EL ORIGEN DE LA VIDA• ORIGEN DEL UNIVERSO • El ORIGEN DE LA

TIERRA• EL PROBLEMA DE LA

GENERACIÓN ESPONTÁNEA

• HIPÓTESIS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA

• EXPERIMENTO DE MILLER

• FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS CÉLULAS

• LOS ORÍGENES DE LA MULTICELULARIDAD.

La lógica molecular de los organismos vivos

(Lehninger)Los sujetos vivos están formados por materia inanimada, ¿cómo funcionan las biomoléculas?Atributos particulares:

Alta complejidad y organizaciónEspecificidad funcional (a veces por componentes)Extracción, transformación y utilización de enegía (nutrientes o luz solar)Transporte de membranasMantenimiento de estructurasLocomociónAutorreplicación

La mayor parte de los componentes químicos en organismos vivos son compuestos orgánicos (en base al carbono, con enlaces covalentes con otros carbonos, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno).

TIEMPO BIOLÓGICO

¿Cómo se formaron los seres vivos?

EL PROBLEMA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA.

DESDE LA ÉPOCA DE LOS GRIEGOS SE PENSABA QUE ALGUNOS SERES VIVOS SE ORIGINABAN ESPONTÁNEAMENTE.

ARISTÓTELES Propuso la idea que “Ciertas porcionesde materia contienen un Principio activo que sería capaz de producir un ser vivo cuando lascondiciones fueran adecuadas

“ Tales son los hechos; todas las cosas se originan no sólo del apareamiento de los Animales, sino también de la descomposición de la tierra… Y entre las plantas la materia procede de la misma manera; a veces se desarrolla a partir de semillas; otras Como por generación espontánea mediante fuerzas naturales; se originan a partir de tierra en descomposición o de ciertas partes de las plantas...”

ORIGEN DE LA VIDA La teoría de la Generación Espontánea llegó aceptarse ampliamenteLos griegos creían que la plaga de ratones que aparecía después que se retiraba el

Nilo, se formaban a partir del légamo que quedaba por acción del sol.

En el S XIII la gente creía que los gansos se originaban de ciertos abetos que habían tenido contacto con el agua de mar.

Viajeros del oriente contaban de ciertos árboles que tenían frutos parecidos a los melones, que contenían carneros totalmente formados.

En el Siglo XVI , Paracelso, describió una serie de observaciones referente a la generación espontánea de ratones, ranas, anguilas y tortugas a partir de agua, aire, paja, madera en descomposición y otros materiales.

En el siglo XVII, Jean Baptiste Van Helmont, un médico belga, llegó a describir una receta para producir ratones en 21 días, partiendo de una camisa sucia puesta en contacto con granos de trigo.

BIOGÉNESIS: Un desafío a la generación espontánea

F. REDI: Somete a verificación la idea de la generación espontáneaA mediados del siglo XVII planteó su discrepancia con la idea de la generación espontánea en un libro llamado “EXPERIMENTOS EN LA GENERACIÓN DE LOS INSECTOS”

“Y aunque sea materia de observación diaria, la producción de un número infinito de gusanos en los cuerpos muertos y en las plantas en descomposición, Yo me siento inclinado a creer que esos gusanos se han producido todos por inseminación (reproducción sexual) y que la materia en putrefacción en la cual son encontrados, no tienen otro oficio que el de sevir como un sitio adecuado o nido donde los animales depositan sus huevos en la época de apareamiento, y en el cual ellos también encuentran alimentos”

EXPERIMENTO DE REDI“ Vana sería la creencia sin la confirmación de un experimento, por eso, a mediados del mes de julio, coloqué una serpiente, algunos peces, algunas anguilas del Arno y un trozo de carne de ternera en cuatro frascos grande de boca ancha, después de haberlos cerrado y sellado llené el mismo número de frascos de igual manera, sólo que en este caso los dejé abiertos.

No pasó mucho tiempo antes que la carne y el pescado del segundo grupo de frascos se llenaron de gusanos y de moscas, las cuales se podían ver entrando y saliendo; sin embargo, en los frascos cerrados no se veía ni un gusano, aun cuando habían pasado muchos días desde que se habían puesto dentro los peces muertos.”

NEEDHAM Y SPALLANZANI someten a verificación la idea de la generación

espontáneaEl descubrimiento del microscopio proporciona nuevas evidencias

En 1745 John Needham, en Londres presentó nuevo apoyo a la generación espontánea con una serie de experimentos ingeniosos, en los que usó líquidos que contenía pequeñas partículas de alimentos, tales como caldo de pollo o jugos vegetales. Calentó el líquido y lo colocó en un tubo de ensayo, luego selló el tubo de manera que no le entrara más aire, y lo calentó nuevamente. Después de unos días, en el líquido pululaban pequeños organismos. Needham trató de la misma manera una variedad de líquidos y encontró que obtenía los mismos resultados. Interpretó esos resultados como un apoyo para su hipótesis básica de que, en efecto, la generación espontánea ocurría.

NEEDHAM Y SPALLANZANI NEEDHAM Y SPALLANZANI someten a verificación la idea de la generación espontáneasometen a verificación la idea de la generación espontánea

25 años más tarde Lázaro Spallanzani puso en entredicho los experimentos y las conclusiones de Needham. Sugirió que no había calentado suficientemente los tubos de ensayo para matar todos los seres vivos existentes en ellos de modo que después de ser calentados todavía contenía algunos organismos vivientes que pudieron reproducirse cuando el tubo se enfrió.Spallanzani experimentó colocando diversos jugos vegetales en 19 envases de vidrio. Selló los envases e hirvió sus contenidos durante una hora. Entonces los dejó en observación durante varios días. NINGUNO MOSTRÓ SIGNO DE VIDA al examinarle posteriormente.NEEDHAM contestó con un argumento dificil de refutar: “ Él selló herméticamente (tanto como al vacío) 19 envases con diferentes sustancias vegetales y las hirvió; los mantuvo así cerrado durante una hora. Pero debido a este método, por el cual torturó 19 infusiones vegetales, queda muy claro que ha debilitado grandemente, o quizás aun ha destruido, las fuerzas vegetativas (principio activo) de las sustancias de la infusión…”

La experiencia de Pasteur1 2

3

Pasteur colocó caldo de carne en dos matraces y dobló su cuello en forma de S.

Calentó los matraces para esterilizar el líquido. Al cabo de varias semanas, el

caldo no se había descompuesto.

El caldo del matraz del cuello cortado se había descompuesto, mientras el otro caldo, permanecía sin descomponerse.

Cortó el cuello de uno de los matraces.

1860 COMENZÓ ESTUDIAR EL PROBLEMADEL ORIGEN DE LA VIDA

DOS PARTES DEL EXPERIMENTODAN RESPUESTA A MUCHAS DE LAS OBJECIONES HECHAS POR LOS DEFENSORES DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA1.- Pasteurs pudo demostrar que el líquido tenía la capacidad de mantener la vida.

2.- Él no había excluido ningún principio activo del aire.

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TEORÍAS SOBRE ORIGEN DE LA VIDA

HIPÓTESIS ALTERNATIVAS

¿Proviene la vida del espacio exterior? Esta teoría supone que esporas de bacterias eran tan resistentes que pudieron resistir a los rigores del espacioObjeciones: a) Sólo explica cómo pudo aparecer la vida en la Tierra y no da explicación de cómo se formó la vida donde quiera haberse formado.

b) Al viajar a través del espacio, cualquier organismo encontraría condiciones tan extremas de temperatura y radiación, que sería muy difícil que la vida así como la conocemos toleraría esas condiciones.

La vida surge tan pronto como tiene oportunidad

Más de un surgimiento? (Maher y Stevenson, 1988)

La vida como proceso exógenoLa vida como proceso exógeno

Cometas y condritas

ALH84001 y las arqueobaterias¿Panspermia ?

Panspermia

1906, físico sueco Svante Arrhenius: “Los gérmenes de la vida (esporas o bacterias) habrían llegado del espacio exterior en meteoritos”

Estas estructuras limitadas por membranas de bicapa lipídica se forman espontáneamente a partir de moléculas orgánicas extraídas del meteorito Murchison que cayó en Australia en 1969

A. Hoyle también propone que los compuestos A. Hoyle también propone que los compuestos ququíímicos tenmicos teníían un origen extraterrestre por que la an un origen extraterrestre por que la Tierra habTierra habíía estado sometida desde su formación al a estado sometida desde su formación al bombardeo contínuo de materia cósmica. bombardeo contínuo de materia cósmica.

Esta TeorEsta Teoríía se fundamentó al analizar un meteorito a se fundamentó al analizar un meteorito que cayque cayóó en Australia, Murchinson, en 1969, por en Australia, Murchinson, en 1969, por contenía grandes cantidades de materia biológica contenía grandes cantidades de materia biológica equivalentes a las que encontrequivalentes a las que encontróó Miller Miller posteriormente.posteriormente.

Del gr. mezcla de semillas de todas especies. 1. f. Doctrina que sostiene hallarse difundidos por todas partes gérmenes de seres organizados que no se desarrollan hasta encontrar circunstancias favorables para ello.

En meteoros carbonáceos se encontraron:•AA•bases purínicas : A, G

En regiones de formación estelar se encontraron:•agua•amoníaco•formaldehído•cianuro de hidrógeno

1. MOLÉCULAS PREBIÓTICAS PEQUEÑASDe acuerdo con ideas propuestas en la década de los años 1930 por Oparin en Rusia y por Haldane en Inglaterra, la atmósfera inicial de la tierra era reductora y contenía agua, nitrógeno, hidrógeno, metano y anhídrido carbónico.

IDEAS DE OPARIN

En dichas condiciones se formarían moléculas orgánicas, las que se fueron concentrando y reaccionando entre sí para formar moléculas más grandes, más aún, fuerzas intermoleculares, como los puentes de hidrógeno y las interacciones hodrofóbicas hacen que estas moléculas se ensamblen en agregados más complejos.(Evolución química )

De modo progresivo estos agregados plurimoleculares, que constituían sistemas abiertos con separación de fases fueron capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente, en estas estructuras coloidales se habría desarrollado un metabolismo sencillo, (Coacervados) punto de partida de todo el mundo viviente. A partir de la constitución de estos sistemas se pasó a la etapa de la Evolución prebiológica

En el marco de esta teoría se desarrollaron modelos alternativos, como el de Sidney W. Fox que habla de formación de proteinoides térmicos a partir de proteínas pequeñas calentadas a temperaturas moderadas, polímeros que en condiciones adecuadas, en soluciones salinas acuosas forman microesferas proteinoides.Cairm-Smith: sugieren que la formación de polímeros, estructuras semejantes a los coacervados de Oparin o las microesferas proteinoides de Sidney, se había producido en las superficies minerales de las arcillas.

IDEAS DE OPARIN

Podemos, entonces, pensar que si esos gases se encontraban

en la atmósfera primitiva, en condiciones de altas temperaturas

combinadas con descargas eléctricas el nitrógeno se pudo

combinar con hidrógeno para dar NH3 mientras que a partir de

CO2 y N2 se produjeron moléculas de ácido cianhídrico y otros

ácidos orgánicos simples que luego se disolvieron en el agua

aún recalentada. A medida que descendió la temperatura, poco

a poco se fueron formando al azar otras sustancias necesarias

para la eventual formación de las primeras moléculas capaces

de autoreproducción: formato, aspartato, lactato, glicina, ribosa,

adenina y glucosa.

Experimento de MillerEn 1953, Stanley Miller, un joven estudiante de pos-grado, llevó a cabo una serie de experimentos en el laboratorio de H.C. Urey, que fueron publicados ese año en Science. Miller y Urey presumieron, de acuerdo con Oparin y Haldane, que la atmósfera terrestre primitiva estaba compuesta principalmente de NH3, H2O, CH4 y H2.

Miller construyó un aparato de vidrio constituido Miller construyó un aparato de vidrio constituido esencialmente por un balón al que introdujo los gases que esencialmente por un balón al que introdujo los gases que presumiblemente existieron en esa atmósfera primitiva. presumiblemente existieron en esa atmósfera primitiva. Este balón estaba conectado a través de dos tubos de Este balón estaba conectado a través de dos tubos de vidrio, uno a la parte superior y otro a la inferior, de otro vidrio, uno a la parte superior y otro a la inferior, de otro balón parcialmente lleno de agua y con llaves que balón parcialmente lleno de agua y con llaves que permitían tomar muestras del agua. Una vez introducidos permitían tomar muestras del agua. Una vez introducidos el NHel NH33, H, H22O, CHO, CH44 y H y H22 al primer balón, produjo descargas al primer balón, produjo descargas eléctricas en esta atmósfera para similar las condiciones eléctricas en esta atmósfera para similar las condiciones iniciales. Al cabo de una semana, tomó muestras del agua iniciales. Al cabo de una semana, tomó muestras del agua y encontró en cierta abundancia glicina y alanina, los dos y encontró en cierta abundancia glicina y alanina, los dos aminoácidos más simples y ácido a- amino butírico. En aminoácidos más simples y ácido a- amino butírico. En menor cantidad encontró a- amino isobutírico, valina, menor cantidad encontró a- amino isobutírico, valina, norvalina, isovalina, ácido aspártico, sarcosina, ácido norvalina, isovalina, ácido aspártico, sarcosina, ácido glutámico, prolina, ácido pipecólico, b- alanina y ácido g- glutámico, prolina, ácido pipecólico, b- alanina y ácido g- amino butírico. La mayor parte de estos compuestos son amino butírico. La mayor parte de estos compuestos son aminoácidos que hacen parte de proteínas.aminoácidos que hacen parte de proteínas.

Estromatolitos

3560 Ma: restos fósiles de colonias celulares:estromatolitos (Schopf, 1993)

•Pero quizás el avance más importante lo hizo el bioquímico español, Juan Oró, quien en 1961 añadió ácido cianhídrico y amoníaco al agua y obtuvo no sólo una mezcla de aminoácidos, sino adenina en abundancia. Más tarde añadió a su mezcla básica formaldehído y encontró ribosa y desoxyrribosa. Cyril Ponnamperuma, Ruth Mariner y Carl Sagan añadieron adenina a una solución de ribosa y en presencia de luz ultravioleta consiguieron la formación de un enlace covalente entre la adenina y el OH del C-1 de la ribosa para dar adenosina. Lo más sorprendente es que si había ácido orto fosfórico en la mezcla, ¡obtenían el nucleótido completo! En 1968, Sánchez, Kimble y Orgel encontraron que uno de los productos importantes de una descarga eléctrica a través de una mezcla de CH4 y N2 es el cianoacetileno que fácilmente se convierte en las pirimidinas citosina y uracilo.

También en condiciones prebióticas se pueden También en condiciones prebióticas se pueden sintetizar las bases purinas y la pirimidinas que son sintetizar las bases purinas y la pirimidinas que son compuestos esenciales de los ácidos nucleicos .compuestos esenciales de los ácidos nucleicos .

Bases de purina: Adenina y Guanina Bases de purina: Adenina y Guanina

Bases de pirimidina: Citosina ,Uracilo ,TiminaBases de pirimidina: Citosina ,Uracilo ,Timina

Entre otras moléculas que se pueden Entre otras moléculas que se pueden sintetizar fácilmente son los azúcares sintetizar fácilmente son los azúcares (glucosa –ribosa y la desoxiribosa)(glucosa –ribosa y la desoxiribosa)

Según Fox la aparición de la vida sobre nuestro planeta no sólo aconteció en el mar,sino también probablemente sobre la tierra firme.¿CÓMO LO DEMOSTRÓ?Sometiendo a una mezcla de gases (similares a los que había en la atmósfera primitiva) a temperaturas próximas a los 1.000 ºC, y tras una serie de transformaciones se lograba la síntesis de aminoácidos, los cuales se unían, formando lo que Fox denominó proteinoides (cierto parecido con las proteínas) que forman parte de todos los seres vivos.

Microsferas proteinoides de Fox

LA UNIÓN DE LOS DISTINTOS AMINOÁCIDOS CONSTITUYE LAS PROTEÍNAS (LAS MOLÉCUALAS MÁS VERSÁTILES DE LA MATERIA VIVA)

MEMBRANA PLASMÁTICA

CÉLULA EUCARIOTA ANIMAL

ESTRUCTURA DE LA S ARCILLAS

Durante un período de más de 2000 millones de años, solamente existieron estas formas celulares, por lo que se puede pensar que se adaptaron a vivir en todos los ambientes posibles y "ensayarían" todos los posibles mecanismos para realizar su metabolismo.

La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.

La teoría más aceptada es que :

1. las primeras células serían heterótrofas anaerobias

heterótrofas anaerobias

Algunas células aprendieron a fabricar las moléculas orgánicas mediante la fijación y reducción del CO2.

Se iniciaba así la fotosíntesis, como un proceso de nutrición autótrofa.

El empleo del agua en la fotosíntesis como donante de electrones, tuvo como origen la liberación de O2 y por tanto la transformación de la atmósfera reductora en la atmósfera oxidante que hoy conocemos

ALGA CIANOFÍCEA (FUERON LOS PRIMEROS ORGANISMOS FOTOSINTETIZADORES DE LA TIERRA)

3. Algunas células aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, lo que dio lugar a la respiración aerobia, realizando una nutrición heterótrofa aerobia.

TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA

Teorías modernas sobre el origen de la vida (resumen).1. Evolución química de la vida- Los gases de la atmósfera reaccionan de manera espontánea bombardeadospor la radiación (radiación ultravioleta, chispas eléctricas de tormentas...)dando lugar a la formación de pequeñas moléculas orgánicas.- La lluvia arrastró a los compuestos dando lugar al llamado caldo o sopaprimitiva.- Las moléculas orgánicas reaccionaron en presencia de agua para dar lossillares de las moléculas: aminoácidos, nucleótidos, hidratos de carbono oácidos grasos.- Éstos reaccionarían entre sí para dar lugar a macromoléculas o polímerosque más tarde se agruparían para dar lugar a las primeras células o sistemasautorreproductivos.

2. Evolución biológica- Implica la formación de vesículas cerradas constituidas por bicapas defosfolípidos.- Muchas de estas vesículas encerrarían las moléculas orgánicas formadas enla etapa anterior.- Algunas de estas vesículas fueron muy estables y comenzaron a realizar tresfunciones:- Intercambio de materia y energía con el medio exterior.- Regularse en función de los cambios ambientales.- Reproducirse autónomamente gracias a su primitivo material genético.

- Las primeras células serían PROCARIOTAS (sin núcleo diferenciado), HETERÓTROFAS (tomaban materia orgánica del medio, no realizaban la fotosíntesis) y ANAEROBIAS (no necesi-taban oxígeno).- Luego aparecieron las células AUTÓTROFAS por mutación y mucho después las células EUCARIOTAS.