Origen de la vida Ondas gravitacionales anunciadas en feb 2016 Ondas gravitacionales • Según la teoría de la Relatividad de Einstein, ese crecimiento acelerado del Universo debía haber generado una suerte de ondas expansivas gravitacionales que serían capaces de ser observadas incluso hasta nuestros días, aunque ya débiles tras 13.800 millones de años. • El haber podido comprobar y detectar estas ondas gravitacionales (2015) implica que se podría confirmar la teoría fundamental de la Cosmología de la "inflación" que se refiere a la forma acelerada y exponencial en que se expandió el Cosmos en esos primeros instantes tras el Big Bang. Origen de la vida 1. Formación del planeta 2. Formación de las macromoléculas 3. De protocélulas a primeras células 4. De procariotas a eucariotas Teoría Endosimbionte Teoría Autógena 5. Multicelularidad Formación del planeta • Teoría de la Gran Explosión (“Big Bang”) 13.700.000.000 años • Tierra tiene unos 4.600.000.000 años • (4,6 eones) • Tierra primitiva muy diferente • Muy caliente, se enfrió, agua se condensó y llovió • “Sopas calientes”, “caldo de cultivo primitivo” • En las arcillas fue donde se dieron esas reacciones • 1920-30 Oparin y Haldane • Atmósfera pobre en oxígeno • Rica en Hidrógeno, metano y amoniaco • Evolución prebiótica • Inorgánico a lo orgánico Teoría de la Generación espontánea refutada por Redi, Spallanzani y Pasteur (1861) Si se quiebra el tubo, y se deja un tiempo, se desarrollan microorganismos Concentrado en el frasco se hierve para eliminar microorganismos El agua condensada cierra la boca del recipiente Experimento de Urey y Miller 1950 Descargas eléctricas simulan tormentas eléctricas Gases de atmósfera primigenia Moléculas orgánicas aparecen a los pocos días De ARN a ADN La evolución de la célula se produjo en estrecha relación con la de la atmósfera y los mares Mundo del ARN, ribozimas (ARN con propiedades catalíticas) • Las primeras células se supone eran heterótrofas anaerobias, porque se alimentarían de moléculas orgánicas presentes en el medio. • Y qué pasaría si este alimento se acabara... Algunas células empezaron a fabricar moléculas orgánicas • Inicio de fotosíntesis • Fijación y reducción de CO2 • Nutrición autótrofa • Atmósfera reductora se transforma en oxidante • Aparece el ozono en la atmósfera Se inicia la revolución del O2 Mueren algunas células Otras se adaptan… • Algunas células aprendieron a utilizarlo para sus reacciones metabólicas, • lo que dio lugar a la respiración aeróbica, • y la nutrición heterótrofa aerobia. Origen de la vida en el planeta Procariotas → Eucariotas Se considera que el paso de célula procariota a eucariota pudo darse a través de dos vías: 1. La aparición de la membrana nuclear, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas se explicaría mediante la Teoría autógena. 2. La aparición de mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas se explicaría mediante la Teoría endosimbiótica. Teoría autógena (Taylor y Dodson 1976-79) El desarrollo de un sistema membranoso daría lugar a los compartimentos celulares especializados que posee actualmente la célula Explica la formación del sistema de endomembranas compuesto por: Retículo endoplasmático, Golgi y la membrana nuclear, además de orgánulos como los lisosomas, peroxisomas y vacuolas No explica la formación de las mitocondrias y cloroplasto que presentan una doble membrana Teoría Autógena “La célula eucariota proviene de la procariota por un progresivo aumento de tamaño y complejidad, por selección natural“ Teoría Endosimbiótica (Margulis, 1967) • Explica el paso de células procariotas a eucariotas • Serie de incorporaciones simbio-genética de bacterias que originaron las células eucariotas Hace 2.000-1.500 millones de años la vida la componían bacterias • con alta capacidad de adaptación para poder sobrevivir a los diferentes e inestables ambientes de aquella época. Las mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características: • se reproducen por división • poseen su propio ADN, • ribosomas 70S • ARN ribosómico Lynn Margulis 1938-2011 Se conocen más de veinte metabolismos diferentes usados por las bacterias: • los pluricelulares usan el aeróbico • las plantas utilizan el aeróbico y la fotosíntesis Ejemplo de una simbiosis intracelular actual Paramecium sp. Chlorella sp, un alga verde Comparación entre las dos teorías Evolución-Origen del núcleo • Hipótesis de una teoría-simbiosis nuclear. La simbiosis implica la entrada de una Arquea en la célula bacteriana. De esta forma, la mayoría de los grupos de genes relacionados con el sistema metabólico de Archaea hubiera sido reemplazado por los de derivación bacteriana. • Estudios de 2005 sugieren que el RE contribuye con la formación de los peroxisomas, donando material lipídico para la membrana lo que permite clasificar a estas organelas dentro de las organelas derivadas. En 2010 otros sugieren la posibilidad de que sean el resultado de endosimbiosis (¿?) Tokumasa Horiike*, Kazuo Hamada*, Shigehiko Kanaya† and Takao Shinozawa. 2001. Origin of eukaryotic cell nuclei by symbiosis of Archaea in Bacteria is revealed by homology-hit analysis. Nature Cell Biology 3 http://cellbio.nature.com 210-214 Protobiontes (precursores de las primeras células procariotas) Se originaron por microesferas de proteínas, carbohidratos, lípidos y otras sustancias orgánicas rodeadas por membranas lipídicas Se agruparon dentro de envolturas membranosas para constituir organelas con funciones especializadas Ciertos sectores de la membrana se invaginaron formando estructuras membranosas y organelas dando origen a los primeros protobiontes Tenían capacidad para reproducirse Los estromatolitos son: • la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra (3500 millones de años) • Rocas en forma de columnas con capas de cianobacterias • Los primeros: • recicladores del carbono • que aportaron el oxígeno a la atmósfera • formadores de zonas de arrecifes. • Recientemente encontraron unos microfósiles más antiguos (3800mi) ¿ la vida surgió en los ambientes cálidos de las fumarolas del fondo del océano poco después de que se formase el planeta Tierra? • NE Canadá fósiles de organismos de hace casi 3.800 millones de años, • aseguran que estas formas de vida primigenias podrían estar desde hace 4.280 millones de años Pequeños filamentos y tubos formados por bacterias que se alimentaban del hierro presente en las fumarolas http://www.elmundo.es/ciencia/2017/03/01/58b71d2122601d14638b456f.html Historia de la Tierra en un reloj de 24 horas Primeros humanos (11:59:40) Formación de la Tierra Primeras rocas Primeras flores 11 12 1 10 MIDNIGHT 9 Primeros organismos multicelulares 8 6 p.m. 4 2 3 5 millones 1 Milesdedeaños 4 2 NOON 1 12 11 Primeros procariotas 3 4 7 5 Primeros eucariotes 2 a.m. 6 7 3 8 10 9 Primer oxígeno atmósférico Organismos multicelulares ¿Ventajas y desventajas de la multicelularidad? • Los primeros organismos multicelulares • Plantas: • Algas marinas primitivas • Animales: • Invertebrados marinos Multicelularidad VENTAJAS: • Diferenciación de las células para el cumplimiento de funciones específicas (división de trabajo) • Aumento de la eficiencia de una célula para realizar una determinada función. • Cooperación e interdependencia entre células. DESVENTAJAS • Mayor gasto de energía para mantener al organismo • Tamaño mayor supone una disminución de la relación superficie/volumen. Es más lento el intercambio de sustancias con el exterior. • Reacciones metabólicas no son tan rápidas • La reproducción no es tan rápida La transición al ambiente terrestre • ¿Qué barreras se tenían que vencer? • Gravedad • Radiación • Respiración • Locomoción • Órganos de los sentidos • Alimentación • Excreción • Reproducción • Cuido de las crías Transición al ambiente terrestre Briófitos: musgos y hepáticas Anfibios ENLACES http://www.johnkyrk.com/evolution.esp.swf • Experimento de Urey y Miller http://cienciasnaturales.es/MILLER.swf (también tiene videos sobre plantas, animales, virus y bacterias. • Como se inició la vida Aminoácidos Stanley Miller y Harold Urey . http://www.youtube.com/watch?v=w9kiP7knmdg • Como se inició la vida 22 Sopa de ingredientes Aleksander Oparin y JBS Haldane http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=mRPSAeYQGco&NR=1 • Protobionte http://biocab.org/Protobionte.html • Evolución. CARL SAGAN https://www.youtube.com/watch?v=Fn7UP5u-Vhg • Evolución del ser humano. CARL SAGAN https://www.youtube.com/watch?v=kmKG33SuNco https://www.youtube.com/watch?v=Fn7UP5u-Vhg • Teoría del Big Bang (muy completo) https://www.youtube.com/watch?v=iJnxKhhUbmc Breve historia del Big Bang www.youtube.com/watch?v=a9L9-ddwcrE La gran pregunta - Cómo comenzó el universo?, con Stephen Hawking!!! (superinteresante) https://www.youtube.com/watch?v=1G4Ln_tsKy8 • Teoría del Big Bang (resumido) https://www.youtube.com/watch?v=R45jTWNucLU • Descubren los microfósiles más antiguos del planeta http://www.elmundo.es/ciencia/2017/03/01/58b71d2122601d14638b456f.html Hoepfner D., Schildknegt, D., Braakman, I., Philippsen, P., & Tabak, H. F. 2005. Contribution of the Endoplasmic Reticulum to Peroxisome Formation. Cell 122: 85–95. DOI 10.1016/j.cell.2005.04.025 Narendra D., Le Huyen A. T., Saruhashi S., Hamada K., Miyata D., Shinozawa T. (2010). The origin of peroxisomes: The possibility of an actinobacterial symbiosis. Gene 450: 18–24
