“Origen de la vida y evolución.”

Primeras interrogantes sobre el origen de la vida

1648. La generación espontánea (van Helmont)

La teoría de la generación espontánea, también conocida como autogénesis, es una antigua teoría biológica que sostenía que podía surgir vida compleja, animal y vegetal, de forma espontánea a partir de la materia inerte.

"... Las criaturas como los piojos, las garrapatas, las pulgas y los gusanos son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún días el olor cambia, y el fermento, surgiendo de la ropa interior y penetrando a través de las cáscaras de trigo, cambia el trigo en ratones. Pero lo que es más notable aún es que se forman ratones de ambos sexos y que éstos se pueden cruzar con ratones que hayan nacido de manera normal... pero lo que es verdaderamente increíble es que los ratones que han surgido del trigo y la ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni deformes ni defectuosos, sino que son adultos perfectos...”.

La teoría de la generación espontánea…

Ideas espontaneístas…

- Hasta mediados del siglo XVII. Diversas teorías sostenían la generación espontánea:

- los pájaros brotaban de las frutas y los patos de las conchas marinas.

- los abetos expuestos a la sal marina producían gansos.

- las demás criaturas surgían por generación espontánea en el fango o materia en descomposición.

- El hombre había sido creado por Dios.

Experimento Francisco Redi (1668)

Generación Espontánea

Experimento Louis Pasteur (med. 1800s).John Tyndall.

Hasta mediados del siglo XVIII se pensaba que los compuestos orgánicos sólo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), derribó esta creencia.

En 1922, el científico ruso, A.I. Oparin hipotetizó que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.

Evolución Química

En 1950 Stanley Miller, diseñó un experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, que presumía como condiciones de partida: Ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto) abundancia de: C (carbono), H (hidrógeno), O (oxígeno), y N (nitrógeno)

CARACTERÍSTICAS DEL JOVEN PLANETACARACTERÍSTICAS DEL JOVEN PLANETA

ATMÓSFERA

- Ausencia de Oxígeno- Atmósfera reductora- Composición: CO2

H2OH2SH2

N2

CH4

NH3

- Tormentas eléctricas- Bombardeo de Meteoritos- Ingreso de luz ultravioleta

- Intensa actividad volcánica

La tierra primigenia…

Experimento Stanley Miller- Harold Urey

Experimento de Miller y Urey

Aumento de la interacción de las moléculas debido al aumento en

la concentración

Moléculas más grandes y complejas

Formación de ácidos nucleícos

(Formación de polimeros sobre rocas o arcilla (contiene iones Zn y Ca que

catalizan reacciones)

(avalados por experimentos)

Carbono

Nitrógeno

Oxigeno

Hidrógeno

Moléculas más grandes y complejas

Probiontes: ensamblajes de polímeros orgánicos (coacervados, microesferas)

- Almacenamiento de agua en el interior.- Se concentran las moléculas orgánicas por fuerzas electrostáticas e hidrofílicas.- Ingreso pasivo de sustancias-Mayor número y diversidad de moléculas en el interior- Mayor número de reacciones químicas (catálisis)- Aumento de volumen- División mecánica

Experimento de Juan Oro

Coacervado es el nombre con el que Alexander Oparin denominó a un tipo de protobionte.

Oparin demostró que se forman membranas lipídicas en ausencia de vida y obtuvo en el curso de los experimentos unas gotas ricas en moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. A estas gotas las llamó coacervados.

UTILIZÓ: - Cianuro de Hidrógeno (HCN)- Amoniaco (NH3)- Cianógeno (C2N2)- Cianoacetileno (HC3N)

RESULTADOS: Aminoácidos y Bases nitrogenadas

Síntesis orgánica en la atmósfera terrestre primitiva

FORMACIÓN DE LA SOPA PRIMITIVA

ARN: molécula autorreplicante

- Atmósfera reductora- Compuestos inorgánicos- Elevada temperatura-Tormentas eléctricas

Moléculas orgánicas simples

Molécula autorreplicante: ARN

Límite celular (aislar sustancias del medio): lípidos

micelas liposomas

Sopa primitiva promovió la

acumulación de sustancias y la unión

de estas.

Coacervados o microesferas

Molécula autorreplicante: ARN

- ácido nucleico- Se autorregula.

¿cómo?

- Enzimas: ribozimas- Moléculas de ARN que cataliza su propia síntesis (replicación)

Cataliza su propia síntesis

Errores mutaciones primera fuente de variabilidad

Diversificación

enzimaagua

enzima

¿Cómo funcionan las enzimas que son proteínas?

enzima

Moléculas simples y de menor tamaño

ADN ARN proteínaCopia de

fragmentos de ADN

Puede salir del núcleo, es un

mensajero

-Se encuentra en el núcleo

-No puede salir de él

Contiene los genes que indican los tipos de proteínas que se pueden sintetizar

El conjunto de genes forma el

genotipo

Si el ARN fue la primera molécula autorreplicante, qué explicación tiene el dogma central de la biología molecular?

Se fabrica en el citoplasma, en los

ribosomas

Determinan el fenotipo de los

organismos

transcripción

traducción

ADN ARN

Transcripción inversa

Formación de ADN a partir de ARN gracias a la acción de enzimas.

Ejemplo: virus de ARN como el del VIH transforman su material genético en ADN en las células del cuerpo

Finalmente, las proteínas ayudan a replicar el material genético

Evolución vía ARN

- Recientes evidencias (Ribozimas) sugieren que el ARN podría haber sido el primer ácido nucleico formado.- El premio Nobel Walter Gilbert se refiere a esta etapa como el mundo del ARN.

Ribozimas: pequeñas moléculas de ARN, actuan como enzimas que catalizan reacciones, incluyendo la sintesis de más ARN.

La molécula de ARN presenta dos características importantes:- Almacenamiento de información

- Catalizador (Ribozimas)

El mundo del ARN

¿Cómo surgieron las primeras células?

¿Cómo surgieron las primeras células?

Microesferas + ribozimas correctas= protocélula

Estructuralmente similar a una célula, pero no es un ser vivo.

Los nucleótidos y aminoácidos del caldo primitivo, podrían haber difundido a través de la «membrana» y haber sido utilizados para fabricar

muevas proteínas y moléculas de ARN

Si la microesfera alcanzara el tamaño adecuado, podría haberse dividido…

Proceso continuo= tiempo…

Células procariotas

1.- Absorción de sustancias y obtención de energía desde el medio.

aa, nucleótidos,Agua,

Sales minerales

2.- Depredación

Bacterias de gran tamaño endocitan bacterias más

pequeñas, degradando en el interior el material celular

Metabolismo anaeróbico

Bacterias anaerobias primitivas

El metabolismo anaeróbico produce pequeñas cantidades de energía, por tanto, se necesitan más moléculas energéticas para sustentar la vida…¿de dónde se

obtienen?

Las fuentes de nutrición pueden agotarse…

Primera innovación biológica: la fotosíntesis

Bacterias usan la luz solar para sintetizar moléculas

complejasFOTOSINTESIS

¿qué se requiere para la

fotosíntesis?

Fuente de hidrógenoLa fuente de H es la molécula H2S que se encuentra en

las zonas volcánicas.

Al utilizarse el sulfuro de hidrógeno, se comenzó a agotar y apareció una nueva fuente: el agua

La fotosíntesis basada en el agua convierte agua y dióxido de carbono en azúcar y…

¡Libera oxígeno libre a la atmósfera!

Hay algo raro en el aire… me muero…

Bacteria anaeróbica

- El oxígeno recién liberado se consumía rápidamente en reacciones con otras moléculas de la atmósfera y de la corteza, del planeta.

- Un átomo reactivo particularmente común en la corteza terrestre era el hierro, y gran parte del nuevo oxígeno se combinó con los átomos de hierro para formar enormes depósitos de óxido de hierro (también conocido como herrumbre).

Una vez que todo el hierro accesible se transformó en herrumbre, la concentración de oxígeno libre en la atmósfera

comenzó a aumentar.

- Las bacterias fotosintéticas probablemente eran muy similares a las modernas cianobacterias

- Los niveles de oxígeno atmosférico aumentaron constantemente hasta alcanzar un nivel estable hace alrededor de 1500 millones de años.

- La cantidad de oxígeno que se libera por fotosíntesis en todo el mundo se compensa exactamente con la cantidad que se consume en la respiración aeróbica.

El oxígeno puede ser muy peligroso, pues reacciona con las

moléculas orgánicas y las destruye.

1.- defensa contra la acción química del oxígeno.

2.- canaliza su poder destructor, a través de la respiración aeróbica, para generar energía útil para la célula.

La acumulación de oxígeno en la atmósfera de la Tierra primitiva exterminó probablemente muchos organismos y fomentó la evolución de mecanismos celulares para contrarrestar la toxicidad del oxígeno.

La crisis del oxígeno

creó la presión ambiental para el siguiente gran avance en la era de los

microbios: la aptitud de utilizar oxígeno en el

metabolismo

¿para qué?

Hay algo raro en el aire…

me muero…!!

Debido a que la cantidad de energía de que una célula dispone aumenta enormemente cuando utiliza oxígeno para metabolizar las moléculas de alimento, las células aerobias poseían una importante

ventaja selectiva.

- La evidencia fósil indica como origen de la vida 3500 millones de años. Fósiles de Groenlandia parecen indicar 3800 millones de años.

- J. William Schopf de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) descubrió recientemente posibles procariotas fotosintetizadores en rocas de 3500 millones de años.

- La roca más antigua conocida en la Tierra tiene 3960 millones de años y proviene de la región canadiense del Ártico.

Edad de la tierra 4500 millones de años

Evidencia fósil de las bacterias fotosintéticas primitivas

Origen de los primeros eucariotas.

La depredación evolucionó para poder capturar diferentes células

- Sin pared- Pequeño tamaño

- Eran muy primitivas, incapaces de llevar a cabo ni la fotosíntesis ni el metabolismo aeróbico.

- Podían atrapar partículas grandes de alimento, en este caso bacterias, pero las metabolizaban de forma ineficiente.

¿¡Origen del primer eucariota!?

Las células eucarióticas difieren de las procarióticas en muchos aspectos, pero quizá el más fundamental es la presencia, en los eucariotas, de:

1.- Un núcleo encerrado en una membrana que contiene el material genético de la célula.

2.- Organelos en los que se lleva a cabo el metabolismo energético: las mitocondrias y (únicamente en los vegetales) los cloroplastos.

¿Cómo evolucionaron estos organelos?

Teoría Endosimbiótica de Lynn Margulis

- Las células primitivas adquirieron los precursores de las mitocondrias y los cloroplastos englobando ciertos tipos de bacterias.

- Estas células, así como las bacterias atrapadas en su interior (endo significa “dentro”) establecieron poco a poco una relación simbiótica, esto es, una asociación estrecha entre tipos diferentes de organismos a los largo de un extenso periodo.

1.- La célula depredadora anaerobia atrapó una bacteria aerobia para alimentarse de ella, pero no digirió esta presa.

2.- La bacteria aerobia continuó viva porque el citoplasma de su depredador/huésped estaba lleno de moléculas de alimento a medio digerir: los residuos del metabolismo anaerobio.

3.- La bacteria aerobia absorbió estas moléculas y utilizó oxígeno para metabolizarlas, con lo cual obtuvo enormes cantidades de energía.

4.- Como los recursos alimentarios del microorganismo aerobio, eran abundantes así como su producción de energía, quizá tuvo fugas de energía, probablemente en forma de ATP u otras moléculas similares, hacia el citoplasma de su huésped.

5.- La célula depredadora anaerobia con sus bacterias simbióticas podía metabolizar su alimento aeróbicamente, con lo cual conseguía una gran ventaja respecto a sus compatriotas anaeróbicas. Muy pronto su progenie llenó los mares.

Al paso del tiempo, la bacteria endosimbiótica perdió su capacidad para vivir independientemente de su huésped, y así nació la mitocondria.

1.- Una de estas nuevas sociedades celulares satisfactorias logró capturar una cianobacteria fotosintética y tampoco digerir su presa.

2.- La cianobacteria prosperó en su nuevo huésped y evolucionó poco a poco hasta convertirse en el primer cloroplasto.

Otros organelos eucarióticos pudieron haber surgido también por endosimbiosis, como los cilios, los flagelos, los centriolos y los microtúbulos que pudieron haber

evolucionado a partir de una simbiosis entre una bacteria tipo espirilo y una célula eucariótica primitiva.

Origen del núcleo celularHipótesis 1: Una posibilidad es que la membrana plasmática se haya plegado hacia adentro para rodear el ADN. Esto daría origen a la membrana nuclear.

Nuevos plegamientos hacia el interior pudieron haber creado el retículo endoplasmático, que muestra continuidad con la membrana nuclear.

Hipótesis 2: Al igual que muchos otros organelos eucarióticos, el núcleo surgió como resultado de una endosimbiosis. En esta situación hipotética, la bacteria englobada habría tomado control de su huésped.

Cualquiera que haya sido el origen del núcleo, el hecho de tener el ADN confinado dentro del núcleo parece haber conferido grandes ventajas, quizá al permitir una regulación más fina

del material genético.

Historia de la vida en la

Tierra

Eón Precámbrico

Principales eventos del Hádico:

Formación de la Tierra.

Formación de la primera atmósfera (sin oxígeno).

Gran bombardeo meteorítico.

Formación de la Luna.

Formación de océanos primitivos.

Formación de la litosfera.

Formación de las primeras rocas.

HÁDICO

Principales eventos:

Aparición de las primeras células anaerobias heterótrofas.

Aparición de células anaerobias fotosintéticas = Cianobacterias.

Primeras estructuras de origen biológico = Estromatolitos.

Primeros continentes.

Inicio de la tectónica de Placas.

Comienza a liberarse oxígeno hacia la atmósfera.

Cesa la lluvia de meteoritos.

ARCAICO

Estromatolitos

Principales eventos:

Los primeros continentes se unen formando Pangea I.

Primeras células aerobias.

Primeras células eucariotas.

Comienza a formarse la capa de Ozono.

Primeros seres vivos pluricelulares: algas rojas y verdes.

Primeras glaciaciones.

Primeros metazoos: fauna de Ediacara.

Primeros hongos.

PROTEROZOICO

Invertebrados de Ediacara

Grypania, primer eucariota fotosintético

Acritarcos, eucariotas unicelulares

Primeros Eucariotas

Fósiles más antiguos, Cianobacterias

Era Paleozoica (544 a 245 ma)

1. Período Cámbrico (544 a 505 ma).2. Período Ordovícico (505 a 440 ma).3. Período Silúrico (440 a 410 ma).4. Período Devónico (410 a 360 ma).5. Período Carbonífero (360 a 286 ma).6. Período Pérmico (286 a 245 ma).

a.- Era Paleozoica (544 a 245 ma)

1. Período Cámbrico (544 a 505 ma).Sigue la fragmentación de Pangea I. Se da la diversificación de los invertebrados:

aparecen los primeros animales con concha, y los primeros crustáceos y corales. La atmósfera alcanza el 10% de O2.

2. Período Ordovícico (505 a 440 ma)

Continúa la diversificación de la fauna marina: aparecen los primeros vertebrados, los PECES ACORAZADOS. Las plantas y los animales comienzan a conquistar las tierras

emergidas: con las Briofitas y los Artrópodos terrestres la vida sale de los mares.Glaciación Ordovício-Silúrica que dará la extinción ordovícico-silúrica (438 m.a.)

3. Período Silúrico (440 a 410 ma) Debido a la explosión de la vida vegetal y la conquista de la tierra, la atmósfera alcanza un 21%

de O2, como en la actualidad. Primeras plantas terrestres vasculares (con tejidos conductores para transportar nutrientes a las partes aéreas) = Pteridófitas primitivas. Primeros insectos terrestres. Hacia 400-380 ma se da la orogenia Caledoniana, formación de cordilleras a ambos lados del

Atlántico actual, hoy casi erosionadas.

4. Período Devónico (410 a 360 ma)

Hace unos 390-380 ma aparecen peces de agua dulce. Son los primeros vertebrados terrestres (protoanfibios) formados a partir de peces que resisten fuera del agua.Con unos 360 ma de antigüedad, surgen los primeros anfibios y, poco después, los

primeros árboles. Extinción Devónica (367 m.a.)

Período Carbonífero (360 a 286 ma)

Los primeros reptiles tienen una edad de unos 340 ma. Hace 325 ma se desarrolla la primera membrana amniótica, que permite la vida independiente del agua a los animales. De unos 300 ma atrás son las primeras Espermatófitas, las Gimnospermas. Esto implica la existencia de estructuras

reproductoras y especializadas, como el polen y las semillas. Los reptiles colonizan los continentes. Glaciación permo-carbonífera.

Se forman los grandes depósitos de carbón.

6. Período Pérmico (286 a 245 ma)

Hacia 260 ma comienza una nueva orogenia, la Hercínica. Entre 260 y 250 ma se da la gran extinción Pérmica, coincidiendo con el fin de la glaciación

Permo-Carbonífera (en Gondwana). Hay un clima cálido, gran aridez, enormes depósitos de sales a nivel mundial, gran oscilación térmica.

Formación de Pangea II.

Al final del período, hace unos 245 ma, aparecen los primeros dinosaurios.

Principales eventos:

Se diversifican los invertebrados.

Las plantas (Briofitas) y los animales (Artrópodos) salen del agua y colonizan la Tierra.

La atmósfera alcanza los niveles actuales de oxígeno.

Aparecen los vertebrados = peces acorazados.

Los vertebrados conquistan la Tierra: peces - anfibios - reptiles.

Surgen las Espermatófitas, plantas con semillas.

Pangea I se reúne, formando Pangea II.

Gran extinción Pérmica.

b.-Era Mesozoica (245 a 65 ma)

1. Período Triásico (245 a 208 ma) Hace 240 ma existieron dinosaurios con toda certeza. 230 ma atrás la cadera de los reptiles se adapta para la carrera veloz. Los primeros ammonoideos tienen unos 225 ma, y los primeros Pterosaurios, unos 205 ma. Extinción finitriásica.

2. Período Jurásico (208 a 146 ma) 200 ma atrás comienza la fragmentación y expansión de Pangea II: apertura del Océano

Atlántico. 150 ma, la Antártida y Australia se separan de África. Primeros peces teleósteos. Primeros Mamíferos y Aves. Primeros animales con placenta.

3. Período Cretácico (146 a 65 ma) Hace 130 ma se registran las primeras Angiospermas. Unos 110-80 ma atrás se genera el 60% de todo el petróleo conocido. 100 ma, Sudamérica se separa de África. A los 100-75

ma se da la mayor transgresión marina registrada (extensión de los mares). Al final del período, a los 65 ma, aparecen los Primates.

Extinción finicretácica: hipótesis del impacto de un gran meteorito en el actual golfo de México que provoca la desaparición de los dinosaurios.

Principales eventos:

Aparecen los dinosaurios y otros grandes reptiles, que se extenderán por todos los mares y continentes y dominarán la

Tierra.

Se fragmenta Pangea II.

Surgen los Mamíferos y las Aves.

Aparecen las Angiospermas.

Gran extinción Cretácica por el impacto de una gran meteorito.

c.- Era Cenozoica (65 ma a hoy)

Período Terciario (65 a 1.8 ma) Hace 60 ma sucedió la radiación de los mamíferos: 54 ma caballos, 50 ma ballenas y elefantes.

Entre 40-35 ma atrás la India chocó con Eurasia.Entre los 35 y los 3 ma se produjo la glaciación neógena, que originó la formación del casquete glacial

antártico (hace 10 ma, formación total del casquete antártico) y de los casquetes glaciares en el Hemisferio Norte.

30 ma, Primates con visión estereoscópica y manos prensiles. Hace 20 ma surgieron los primeros Homínidos (Proconsul).

20 ma atrás aconteció la orogenia Alpina: se formaron los Pirineos, los Alpes, el Himalaya...Hace 5 ma aparecen los primeros Hominoideos, primates bípedos: Australopithecus . Hace 2 ma apareció

el género Homo.

Período Cuaternario (1.8 ma a hoy)

Diversificación del género Homo: H. erectus, H. antecessor, H. neanderthalensis, H. sapiens. El

hombre conquista todos los continentes.Grandes glaciaciones cuaternarias perduraron hasta hace unos 10. 000 años en que dio fin

la última glaciación.

Principales eventos:

Los mamíferos se diversifican y se extienden por toda la Tierra.

Continúa la expansión del Océano Atlántico.

Se crean las grandes cordilleras actuales.

Aparecen los Homínidos.

Grandes glaciaciones y formación de los casquetes polares.

Aparece la especie humana.

¿Cómo se desarrollaron las ideas sobre la evolución?

¿Qué evidencias existen que apoyen la evolución?

¿Cómo se desarrollaron las ideas sobre la evolución?

FÓSILES

FÓSILES

La evolución se lleva a cabo por selección natural

Darwin y Wallace

Observa cómo fluye el pensamiento evolucionista en base a la OBSERVACIÓN.

¿Cómo sabemos que ha habido evolución?

¿Cuáles son las evidencias de la evolución?

Convergencia evolutiva

Estructuras análogas

ANATOMÍA COMPARADA

¿Cuáles son las evidencias de la evolución?

Estructuras Vestigiales.-

¿Cuáles son las pruebas de que las poblaciones evolucionan por selección natural?

Embriones y relaciones evolutivas.-

Relaciones Filogenéticas.