La Vida: ayer, hoy y mañana - Real Academia Sevillana de … · resumir [la historia de la vida en la Tierra] en una película de veinticuatro horas: Un fotograma fugaz, insuﬁciente

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La Vida: ayer, hoy y mañana

Miguel Ángel de la Rosa

Sevilla, 7 Febrero 2017

El milagro de la Vida

La creación de Adán, Michelangelo Buonarroti

Figura 01

Visión egocéntrica del Universo

Figura 02

Eppur si muove

Salviati en el Dialogo sopra i due sistema del mondo (Galileo, 1638): Es mucho más probable que el movimiento diurno se deba a la Tierra sola que no al resto del Universo.

Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

Figura 03

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Vida en el planeta azul

La Tierra vista desde la Luna

Figura 04

Vida en un rincón del Universo

La Tierra

Figura 05

Materia, energía y vida

Las criaturas vendrían a ser como pequeños torbellinos de orden dentro del desorden torrencial del Universo.


Figura 06

El narcisismo del hombre

El narcisismo universal del hombre, el amor a sí mismo, ha sufrido tres serios reveses debido al progreso de la ciencia: 1.  El revés Cosmológico, cuando Copérnico demostró en el siglo XVI que la

Tierra no es el centro del Universo.

2.  El revés Biológico, cuando Darwin demostró en el siglo XIX que el hombre no es superior ni distinto al resto de los animales.

3.  El revés Psicológico, cuando en el siglo XX el hombre ha tenido que admitir que no es dueño y señor ni tan siquiera de su propia mente.

Sigmund Freud (1930)

Figura 07

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Diversidad biológica

Charles Darwin On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859)

Figura 08

La edad de la Tierra

Arzobispo James Ussher de Irlanda (1581-1656) Calculó la edad de la Tierra en base a las genealogías de Adán y Eva listadas en el Génesis, concluyendo que… …la Tierra debió formarse el 22 de Octubre del 4004 a.C.

Figura 09

El origen de la vida

La sopa primordial La molécula de ADN

Figura 10

Los elementos de la materia viva

*

V I I I P G I I I I V V V V I I I I I I

1 2 3 4 5 6 7

H H

Na K

Mg Ca V Cr

Mo Mn Fe Co Ni Cu Zn

B C N O F Si P S Cl

Se Sn I

W *

Figura 11

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En el interior de las estrellas

Combustión de hidrógeno (T ca. 107 K) 4 1 H 1 --- > 2 He 4 Combustión de helio (T ca. 108 K) 2 2 He 4 --- > 4 Be 8 4 Be 8 + 2 He 4 --- > 6 C 12 6 C 12 + 2 He 4 --- > 8 O 16 Combustión de carbono (T ca. 1,4 x 109 K) 2 6 C 12 --- > 10 Ne 20 + 2 He 4 2 6 C 12 --- > 11 Na 23 + 1 H 1 2 8 O 16 -- - > 14 Si 28 + 2 He 4 2 8 O 16 --- > 16 S 32 Combustión de silicio (T ca. 1,8 x 109 K) 14 Si 28 + n 2 He 4 --- > elementos hasta 26 Fe 56

Figura 12

Polvo de estrellas

Las estrellas son los crisoles donde se generan los elementos químicos por fusión nuclear.

Figura 13


Composición elemental de la corteza terrestre

Elemento Porcentaje Elemento Porcentaje (en masa) (en masa) Oxígeno 49,4 Titanio 0,6 Silicio 25,8 Cloro 0,2 Aluminio 7,5 Fósforo 0,12 Hierro 4,7 Manganeso 0,10 Calcio 3,4 Carbono 0,08 Sodio 2,6 Azufre 0,06 Potasio 2,4 Argon 0,04 Magnesio 1,9 Nitrógeno 0,03 Hidrógeno 0,9 _____ _____ Total ≃ 99 Total ≃ 1

Figura 14

Bioelementos

H

O

N

C

H 2

OH 2

NH 3

CH 4

2

O 2

N 2

CO 2

Bioelemento Atmósfera primitiva

Atmósfera actual

OH

Figura 15

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Experimento de Miller y Urey, 1953

calor

descarga eléctrica

frío

NH CH H H

O 3 4

2 2

Figura 16

Los Elementos y Moléculas de la Vida M. Losada, M.A. Vargas, M.A. De la Rosa y F.J. Florencio Editorial RUEDA, Madrid, 1998 (vol. 1) y 1999 (vol. 2)

Experimento de Miller y Urey, 1953

CO

NC

ENTR

ACIÓ

N

TIEMPO (h)

50 100 15000

2

4

6

8NH

(x 100 )

mM

3

aminoácidos (x 1 m )M

HCN (x 10 m )M


Figura 17

Experimento de Juan Oró, 1959

ácido cianhídrico

C N 5 H N

C C

C

N H

N N H

N

2

Adenina

C H C H


Figura 18

Sopa primigenia de Oparin, 1924

En una primera etapa, ciertos tipos de moléculas orgánicas se irían acumulando en las aguas oceánicas hasta formar una especie de “sopa primigenia”. Alexander I. Oparin The Origin of Life


Figura 19

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Vida en condiciones extremas

Cyanidium caldarium (pH ~3, 50ºC) Yellowstone National Park, USA

Figura 20


Sulfolobus acidocaldarius (pH 3, 80ºC) Yellowstone National Park, USA

Figura 21


Aguas termales alcalinas (pH 8 – 8,3) Yellowstone National Park, USA

Synechococcus

Thermocrinis

Chloroflexus

Figura 22

Temperaturas límites para la vida

Figura 23

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Valores de pH límites para la vida

Figura 24

Tres descubrimientos esenciales

La investigación sobre el origen de la vida se basa en tres descubrimientos esenciales:

1.  Las moléculas básicas de la vida se pueden sintetizar en

condiciones prebióticas (experimento de Miller).

2.  Los fosfolípidos forman espontáneamente bicapas lipídicas, componentes de la membrana celular.

3.  Las moléculas de RNA pueden ser seleccionadas al azar por su capacidad para reproducirse (ribozimas).

“Theory, Facts and the Origin of Life” (editorial) Nature Structural & Molecular Biology 12, 101 (2005)

Figura 25

¿Cuándo empieza la vida?

A hen is nothing more than an egg’s way of making another egg. Samuel Butler (1835-1902)


Figura 26

Características diferenciadoras de los seres vivos

1. Complejidad y alto grado de organización

2. Función específica. Por ejemplo: Ácidos nucleicos Información genética y Catálisis Proteínas Estructura y Catálisis Lípidos Estructura y Reserva energética

Carbohidratos Estructura y Reserva energética

3. Extracción y transformación de materia y energía del entorno

4. Reproducción

Figura 27

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¿Cómo surgió la vida?

Sustancias orgánicas del espacio

Sopa prebiótica

Polímeros prebióticos

Origen de la vida

Mundo de ARN

Mundo de proteína/ ADN (bioquímica

moderna)

Reacciones sintéticas abióticas

en la Tierra primitiva

Figura 28

Programa BIOPAN - Vida en el espacio

Exposición de organismos halófilos al espacio exterior

Dunaliella

Synechococcus

Haloarcula en un cristal de NaCl

Figura 29

Evolución basada en un mundo de ARN

Formación de la Tierra

-4,5

Hidrosfera estable

-4,2

Química prebiótica

-4,2 /-4,0

Mundo de pre-ARN

-4,0

Mundo de ARN

-3,8

Vida primitiva ADN/proteína

-3,6

Diversificación de la vida

-3,6 - presente

Los números hacen referencia al tiempo transcurrido (miles de millones de años)

Figura 30

Biodiversidad

La diversidad de microbios en los océanos es el resultado de más de 3,8 miles de millones de años de evolución

Figura 31

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Economía evolutiva: Los colores de la vida

Clorofilas y grupos hemínicos

El anillo tetrapirrólico

Mg

Fe

Figura 32

El grupo hemo

CH

CH

CH

CH

CH

CH

3

3

2

2

H C

H C

3

3

CH CH

CH CH

COOH COOH

2 2

2 2

N N

N N

Fe

Figura 33

La hemoglobina

α1 α2

β2 β1

Figura 34

La hemoglobina

Max Perutz recibió el premio Nobel en

1962 por resolver la estructura de la

hemoglobina (ca. 10.000 átomos)

Figura 35

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Evolución de las globinas

Proteínas con grupo hemo capaces de unir dioxígeno

Soja

Insecto

Tiburón

Gallina

Ballena

Vaca

Vaca

Gallina

Pez

Mono Humano

Mono Humano

Vaca

Gallina

Tiburón Tiburón

Humano

Pez

Leghemoglobina

Mioglobina Hemoglobina

Subunidad α

Subunidad β

Figura 36

Clorofilas

CH

CH

CH

CH

CH R

2

3

3

2

H C

H C

3

3

CH

CH

CO

2

2

H

H

H

COOMe O

N N

N N

Mg

Figura 37

El ciclo básico de la vida

luz

energía biológica

anhídrido carbónico nitrógeno atmosférico nitratos sulfatos fosfatos

H2O + carbohidratos lípidos proteínas ácidos nucleicos

+ O2

fotosíntesis

respiración

Figura 38

5000

4000

3000

2000

1000

0

Antigüedad (millones de años)

Formación de la Tierra (atmósfera primitiva)

Formación del núcleo terrestre

Sistemas oceánicos estables, primeras rocas sedimentarias

Producción biológica de oxígeno

Niveles de O >3% 2

Formación de los continentes actuales

moléculas primitivas (CH4 , NH3 , H2O, H2, SH2 , PH3)

moléculas orgánicas prebiológicas

polímeros prebiológicos

primeras células (heterotróficas, procarióticas)

algas verde-azuladas (autotróficas, procarióticas)

primeras células eucarióticas

metazoos eucarióticos

invertebrados peces reptiles y anfibios, plantas terrestres mamíferos y aves hombre

evol

ució

n qu

ímic

a

y pr

ebio

lógi

ca

evol

ució

n bi

ológ

ica

o da

rwin

iana

Figura 39

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Evolución

Física Química Biológica Social

Figura 40

Los orígenes del hombre

Figura 41

El uso de instrumentos

Figura 42

La línea del tiempo histórico

Era Pre-Cristiana Era Cristiana J.C. Año 0

5.000 / 3.000 aC Aparece la escritura

1453 Caída del

Imperio Romano de Oriente

1789 Revolución Francesa

476 Caída del

Imperio Romano de Occidente

Paleolítico Neolítico Edad Antigua

Edad Media

Edad Moderna

Edad Contemporánea

Edad de los Metales

Mesolítico

PRE-HISTORIA HISTORIA

Figura 43

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De los pictogramas a la escritura

Figura 44

La evolución de la escritura

Figura 45

Jeroglíficos Árabe Chino

Hebreo Escritura cuneiforme

Figura 46

La evolución de la escritura La evolución social: el hombre y la lengua

La historia humana se divide en tres estados sucesivos: Salvajismo, Barbarie y Civilización Lewis Morgan (1818-81)

Atendiendo a su estructura interna, las lenguas se clasifican en: Aislantes (o Silábicas), Aglutinantes y Flexivas August Schleicher (1821-68)

Figura 47

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Taxonomía tripartita de Schleicher

1. Lenguas Aislantes (chino, austronesias) Yuxtaposición de palabras-raíces

2. Lenguas Aglutinantes (alemán, vasco)

Relación gramatical mediante declinaciones

3. Lenguas Flexivas (español, inglés, francés)

Uso de preposiciones y variaciones de la palabra raíz

Miguel de Unamuno Jon Juaristi (2012)

Figura 48

La evolución del hombre y la lengua

Según Miguel de Unamuno: 1.  las lenguas aislantes, primitivas por definición,

corresponderían al periodo indiferenciado de la horda;

2.  las aglutinantes, a las sociedades militares,

3.  y solo las flexivas podrían adaptarse a la complejidad de las sociedades industriales.

Miguel de Unamuno

Jon Juaristi (2012)

Figura 49

La película de la Vida

Imaginemos que pudiéramos resumir [la historia de la vida en la Tierra] en una película de veinticuatro horas: Un fotograma fugaz, insuficiente para impresionar siquiera la retina de nuestros ojos, mostraría a Adán y a Eva en el paraíso. Los muchos milenios de civilización humana, desde la prehistoria hasta el siglo actual, los "dilatados" imperios persa, egipcio, griego, romano y árabe tan sólo ocuparían décimas de segundo de nuestra película. Las Fronteras del Conocimiento

Miguel A. de la Rosa (1996) Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

Figura 50

Las Fronteras del Conocimiento Miguel A. de la Rosa (1996)

Addison Wesley, Wilmington, Delaware, USA

La película de la Vida

¿Evolucionará la especie humana hasta dar origen a nuevos seres más inteligentes y complejos?

Figura 51

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El hombre biónico

Espoleados por la escasez de órganos para trasplantes, los bioingenieros, biólogos celulares y médicos clínicos están combinando sus talentos para diseñar órganos de repuesto para el ser humano. Marc Lavine et al. (2002) Science 295, 995

Figura 52

Descubrimiento de Keppler-186f

Figura 53

Exploración espacial - ¿especiación alopátrica?

Figura 54

El paso hacia el Hombre

Quizá lleguemos a ser una especie de ingeniosos monos que han diseñado computadores aún más ingeniosos para realizar el trabajo real del Universo. Clair E. Folsone (1985) El origen de la vida


Figura 55

Documents

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