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 organización
Especificidad funcional (a veces por componentes)
Extracción, transformación y utilización de enegía (nutrientes o
luz solar)
Transporte de membranas
Mantenimiento de estructuras
Locomoción
Autorreplicación
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
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 las
condiciones 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 ampliamente
Los 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 espontánea
A 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”
“ 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.”
EXPERIMENTO DE REDI
NEEDHAM Y SPALLANZANI
someten a verificación la idea de la generación espontánea
El 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
someten 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 Pasteur
1
2
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.
Cortó el cuello de uno de los matraces.
3
El caldo del matraz del cuello cortado se había descompuesto, mientras
el otro caldo, permanecía sin descomponerse.
1860 COMENZÓ
ESTUDIAR EL PROBLEMA
DEL ORIGEN DE LA VIDA
DOS PARTES DEL EXPERIMENTO
DAN RESPUESTA A MUCHAS DE
LAS OBJECIONES HECHAS POR
LOS DEFENSORES DE LA
GENERACIÓN ESPONTÁNEA
1.- Pasteurs pudo demostrar que el
líquido tenía la capacidad de
mantener la vida.
2.- Él no había excluido ningún
principio activo del aire.
TEORÍAS SOBRE ORIGEN DE LA VIDA
La
vida surge tan pronto como tiene oportunidad
Más
de un surgimiento? (Maher y Stevenson, 1988)
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
espacio
Objeciones:
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 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
químicos tenían un origen extraterrestre por que la
Tierra había estado sometida desde su formación al
bombardeo contínuo de materia cósmica.
 Esta Teoría se fundamentó al analizar un meteorito
que cayó en Australia, Murchinson, en 1969, por
contenía grandes cantidades de materia biológica
equivalentes a las que encontró Miller
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
IDEAS DE OPARIN
1. MOLÉCULAS PREBIÓTICAS PEQUEÑAS
De 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.
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 )
IDEAS DE OPARIN
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.
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 Miller
En 1953, Stanley Miller, un
joven estudiante de posgrado, 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
esencialmente por un balón al que introdujo los gases que
presumiblemente existieron en esa atmósfera primitiva.
Este balón estaba conectado a través de dos tubos de
vidrio, uno a la parte superior y otro a la inferior, de otro
balón parcialmente lleno de agua y con llaves que
permitían tomar muestras del agua. Una vez introducidos
el NH3, H2O, CH4 y H2 al primer balón, produjo descargas
eléctricas en esta atmósfera para similar las condiciones
iniciales. Al cabo de una semana, tomó muestras del agua
y encontró en cierta abundancia glicina y alanina, los dos
aminoácidos más simples y ácido a- amino butírico. En
menor cantidad encontró a- amino isobutírico, valina,
norvalina, isovalina, ácido aspártico, sarcosina, ácido
glutámico, prolina, ácido pipecólico, b- alanina y ácido gamino butírico. La mayor parte de estos compuestos son
aminoácidos que hacen parte de proteínas.
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.
Entre otras moléculas que se pueden
sintetizar fácilmente son los azúcares
(glucosa –ribosa y la desoxiribosa)
También en condiciones prebióticas se pueden
sintetizar las bases purinas y la pirimidinas que son
compuestos esenciales de los ácidos nucleicos .
Bases de purina: Adenina y Guanina
Bases de pirimidina: Citosina ,Uracilo ,Timina
Microsferas proteinoides de Fox
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.
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
bombardeados
por 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 sopa
primitiva.
- Las moléculas orgánicas reaccionaron en presencia de agua para dar los
sillares de las moléculas: aminoácidos, nucleótidos, hidratos de
carbono o
ácidos grasos.
- Éstos reaccionarían entre sí para dar lugar a macromoléculas o
polímeros
que más tarde se agruparían para dar lugar a las primeras células o
sistemas
autorreproductivos.
2. Evolución biológica
- Implica la formación de vesículas cerradas constituidas
por bicapas de
fosfolípidos.
- Muchas de estas vesículas encerrarían las moléculas
orgánicas formadas en
la etapa anterior.
- Algunas de estas vesículas fueron muy estables y
comenzaron a realizar tres
funciones:
- 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 necesitaban oxígeno).
- Luego aparecieron las células AUTÓTROFAS por mutación y mucho
después las células EUCARIOTAS.
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