Hipótesis acerca del origen de la vida

Asignatura: Biología IDra. Cristina S. Pérez Coll

Conceptos

• Propiedades de lo vivo “Requisitos para la vida”

• Organización de la materia.

• Propiedades emergentes

1) Propiedades de lo vivo “Requisitos para la vida”

• i) Crecimiento

• -División celular

• - S! de proteínas

• ii) Metabolismo

• -Anabólico

• -Catabólico

Propiedades de lo vivo “Requisitos para la vida” (continuación)

iii) Capacidad de autoperpetuación- Reproducción

- Rep. Asexual organismos idénticos (M!)

Cambios Mutaciones

-Rep Sexual organismos nuevos (R!; ubicación de las tetradas en la placa ecuatorial, crossing over)

Niveles de organización de la materia

• Químico

• Partículas subatómicas• Átomos• Moléculas inorgánicas y orgánicas (CHON, P,S)(incluidas las macromoléculas de interés biológico (proteína, azúcares, lípidos, asociación de estas moléculas con estructuras celulares) •Complejos moleculares•Organelas

• Biológico

• - Células

• - Tejidos

• - Órganos y sistemas de órganos

• - Organismo.

Niveles de organización de la materia (cont.)

• Ecológicos

• - Poblaciones• - Comunidad• - Ecosistemas• - Biomas• - Biosfera

• Interacción Hombre Biosfera=Antroposfera

Niveles de organización de la materia (cont.)

Propiedades emergentes.

• Tamaño,

• Complejidad,

• Necesidades energéticas,

• Integración

HIPÓTESIS

• La panspermia

• Generación espontánea

• Evolución química y celular

La panspermia:

• Concepto: Supone una distribución universal desde fuera de la tierra ya sea de gérmenes vivos o de materiales orgánicos. Propuesta en varias ocasiones a lo largo de la historia, cuenta hoy con defensores entre ellos, algunos científicos de prestigio.

• Griegos: Anaxágoras

• Fines del siglo Siglo XIX • Arrhenius, esporas y otros organismos de

resistencia habrían atravesado el espacio y llegar a la tierra.

• Medio o “vehículo” de transporte: meteoritos o la estela de cometas.

• Hoy se sabe que no es posible que los microorganismos puedan venir del espacio, ya que serían destruidos por radiaciones.

La panspermia

• Recientemente se descubrieron compuestos orgánicos alrededor de algunas estrellas y en el espacio interestelar

• Polvo cósmico: En los años 70, dos astrónomos anunciaron que sus mediciones de ondas infrarrojas indicaban la presencia de bacterias en la materia interestelar.

• Presencia de bacterias en el espacio cósmico? Se descartó porque se demostró contaminación

La panspermia

Generación espontánea

• Concepto: En determinadas condiciones, los seres vivos surgen a partir de la materia inanimada. Supone creación de vida a partir de lo inerte.

• Se difundió durante la edad media y se mantuvo sin oposición hasta el siglo XVII.

• Redi: experimentos con carne con/sin aislamiento de moscas

• Infusorios. Presencia de organismos minúsculos que se podían observar al microscopio en infusiones de heno (microorganismos llamados por ello infusorios). Científicos prestigiosos de la época Buffon, y Cuvier adherían a la teoría

• XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX• Pasteur (1859) todos los seres vivientes, por diminutos

que fuesen, procedían de `gérmenes' que flotaban en el aire, realizó una serie de experimentos que dieron lugar a la técnica de esterilización de medios de cultivo, de donde procede directamente toda la bacteriología moderna.

Generación espontánea

• La idea de la generación espontánea fue abandonada. Solo quedan algunos adeptos a esta hipótesis.

Generación espontánea

Evolución química y celular

• Concepto: La vida apareció, como consecuencia de reacciones fcoqcas. entre compuestos, en un momento en el que las condiciones de la tierra eran muy distintas a las actuales. La vida sólo puede surgir en determinadas condiciones físico-químicas favorables, en particular en lo relativo a la temperatura y a la presencia de agua en forma líquida.

Evolución química y celular:

Etapas:

• Evolución química.

• Evolución prebiótica.

• Evolución biológica.

• Oparin (Ruso, 1924): No realizó experimentos. Absolutamente teórico. La Tierra y su atmósfera debieron ser muy diferentes a las actuales. Atmósfera s/O2, anaeróbica. Gases: vapor de H2O, CH4, NH3, Presencia de E: rayos, UV, 1as moléculas orgánicas (prebióticas: aa, ác. nucleicos), en un entorno muy concentrado (para evitar la dilución), litorales marinos.

Evolución química y celular:

• Miller (EEUU, 1950)• Simular las condiciones del planeta antes de la

aparición de la vida:• Balón: recrea una atmósfera; vapor de agua,

CH4, SH2 60.000 V coacervo (coloide) S! de aa, urea, ác. acético, formol, ác. cianhídrico, inclusive moléculas de importancia biológica: azúcares sencillos, lípidos, alcoholes del tipo del glicerol

Evolución química y celular

Dispositivo de Miller

Conclusión

• Empírico: No se pudo aún crear vida en el laboratorio, de la forma que hoy sabemos, que:

• La vida solo proviene de la vida.

Otras preguntas…• Cuándo ?• Formación de la Tierra: 4600 millones de años• Aparición de la vida: 3000-4000 millones de años.

• Dificultades para precisar este tiempo:• La falta de registros fósiles• Microfósiles:3600 millones de años • • Cómo se formaron ?

• De qué tipo eran?• Heterótrofas agotamiento de recursos. Aparición de las primeras bacterias

autótrofas (cianobacterias) aparición de O2. • Ventajas del metabolismo aeróbico frente al anaeróbico?

• Cuántas veces ?• Varias veces, en distintos sitios del planeta.

La naturaleza química de las moléculas biológicas.

• Moléculas orgánicas con un mismo tipo de isómero. • Todas las moléculas presentan, según la disposición de

los átomos que las constituyen, formas distintas llamadas isómeros, que son simétricas entre sí (como la mano derecha es simétrica de la izquierda). Las moléculas no biológicas están formadas por mezclas de isómeros `derechos' (dextrógiros) e `izquierdos' (levógiros) en proporciones iguales. Por el contrario, las moléculas biológicas, y en particular los aminoácidos que forman las proteínas, tienen la particularidad de ser todas levógiras. ¿Cómo se produjo la selección de uno de los isómeros? Ninguna hipótesis explica este fenómeno de manera satisfactoria.

Cuál fue el polímero primordial?• La cuestión más importante acerca del origen de la vida es: cuáles

fueron las primeras moléculas que debían tener como requisito: • Autoreplicación• Contenido de información. • El origen de la vida es el origen de la evolución, y para eso se

requiere replicación e información genética que se propague y se conserve más o menos estable a lo largo de la evolución.

• Proteínas: excelentes catalizadores, pero son incapaces de acumular información, ya que una proteína no puede guardar la información necesaria para la síntesis de otra.

• Àcidos nucleicos (ARN y ADN) almacenan información genética, pero necesitan para duplicarse de enzimas (actividad catalítica).

• ¿Cuál de estos polímeros habría surgido primero en el planeta?• Comienzo de la década del '80: una serie de evidencias

parecieron indicar que el polímero primordial autorreplicable podría ser un ácido nucleico, más específicamente un ácido ribonucleico (ARN) y no una proteína.

ARN…1er material genético ?

• El primer material genético pudo ser el ARN.

• El ARN sirve como molde para la formación de copias de sí mismo (Replicación).

• Además, como si fuera una enzima, puede modificar su propia estructura y la de otras moléculas.

RNA con propiedad de autoreplicación

• Cech y Altman (1981): determinadas secuencias del ARN de ciertas bacterias eran capaces de acelerar la velocidad de algunas reacciones. En otras palabras, descubrieron que el ARN podía comportarse como una enzima. Lo llamò "ribozima", es decir una enzima constituida por ácido ribonucleico. Reciben Premio Nobel

• Cech publicó en la revista Cell la demostración de que determinada secuencia de ribonucleótidos de una forma de ARN ribosomal llamado 26S

• Posteriormente se demostró que el RNA tenía capacidad para autoreplicarse

RNA

El ARN comienza a perder posiciones…

• 1989¿Puede el ARN, con todos sus componentes, ser sintetizado en las condiciones primitivas a una velocidad mayor que la de su destrucción por la radiación ultravioleta, por hidrólisis o por su reacción con otras moléculas del ambiente?

Les “toca” su momento de fama a los análogos de RNA

Comparación de un ribonucleósido "verdadero" a) con análogos "primitivos". En éstos, el azúcar ribosa es reemplazado por otros compuestos: el glicerol (b), la acroleína (c) y el eritrol (d).

De los análogos de RNA a los RNA…

• La estabilidad del glicerol es muy superior a la de la ribosa, lo que puede haber permitido su acumulación en los ambientes acuáticos de la Tierra primitiva en cantidad suficiente como para formar los primeros polìmeros “análogos de RNA”

• Cómo se pasó del "mundo de los análogos del ARN'' al "mundo de los ARN“? Quizá, los primeros análogos del ARN estaban compuestos de diferentes variedades de análogos y podrían contener, incluso, algunos "auténticos" RNA. La selección natural en el "mundo de los análogos del ARN" debe haber favorecido aquellos polímeros que presentaban una mejor relación entre capacidad de autoduplicación y resistencia a la destrucción.

De RNA…o análogos de RNA …a proteínas …y a membranas

• La SELECCIÓN NATURAL favoreció las familias de RNA que interactuaban con aminoácidos y guiaban la formación de proteínas.

• Aparición de membranas. Si un ARN formaba una proteína especialmente apta, pero ésta se diluía en un océano de moléculas, la relación con el ARN original se perdía. Pero si ambos permanecían en un mismo compartimiento, la selección podía actuar sobre la proteína (el fenotipo) favoreciendo la prevalencia de su correspondiente ARN (el genotipo). Las membranas estaban hechas de lípidos, sustancias que en el agua forman espontáneamente pequeñas esferas.

Aparece el ADN…

• Nuevas Ez! utilizaron el ARN como molde para la síntesis de un ácido nucleico diferente: ADN.

• Ventajas del ADN: • Más estable • Replicación más eficiente. • Condición de doble hélice, permite la existencia

de un sistema que corrige y repara los daños que sufre una de las cadenas, usando la otra como molde.

• Evolución de procariotas a eucariotas. • Hipótesis de la simbiosis:

• Los primeros eucariotas surgieron de la combinación de unas bacterias con otras. Estas bacterias irían quedando incorporadas definitivamente a la célula hospedante, dentro de la que se transformarían en mitocondrias. La considerable semejanza que hay entre mitocondrias y bacterias es un argumento a favor de esta teoría. Asimismo, los cloroplastos propios de las células vegetales serían quizá bacterias clorofílicas que habrían colonizado otras células.

Otras preguntas…