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Origen de la vida–Teoría endosimbiótica Evolución microbiana
Curso Fundamentos de la Microbiología
Prof. Débora Alvarado Iparraguirre
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Temas a tratar
Origen de la vida Teoría endosimbióticaMétodos para determinar relaciones
evolutivas.Evolución microbiana
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Origen de la vida
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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 $luego de%ue el "# escapara& estaba
constituída por 'O#( )#( "#*( "#O( !posiblemente '"4 ! )"+.
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Los organismos celulares primitivos!a estaban presentes a unos pocoscientos de millones de aos luego de%ue la corte,a terrestre se enfriara.
Los primeros organismos fueronprocariontes primitivos.
-robablemente heterótrofos %ue
aparecieron hace cerca de +.billones de aos.
Cuando apareció la vida?
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Panspermia?
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La Tierra temprana era anó/ica ! muchom0s caliente %ue la Tierra actual.Los primeros compuestos bio%uímicos
debieron ser hechos por síntesis abiótica
%ue dio las condiciones para el origende la vida.
Cómo se originó la vida?
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Cómo se originó …? Oparín
Oparin( publicó 1El Origen de la 2ida1 en 3#4! una segunda versión revisada en 3+6. Teoría La vida surgió a partir de los coacervados %ue se
originaron como resultado de las emanacionesvolc0nicas %ue reaccionaban con el agua paraproducir sustancias org0nicas.
)o convenció a la comunidad cientí5ca por%ue
no había pruebas de sus a5rmaciones.
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Cómo se originó …? Miller
Los e/perimentos de *tanle! Millermostraron %ue la vida en la tierra podríahaber surgido a partir de moléculasorg0nicas.
3+ Miller tenía #+ aos ! era estudiantede pregrado en la 7niv. de 'hicago.
Miller probó la propuesta de Oparin 8"aldane moléculas org0nicas podían surgir
espont0neamente en un ambiente reducido.
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El Experimento de Miller
9esultado se produ:eron m0s de #;amino0cidos
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El primer material genético y lasenzimas pueden haber sido ambas RNA
'ortas moléculas de 9)< puedenensamblarse espont0neamente$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$podrían ser primeros estadostransicionales entre 9)< !en,imas&
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MecanismosPosibles
deevoluciónde la vida
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Cooperativas moleculares encerradas enmembranas pueden haber precedido lasprimeras células.
-rotobionte colección demoléculas abióticamentecreadas dentro de una
membrana. Los protobiontes pueden
formarse espont0neamenteen el laboratorio.*i dentro de la burbu:a lipídica estaba contenido el
9)< autoreplicativo( la selección natural podríahaber dado forma a sus propiedades.
'onforme el tiempo pasaba podían haberse hechom0s ! m0s comple:os.
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Esquema dela
generaciónde energía
en una célula
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En la 5gura( rocassedimentarias de*ud0frica !<ustralia %ue
albergan los m0svie:osmicrofósilesconocidos. -robablemente
bacteriasfotosintéticasano/igénicas.
Registro geológico de fotosíntesis
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Cronómetro evolutivo
• Hace 2.7 billones de años evolucionó algo parecido a unacianobacteria.
Producto del intercambio genético entre una bacteria verde ypúrpura.
Ésta se incrementó tremendamente en la biósfera.
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Teoría endosimbiótica
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La célula eucarióntica se originóprobablemente como una comunidad
de procariontes =ste es un punto de vista ampliamente
aceptado tiene dos procesos. Envolvimiento de membranas >ando lugar a un sistema de endomembranas.
Endosimbiosis Mitocondria ! cloroplastos fueron en un
tiempo procariontes de vida libre. ?ueron engolfados por células eucariónticas. Las mitocondrias ! cloroplastos tienen >)<
%ue se aseme:a al procariótico.
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ynn !argulisSerial Endosymbiosis Theory, SET
"#n primer lugar$ 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
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Teoría Endosimbiótica
•Los ancestros de lamitocondria fueron bacterias%ue re%uerían O2.
•Los ancestros de los
cloroplastos fueron bacterias
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utaevolutiva a
partir deprocariontes
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Metodos para Determinar lasrelaciones Evolutivas
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#l ,rbol de la vida de #rnstHaec3el 'mediados del siglo 454(
6rbol de la vida después de larevolución oesiana '89s$ siglo 44(
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La construcción del 0rbolde la vida se basa enhipótesis evolutivas
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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
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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.
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•!"r# $%& '% y *% (Carl +oese)•,actor de -longación u
•%ubunidad beta de Pasa
•!ec
•/enes funcionales.
Moléculas usadas en ladeterminación de relaciones
filogenéticas de organismos
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En qué se basan las relacionesfilogenéticas?
Las diferencias en las secuencias denucleótidos ! amino0cidos demacromoléculas similares
funcionalmente $homólogos& est0n enfunción de su distancia evolutiva.
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Distancia evolutiva
:e ; <$ ocurren tresdiferencias de un total
de =2> as+ ? @ 9$2A =2
Alineamiento de secuencias y análisis
Organismo Secuencia Análisis
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Topologías de árboles
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Evolución Microbiana
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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
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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#
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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
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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.
•
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ermanF?ranG #;;+9es Microbiol 343HI
364
Evolución de
las víasmetabólicasde lafotosíntesiso/igénica !
la 5:ación de)# $pornitrogenasa&en
cianobacterias
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La pe%ueacantidad de O#producido porfotólisis no era
su5ciente para laconstrucción de laatmósfera. La 5gura muestra
el per5l vertical de
O# e "# en laatmósfera primitiva*ólo la fotosíntesis pudo haber producido el O#
necesario para crear la atmósfera del planeta.
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Diversificación Microbiana
Hace B 2.7 billones de años$ 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(
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Formaciones de bandas o capas de fierro
ocassedimentarias
laminadas>caracter+stica
predominante en el
registro geológico
'ron o(ides
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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.
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#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(.
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