EL AGUA Y EL ORIGEN DE LA VIDA
El agua es el líquido de la vida:
• es la sustancia más abundante en la
biosfera (1.500 km3)
• es el componente mayoritario de los seres
vivos (del 65 al 95% del peso de la
mayoría de organismos)
EL AGUA Y EL ORIGEN DE LA VIDA
El agua:
• fue el soporte donde surgió la vida,
• participó activamente en las reacciones
químicas que formaron agregados más
complejos a partir de moléculas orgánicas
sencillas.
¿Cómo se originó la vida en la
Tierra?
• Teoría de la panspermia: la vida procede
de otro lugar del universo.
• Teoría de la síntesis prebiótica: se originó
en la Tierra a partir de materia inorgánica.
¿Puede aparecer la vida por
generación espontánea?
• Hasta mediados del siglo XIX se pensó
que sí.
• Según la teoría de la generación
espontánea los seres vivos nacen
espontáneamente de la materia
orgánica en descomposición.
¿Puede aparecer la vida por
generación espontánea?
• Para Aristóteles no admitía dudas: La vida se
•
originaba a partir de la materia inánime.
Describió casos de aparición de insectos,
crustáceos, moluscos, peces y ratones a partir
del barro.
La gran autoridad intelectual de Aristóteles
contribuyó a que la idea de la generación
espontánea se aceptase hasta mediados del
siglo XVII.
¿Puede aparecer la vida por
generación espontánea?
• Científicos como el médico inglés William
Harvey (1578-1657), o Isaac Newton
(1642-1727) aceptaban la generación
espontánea como un hecho.
¿Puede aparecer la vida por
generación espontánea?
• El médico belga Van Helmont (1577-
1644) dio una receta para crear ratones:
Si se toma un trozo de ropa sucia con
unos gramos de trigo en una caja abierta,
transcurridos unos 21 días el fermento
proveniente de la ropa transforma el trigo
en ratones…
La polémica sobre la generación
espontánea.
• A finales del siglo XVII, Francesco Redi
(1668) hizo un experimento con el que
probó la invalidez de la teoría de la
generación espontánea para organismos
superiores.
El experimento de Redi.
• Colocó en el interior de
dos recipientes materia
orgánica en
descomposición. Tapó
uno de ellos con una
gasa y el otro lo dejó
abierto. Al cabo de unos
días aparecieron gusanos
en el interior del
recipiente abierto, pero
no en el tapado por la
gasa.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• La biología podía haber
•
abandonado el concepto
de generación
espontánea.
Pero la polémica resurgió
debido al descubrimiento
de los protozoos, que
realizó van
Leeuwenhoek (16321723) gracias a la
utilización de los primeros
microscopios.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Los protozoos eran
organismos
extremadamente simples.
• Seguramente se originaban
por generación espontánea:
si se mantenían en reposo
sustancias nutritivas que no
contenían protozoos,
enseguida aparecían
pequeños organismos.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Sin embargo,
Leeuwenhoek
contribuyó al desprestigio
de la teoría de la
generación espontánea
al demostrar que
animales como moluscos
o insectos no aparecen
espontáneamente de la
arena, sino que proceden
de pequeñísimos huevos
preexistentes.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Se desechó esta teoría
para los organismos
superiores.
• Pero seguía
admitiéndose para los
microorganismos.
La polémica sobre la generación
espontánea.
Continuó a lo largo del siglo
XVIII:
• Needham (1713-1781)
defendía la teoría de la
generación espontánea.
• Realizó experimentos que,
según él, la evidenciaban:
introdujo caldo de cordero en
una serie de frascos, y los
hirvió durante dos minutos;
después los cerró y al cabo de
un tiempo observó que en su
interior había gran cantidad
de microorganismos.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Lazzaro Spallanzani
(1729-1799), que se
oponía a la teoría de la
generación espontánea,
dio otra interpretación de
estos resultados: el
tratamiento de Needham
no garantizaba la
esterilización del caldo, y
además se contaminaban
con microorganismos del
aire al cerrarlos después
de la ebullición..
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Spallanzani hirvió los
frascos cerrados
durante 45 minutos, y
no aparecían
microorganismos.
Needham objetó que
se había alterado la
propia naturaleza del
aire, que habría
perdido su fuerza vital
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Continuó hasta que en 1860 la Academia
de Ciencias de París ofreció un premio en
metálico a quien dilucidara la polémica.
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Louis Pasteur
(1822-1895) ganó el
premio demostrando
la invalidez de esta
teoría.
Los experimentos de Pasteur.
• Comenzó demostrando
que el aire contenía
microorganismos: aspiró
aire por un tubo en el
que había puesto un
algodón esterilizado.
Después disolvió el
algodón con éter y
encontró numerosos
microorganismos, que
solo podían proceder del
aire.
Los experimentos de Pasteur.
• Calentó infusiones en matraces de vidrio a los que
•
estiraba el cuello y dejaba sin cerrar, de modo que el
contenido estuviera en contacto con el aire.
Demostró que el líquido no desarrollaba
microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de
que un "aire alterado" fuera la causa de la no aparición
de gérmenes.
Los experimentos de Pasteur.
• Comprobó que los gérmenes del aire
quedaban retenidos a su paso por el largo
cuello sinuoso, en las paredes del tubo, y
no alcanzaban el interior del recipiente
donde se encontraba la infusión,
quedando ésta estéril indefinidamente.
Los experimentos de Pasteur.
• Sólo si se rompía el cuello lateral o si se
inclinaba el frasco de modo que pasara
parte de líquido a la porción de cuello, los
gérmenes podían contaminar la infusión y
originar un rápido crecimiento.
Los experimentos de Pasteur
La polémica sobre la generación
espontánea.
• Pasteur demostró la invalidez de esta
teoría para todo tipo de seres vivos,
incluidos los microorganismos.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• En la actualidad, la base de referencia de
la teoría evolutiva del origen de la vida, se
debe al bioquímico soviético Oparin y al
británico Haldane.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• Oparin postuló en 1924
que las moléculas
orgánicas habían podido
evolucionar reuniéndose
para formar sistemas que
fueron haciéndose cada
vez más complejos,
quedando sometidos a las
leyes de la evolución.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• Según esta teoría, los océanos contenían
en sus orígenes gran cantidad de
compuestos orgánicos disueltos.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• En un proceso que requirió mucho tiempo,
esas moléculas se fueron agrupando en
otras mayores y éstas a su vez en
complejos temporales.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• Alguno de esos complejos se convirtió en
un protobionte tras adquirir una serie de
propiedades, por las cuales podía aislarse
e introducir en su interior ciertas
moléculas que le rodeaban y liberar otras.
TEORÍA DE OPARIN-HALDANE.
• Las funciones metabólicas, la reproducción y el
crecimiento habrían aparecido después de que el
protobionte adquiriera la capacidad de absorber
e incorporar las moléculas a su estructura, para
finalmente conseguir separar porciones de sí
mismo con iguales características.
RESUMEN DE LA TEORÍA DE
OPARÍN.
¿Puede aparecer materia orgánica
a partir de materia inorgánica?
• En una atmósfera oxidante, como la
actual, no.
• ¿Y en una atmósfera reductora, como
propuso Oparín?
EL EXPERIMENTO DE MILLER.
• La teoría de Oparin fue experimentada con
validez por Stanley Miller en 1953, como parte
de su tesis doctoral dirigida por H. Urey;
consiguiendo obtener compuestos orgánicos
complejos después de reproducir las condiciones
primitivas del planeta en un aparato diseñado al
efecto.
EL EXPERIMENTO DE MILLER.


Miller creó un dispositivo,
en el cual la mezcla de
gases que imitan la
atmósfera primitiva, se
sometía a descargas
eléctricas, dentro de un
circuito cerrado en el que
hervía agua y se
condensaba repetidas
veces.
Se producían así moléculas
orgánicas sencillas, y a
partir de ellas otras más
complejas, como
aminoácidos, ácidos
orgánicos y nucleótidos.
EL EXPERIMENTO DE MILLER.
• En condiciones de laboratorio se han
sintetizado azúcares, glicerina,
aminoácidos, polipéptidos, ácidos grasos,
y otras moléculas orgánicas.
LA ATMÓSFERA PRIMITIVA.
• Una condición indispensable para la evolución de
la vida a partir de materia orgánica no viva, era
la existencia de una atmósfera terrestre sin
oxígeno, para que los compuestos orgánicos
fuesen estables durante el proceso biogenético.
• Posteriormente los organismos fotosintéticos
producirían el O2 atmosférico actual.
• En resumen, la vida surgió en unas
condiciones ambientales muy distintas a
las actuales, las de la Tierra primitiva, a
partir de moléculas orgánicas.
• Mediante la intervención de la selección
natural se habrían ido diversificando
hasta los actuales organismos.
FORMACIÓN DE LAS PRIMERAS
CÉLULAS.
Supuso varias etapas de evolución:
• tres de carácter químico: constitución de
la Tierra, síntesis prebiológica, fase
subcelular
• y una de carácter biológico: fase
protocelular.
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS
PRIMERAS CÉLULAS.
1. Constitución de la Tierra:
Se estima que tuvo lugar hace unos 5.000
millones de años.
El enfriamiento de las rocas emitía gases a
la atmósfera ricos en compuestos de
carbono y carentes de oxígeno
(reductores).
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS
PRIMERAS CÉLULAS.
2. Síntesis prebiológica:
Se produjo a partir de las moléculas sencillas procedentes de los
gases de la atmósfera primitiva, que posteriormente quedarían
disueltos en el medio líquido.
Se irían formando aminoácidos, azúcares y bases orgánicas
mediante diferentes tipos de energía, descargas eléctricas o
radiaciones ultravioletas.
Estas moléculas, en el medio acuoso, mediante una polimerización
gradual originarían distintas macromoléculas como cadenas
proteicas y ácidos nucleicos.
Las primeras moléculas biológicas
serían las del ARN, llamadas
ribozimas (Cech).
• Se basa en que el ARN puede almacenar
información genética, tiene capacidad de
autorreplicación, y además algunas
moléculas de ARN funcionan como
enzimas.
EL MUNDO DE ARN.
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS
PRIMERAS CÉLULAS.
3. Fase subcelular:
Gotitas ricas en polímeros:
-las microesferas de proteinoides (según Fox)
-los coacervados (según Oparin),
se separarían en el medio acuoso, que primitivamente
tenía una consistencia de sopa.
Por selección química, se generarían protobiontes
independientes del entorno (formados por proteínas y
ácidos nucleicos).
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE LAS
PRIMERAS CÉLULAS.
4. Fase protocelular:
Mediante un mecanismo de autorreproducción, y
una evolución biológica por selección natural.
Las protocélulas hijas tienen las mismas
propiedades químicas y metabólicas de las
protocélulas madres, es decir, se realiza una
transmisión hereditaria, que a su vez permite la
existencia de mutaciones (evolución biológica).
LOS PRIMEROS ORGANISMOS.
• Los primeros seres vivos serían parecidos
a las bacterias anaeróbicas actuales,
como las de tipo Clostridium
(fermentadoras): unicelulares
heterótrofas anoxigénicos.
Degradaban anaeróbicamente la materia
orgánica.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS.
• Pero los compuestos orgánicos se
agotaron enseguida, y algunos organismos
desarrollaron la capacidad de reducir el
CO2 usando la energía luminosa:
fotosíntesis.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS.
• Los primeros organismos
fotosintetizadores fueron bacterias
anoxigénicas fotosintetizadoras,
como las actuales bacterias verdes del
azufre, que utilizan como dador de
electrones el H2S.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS
• Una auténtica revolución para los organismos
fotosintetizadores fue la aparición de células
capaces de utilizar el agua como dador de
electrones. Esto permitió:
-ocupar ambientes diversos
-liberar oxígeno como producto de desecho
Eran organismos fotosintetizadores
oxigénicos.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS.
• La atmósfera
comenzó entonces a
recibir O2, producido
por las cianobacterias
o algas azules, cuyos
sedimentos fueron
identificados en
microfósiles de hace
unos 3.500 millones
de años.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS
• El incremento de oxígeno hizo que la primitiva
atmósfera reductora se sustituyese
progresivamente por otra oxidante.
• La fotosíntesis oxigénica proporcionaba:
-compuestos orgánicos, que podían ser
utilizados por otros organismos (heterótrofos)
-y oxígeno.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS
• La degradación de compuestos orgánicos
con oxígeno es muy rentable
energéticamente (respiración celular).
• Permitió la rápida evolución de grandes
grupos de organismos aerobios
pluricelulares tanto autótrofos como
heterótrofos.
LOS PRIMEROS ORGANISMOS.
• La atmósfera del planeta cambió de reductora a
•
•
oxidante en los 2.000 millones de años que
siguieron a los procesos descritos.
De cada cinco moléculas una era de O2.
Con la formación de la capa de ozono se
redujeron las radiaciones ultravioleta, y por esa
razón las condiciones que permitieron la
aparición de la vida desaparecieron
definitivamente.
• Por tanto, la instauración plena de
vida eliminó las condiciones
originales que la hicieron posible. La
aparición por evolución de los primeros
eucarióticos unicelulares y pluricelulares,
se sitúan alrededor de hace unos 2.000
millones de años.
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