Origem da vida - Biologia Evolutiva

Biologia EvolutivaB8BEV

Origem da Vida

Conceitos e Objetivos

• A atmosfera primitiva• Períodos do Pré-cambriano• A vida é a fusão de moléculas orgânicas• O mundo RNA e a origem da fotossíntese• Estromatólitos, as primeiras células e a origem

do sexo• A árvore da vida universal reconstruída: 3

domínios

ORIGEM DA VIDA – INTRODUÇÃO

Paleontologia

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

IntroduçãoAtmosfera PrimitivaPeríodo Hadeano (4.5 B.a – 4.0 B.a)

PRÉ-CAMBRIANO

HADEANO ARQUEANO PROTEROZÓICO

4.4 B.a – Zircão (ZrSiO4)

IntroduçãoAtmosfera PrimitivaÉon Hadeano (4.5 B.a – 4.0 B.a)

PRÉ-CAMBRIANO

HADEANO ARQUEANO PROTEROZÓICO

• É improvável que a água tenha aparecido em forma de

líquido.

• Durante o Hadeano, componentes voláteis que estavam

presos nas crostas juvenis foram liberados na atmosfera

primitiva. (atividades vulcânicas)

• Ex. CH4, NH3, H2

• Ajuda dos impactos de meteoros na liberação dos gases

• Desenvolvimento da atmosfera entre 4.4 a 3.8 Ba

IntroduçãoAtmosfera PrimitivaÉon Hadeano (4.5 B.a – 4.0 B.a)

PRÉ-CAMBRIANO

HADEANO ARQUEANO PROTEROZÓICO

• A atmosfera foi dominada por moléculas oxidadas como CO2,

CO e N2.

• Oxidações provocadas por raios UV.

• As radiações seriam 30% menores do que são hoje.

• A atmosfera rica em CO2 durou até o começo do Arqueano.

• O que resultou num efeito estufa evitando o congelamento

da Terra.

IntroduçãoAtmosfera PrimitivaPeríodo Arqueano (3.9 B.a – 2.5 B.a)

PRÉ-CAMBRIANO

HADEANO ARQUEANO PROTEROZÓICO

INÍCIO DA VIDA TERRESTRE

ESTROMATÓLITOS

Introdução

Modelos mitológicos

Modelos científicos

1.Geração espontânea (finada por Pasteur)

2.Modelo inorgânico (Cairns-Smith)

3.Origem extraterrestre (Panspermia)

4.Modelo Hidrotérmico

5.Modelo bioquímico (Oparin-Haldane)

Introdução

Modelos mitológicos

Modelos científicos

1.Geração espontânea (finada por Pasteur)

2.Modelo inorgânico (Cairns-Smith)

3.Origem extraterrestre (Panspermia)

4.Modelo Hidrotérmico

5.Modelo bioquímico (Oparin-Haldane)

Introdução

Modelos mitológicos

Modelos científicos

1.Geração espontânea (finada por Pasteur)

2.Modelo inorgânico

3.Origem extraterrestre (Panspermia)

4.Modelo Hidrotérmico

5.Modelo bioquímico

Cairns-Smith (1985)As moléculas orgânicas complexas surgiram gradualmente numa plataforma de replicação pré-existente, não-orgânico de cristais de silicato em solução.Cristais de silicatos, minerais de argila, foram submetidos a pressões de seleção no leito do mar primitivo, e as moléculas orgânicas, em seguida, teriam se desenvolvido e uma seleção de compostos inorgânicos tornou-se orgânica.Modelo não testado até 2007 (sem resultados conclusivos)

Modelo inorgânico (Cairns-Smith)

Introdução

Introdução

Modelos mitológicos

Modelos científicos

1.Geração espontânea

2.Modelo inorgânico

3.Origem extraterrestre (Panspermia)

4.Modelo Hidrotérmico

5.Modelo bioquímico

Introdução

Modelos mitológicos

Modelos científicos

1.Geração espontânea

2.Modelo inorgânico

3.Origem extraterrestre (Panspermia)

4.Modelo Hidrotérmico

5.Modelo bioquímico (Oparin-Haldane)

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

H2O, N2, CO, H2S

Moléculas pequenas a médias:Açúcares, purinas, pirimidinas, aminoácidos, lipídeos

Grandes MoléculasPolissacarídeos, Ácidos Nucleicos, Proteínas

Protocélulas

Procariotos

Eucariotos Organismos Multicelulares

membrana

Mecanismo genéticoSistema ATP

organelasTecidos diferenciados

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

H2O, N2, CO, H2S

Moléculas pequenas a médias:Açúcares, purinas, pirimidinas, aminoácidos, lipídeos

Grandes MoléculasPolissacarídeos, Ácidos Nucleicos, Proteínas

Protocélulas

Procariotos

Eucariotos Organismos Multicelulares

membrana

Mecanismo genéticoSistema ATP

organelasTecidos diferenciados

ETAPAS CONSEGUIDAS EM LABORATÓRIOS

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

Stanley Lloyd Miller1930-2007

A primeira demonstração da possível síntese de

componentes orgânicos sob condições prebióticas

foi realizada em 1953 por Stanley Lloyd Miller.

Miller investigou a ação de descargas elétricas

agindo em uma semana em uma mistura de CH4,

NH3, H2, e H2O.

Misturas como proteínas e aminoácidos foram

produzidas, assim como ácidos e hidróxidos,

ureia e outras moléculas orgânicas.

IntroduçãoAtmosfera Primitiva

IntroduçãoAtmosfera PrimitivaPROBLEMA: Miller não encontrou purinas nem pirimidinas, as moléculas bases para DNA e RNA

Joan Oró i Florensa1923 - 2004

Meteorito MurchinsonRico em compostos orgânicos(Condrito Carbonáceo)

Formação de

Adenina a partir de Cianeto de Amônia

IntroduçãoOrigem da Vida

POLIMERIZAÇÃO PREBIÓTICA

•Como esses simples elementos abióticos constituintes foram

reunidos em polímeros dando origem à vida?

•Polímeros são compostos de ao menos 20 a 100 unidades de

monômeros para ter catalise e funções de replicação.

•Não há evidência de produção desses polímeros em

meteoritos, então reações de condensação claramente

devem ter sido realizadas na Terra primitiva.

IntroduçãoOrigem da Vida

IntroduçãoOrigem da Vida

PRIMEIRA REPLICAÇÃO

•A vida como ela nós conhecemos não poderia evoluir

na ausência de mecanismos de replicação genética.

•O aparecimento da primeira molécula capaz de

replicar, catalisar e multiplicar teria marcado a origem

tanto da vida como da evolução.

IntroduçãoOrigem da Vida

PRIMEIRA REPLICAÇÃO

•Moléculas RNA autocatalíticas (ribozima)

•Amplamente aceita, mas não teria sido diretamente

um produto de evolução prebiótica.

IntroduçãoOrigem da Vida

PRIMEIRA REPLICAÇÃO

ÁCIDOS NUCLEICOS

PROTEINAS

by Escher

IntroduçãoMundo RNA

IntroduçãoMundo RNA

IntroduçãoMundo RNA

R18 (até 14 “letras”) tC19Z (95 “letras”)

IntroduçãoMundo RNA

IntroduçãoMundo RNA

“mundo proteico” RNA DNA

Estágio Gatilho evolutivo

Evidências Tendências Evolutivas Impacto ecológico

I. Protovida Origem da Vida

Não há (>3.5 B.a.) a) Estabelecimento de Sistemas vivos;b) Código genético;c) Eficiência nos processos vitais

Primeiros heterótrofos

Grafita (SW Groenlândia): C13/C12: 3,830 M.a Estromatólito ~ 3,500 M.a

MUNDO PRÉ-CAMBRIANOPaleontologia

• A árvore da vida Universal• O evento de grande oxigenação• Fauna de Ediacara e Varanger

Mundo Pré-Cambriano

Mundo Pré-Cambriano

Procariotos

Estágio Gatilho evolutivo

Evidências Tendências Evolutivas Impacto ecológico

I. Protovida Origem da Vida

Não há (>3.5 B.a.) a) Estabelecimento de Sistemas vivos;b) Código genético;c) Eficiência nos processos vitais

Primeiros heterótrofos

II. Procariotos

Ancestral comum

Estromatólitos, microfósseis, quimiofósseis

Desenvolvimento Metabólico

Autotrófos e Decompositores

Evidências

Evidências

Evidências

Mundo Pré-Cambriano

Eucariotos

Estágio Gatilho evolutivo

Evidências Tendências Evolutivas Impacto ecológico

I. Protovida Origem da Vida Não há (>3.5 B.a.)

a) Estabelecimento de Sistemas vivos;b) Código genético;c) Eficiência nos processos vitais

Primeiros heterótrofos

II. Procariotos

Ancestral comum

Estromatólitos, microfósseis, quimiofósseis

Desenvolvimento Metabólico

Autotrófos e Decompositores

III. Eucariotos unicelulares

Endossimbiose;Aumento do O2 atmosférico

Quimiofósseis;MIcrofósseis

a) Variedade funcional; b) Aumento do tamanho.

Adição de consumidores

Mundo Pré-Cambriano

Endossimbiose

Mundo Pré-Cambriano

Grande evento de Oxigenação

Estágio 1 (3.85 B.a – 2.45 B.a): Praticamente não havia O2

Mundo Pré-Cambriano

Grande evento de Oxigenação

Estágio 2 (2.45 B.a – 1.85 B.a): Produção de O2, absorvido pelos oceanos

Mundo Pré-Cambriano

Grande evento de Oxigenação

Estágio 3 (1.85 B.a – 0.85 B.a): O2 absorvido pelas superfícies terrestres

Mundo Pré-Cambriano

Grande evento de Oxigenação

Estágio 4 & 5 (0.85 B.a – presente): O2 é acumulado

Mundo Pré-Cambriano

Eucariotos

Estágio Gatilho evolutivo

Evidências Tendências Evolutivas

Impacto ecológico

IV. Eucariotos Multicelulares

Integração celular

Grypania (2.1 B.a)Algas vermelhas (1.2 Ba – 1 Ba)

a) Tecidos e Órgãos; b) Alternância de gerações; c) Aumento do tamanho

Cadeias alimentares complexas; vida se torna parte física

Mundo Pré-Cambriano

Multicelularidade

Grypania (2.1 Ba)

Mundo Pré-Cambriano

Multicelularidade e Sexo

Bangiomorpha (1.2 Ba). a) filamentos; b) transição de filamento simples para filamento multiplo

Mundo Pré-Cambriano

Eucariotos

Estágio Gatilho evolutivo

Evidências Tendências Evolutivas

Impacto ecológico

IV. Eucariotos Multicelulares

Integração celular

Grypania (2.1 B.a)Algas vermelhas (1.2 Ba – 1 Ba)

a) Tecidos e Órgãos; b) Alternância de gerações; c) Aumento do tamanho

Cadeias alimentares complexas; vida se torna parte física

V. Conquista Terrestre

Adaptação à vida aérea

Quimiofósseis (2.6 Ba)Microfósseis (1.2 Ba)Briófitas (~450 Ma)

Sobrevivência em ambientes em mudanças constantes

Produtores primátios nos continentes

Questões

I. Quais são as vantagens e as desvantagens do sexo e da multicelularidade? Descreva um mundo em que não haja e nunca houve sexo e multicelularidade.

II. Por que são tão raros os fósseis do período Pré-Cambriano?