

TEORÍA DE OPARIN Y HALDANE

• Condiciones físico químicas existentes hace 3.000 – 4.000 millones de años:

– Muy poco o nada de oxígeno libre– Estaban disponibles H/C/O/N

(CH4, NH3, H2O)– La energía calorífica y luz UV

provenían del sol.– Vapor de agua– Energía eléctrica

(rayos, tormentas, etc)

A qué se refiere la evolución química?

Cómo se formaron moléculas orgánicas?

• En esas condiciones, se formaron moléculas que se irían acumulando en los mares y lagos de la Tierra y, en esas condiciones (sin oxígeno libre), tenderían a persistir.

• Al concentrarse algunas moléculas, habrían actuado sobre ellas fuerzas químicas, las mismas que actúan sobre las moléculas orgánicas hoy en día.

• Estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente.

• En estas estructuras coloidales -a las que Oparin llamó coacervados- (en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente.

• Se constituyen los SISTEMAS, nuevos niveles de organización en el proceso del origen de la vida, lo que implica el establecimiento de nuevas leyes, por ejemplo, la Ley de la Selección Natural.

A qué se refiere la evolución prebiótica?

1924 → 1938 → 1953

Qué ocurrió en estos años?

• Colocó en un balón de vidrio la supuesta atmósfera terrestre de hace unos 4.000 millones de años (es decir, una mezcla de CH4, NH3, H2, y vapor de agua). Sometió la mezcla a descargas eléctricas de 60.000 V que simulaban tormentas.

• Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparin.

Experimento de STANLEY MILLER:

D:\curtis\autoeval\Flash\eval1.htm

EXPERIMENTO DE MILLER

• El de SIDNEY W. FOX, quien obtuvo estructuras proteicas limitadas por membrana -llamadas microesferas proteinoides- que podían llevar a cabo algunas reacciones químicas análogas a las de las células vivas.

Mezclas secas de aminoácidos

Proteinoides Térmicos

Microesferas proteinoides

calor soluciónsalina

acuosa

Existe un modelo alternativo?

La pregunta del millón

• Oparin pudo demostrar la formación de membranas lipídicas en ausencia de vida.

• Más difícil resulta explicar la formación de las proteínas celulares.

¿qué moléculas surgieron en primer lugar: los ácidos

nucleicos, indispensables para la síntesis de proteínas,

o las proteínas, cuya actividad enzimática es a su vez

indispensable para sintetizar aquéllas a partir de los ácidos

nucleicos?

• Posible camino de la evolución de sistemas simples autorreplicantes de moléculas de RNA hasta las células actuales, en las cuales el DNA almacena la información genética y el RNA actúa como un intermediario en la síntesis de proteínas.

Cuándo surgió la vida?

• Ni cerca ni lejos del sol• Existe agua líquida que permite reacciones bioquímicas.• Temperatura moderada• Tamaño y masa terrestres adecuadas• Presencia de capa de ozono

Sólo en la Tierra?

• 3.400 / 3.500 / 3850 millones de años

Existen los extraterrestres?

• 1969 meteorito hallado en Australia (Svante Arrhenius).

• 1996 meteorito proveniente de Marte hallado en la Antártida

Qué dice la Biblia?

• Creación del mundo en seis días

AUTOTROFOS

HETEROTROFOS

• Se ha postulado durante largo tiempo que la primera célula viva fue un heterótrofo extremo:

• A medida que los heterótrofos primitivos aumentaban en número comenzaron a agotar las moléculas complejas de las que dependía su existencia y que había llevado millones de años acumular. Cuando el suministro de estas moléculas disminuyó, empezó la competencia y la lucha por la subsistencia.

• En el curso del tiempo aparecieron otras células capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos simples: los autótrofos.

• Sin embargo, descubrimientos recientes han planteado la posibilidad de que las primeras células hayan sido autótrofas antes que heterótrofas.

• Se han descubierto (en pantanos y trincheras oceánicas) varios grupos diferentes de bacterias quimiosintéticas que hubieran sido muy adecuadas para las condiciones que prevalecían en la joven Tierra.

• Hay evidencia de que estas bacterias representan los sobrevivientes de grupos muy antiguos de organismos unicelulares.

EUCARIOTAS

PROCARIOTAS

Teoría endosimbiótica• La investigadora L. Margulis explica el paso de los

procariotas a los primeros eucariotas (protistas) mediante la teoría endosimbiótica.

• Los procariotas fotosintéticos ingeridos por células no fotosintéticas de mayor tamaño fueron los precursores de los cloroplastos.

• La simbiosis de ciertas células con espiroquetas de vida libre, dio lugar a cilias y flagelos.

• Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios: – Dentro del dominio de los EUKARYA se encuentran

los reinos protistas, hongos, plantas y animales, todos ellos eucariontes.

– Los organismos pertenecientes al dominio BACTERIA incluyen el reino de las Eubacterias.

– En el dominio ARCHAEA se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias.

• Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes.

DOMINIOS BIOLÓGICOS

SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE

EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS

TAMAÑO CELULAR

PROCARIOTAS:

• Generalmente pequeñas (1-10 micras), por lo que todas son microorganismos. Pueden formar filamentos o micelios

EUCARIOTAS:

• Normalmente grandes (10-100 micras). Algunas son microorganismos, pero la mayoría son organismos macroscópicos

MATERIAL GENÉTICO

PROCARIOTAS:

• En el seno del citoplasma, no aislado por una membrana, y sin proteínas. Sin cromosomas. La única molécula de ácido nucleico se denomina nucleoide. Sin núcleo

EUCARIOTAS:

• Rodeado por una membrana y estructurado en cromatina/cromosoma (dos o mas) compuestos por ADN y proteínas. Con nucleolo.

DIVISIÓN CELULAR

PROCARIOTAS:

• Directa (sin mitosis), normalmente por división binaria. Sin centriolos, huso mitótico ni microtúbulos.

EUCARIOTAS:

• Por mitosis típica. Con uso mitótico o microtúbulos ordenados en forma de tonel (plantas)

SEXUALIDAD

PROCARIOTAS:

• No hay distinción sexual

EUCARIOTAS:

• Masculino y femenio. Con meiosis y fecundación

AGLOMERACIONES CELULARES

PROCARIOTAS:

• Pocas formas multicelulares. No forman tejidos

EUCARIOTAS:

• Formas tanto unicelulares como multicelulares. Estas últimas pueden formar tejidos

HAPLOIDE/DIPLOIDE

PROCARIOTAS:

• Los organismos multicelulares nunca provienen de un cigoto diploide

EUCARIOTAS:

• Los organismos multicelulares derivan de un cigoto diploide. Hay alternancia de formas haploides (n) y diploides (2n)

MOTRICIDAD

PROCARIOTAS:

• Sin movimiento intracelular

EUCARIOTAS:

• Con intensa movilidad intracelular debida a la presencia de citoesquelo.

SISTEMA DE RESPIRACIÓN

PROCARIOTAS:

• Aerobia o anaerobia

EUCARIOTAS:

• Todas son aerobias. Las anaerobias son siempre adaptaciones secundarias.

METABOLISMO

PROCARIOTAS:

• Grandes diferencias en sus metabolismos

EUCARIOTAS:

• Único de obtención de energía: glucólisis y ciclo de Krebs.

MITOCONDRIAS

PROCARIOTAS:

• Ausentes. Las enzimas del metabolismo para la obtención de energía se encuentran en la membrana celular

EUCARIOTAS:

• Presentes. Con enzimas necesarias para el metabolismo de las moléculas orgánicas “empaquetadas”

ENZIMAS DE LA FOTOSÍNTESIS

PROCARIOTAS:

• En las especies que presentan clorofila, las enzimas se encuentran en la membrana celular. La fotosíntesis puede ser aerobia o anaerobia.

EUCARIOTAS:

• En las especies fotosintéticas, las enzimas se encuentran almacenadas en los cloroplastos. La fotosíntesis es con liberación de oxígeno

SISTEMAS DE MOTRICIDAD

PROCARIOTAS:

• Cuando presentan flagelos, estos son simples y están formados por la proteína flagelina

EUCARIOTAS:

• Presentan cilios y flagelos formados por microtúbulos proteicos de tubulina

RIBOSOMAS

PROCARIOTAS:

• Pequeños

EUCARIOTAS:

• Grandes

¿Por qué habrían sido necesarias fuentes de energía para la síntesis de moléculas

orgánicas simples en la Tierra primitiva?

Para que se pudieran sintetizar moléculas orgánicas simples, las moléculas presentes en la atmósfera primitiva tuvieron que ser reducidas a sus átomos constitutivos. Se necesitó energía para romper los

enlaces químicos en estas moléculas antes de que los átomos pudieran organizarse en moléculas más

complejas. También, las moléculas orgánicas más simples tuvieron una estructura más complicada y

ordenada que las pequeñas moléculas de gas.

¿Qué propiedades del oxígeno hubieran hecho la evolución química improbable en

una atmósfera con O2?

Si el oxígeno hubiera estado presente, cualquier molécula orgánica simple que se hubiera formado habría sido oxidada a dióxido de carbono y agua

inmediatamente. No habría habido oportunidad para que se acumulara ninguna cantidad de moléculas

orgánicas. La propiedad más importante del oxígeno en este contexto es su gran afinidad por los electrones, los cuales se encuentran en un nivel de energía más bajo

en el dióxido de carbono y en el agua que en los compuestos orgánicos.

Un acontecimiento crucial en el origen de la vida fue la formación de una membrana que

separó los contenidos de las células primitivas del medio circundante.

¿Por qué fue esto tan crítico?

La membrana permitió que el ambiente interno de la célula primitiva fuera diferente del ambiente externo. La membrana, por lo tanto, permitió el

mantenimiento estructural y químico de la célula.

Algunos científicos piensan que en otros planetas de nuestra galaxia puede haber cierta forma de vida. Si usted tratara de

hallar esos planetas, ¿qué características debería buscar?

1. Una fuente de energía, presumiblemente el Sol, a una distancia del planeta tal que pueda llegar suficiente energía como para mantener la vida, pero no tanta como para romper las frágiles uniones químicas.

2. Aproximadamente el tamaño y la densidad de la Tierra. El planeta sostiene suficiente atmósfera que lo protege, pero no tanta atmósfera que impida que los rayos del Sol lleguen a la superficie.

3. Agua4. Temperaturas en un rango tal que cantidades significativas de

agua estén en estado líquido al menos en parte del planeta.5. Tan antiguo como para que el tiempo transcurrido diera lugar a

la evolución.