Origen de La Vida

BIOLOGIA MOLECULAR Y CELULAR ORIGEN DE LA VIDA, TEORIAS, EVOLUCIÓN Blgo. YSABEL MURRUGARRA BRINGAS  AGOST  AGOS TO-2012

¿QUÉ ES VIDA? Desde el punto de vista biológico 

Implica las capacidades de nacer, crecer, reproducirse y morir, a lo largo de sucesivas generaciones, evolucionar.

Ser Vivo

Cualquier sistema químico capaz, como mínimo, de transferir su información molecular a través de la auto-reproducción auto-repr oducción y de evolucionar.

COMPLEJIDAD EN EL UNIVERSO

¿De dónde vengo?, ¿Cómo me he formado?... 



ORIGEN DE LA VIDA

Hipótesis:  Origen divino  Los seres vivos se han formado en la Tierra (pero en unas condiciones diferentes a las actuales)  La vida proviene de otros planetas (Panspermia) Para explicar esto han existido existido grandes corrientes de pensamiento:  Creacionismo  La generación espontánea  Teoría del origen químico de la vida  Panspermia

Los seres vivos se han formado en la Tierra

Sabemos: Edad de la Tierra: 4500 millones de años

¿Qué pasó en estos 1000 millones de años?

Fósiles más antiguos: 3500 millones de años

EL CREACIONISMO  Sostiene que la vida en la Tierra habría sido creada por una fuerza

sobrenatural. especies.-Sostiene que cada una de las distintas  Inmovilismo de las especies.-Sostiene especies se habría originado separadamente de las otras y que no había experimentado experi mentado modificación alguna en el transcurso de las generaciones sucesivas. del creacionismo son ignorados ignorados por la  Actualmente los fundamentos del mayor parte de la comunidad científica porque no pueden ser sometidos a una verificación experimental. experimental.  Pío XII declaró en la Humani Generis (1950): La evolución era admisible

para la fe católica, pero la parte espiritual del hombre (libertad, pensamiento) pensamient o) no podía surgir por pura emergencia de la materia.  Juan Pablo II, en un discurso del 22 de octubre de 1996, reafirmó: La evolución es más creíble, aunque no existe una teoría evolutiv evolutiva a satisfactoria satisf actoria (hay muchas versiones, discutidas y a veces enfrentadas).

PANSPERMIA (semillas en todas partes) Esta idea fue introducida en el siglo XIX por Svant August  Arrhenius. Dicha teoría defiende que la vida en la Tierra se habría propagado de un sistema solar a otro por medio de esporas de microorganismos que viajaban en meteoritos.

A favor :  Algunos cometas y meteoritos se han encontrado moléculas orgánicas (agua, aminoácidos...)  Algunos meteoritos llegados a la Tierra tienen fósiles de lo que serian bacterias

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El interés en la panspermia fue renovado por la identificación de hidrocarburos policíclicos policícli cos aromáticos (PAHs) (P AHs) en el meteorito Allende (México - Chihuahua, 1969). La NASA en 1996, anuncia la presencia de hipotéticas bacterias fósiles, más pequeñas que las l as terrestres, en el meteorito Allan Hills, caído hace 13,000 años en la Antártida. Los inves i nvestigadores tigadores a cargo basan su aseveración en la conjunción de cuatro evidencias: 1. Compuestos orgánicos: (PAHs) 2. Asociación mineral en desequilibrio, que pudieran ser microfósiles de bacterias primitivas. 3. Magnetita, semejante a las producidas por bacterias terrestres. 4. Presencia de estructuras estructuras en forma de bacteria llamada “Gusano Marciano Marciano”” tomada el 2004 por la sonda robótica Opportunity de la NASA. http://www.youtube.com/watch?v=6SVm http://www.youtube.co m/watch?v=6SVmOnhIy5U&feature OnhIy5U&feature=related =related

 ASSIOGÉNESIS O GENERACION  A ESPONTANEA Aristóteles y Van Van Helmont (1577-1644),  Esta teoría fue apoyada por Aristóteles

entre otros.  Es una antigua teoría biológica que sostenía que podía surgir vida animal y vegetal de forma espontánea, a partir de la materia inerte (barro, estiércol, estiérc ol, ropa sucia, etc.) sin sufrir ningún ningú n tipo de proceso previo, simplemente simplement e aparecían.

•

En 1668 el médico italiano Francesco Redi (1626 – 1697) refutó la hipótesis de los gusanos a partir de la carne. Realizó un par de experimentos con los que refutó la teoría de Aristóteles. Colocó pedazos de carne en frascos, unos abiertos y otros herméticamente cerrados. A los pocos días encontró gusanos en los frascos abiertos, pero no en los cerrados.

John Needham (1713 – 1781) Vs. Lázaro Spallanzani (1729 – 1799): Sostuvieron Sostuvieron una un a disputa acerca del origen de los microorganismos microorganismos en caldos de cultivo.

 Needham atribuía la presencia de microorganismos en los caldos de

cultivo a una “fuerza vital”; demostró su experimento colocando caldo de cordero recién retirado del fuego en un tubo de ensayo y cerrado herméticamente; después de algunos días el caldo estaba lleno de microorganismos. c aldo no  Spallanzani adujo que el hervor había sido insuficiente y que el caldo había sido esterilizado adecuadamente, en 1768, realizo una nueva serie de experimentos en los que hirvió entre 30 y 45 minutos frascos que contenían un caldo nutritivo (frascos sellados y otros no), observo que en los frascos sellados no se observo microorganismos y demostró así que la generación espontánea no se producía.

Louis Pasteur en •  A mediados del siglo XIX, Louis

Francia y John Tyndall Tyndall en Inglaterra refutaron la idea del caldo que se transforma en microorganismos.

Se demostró así que ninguna forma de vida puede originarse espontáneamente de la materia inorgánica, sino únicamente de la vida preexistente, éste es el denominado proceso de la BIOGÉNESIS (QUE TODO SER VIVO PROCEDE DE OTRO SER VIVO).

EL ORIGEN QUÍMICO DE LA VIDA • Es la teoría mas aceptada para explicar el origen de la vida, se basa en la hipótesis química expuesta por el ruso A. Oparin y el inglés Haldane en 1923.

• Alexander Oparin fue el primero en proponer la idea que la vida se había formado en la Tierra primitiva, en unas condiciones que no encontramos en la actualidad.

De la atmósfera primitiva se sabe:

 Era pobre en O2: la materia orgánica puede acumularse. ultravioleta solar llegaba hasta la superficie de la  La radiación ultravioleta Tierra (energía para la síntesis de materia orgánica)

 Era rica en CH4, NH3, H2 , H2Ov Además,

 La temperatura

de la Tierra era elevada.

 Gran actividad volcánica.  “Inestable” (impactos de meteoritos) Proponía que en estas condiciones era posible la síntesis de las biomoléculas necesarias para la vida (aminoácidos, bases nitrogenadas, glúcidos, lípidos)

EXPERIMENTO DE UREY Y MILLER En

la década del 50, dicha hipótesis ha podido, en parte, ser confirmada por el químico Miller, Miller, que bajo la dirección de Urey Urey,, simuló en un balón de vidrio la atmósfera primitiva con la mezcla de gases y la sometió a descargas eléctricas, con lo que comprobó presencia de compuestos UTILIZARON: orgánicos. agua (H2O) metano (CH4) amonio (NH3) e hidrógeno (H2)…

 pero no OXIGENO

EXPERIMENTO DE UREY UREY Y MILLER

Todas estas moléculas formadas en los mares primitivos primit ivos se fueron acumulando y aumentando en complejidad (polimerización) creando la “sopa primitiva” que permitió la formación de coacervados (pequeñas gotitas formadas por diferentes diferen tes polímeros en soluciones acuosas, combinaciones de proteínas, azucares, lípidos y ácidos nucleicos).

El último requisito para tener una “célula” es la

existencia de un material genético asociado a los coacervados sobre el cual la selección natural pueda actuar y escoger aquellas combinaciones más idóneas.

Pueden haberse formado por calor o por la ayuda de catalizadores (polifosfatos inorgánicos)

Una

vez que se ha formado un polímero, éste puede influir en la formación de uno nuevo, ya que puede actuar como “molde” en una nueva

reacción de polimerización.

Los

mecanismos de duplicación requieren la presencia de un catalizador, sin éste, la reacción es lenta y poco eficiente, y otras reacciones secundarias podrían interferir, lo cual impediría la formación de réplicas exactas. En los tiempos primitivos, iones metálicos y minerales como la arcilla podrían haber  cumplido la función de catálisis. Pero, lo que es más importante, el propio ARN pudo haber actuado como catalizador.

EVIDENCIA • J. Ferris y coll, del Instituto Politécnico Rensselaer, Nueva York, York, (1993), establecieron que se forman pequeños polímeros de nucleótidos (oligonucleótidos) por medio de catálisis no biológica. El experimento consistió en una disolución acuosa de nucleótidos, nucleótidos, agitada en presencia de montmorillonita. • La montmorillonita es una arcilla natural ácida, que se utiliza en química orgánica como catalizador, catalizador, a la cual se fijan los nucleótidos nucleóti dos antes de reaccionar para formar pequeños polímeros. Es interesante señalar que, en los ácidos nucleicos que se forman, la mayor parte de los nucleótidos se une por medio de enlaces idénticos a los que se encuentran en los RNA y DNA biológicos.

Por lo tanto, la molécula de RNA tiene dos propiedades fundamentales: Lleva

información codificada en una secuencia de nucleótidos, orden que puede transferir  mediante copia Tiene una estructura tridimensional tri dimensional única que determina cómo interaccionar con otras moléculas y cómo responder a las condiciones del ambiente Estas dos propiedades informativa y funcional son fundamentales en la evolución. • La información codificada del ARN es igual al genotipo (información hereditaria), en tanto que la forma expresada es igual al fenotipo expresión de la información genética.

INVESTIGACIONES CIENTIFICAS INVESTIGACIONES QUE SIRVEN DE EVIDENCIA (1) En

la década de 1980, Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sidney Altman de la Universidad de Yale descubrieron que ciertas moléculas pequeñas de ARN, llamadas RIBOZIMAS, actúan como enzimas que catalizan reacciones celulares, entre ellas, la síntesis de más moléculas de ARN y además almacenar  los códigos genéticos.

INVESTIGACIONES CIENTIFICAS QUE SIRVEN DE EVIDENCIA (2)  W.

Gilbert en 1986. “mundo ARN”

 Según

esta hipótesis, el RNA fue el primero que se habría formado, gracias al encadenamiento de nucleótidos, y habría desempeñado, en las células primitivas, el papel de DNA y el de proteínas, debido en particular a que posee una actividad catalítica.  Esta teoría se basa en varias razones: 1.El 1. El RNA tiene actividad catalítica (Ribozimas). 2.Se 2. Se puede replicar. 3.Puede 3. Puede sintetizar proteínas Y en definitiva si el RNA tiene tiene todas las funciones de las macromoléculas de los seres vivos, debe ser  el ancestro. El RNA sería la molécula precursora de la vida

PROTOBIONTE 



Fueron los precursores evolutivos de las primeras células procariotas. Se originaron por la convergencia y conjugación de microesferas de proteínas, carbohidratos, lípidos y otras substancias orgánicas encerradas por membranas lipídicas.

LA EVOLUCION CELULAR PROTOBIONTES 3700 millones de años PROCARIOTAS (heterótrofas anaeróbicas) 3500 millones de años PROCARIOT PROCAR IOTAS AS (autótrofas anaeróbicas) 2500 millones de años Formación atmósfera oxidante 2300 millones de años PROCARIOTAS (aeróbicas) 2200 millones de años EUCARIOTAS 1800 millones de años Atmósfera Atmó sfera oxidante actual 750 millones de años

TEORIA ENDOSIMBIOTICA • Lynn Margulis.- Describe las incorporaciones

simbiogenéticas que se dieron para formar a las células eucariotas a partir de las células procariotas • Según la estimación más aceptada, hace 2.000 millones de años, la vida la componían multitud de bacterias: •  Adaptadas a los diferentes diferentes medios (cambiantes e inestables). • Con diferentes metabolismos usados por las bacterias frente al único usado por los l os pluricelulares: el aeróbico (que usan el oxígeno como fuente de energía; las plantas utilizan dos: aeróbico y fotosíntesis).

Medio anaeróbico

Bacterias fotosintéticas (cianobacterias) incorporando plastos

 Arqueafermentadora  Arqueafermentado ra

Espiroqueta

Medio aeróbico Bacteria respiradora de oxigeno de vida libre(proteobacterias libre(proteobacterias ). Darían origen a las Mitocondrias y

EVOLUCION BIOLOGICA

• Una vez que la vida surge sobre la

Tierra, se nos plantea un nuevo interrogante: ¿Cómo a partir de una sola célula han podido aparecer todas las especies tan diferentes que existen hoy en día?

TEORIAS DE LA EVOLUCION

TEORIAS PREEVOLUTIV PREEVOLUTIVAS: AS: CREACIONISMO FIJISMO CATASTROFISMO TEORIAS EVOLUTIV EVOLUTIVAS: AS: LAMARCKISMO DARWINISMO NEODARWINISMO PRIMITIVO NEODARWINISMO MODERNO O TEORIA SINTETICA TEORÍA SALTACIONISTA O DEL EQUILIBRIO PUNTUADO GRADUALISMO MO FILETICO GRADUALIS

TEORIAS PREEVOLU PREEVOLUTIV TIVAS AS  Teoría

creacionista, el origen de cada una de las especies se debía un acto creador específico. De manera complementaria a esta idea, la teoría fijista sostenía que las especies se mantienen invariables a lo largo del tiempo.  Carl von Linné (1707-1778), sintetizaba así estas teorías: “Hay tantas especies diferentes como formas diversas fueron creadas en un principio por el ser infinito”.  Georges Cuvier  (1769-1832)

también era partidario de la inmutabilidad de las especies. Consideraba que los fósiles eran restos de seres vivos que habían existido en tiempos pasados, pero no de especies antecesoras de los organismos actuales. Para explicar la desaparición de las especies fósiles aplicó la teoría geológica del catastrofismo. Según ésta, durante el transcurso de la historia de la Tierra, habían sucedido varias catástrofes o cataclismos que provocaron la extinción total de ciertas especies.

TEORIAS EVOLUTIV EVOLUTIVAS AS  J.B.

DE LAMARCK (1744-1829) publicó en 1809 la obra Filosofía zoológica, en la que expone su hipótesis sobre la transformación gradual de las especies a lo largo del tiempo, para Lamarck, las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibió el nombre de EVOLUCIONISMO.  Según Lamarck estas transformaciones se debían a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir  mejor (( ADAPT mejor   ADAPT ACIÓN AL MEDIO MEDIO)) y luego esos caracteres se transmitían a sus descendientes, descendientes , apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS.

El ejemplo más explicado por el lamarkismo es el origen del cuello en las jirafas. Según esta hipótesis, el cuello de estos animales se debe al esfuerzo continuo de unos antílopes originales para llegar a las hojas más altas de los árboles. Estos esfuerzos harían que los cuellos se alargaran unos centímetros y pasarían a la descendencia. Después de muchas generaciones, el cuello iría creciendo hasta las dimensiones actuales.

La

CHARLES DARWIN TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN EVOLUCIÓN BIOLÓGICA.- Es el proceso continuo de transformación de las especies a través de cambios producidos en sucesivas generaciones, y que se ve reflejado en el cambio de las frecuencias alélicas de una población. Para la biología, la evolución es un cambio en el perfil genético de una población de individuos dentro de una misma especie. Desde los años 1940, cuando emergió la nueva ciencia de la genética, la evolución ha sido definida más específicamente como un cambio en la frecuencia de alelos entre una generación y la siguiente.

LA TEORÍA DE DARWIN Charles

Darwin (1809-1882) participó entre los años 1831 y 1836 en una expedición científica, que a bordo del barco Beagle dio la vuelta al mundo. Durante Durant e este tiempo, Darwin realizó muchas observaciones que qu e le sirvieron de fundamento para desarrollar su teoría sobre la evolución de las especies. En 1859, Darwin publicó la obra titulada El origen de las especies , donde presentó present ó sus conclusiones sobre la transformación de las especies. Lo hizo al enterarse de que otro naturalista, Alfred Russell Wallace (1823-1913), había llegado a la misma hipótesis.

El darwinismo se basa en los siguientes principios básicos: Las

especies cambian continuamente, aparecen unas y se extinguen otras.  Además, viendo el registro fósil nos damos cuenta que cuanto más antiguo es el fósil, más diferente se presenta respecto a los seres actuales. La evolución es un proceso gradual, continuo continuo.. Existe una gran variabilidad v ariabilidad entre las especies. Ejemplo: Sinsontes (pinzones) de las Galápagos. 

Semillas gruesas y duras

Insectos que viven en grietas

Semillas pequeñas

Semillas muy pequeñas

Pinzones de las Galápagos: Se cree que las catorce especies de pinzones de las islas Galápagos evolucionaron a partir  de una sola. Migraron con toda probabilidad, desde el continente hacia las islas. Sus descendientes, libres para explotar recursos que en condiciones normales habrían tenido que compartir con otras aves, se adaptaron a todos los hábitats (árboles, cactus o suelo) y alimentos (semillas, cactus, frutos o insectos) disponibles. La forma y el tamaño de sus picos

LA EXPLICACION DE DARWIN :

PRUEBAS DE LA EVOLUCION Las pruebas en las que se basa la evolución son las siguientes: • Pruebas biogeográficas • Pruebas paleontológicas • Pruebas anatómicas • Pruebas embriológicas • Pruebas bioquímicas

PRUEBAS PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS PALEONTOLÓGICAS Basadas en los fósiles. Los más antiguos tienen unos 3500 millones de años y corresponden a los estromatolitos.

ESTROMATOLITO

PRUEBAS MORFOLÓGICAS MORFOLÓGICAS Y ANATOMICAS ANATOMICAS Órganos homólogos • Son los que tienen el mismo origen embriológico y, como consecuencia, la misma estructura interna, aunque su forma y función sean diferentes . • Por ejemplo, las extremidades anteriores de los vertebrados. Al adaptarse a diversas funciones (volar, nadar, galopar, excavar, etc) se produce una evolución divergente de las especies que proceden de un antepasado común. Así pues, los órganos homólogos indican un parentesco evolutivo con antepasados comunes.

Órganos análogos • Son los que realizan la misma función, aunque tengan una estructura interna distinta y un origen embriológico diferente. Por ejemplo, son órganos homólogos las alas de un insecto y las de un ave.  Adaptación a una misma función (volar) mediante una evolución convergente.

PRUEBAS BIOGEOGRÁFICAS BIOGEOGRÁFICAS

PRUEBAS EMBRIOLÓGICAS

PRUEBAS BIOQUÍMICAS • Se basan en el estudio comparado de las moléculas de los

organismos de distintas especies. Se observa que cuanto más similares son las características morfológicas entre dos individuos, más parecidas son las moléculas que los constituyen. •  Al comparar moléculas moléculas de distintos organismos, sobre todo de ácidos nucleicos (ADN y ARN), se han observado diferentes grados de parentesco entre ellos y, como consecuencia, se han podido establecer relaciones de procedencia (líneas filogenéticas) entre diversas especies. Además, la presencia de determinadas sustancias (como el ADN, ATP, NADH+, etc.) en todos los organismos se propone como una prueba del origen común de todos los seres vivos.

EVOLUCION DEL SER HUMANO    N E    I D   O    C O    A S   Z E   I C   N    I O    M R   O P    H

En 1824, René Dutrochet fue el primero en establecer que la célula era la unidad básica de la estructura, es decir, que todos los organismos están formados por células. Para 1838 Mathias Schleiden, un botánico de origen alemán, llegaba a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año siguiente, otro alemán, el zoólogo Theodor Schwann extendió las conclusiones de Schleiden hacia los animales y propuso una base celular para toda forma de vida. Finalmente, en 1858, Rudolf Virchow al hacer estudios sobre citogénesis de los procesos cancerosos llega a la siguiente conclusión: "las células surgen de células preexistentes“. La Teoría Celular , tal como se la considera hoy, hoy, puede resumirse en cuatro proposiciones: 1. En principio, todos los organismos están compuestos de células. 2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo. 3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes. 4. Las células contienen el material hereditario.

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