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Aula de Biologia Evolutiva Hipóteses sobre a origem da vida "Mundo RNA" Período Pré-Cambriano Principais eventos para a evolução biológica
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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?