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Origen de la vida–Teoría endosimbiótica Evolución microbiana

Curso Fundamentos de la Microbiología

Prof. Débora Alvarado Iparraguirre



Temas a tratar

Origen de la vida Teoría endosimbióticaMétodos para determinar relaciones

evolutivas.Evolución microbiana



Origen de la vida



La vida comenzó sobre una Tierra jóven

La Tierra se formó hace cerca de4.6 billones de aos.

La primera atmósfera fuema!ormente "#.

La segunda atmósfera $luego de%ue el "# escapara& estaba

constituída por 'O#( )#( "#*( "#O( !posiblemente '"4 ! )"+.



Los organismos celulares primitivos!a estaban presentes a unos pocoscientos de millones de aos luego de%ue la corte,a terrestre se enfriara.

Los primeros organismos fueronprocariontes primitivos.

-robablemente heterótrofos %ue

aparecieron hace cerca de +.billones de aos.

Cuando apareció la vida?



Panspermia?



La Tierra temprana era anó/ica ! muchom0s caliente %ue la Tierra actual.Los primeros compuestos bio%uímicos

debieron ser hechos por síntesis abiótica

%ue dio las condiciones para el origende la vida.

Cómo se originó la vida?



Cómo se originó …? Oparín

Oparin( publicó 1El Origen de la 2ida1 en 3#4! una segunda versión revisada en 3+6. Teoría La vida surgió a partir de los coacervados %ue se

originaron como resultado de las emanacionesvolc0nicas %ue reaccionaban con el agua paraproducir sustancias org0nicas.

)o convenció a la comunidad cientí5ca por%ue

no había pruebas de sus a5rmaciones.



Cómo se originó …? Miller

Los e/perimentos de *tanle! Millermostraron %ue la vida en la tierra podríahaber surgido a partir de moléculasorg0nicas.

3+ Miller tenía #+ aos ! era estudiantede pregrado en la 7niv. de 'hicago.

Miller probó la propuesta de Oparin 8"aldane moléculas org0nicas podían surgir

espont0neamente en un ambiente reducido.



El Experimento de Miller

9esultado se produ:eron m0s de #;amino0cidos



El primer material genético y lasenzimas pueden haber sido ambas RNA

'ortas moléculas de 9)< puedenensamblarse espont0neamente$sin en,imas&

*i el 9)< es adicionado a unasolución conteniendo moléculas de9)<( se forman espont0neamentebandas complementarias.

9ibo,imas moléculas de 9)< %ue

pueden funcionar como en,imas$podrían ser primeros estadostransicionales entre 9)< !en,imas&



MecanismosPosibles

deevoluciónde la vida



Cooperativas moleculares encerradas enmembranas pueden haber precedido lasprimeras células.

-rotobionte colección demoléculas abióticamentecreadas dentro de una

membrana. Los protobiontes pueden

formarse espont0neamenteen el laboratorio.*i dentro de la burbu:a lipídica estaba contenido el

9)< autoreplicativo( la selección natural podríahaber dado forma a sus propiedades.

'onforme el tiempo pasaba podían haberse hechom0s ! m0s comple:os.



Esquema dela

generaciónde energía

en una célula



En la 5gura( rocassedimentarias de*ud0frica !<ustralia %ue

albergan los m0svie:osmicrofósilesconocidos. -robablemente

bacteriasfotosintéticasano/igénicas.

Registro geológico de fotosíntesis



Cronómetro evolutivo

• Hace 2.7 billones de años evolucionó algo parecido a unacianobacteria.

Producto del intercambio genético entre una bacteria verde ypúrpura.

Ésta se incrementó tremendamente en la biósfera.



Teoría endosimbiótica



La célula eucarióntica se originóprobablemente como una comunidad

de procariontes =ste es un punto de vista ampliamente

aceptado tiene dos procesos. Envolvimiento de membranas >ando lugar a un sistema de endomembranas.

Endosimbiosis Mitocondria ! cloroplastos fueron en un

tiempo procariontes de vida libre. ?ueron engolfados por células eucariónticas. Las mitocondrias ! cloroplastos tienen >)<

%ue se aseme:a al procariótico.



ynn !argulisSerial Endosymbiosis Theory, SET

"#n primer lugar$ un tipo de bacteria amante del a%ufrey del calor$ llamada ar&ueobacteria fermentadora 'o

termoacidófila($ se fusionó con una bacteria nadadora.)untos$ los dos componentes integrados de la fusiónse convirtieron en el nucleocitoplasma$ la sustanciabase de los ancestros de las células animales$vegetales y fúngicas. #ste temprano protista nadadorera$ como sus descendientes actuales$ un organismo

anaerobio. #nvenenado por el o*+geno$ viv+a enarenas y lodos donde abundaba la materia org,nica$en grietas de las rocas$ en c-arcos y estan&ues dondeeste elemento estaba ausente o era escaso.Una revolución en la Evolución$ /ap.0 Individualidad

por incorporación.1



Teoría Endosimbiótica

•Los ancestros de lamitocondria fueron bacterias%ue re%uerían O2.

•Los ancestros de los

cloroplastos fueron bacterias



utaevolutiva a

partir deprocariontes



Metodos para Determinar lasrelaciones Evolutivas



#l ,rbol de la vida de #rnstHaec3el 'mediados del siglo 454(

6rbol de la vida después de larevolución oesiana '89s$ siglo 44(



La construcción del 0rbolde la vida se basa enhipótesis evolutivas



Plantean hipótesis de evolución.

Determina relaciones de parentesco entre lasespecies o filogenia.

Compara la secuencia de moléculas(cronómetros evolutivos) y establece larelación entre ellas

Las secuencias de las moléculas son el registrohistórico de la evolución

Caracteres Filogenéticos



Propiedades de un cronómetroevolutivo

Distribución universal (presente en todos losorganismos)

Función homóloga en todos los organismos

Secuencias con zonas altamente conservadas para distancias evolutivas grandes(alineamiento) y algunas zonas variables

Ausencia de transferencia horizontal.

Cantidad de información suficiente.



•!"r# $%& '% y *% (Carl +oese)•,actor de -longación u

•%ubunidad beta de Pasa

•!ec

•/enes funcionales.

Moléculas usadas en ladeterminación de relaciones

filogenéticas de organismos



En qué se basan las relacionesfilogenéticas?

Las diferencias en las secuencias denucleótidos ! amino0cidos demacromoléculas similares

funcionalmente $homólogos& est0n enfunción de su distancia evolutiva.



Distancia evolutiva

:e ; <$ ocurren tresdiferencias de un total

de =2> as+ ? @ 9$2A =2

Alineamiento de secuencias y análisis

Organismo Secuencia Análisis







Topologías de árboles



Evolución Microbiana



Los procariontes han habitado latierra por billones de años.

El registro fosilífero muestraabundantes procariontes

hace +.@ billones de aos Los fósiles m0s f0ciles de

identi5car corresponden acianobacterias.

-ero no fueron lasprimerasA



Escenario de la evolución del metabolismo anaerobio.La Becha representa el proceso endosimbiótico %ue da

origen a la mitocondria

0,

1

1

10

20

C O#



Estromatolitos (camas de piedra)modernos

Modern stromatolites in thehpersaline part o! "har# $a,

%estern &ustraliaD =stos dominan las rocas antiguas ! proveen un

registro indirecto de fotosíntesis o/igénica.D "o! estas estructuras est0n limitadas a ambientese/tremos por%ue estas masas org0nicas serían deotro modo devorado por los animales.

"tromatolites are fossili,edmicrobial mats trapped insediments



D

Masas de bacterias ! algasfotosintéticas crecen capa porcapa para producir losestromatolitos

D 'omparando los stromatolitosantiguos con los modernos( seha concluido %ue los antiguoseran bacterias 5lamentosas

fototró5cas %ui,0s relacionadasa la bacteria verde noa,ufrada( Chlorofexus.

•



ermanF?ranG #;;+9es Microbiol 343HI

364

Evolución de

las víasmetabólicasde lafotosíntesiso/igénica !

la 5:ación de)# $pornitrogenasa&en

cianobacterias



La pe%ueacantidad de O#producido porfotólisis no era

su5ciente para laconstrucción de laatmósfera. La 5gura muestra

el per5l vertical de

O# e "# en laatmósfera primitiva*ólo la fotosíntesis pudo haber producido el O#

necesario para crear la atmósfera del planeta.



Diversificación Microbiana

Hace B 2.7 billones de años$ las estirpes decianobacterias desarrollaron un fotosistema &uepod+a usar H2C en lugar de H2D$ generando C2

Por 2.E billones de años$ las concentraciones deC2 se elevaron a = parte por millón dando inicio alGreat Oxidation Event.

#l C2 no pod+a acumularse -asta &ue reaccionó

con abundantes materiales reducidos presentesen los oceanos 'eF.$ GeD$ GeD2(



Formaciones de bandas o capas de fierro

ocassedimentarias

laminadas>caracter+stica

predominante en el

registro geológico

'ron o(ides



El O+ es formado poro/idación de lamolécula de O# por la

lu, u otra radiación. La presencia de O+

permitió el desarrollode organismoseucariónticos enecosistemasterrestres.



#l genoma eucarionte contiene dos Fuegos de genes procariontes defuncionalidad diferente$ operacionales vs informativos> un Fuego derivó de las

ar&ueas y el otro de las bacterias ')osep- 299a(.



a -istoria delos procariontes

constituye dostercios de la-istoria de lavida sobre la

tierra.

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