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El origen y evolución de la
vida
M.Sc. Cindy Rodríguez Arias
Origen del
Universo
En el tiempo cero toda la materia y el espacio estaban comprimidos en un volumen caliente y denso cerca del tamaño del Sol
Este estado solo duró un instante
Luego vino la gran explosión (big bang) que produjo una distribución estupenda y casi instantánea de materia y energía
Un minuto después las temperaturas descendieron miles de millones de grados
Las reacciones de fusión dieron lugar a la mayoría de los elementos ligeros
En los miles de millones de años siguientes las partículas chocaron entre sí y se condensaron bajo la fuerza de gravedad para dar lugar a las estrellas
Las reacciones de fusión nuclear en su interior originaron enormes cantidades de calor y luz
Las estrellas más densas promovieron la formación de los elementos más pesados y liberándolos en explosiones al final de sus vidas
Las nubes de polvo resultantes de antiguas explosiones dieron origen al Sol y los planetas de nuestro sistema solar
Origen del Universo
La vida constituye una continuidad
magnífica de evolución física y química
en el universo, en las galaxias y estrellas
y en el planeta Tierra
Origen de la Tierra
Nebulosa
Al contraerse originó el sistema solar
La atracción de la materia dio lugar a los planetas
Formación de la Tierra:
Se formó el núcleo de hierro, níquel y otros materiales pesados que se fundieron
Los materiales más ligeros flotaron en la superficie formando el manto y la corteza
Hace 4 mil millones de años la corteza era delgada y la temperatura muy alta
La primera atmósfera
Hidrógeno gaseoso, nitrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono
No había oxígeno libre. Reaccionaba de inmediato con otros elementos
El agua al principio permanecía en estado gaseoso, cuando la temperatura bajó, la lluvia erosionó las sales de las rocas y se acumuló formando los primeros mares
Gracias a la acumulación de l agua líquida se pudieron formar las primeras membranas
Síntesis de Compuestos
orgánicos
La tierra primitiva tenía los precursores de las moléculas orgánicas
La energía solar, los rayos o el calor expulsado de la corteza favorecieron que se combinaran y formaran moléculas orgánicas
Esto fue comprobado por S. Miller: mezcló agua, metano, hidrógeno y amoniaco en una cámara de reacción y la expuso a descargas eléctricas: en menos de una semana se formaron aminoácidos y otros compuestos orgánicos pequeños
En otros experimentos se formaron espontáneamente glucosa, ribosa, desoxiribosa, y otros azúcares a partir de formaldehído, y adenina a partir de cianuro de hidrógeno
También se han logrado sintetizar sistemas autorreplicables de ARN, enzimas y coenzimas
Además se ha logrado la formación espontánea de lípidos y membranas de lípidos y proteínas con algunas de las propiedades de las membranas celulares
Síntesis de Compuestos
orgánicos
Surgimiento de las primeras células
vivas
Origen de los agentes del
metabolismo
Durante los primeros 600 millones de años de la Tierra, las enzimas, el ATP y otros compuestos orgánicos podrían haberse ensamblado espontáneamente
Esa estrecha asociación promovió las interacciones químicas y el inicio de las vías metabólicas
Las vías metabólicas evolucionaron debido a la competencia química por los recursos limitados de moléculas orgánicas acumuladas por los procesos geológicos naturales
Surgimiento de las primeras células
vivas
Origen de los sistemas autoreplicables
Reproducción: característica que define la
vida
El primero pudo haber sido el ARN. Claves:
• ARN, enzimas y otros factores son necesarios
para la traducción de proteínas
• Al mezclar y calentar precursores de
ribonucleótidos y cadenas cortas de grupo fosfato,
se autoensamblan y forman cadenas simples de
ARN
• El ARNr tienen actividad catalítica
• Los ribosomas son estructuras altamente
conservadas desde los procariontes
Surgimiento del ADN:
Es una molécula mucho más estable que el ARN
Se replica con facilidad
Su forma helicoidal es la mejor manera de empacar un mayor número de subunidades en menos espacio
Aún no se conocen los ancestros
químicos del ADN y ARN
Surgimiento de las primeras células
vivas
Origen de los sistemas autoreplicables
Se pueden formar sacos membranosos simples de manera espontánea:
Al calentar aminoácidos se formaron cadenas similares a proteínas que luego se ensamblan en esferas pequeñas y estables, con permeabilidad selectiva. Además pueden recoger lípidos de los alrededores y formar una capa mixta
Combinando ácidos grasos y glicerol se forman lípidos de cola larga que se autoensamblan dando lugar a pequeños sacos llenos de agua, similares a membranas
Surgimiento de las primeras células vivas
Origen de las primeras membranas
plamáticas
Surgimiento de las primeras
células vivas
Es posible que así surgieran las protocélulas: sacos membranosos simples que rodearon y protegieron del medio ambiente a las moléculas patrón que contenían información y a las reacciones del metabolismo
Nanobios: descubiertos en las profundidades de la Tierra a temperaturas muy altas. Son diez veces más pequeños que las bacterias más pequeñas. Tienen una membrana que encierra ADN y otros compuestos orgánicos y son capaces de crecer
Origen de las células
procariontes
Las primeras células vivas se originaron en el eon Arcaico, hace 3.8 a 2.5 miles de millones de años
Quizá en zonas intermarea o respiraderos hidrotérmicos
Según los fósiles, eran similares a las bacterias: procariotas (sin núcleo)
En ausencia de oxígeno, obtenían energía por fermentación
Los procesos geológicos habían enriquecido los mares con compuestos orgánicos: había alimento disponible, no había depredadores
Las estructuras celulares no se oxidaban
Evolución de los Procariontes
Algunas poblaciones de los primeros procariontes
divergieron en dos sentidos principales:
• Uno dio origen a las Eubacterias
• Otro originó el ancestro común de las
Arqueobacterias y Eucariontes
Primeros organismos
fotosintéticos
Hace cerca de 3.5 a 3.2 miles de millones de años, en algunas eubacterias anaerobias evolucionaron los sistemas de transferencia de electrones y otros mecanismos metabólicos
Fueron las primeras en practicar la vía cíclica de la fotosíntesis usando la energía solar como fuente ilimitada de energía
Sus descendientes dominaron el mundo durante casi 2 mil millones de años
Sus abundantes poblaciones formaron estromatolitos: tapetes que recolectan sedimentos y se endurecen por depósitos de carbonato de calcio
Origen de la Atmósfera con
oxígeno libre
En el eon Proterozoico (hace 2.5 miles de millones de años) surgió la vía no cíclica de la fotosíntesis, que produjo como subproducto el Oxígeno
La acumulación del oxígeno tuvo dos efectos irreversibles:
• La atmósfera rica en oxígeno detuvo el origen químico de las células vivas: los compuestos orgánicos complejos dejaron de formarse espontáneamente y de resistir a los ataques del oxígeno
• La respiración aerobia se transformó en la vía de liberación de energía predominante: esto contribuyó a que surgieran eucariontes multicelulares e invadieran entornos muy lejanos
Origen de las células
eucariontes
En el Proterozoico, hace 2.1 miles de millones de años
Existen fósiles de 900 millones de años de antigüedad (algas, hongos y esporas de plantas)
Una de sus características es la presencia de organelos, cuyo origen pudo ser por mutaciones genéticas y selección natural, sin embargo algunos investigadores favorecen la evolución por medio de endosimbiosis
Origen del núcleo y el retículo
endoplasmático
Algunos procariontes tienen repliegues de la membrana plasmática donde se incorporan enzimas y otros agentes metabólicos
En los precursores de los eucariontes estos repliegues podrían haber servido como canales hacia la superficie y dar origen al retículo endoplasmático (RE) y a la cubierta nuclear
Estos servían de protección para los genes y productos proteicos contra sustancias extrañas
También permitió la copia y lectura de los mensajes genéticos vitales sin competir con genes extraños que podían entrar a la célula mediante plásmidos
Además, los canales del RE quizá hayan protegido a las proteínas y otras moléculas de la célula de los “huéspedes” metabólicamente hambrientos: células extrañas que con el tiempo fueron residentes permanentes
Origen del núcleo y el retículo
endoplasmático
Teoría de la Endosimbiosis
Es muy probable que surgieran asociaciones accidentales entre diversas especies de procariontes en incontables ocasiones en los linajes que dieron lugar a las células eucariontes
Algunos huéspedes pudieron dar origen a las mitocondrias, cloroplastos y otros organelos
En los casos de endosimbiosis una especie (el invitado) pasa todo su ciclo de vida dentro de otra especie (el huésped). Esto beneficia a uno o ambos
Luego de la acumulación del oxígeno en algunos grupos de bacterias evolucionó un sistema de transferencia de electrones en la membrana plasmática que donaba electrones al oxígeno: pudieron extraer energía de compuestos orgánicos por respiración aerobia
Probablemente hace 1.2 miles de millones de años, los precursores de los eucariontes hayan englobado bacterias aerobias como alimento por fagocitosis
Las bacterias resistieron la digestión, crecieron, se multiplicaron en este entorno lleno de alimento, y liberaron un exceso de ATP, aprovechado por sus huéspedes
Formaron las mitocondrias
Teoría de la Endosimbiosis
Evidencia de la endosimbiosis
Las mitocondrias son como las bacterias en tamaño y estructura y cada una replica su propio ADN en forma circular y se divide por fisión binaria independientemente de la célula huésped
La membrana mitocondrial interna es como la membrana plasmática bacteriana
El código genético del ADN mitocondrial tiene unos pocos codones únicos que no aparecen en el código genético de las células vivas y que se traducen en proteínas necesarias para las tareas mitocondriales
Tiene ribosomas similares a los de las bacterias
Los cloroplastos podrían ser descendientes modificados de bacterias fotosintéticas productoras de oxígeno
Las bacterias aerobias depredadoras las englobaron
Escaparon a la digestión, absorbieron nutrientes del huésped y continuaron funcionando
Promovieron la endosimbiosis al suministrar oxígeno a sus huéspedes
Teoría de la Endosimbiosis
Los cloroplastos se asemejan a algunas eubacterias en su metabolismo y secuencia de ácidos nucleicos
Su ADN es autoreplicable y se dividen independientemente de la célula
Varios tipos de cloroplastos difieren en forma y pigmentos fotosintéticos, igual que las bacterias
Pueden haberse originado diversas veces en los distintos linajes
Evidencia de la endosimbiosis
Resumen de la Teoría
Endosimbiotica
Primeros eucariontes
Las primeras células eucariontes fueron Protistas
Gracias a sus eficaces estrategias metabólicas experimentaron rápidas divergencias y radiaciones adaptativas
En un periodo breve, algunos de sus descendientes dieron lugar a plantas, hongos y animales
Eras geológicas
En geología, era se refiere a un periodo de tiempo extremadamente largo, millones de años, que abarca importantes procesos geológicos y biológicos.
Tres Eras han ocurrido en la historia de la tierra: Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica y son parte del Eon Fanerozoico (542 Ma hasta el presente)
Las eras son sub-divisiones de los eones, definidas a partir de grandes discordancias que señalan el inicio de distintos ciclos orogénicos.
Un eón es cada uno de los períodos en que se considera dividida la historia de la Tierra desde el punto de vista geológico y paleontológico.
Era Paleozoica
Era Paleozoica
Más de 290 millones de años de duración,
Se divide en seis períodos:
• Cámbrico: la vida animal en los mares.
• Ordovícico: uno de los periodos más fríos, gran extinción
• Silúrico: primer animal de respiración aérea
• Devónico: predominio de la vida animal; aparecen peces con escamas duras.
• Carbonífero: aparecen grandes bosques de helechos y los primeros insectos voladores.
• Pérmico: aparecen los anfibios; al final del Pérmico ocurre la primera gran extinción (Extinción masiva del Pérmico-Triásico).
Se formó el supercontinente Gondwana
Evolucionaron la mayoría de los filos de
animales en el mar, desde esponjas hasta
vertebrados sencillos
Tenían cuerpos aplanados y la mayoría floreció
sobre o entre los sedimentos del fondo del mar
En el periodo cámbrico hubo una explosión de
diversidad
Era Paleozoica
Era Mesozoica
La Era Secundaria, también llamada Era Mesozoica o Mesozoico, fue un periodo de la Tierra que se inició hace 251,0 ± 0,4 millones de años y finalizó hace unos 65,5 ± 0,3 millones de años.[1] Se llama mesozoico porque se encuentra entre dos eras, la Era Primaria y la Era Terciaria.
En esta era desaparecieron grandes grupos de animales como los trilobites, graptolites y peces acorazados. Los invertebrados característicos de este período fueron los Amonites, de caparazón con forma de caracol, y los belemnites, más pequeños y con el caparazón alargado y puntiagudo, entre otros equinodermos, braquiópodos y cefalópodos. Se desarrollaron ampliamente los vertebrados, sobre todo los reptiles, por lo que a la Era Secundaria se le llama también la Era de los reptiles o Era de los dinosaurios.
En esta era aparecen también los mamíferos, las aves, y las angiospermas o plantas con flores.
El mesozoico se divide en tres periodos:
Triásico
Jurásico
Cretácico
Era Cenozoica
Se denomina Era Terciaria, Era Cenozoica o Cenozoico —que en idioma griego significa "animales nuevos"— a una era geológica que se inició hace unos 65 millones de años y se extiende hasta la actualidad. Dentro del cenozoico en último período es el Cuaternario o Neozoico.
Durante la Era Terciaria sucede el gran plegamiento que formó las cordilleras actuales como los Alpes, Andes e Himalayas.
Al Cenozoico también se le llama la era de los mamíferos los que, al extinguirse los dinosaurios, a finales del Cretácico, pasaron a ser la fauna característica. Hace unos 30 millones de años surgieron los primeros primates superiores (los más primitivos estaban ya presentes hace 65 millones de años), aunque el Homo sapiens no apareció hasta hace unos doscientos mil años.
