Depto. De Ciencias - Biología Prof. Ma. José Espinoza A.Nivel: 3º medio Diferenciado UNIDAD II - Guía 1 Teorías del origen de la vida Lo que aprenderás Describe las teorías del origen de la vida. Diferencia los experimentos que refutan la generación espontánea. Describen el experimento de Miller y la recreación en menor escala de las condiciones químicas de la Tierra primitiva. Vocabulario Teoría creacionista Generación espontánea Biogénesis Panspermia Origen químico de la vida Inorgánicas Moléculas orgánicas Estrategia de lectura Organizador de la lectura Mientras lees esta lección, haz un mapa de conceptos con los términos de la lista anterior ¿Te has preguntado por qué salen hongos en las uñas o dedos de los pies? La respuesta más común es que aparecen por la humedad y calor en éstos o por zapatos sucios. ¿Tiene validez científica esta explicación? No, la explicación no se ve a simple vista, pues los hongos se reproducen a través de esporas, éstas pueden ser diseminadas por el viento y caer en tus zapatos. Si las condiciones ambientales son favorables como calor y humedad, las esporas se reproducen …..¡voila!, tenemos el desarrollo del famoso pie de atleta y no por generación espontánea. El ser humano, desde tiempos remotos se ha preguntado cómo se originó la vida en la Tierra, las explicaciones han sido fundadas en teorías religiosas, mitológicas, paranormales y con fundamentos científicos. Hoy en día, existen experimentos que validan hipótesis que apoyan el origen químico de la vida a través de experimentos que reproduzcan los constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pudieron suceder en su entorno natural o atmósfera carente de oxígeno de esa época. Desde la Edad Media, se postula la Teoría Creacionista del origen de la vida, inspirada en doctrinas religiosas en las cuales se asegura que la Tierra y los seres vivos que habitamos en ella proviene de la creación de un Ser superior o divino, basado en varios o un acto de creación por un Dios todo poderoso. Teoría de Generación Espontánea La teoría de generación espontánea plantea que los seres vivos provienen de objetos sin vida o materia inorgánica e incluso de otros seres vivos como el ratón. Aristóteles a mediados del siglo IV a.C, postulaba en base a observaciones que los gusanos surgían del fango, la carne putrefacta originaba moscas como se muestra en la figura 1 y que muchos organismos aparecían desde zonas con gran humedad. Siglos después, Jean Baptiste van Helmont apoya esta teoría y señala que “…Las criaturas como los piojos, las garrapatas, las pulgas y los gusanos son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de veintiún días el olor cambia, y el fermento, surgiendo de la ropa interior y penetrando a través de las cáscaras de trigo, cambia el trigo en ratones adultos perfectos…” Los ratones resultantes no se creaban, sino que simplemente llegaban y tendrían que pasar muchos años y científicos para llegar a refutar esta teoría. Comprensión de Lectura: ¿Qué diferencias presentan las teorías creacionista y la generación espontánea? Figura 1. Teoría de la generación espontánea, propuesta por Aristóteles y apoyada por van Helmont. creacionista teoría basada en conceptos religiosos que afirma que todos los elementos vivos y no vivos fueren creados por seres divinos. generación espontánea teoría que afirma que los seres vivos se originan a partir de materia inerte o no viva. ¿Cómo se refutó la generación espontánea? Muchos científicos propusieron experimentos que invalidaban esta teoría, pero la sociedad científica de la época buscaba siempre resquicios que invalidaran las pruebas científicas que presentaban los detractores de los espontaneístas. Como se muestra en la figura 2, Francisco Redi en el año 1668, realizó experimentos que demostraban que las los gusanos se generaban de huevos de larvas y no espontáneamente. Figura 2. Experimento de Francisco Redi que comprueba la biogénesis a pesar de su rechazo por la sociedad científica. Este experimento fue cuestionado por la sociedad científica de la época. Las bacterias se reproducen cada veinte minutos. Las observaciones realizadas fueron que al paso de un tiempo. asegurando la eliminación de microorganismos que pudiesen estar presentes en el caldo. conservándolo estéril. el cual presentó un experimento muy bien diseñado y concluido. una batería generará a dos hijas en ese lapso de tiempo. donde estuviese presente el principio activo que tanto hablan los espontaneístas. en dos frascos con jugo de cordero les sacó el máximo posible de aire para hervirlos después. Experimento de Spallanzani que refuta la generación espontánea. Luego de un tiempo. que permitió probar definitivamente que los microbios o huevos de moscas se formaban a partir de otros microorganismos. contraponiéndose a la generación espontánea o abiogénesis. El experimento se muestra en la figura 4 y consistió en utilizar dos matraces cuello de cisne o forma de S para permitir la entrada de aire y que los microorganismos quedaran en la parte baja del tubo. fue adjudicado por un microbiólogo francés llamado Louis Pasteur. es decir. En 1719. se dividen de forma simple aunque las bacterias nuevas sean de menor tamaño que la original. sobre el origen de la vida. Uno de ellos lo tapó herméticamente y lo hirvió por un largo tiempo. Redi decide realizar otro procedimiento para refutar la negación de la biogénesis por parte de los científicos. impidiendo la contaminación del caldo. los retiró del fuego. los resultados de Redi fortalecieron la biogénesis. pues demostró que los organismos sólo aparecían cuando había aire contaminado. Pero. Experimento de Pasteur que desecha definitivamente la generación espontánea. por tanto. Aunque nuevamente fue cuestionado por la sociedad científica que creía ciegamente en la generación espontánea. Figura 4. Lazzaro Spallanzani realizó y mejoró otro experimento que refutara la generación espontánea. teoría que admite el origen de un ser vivo solamente a partir de otro ser vivo. la sociedad científica francesa ofrece un premio a quién resuelva esta gran polémica entre espontaneístas y los que apoyaban la biogénesis. Comprensión de Lectura: ¿Qué elementos constituían la fuerza vital de los espontaneístas? biogénesis teoría que afirma que los seres vivos procede de otro ser vivo. que se reproducen por fisión binaria. procariontes y unicelulares. en el primer frasco destapado aparecieron larvas de moscas. el primer frasco fue tapado herméticamente. en el cual pone un frasco tapado con una gasa quirúrgica. el segundo y tercer frasco no aparecieron huevos o larvas. Redi concluye que los animales muertos o los restos orgánicos no generan vida.Para comprobar si idea. descubrió que las larvas de moscas aparecían en la gasa y no en la carne putrefacta. El segundo frasco lo hirvió sin tapar por otro largo tiempo. ellos afirmaban que no aparecían larvas en los frascos tapados ya que les faltaba el principio activo que generaba vida (aire). Hirvió un caldo de carne para eliminar a los microorganismos. el aire y microbios entraba por el cuello del matraz. En estas condiciones no aparecen huevos ni larvas de otros animales. . En el año 1860. si no que les son depositados por las moscas huevos que posteriormente se desarrollan formando larvas. muchos científicos espontaneístas invalidaron este experimento ya que se eliminada la fuerza vital de la generación espontánea (calor) y afirmaron que Spallanzani sólo probaba que la vida no ocurría en ausencia de aire. Pasteur derribó definitivamente la teoría de la generación espontánea. ¿Cuántas bacterias podríamos obtener en un periodo de 2 horas? Figura 3. Tal premio. Como se muestra en la figura 3. Práctica de matemáticas Crecimiento Bacteriano Las bacterias son microorganismos. pero sí el proceso típico de putrefacción. hizo el siguiente procedimiento: colocó tres grupos de frascos con diferentes trozos de carne. el segundo frasco fue tapado con una tela y el tercer frasco lo dejó sin tapar. origen químico de la vida teoría que plantea que la vida surge en la Tierra después de un largo periodo de tiempo de evolución de moléculas inorgánicas para formar moléculas orgánicas necesarias para generar vida. denominadas coacervados (asociaciones de moléculas que unen a través de fuerzas electroestáticas). tal como se muestra en la figura 7. Luego. Comprensión de Lectura: ¿Qué permitió que las moléculas sencillas reaccionaran entre sí formando moléculas más complejas? Miller y Urey: comprobación de la hipótesis de Oparín En 1953. Los mares que se formaron. Estas reacciones químicas continuaron en el tiempo llegando a formar a los ácidos nucleícos que tenían la capacidad de replicarse. que podemos observar en la figura 5. que comenzaron a evolucionar dando origen a todas las formas vivientes de la Tierra. La vida se habría propagado desde el sistema solar a la Tierra por medio de un intercambio de elementos básicos para la vida o. Las moléculas complejas formadas empezaron a intercambiar energía y materia en el medio en que se encontraban. incluso de microorganismos a través de espora. actividad volcánica y rayos cósmicos. por lo tanto. cometas que impactaron y fueron sembrados en nuestro planeta. evolución biológica es el conjunto de transformaciones o cambios a través del tiempo que ha originado la diversidad de formas de vida en la Tierra a partir de un antepasado común.500 millones años atrás. Figura 5. dando lugar a moléculas cada vez más complejas. reaccionarían de forma espontánea entre sí. cargados de moléculas complejas que se irían creando. como lípidos y proteínas para impedir su fragmentación enzimática o que reaccionaran con otras moléculas. Hace 4. vida. como si fueran relámpagos. la gran diversidad de seres vivos existentes se debe a los procesos de cambios de los seres más sencillos dando origen a seres más complejos en un procesos denominado Evolución biológica. La figura 6 muestra a las células primitivas que habitaban en los mares. en el año 1908. carecen generalmente de carbono en su estructura química y deben ser consumidos a través de la dieta. inorgánicas son sustancias que no las fabrica un ser vivos. eran unos verdaderos caldos nutritivos. los cuales fueron sometidos a intensas radiaciones ultravioletas (UV) provenientes del Sol y a fuertes descargas eléctricas que se daban en la propia atmósfera. En ella abundaban gases como metano (CH4). Figura 6. quizás. el científico Svante Arrhenius. dióxido de carbono (CO2). los científicos Stanley Miller y Harold Urey idearon un experimento que comprobaba la síntesis espontánea de materia orgánica sencilla a partir de sustancias inorgánicas en condiciones ambientales adecuadas. la atmósfera carecía de oxígeno.Panspermia A principios del siglo XX. vapor de agua (H2O) y sulfuro de hidrógeno (SH2). y se inició una lluvia que arrastró estas moléculas hacia los mares primitivos que se estaban formando. amoniaco (NH3). orgánicas son moléculas que pueden ser fabricadas por los seres vivos y que están compuestas de carbono en su estructura química. originado a las primeras células primitivas. con lo que la reactividad de los gases sería muy alta. Hipótesis de Oparin que propone la evolución química de la vida. Evolución Química o quimiosíntesis El ruso Alexander Oparin y el inglés Haldane en 1923 propusieron una hipótesis referida al origen químico de la vida y las condiciones del planeta en su inicio. por lo que se denominó reductora. Evolución biológica de la . viento solar. panspermia teoría que plantea que la vida se origina en algún lugar del universo y que llega a la Tierra a través de restos de cometas y meteoritos. estas moléculas fueron envueltas por otras moléculas. meteoritos. propone la teoría llamada Panspermia en la que la vida llega a la Tierra desde el espacio exterior a través del polvo estelar. al mismo tiempo la Tierra comenzó a enfriarse. Comprender las ideas principales 3. que el origen de un ser vivo solamente a partir de otro ser vivo. Repitió el experimento varias veces con idénticos resultados. o La teoría Panspérmica afirmaba que la vida llega a la Tierra desde el espacio exterior a través del polvo estelar. Comprobando así la aparición de materia orgánica a partir de materia inorgánica. como descargas eléctricas y temperaturas altas. o Redi y Spallanzani diseñaron experimentos para objetar la generación espontánea. generación espontánea. que los microbios se formaban a partir de otros microorganismos. . c. Comprensión de Lectura: ¿Qué simulaba ser la mezcla inicial utilizada por Miller y Urey? Figura 7. Define el término biogénesis con tus propias palabras. dióxido de carbono. simulando las condiciones de la atmósfera primita. a. Primero el caldo era hecho a hervir y posteriormente se pasó por un tubo de condensación a temperaturas más bajas. o Alexander Oparin y el inglés Haldane propusieron una hipótesis referida al origen químico de la vida y las condiciones ideales en que se encontraba la atmósfera en su inicio. Resumen o El creacionismo afirmaba que la Tierra y los seres vivos fueron creados por un ser superior o divino. b. Spallanzani y Pasteur con sus experimentos? que la vida proviene del espacio exterior. o Miller y Urey reprodujeron la hipótesis del origen químico de la vida en el laboratorio. Circuito experimental de Miller y Urey utilizado para comprobar la hipótesis de Oparin. ¿Qué intentaban comprobar los científicos Redi. amoníaco. pero sólo Pasteur logró comprobar que la vida no era por abiogénesis. tales como aminoácidos. hidrógeno. Se extrajeron muestras de la mezcla y se encontró que éstas poseían una serie de moléculas orgánicas. ACTIVIDADES Usar términos clave Escribe una oración distinta con cada uno de los siguientes términos: creacionismo. meteoritos. nitrógeno y agua en un circuito cerrado. d. panspermia y origen químico de la vida. se sometió a descargas eléctricas en otro recipiente. 1. al pasar la mezcla por el circuito. 2. cometas que impactaron y que fueron sembrados en nuestro planeta.El experimento consistió en someter una mezcla de metano. que la vida se origina a partir de la ropa sucia y basura. con tubos y recipientes de vidrio en forma de balón. glucosa y ácido acético. o En la generación espontánea la vida se creaba a partir de materia inorgánica u orgánica de forma espontánea. Luego. d. Describe brevemente la diferencia entre la evolución química y biológica de la vida 6. ¿Cuál es el promedio en años en realizar experimentos por parte de los científicos intentando de explicar el origen de la vida? Razonamiento crítico: Identificar relaciones ¿Por qué es importante identificar las variables en un experimento científico? Inferir ¿Qué tipo de organismos probablemente se originaron a partir de las células primitivas en los océanos? 10. c. Formular Hipótesis Piensa en una hipótesis para explicar el origen de la vida en la Tierra. además podrían haberla protegido de los efectos de impactos extraterrestres. b. .4. Bastín (1920) FrankE. Destrezas matemáticas 7. Fumarolas: Plumas de agua caliente que surgen de las rocas al fondo del mar en las cordilleras oceánicas y valles de fractura. Greer(1926) Claude E. 9. Realiza un esquema que describa paso a paso el procedimiento utilizado por Miller en la reconstrucción del origen químico de la vida. ¿Cuál de las siguientes opciones NO corresponde a la hipótesis de Oparin y Haldane? La atmósfera primitiva carecía de oxígeno. Gracias a descargas eléctricas de la atmósfera reaccionaron los gases de la atmósfera para fabricar moléculas complejas. desde tiempos remotos se ha preguntado cómo se originó la vida en la Tierra. así tapan aberturas del ADN que los hace menos resistentes al calor. Los compuestos azufrados emitidos por estas fumarolas son la principal fuente de energía para los organismos que allí se alojan. Fundamenta bien tu hipótesis e identifica sus variables. 1953. Es por esto que algunos piensan que la energía y nutrientes necesarios para crear y mantener vida pudieron haber provenido de las surgencias que. Los coservados se formaron en los mares primitivos Las moléculas inorgánicas se crearon a parir de moléculas inorgánicas. Siglo XX EdsonS. 1719. 1668. a.Zobell (1950) La vida se originó en el fondo de los océanos cerca de las fumarolas o surgencias hidrotermales. 350 at de presión y su molécula de ADN está enrollada en sentido inverso gracias a la enzima girasa inversa. El ser humano. 5. algunas de las explicaciones han sido experimentadas en los años 1667. que no consumen oxígeno y soportan temperaturas de 250ºC.A pesar de la temperatura existen bacterias que sobreviven (Arqueobacterias). FUMAROLAS O SURGENCiAS HIDROTERMALES. 1908. 1923. 1860. 4. 8. Todavía se encuentran estromatolitos vivos en manantiales térmicos y en estanques poco profundos de agua fresca y salada. Algunas arcillas. descubiertas en un depósito de cuarzo Figura 9. sostiene que la vida empezó a partir de una reacción química dirigida por alguna fuente de energía que tuvo lugar en una superficie sólida. Sin duda alguna. Dichas rocas columnares están compuestas por capas múltiples de aquellas células. Pirita: Mineral metálico formado por una molécula de Fe y 2 de S. Los estromatolitos se presentan en diversas partes del mundo (Fig. En rocas de Australia y Sudáfrica se han encontrado fósiles microscópicos de este tipo de células de 3400 a 3500 millones de años (Fig. se acumula sedimento alrededor de las células y poco a poco. Siglo XX (1982) A. La primera célula pudo ser un grano de pirita rodeado por una membrana de compuestos orgánicos. Teoria de la Pirita. Podría decirse que el origen de las células a partir de macromoléculas fue un gran avance en el origen de la vida. Dos etapas cruciales de dicho proceso fueron el origen de la reproducción molecular y del metabolismo.G. Todavía hay colonias vivas que forman estromatolitos en el Yellowstone National Park y en la bahía Shark. Los estromatolitos son otro tipo de restos fosiliferos de las primeras células de la Tierra. ¿cómo se explica que a los animales nos beneficia? ¿Se puede plantear que la coincidencia de los cuatro factores mencionados podrían fundar vida en otros planetas? Evidencia fósil de la formación de células primitivas Figura 8. Mientras tanto. crece una nueva capa de células vivas sobre las células muertas. 9). Caracteriza las condiciones primitivas de la Tierra y compara la atmósfera primitiva con la actual Sintetiza los requisitos de la evolución química Si el oxígeno es supuestamente tan dañino para las moléculas orgánicas. un mineral metálico formado por una molécula de hierro y dos de azufre. la pirita. éste se mineraliza. en Australia. por lo general. las primeras células que evolucionaron fueron las procarióticas. la formación de la pirita produce energía den forma de electrones para lograr que los compuestos orgánicos reaccionen unos con otros y aumente su complejidad. Los datos obtenidos de los registros fosiliferos muestran que las primeras células prosperaron hace 3500 millones de años. como ácidos nucleicos o proteínas.5. Su data es de 3500 m. La primera célula pudo haber sido un grano de pirita rodeado por una membrana de compuestos orgánicos. 6. . pudieron mejorar su potencial reproductor.Cirns-Smith (Químico)1 propone que la vida se originó de un sustrato sólido. necesaria para conseguir que los compuestos orgánicos reaccionen unos con otros y aumenten su complejidad. Teoría de cristales de Arcilla. 8). Quizá no haya sido un gran avance. Estromatolitos australianos negro en Australia. ACTIVIDADES Estructura una tabla que permita explicar el proceso de la evolución química en cinco etapas. de años. Micrografía de células fósiles de tipo bacteriano. Siglo XX Gunter Wachtersshauser (Abogado y Químico). Con el tiempo. cianobacterias. los cristales de arcilla estos son lo suficientemente complejos como para evolucionar en forma parecida a la vida. desarrollando la capacidad de atraer o sintetizar compuestos orgánicos. sino una serie de pequeños avances. La continua formación de pirita a partir de esos dos elementos produce e nergía en forma de electrones. En ocasiones la conformación de la molécula plegadaes tal que se une débilmente a un aminoácido. el ARN es necesario en cualquier forma. a partir del compuesto Y. debido a que el ADN no posee actividad catalítica. Antes de la evolución de las células verdaderas. Sin embargo. permitiendo la acumulación de algunas moléculas y la exclusión de otras. En las células vivas. Por lo mismo. En 1945 Horowitz afirmó que un organismo obtendría las enzimas necesarias para los procesos metabólicos por mutaciones génicas sucesivas. Por ejemplo. se hace necesario disponer una cadena de nucleótidos. etc. U. a partir de agregados macromoleculares. Se cree que el ARN fue la primera molécula informativa que “evolucionó” en la progresión hacia la primera célula. Una evidencia de esto es que si se agrega ribozima a un tubo de ensayo con nucleótidos de ARN. ¿Cómo se originó el código genético? Ello debe haber ocurrido en una etapa muy temprana del origen de la vida. se transfiere información del ADN al ARN y de éste a las proteínas. nucleótidos y aminoácidos. X. Se ha estudiado el mecanismo probable de la evolución del ARN y de las proteínas. por parte de los ribosomas . Una segunda mutación para la enzima catalizadora de la síntesis de Y a partir del compuesto X. cada nucleótido está formado por una base nitrogenada. pueden unirse uno a otro para formar un polipéptido. Hay varios pasos fundamentales previos a la formación de células vivas verdaderas. Por otro lado. el organismo con esta mutación sería capaz de sobrevivir aun cuando se agotase la fuente del compuesto Z. sino que ésta obtiene tales moléculas del medio. Mutaciones similares darían lugar a la formación de enzimas que permitirían a estos organismos utilizar sucesivamente algunas sustancias más. para su crecimiento (figura 10). entre otros. que las moléculas orgánicas necesarias para su producción de energía no son sintetizadas por la célula. es probable que el metabolismo se haya originado un paso a la vez. supongamos que el primer organismo primitivo requería un compuesto orgánico. Figura 10. Algunas moléculas actuales de cadena sencilla de ARN se pliegan sobre si mismas por la interacción de los nucleótidos que componen la cadena. es decir. Como el ADN es una doble hélice. Las células de 1 Estos tres tipos de ARN son imprescindibles en la síntesis de las proteínas. De esta forma. como catalizador. permitiría la supervivencia a pesar del agotamiento de este compuesto. todas las reacciones bioquímicas efectuadas por un organismo. para alargar una cadena de ADN o ARN. podría cuestionarse la forma en que una membrana formada por lípidos y proteínas puede envolver a un complejo macromolecular. Probablemente dichas células consumían muchas moléculas orgánicas formadas con espontaneidad: azúcares. ya que prácticamente todos los organismos vivos poseen el mismo código. U y otras. Hoy día se tiene poca información acerca de la forma en que esto ocurrió. Se habían sintetizado previamente. Esta reacción se incrementa si se agrega zinc. la formación de estas enzimas ocurriría en orden inverso a la secuencia en que se dan utilizadas en el metabolismo normal. Este organismo sería capaz de sobrevivir en tanto que el compuesto Z estuviera presente. Los polinucleótidos se forman en la arcilla de la misma forma en que lo hacen los polipéptidos. Por ejemplo. Z. Z. Esquema que explica el origen inverso del metabolismo Evidencias sobre el origen energético y nutricional de las primeras células Las primeras células fueron definitivamente procarióticas anaerobias. funciona como enzima. Si los aminoácidos son mantenidos en estrecha cercanía entre sí por moléculas de ARN. ARNt y ARNm (1). En las células de la actualidad se utiliza como auxiliar en el procesamiento de los productos finales: ARNr. V. El ARN catalítico o ribozima. metal normalmente presente en la arcilla. en forma espontánea. W. es probable que la ribozima haya catalizado la formación de ARN en la arcilla o estanques rocosos poco profundos. originando un polinucleótido. estaban presentes en el entorno. la replicación de nuevo ARN puede ocurrir en ausencia de otras moléculas de función enzimática. Y. comprende una amplia secuencia de reacciones que se llevan a cabo paso a paso. Se cree que las proteínas y el ADN vinieron después. es decir. El último paso en la evolución de las moléculas de información sería la incorporación del ADN en los sistemas de transferencia de información. El ARN también puede dirigir la síntesis de proteínas. Si ocurriera una mutación para una nueva enzima que le permitiera a este organismo sintetizar el compuesto Z. es más estable y menos reactivo que el ARN. V. Algunas pueden haber sido heterotróficas. W. un grupo fosfato y una azúcar de 5 carbonos. y una gran variedad de compuestos orgánicos.. Esta sustancia. Surgimiento del metabolismo en los seres vivos El metabolismo. Una de las características más sorprendentes del ARN es que con frecuencia posee propiedades catalíticas.Transferencia de información molecular U ácido nucleico está formado por nucleótidos. A su vez. Sin embargo. como fuente de la que obtienen hidrógeno. las actuales sulfobacterias verdes y púrpuras utilizan H 2S. Probablemente fueron capaces de expandir este proceso. almacenando energía radiante en forma de energía química. Cuando se interpreta adecuadamente la información obtenida de los estudios moleculares es útil para responder algunas preguntas difíciles. utilizan otras moléculas orgánicas o gas de hidrógeno. De hecho. en la síntesis de moléculas orgánicas. adenosin trifosfato (ATP). se libera oxígeno en forma de gas. Antes del agotamiento de las moléculas orgánicas. El agua es abundante en la Tierra. Ello contrasta con el punto de vista anterior que establecía que el último ancestro común era un heterótrofo. Estas células podían obtener energía de una nueva fuente. cuya disponibilidad era limitada en su entorno. Las cianobacterias fueron los primeros autótrofos fotosintéticos que desdoblaron ( = descompusieron) el agua para obtener hidrógeno. en moléculas orgánicas más permanentes. la luz solar. Un tercer grupo de bacterias. Las cianobacterias aparecieron hace unos 2500 a 2700 millones de años. Estos organismos fotosintéticos no requerían de compuestos energéticos. Inicialmente el oxígeno liberado de la fotosíntesis oxidaba minerales del océano y de la corteza terrestre. ACTIVIDADES a) ¿Cuáles serían las características de las primeras células. Para hace 2000 millones de años. Algunos datos. En 1988 Lake realizó una comparación cuidadosa del ARN de diferentes organismos. las púrpuras no sulfurosas. Probablemente los primeros autótrofos fotosintéticos utilizaron la energía solar para desdoblar moléculas ricas en hidrógeno. sino también de una fuente de hidrógeno. pudieron ocurrir mutaciones que otorgaron a los organismos poseedores una ventaja selectiva distintiva. Por supuesto. además. La biología molecular desempeña una función cada vez más importante en la determinación de las características de las primeras células. utilizado para reducir el dióxido de carbono. y la ventaja selectiva de poder desdoblarla favoreció la supervivencia de las cianobacterias. son utilizados para establecer la fecha de aparición de éstas. En el proceso de desdoblamiento del agua. H2S. como hidróxido de azufre. la fermentación de tales compuestos constituye un proceso anaerobio. Este análisis mostró que todos los organismos vivos tienen un ancestro común que probablemente fue un procariote que metabolizó azufre y vivió en manantiales térmicos. liberando azufre elemental en el proceso.este tipo obtienen la energía necesaria para el mantenimiento de la vida por la fermentación de estos compuestos orgánicos. Gráfico de los cambios en la concentración de CO2 y O2 en la atmósfera en distintos períodos de la evolución este tema y tema VI g) ¿Sería correcto establecer niveles crecientes de estabilidad y autonomía en la evolución del metabolismo energético – nutricional? . las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno como para iniciar un cambio importante en la atmósfera. Con el tiempo. como los estromatolitos. confirma la utilidad de las técnicas moleculares en la biología evolutiva. La fotosíntesis no requiere solamente de energía solar. Probablemente los primeros autótrofos evolucionaron hace cerca de 3400 millones de años. como los azúcares. en cuanto a la obtención de energía y nutrientes? ¿Sobre qué evidencia se basa este supuesto? b) Investiga: ¿existen actualmente organismos capaces de fabricar ATP o hacer fotosíntesis sin organelos especializados (mitocondrias y cloroplastos)? c) Explique el origen del oxigeno gaseoso y establezca la cronología de este proceso d) ¿Qué consecuencia tuvo el aumento sostenido del oxígeno ambiental? e) Analiza la coherencia entre el texto y el gráfico de la figura 11 (antes estudiado en el contexto ecosistémico) f) Establece un vínculo entre Figura 11. Las rocas de esa época contienen trazas de clorofila. La cronología de estos episodios se calculó según datos geológicos y fosilíferos. 02. llegó a liberarse más oxígeno del que podía ser utilizado por estos depósitos. Además eran capaces de almacenar la energía radiante en forma de un compuesto químico. y el oxígeno comenzó a acumularse en el océano y en la atmósfera. esta materia prima se habría agotado rápidamente en la atmósfera. en los que tienen lugar la respiración celular y la fotosíntesis. y así pudieron subsistir en este ambiente. también inhiben la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos. lo que. Considerando la relativa autonomía de estos organelos. Sin el advenimiento de la respiración aerobia. formulada por la científica Lynn Margulis. Fuente: Miller y Levine. Los que adquirieron respiración aerobia podían obtener de la utilización de una sola molécula de glucosa más energía que la que obtenían los anaerobios de la fermentación. y se utilizaba en la respiración aerobia. como producto de desecho. y de éstos a los heterótrofos que ingerían plantas. el carbono liberaba de regreso en el medio abiótico. casi todos los organismos. Hubo varias consecuencias en la evolución de los organismos que podían utilizar oxígeno. reaccionó y dio lugar al ozono 03 (figura 12). típica de células eucariontes. Las mitocondrias y los cloroplastos contienen sus propios ribosomas (estructuras que participan en la síntesis de proteínas). desplazó a los anaerobios a un papel secundario en la Tierra. Las mitocondrias y los cloroplastos son organelos que poseen su propio ADN y que están rodeados por dos membranas. Los anaerobios obligados se intoxicaban con el oxígeno. la síntesis de éstas disminuyó. se inició el reciclaje de carbono en la biosfera. en la parte superior de la atmósfera. La evolución de la respiración aerobia tuvo efecto estabilizador en el oxígeno y dióxido de carbono de la biosfera. llevan a cabo la respiración aerobia. aunado a la toxicidad del oxígeno sobre estos últimos. y una subunidad pequeña. respectivamente. Teoría Endosimbionte ¿De bacterias a mitocondrias y cloroplastos? Existe una teoría que postula que organelos como las mitocondrias y los cloroplastos se habrían originado a partir de organismos procariontes. Sin embargo. 2004 (adaptación). Posteriormente. a partir de la degradación completa de moléculas orgánicas. Esta respiración aerobia se agregó al proceso de glucólisis. en 1967.El incremento del oxígeno atmosférico favoreció la aparición de organismos aerobios El aumento en el oxígeno atmosférico tuvo un profundo efecto en la Tierra y en la vida. De esta manera se producía oxigeno en la fotosíntesis. Prentice Hall. Esto los hizo más ozono competitivos que los anaerobios. para reiniciar el ciclo. los que están formados por una subunidad grande. como en la tierra. De esta manera permitió que los organismos vivieran más cerca de la superficie. surgió la idea de que las mitocondrias y los cloroplastos se habrían originado a partir de antiguas bacterias aeróbicas y bacterias fotosintéticas (posiblemente cianobacterias). los aerobios poseían Figura 12. Biología. tanto en los medios acuáticos. Muchos de los antibióticos que destruyen o inhiben a las bacterias. procariotes y hongos. Algunos organismos incluso crearon mecanismos para utilizar el oxígeno. muchas especies desaparecieron. al igual que los procariontes. Los organismos fotosintéticos utilizaban dióxido de carbono corno fuente de carbono. La teoría endosimbiótica. incluidas plantas. de manera que éste no pudiera afectarlos. Esta teoría se denomina teoría endosimbiótica. la respiración probablemente se desarrolló paso a paso. . Durante esta respiración se libera dióxido de carbono. Como resultado de esto. Primero. El ozono cubrió la Tierra evitando que gran parte de la radiación ultravioleta del sol penetrara hacia la superficie de la Tierra. en forma de dióxido de carbono. protistas. Algunas evidencias a favor de esta teoría son las siguientes: Las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN de forma circular. Por tanto. Esquema que explica la formación del energía adicional para sus actividades. se desarrolló la capacidad de utilizar el oxígeno y extraer energía de los alimentos. respectivamente. y su semejanza con las bacterias. Así. En la actualidad. algunos anaerobios evolucionaron para neutralizar el oxígeno. mediante la respiración. Al igual que otros procesos metabólicos. Entre ellos están las mitocondrias (en células animales y vegetales) y los cloroplastos (en células vegetales). postula que tanto las bacterias aeróbicas como las bacterias fotosintéticas habrían sido englobadas por microorganismos que con el tiempo dieron origen a las células eucariontes. característica de los procariontes. moviéndose de un medio abiótico a los organismos fotosintéticos. Como la energía de la radiación ultravioleta se utilizaba durante la generación espontánea de moléculas orgánicas. Las células eucariontes poseen en su citoplasma organelos que desempeñan importantes funciones. Por ejemplo. La prueba principal de esta teoría es que en la actualidad la mitocondria y los cloroplastos poseen parte de un aparato genético propio. y no de una . Esquema que explica el proceso de formación de células eucariotas a no suelen considerarse partir de procariotas. convirtiéndose. vive en el intestino de las termitas. Poseen parte de la maquinaria de síntesis de proteínas. La teoría estipula que cada uno de los "socios" llevó a la relación algo de lo cual el otro "socio” carecía. a partir de los procariotes? La teoría endosimbiótica afirma que las mitocondrias. como mitocondria. lo cual significa que se dividen en forma independiente de la célula en que residen. ausente en la célula huésped original. La célula huésped aportó hábitat seguro y materia prima o nutrientes. Probablemente recuerdes que estas células carecen de membrana nuclear y de membranas de organelos.Estos endosimbiontes fueron originalmente ingeridos por una célula. retículo endoplásmico.a) ¿Qué postula la teoría endosimbiótica? y ¿qué argumentos fundamentan esta teoría? b) ¿Qué impacto pudo tener la teoría endosimbiótica para el conocimiento científico? Fundamenta c) ¿Qué utilidad para la medicina y para la salud de las personas representa la teoría endosimbiótica? Explica. en tanto que la interna se desarrolló de la membrana plasmática del endosimbionte. Mitocondrias y cloroplastos son capaces de autorreplicarse. Esta es una de las razones por las que los biólogos creen que las primeras células fueron procarióticas. ¿Cómo se originaron los eucariotes. Los eucariotes aparecieron en el registro fosiliferos correspondiente hace millones de años. carecen de todos estos organelos. y son capaces de llevar a cabo la síntesis proteínica en forma limitada. y quizá también los centriolos y demás organelos surgieron de relaciones simbióticas entre dos organismos procarióticos. cloroplastos. Poseen su propio ADN (en forma de un cromosoma circular. y actúan como flagelos. Además. Es lógico considerar que los ancestros de los organismos modernos tuvieron una constitución muy sencilla. como el de las células procarióticas) y sus propios ribosomas (más parecidos a los ribosomas de las células procarióticas que al de las eucarióticas). Ambos organelos se cubren por una doble membrana. cloroplastos y aparato de Golgi. Sobrevivieron y se reprodujeron junto con la célula huésped. en un flagelo. Luego. mediante la teoría endosimbiótica cianobacterias) y las mitocondrias son vistas como bacterias precedentes (o bacterias fotosintéticas que han perdido su capacidad de fotosíntesis). De hecho. Entre los organismos modernos. Un protozoario Myxotrixcha paradoxa. Los dos organismos desarrollaron una relación de mutualismo y al final perdieron su capacidad de vivir fuera del huésped (figura 6). es posible intoxicar estos organelos con antibióticos que afectan a las bacterias. pero no a las células eucarióticas. a fin de cuentas. En la actualidad se observan varias relaciones endosimbiótica : Muchos corales poseen algas dentro de sus células. Esta es una de las razones por las que los arrecifes de coral son tan productivos. los cloroplastos se consideran bacterias fotosintéticas (aunque Figura 6. incluyendo moléculas de ARNt. Se cree que la membrana externa se originó por invaginación de la membrana plasmática de la célula huésped. viven algunos procariotes fotosintéticos. En las células del tunicado colonial Diplosoma virens. están unidos al protozoario. aunque no todo. las formas más simples de vida celular son los procariotes. Esta relación es particularmente curiosa porque se trata de una cloroxibacteria. y varios endosimbiontes. incluyendo una espiroqueta. algunas bacterias proporcionaron la capacidad de desplazamiento. los cloroplastos proporcionaron la capacidad de utilizar una fuente simple de carbono (dióxido de carbono). la mitocondria proporcionó la capacidad de utilizar el metabolismo oxidativo. pero no digeridos por ella. de manera que las generaciones siguientes de dichas células contenían también a estos endosimbiontes. La teoría endosimbiótica no constituye la respuesta final a la evolución de las células eucarióticas a partir de las procarióticas. 2. Tu hipótesis debe incluir un fundamento acerca del por qué esta innovación generó ventajas esta estrategia de “ser vivo”. . 17. entonces deberían existir muchas secuencias de ADN que no generan información útil”. 12. 10. si en el mismo texto se admite que el ARN posee actividad catalítica? Las proteínas más simples poseen algunas decenas de aminoácidos. Tu hipótesis debe incluir un fundamento acerca del por qué generó ventajas esta estrategia de “ser vivo”. esta teoría no explica la forma en que el material genético en el núcleo quedó envuelto por una membrana. Por ejemplo. clorofila b. a partir de procariotes. Las cloroxibacterias se descubrieron apenas hace poco y poseen el mismo sistema pigmentario (clorofila a. Explica por qué y de qué forma se podría corregir para no generar faltas conceptuales ¿Qué le falta a un protobionte para poder ser considerado una célula primitiva? ¿Por qué resulta tan evidente pensar que las primeras células tuvieron que ser procariontes. como cilios y flagelos. señalando las condiciones ambientales imperantes en cada período (O sea. ¿Qué característica del ARN. 9. sería evidencia que da exactamente lo mismo? ¿Por qué es teoría y no hipótesis endosimbiótica? Construye una hipótesis – análoga a la teoría endosimbiótica – para explicar uno de los últimos eslabones de la cadena: la aparición de organismos pluricelulares. el tamaño del organismo iii. 7. la complejidad del organismo iv. 20. ¿Qué relación existe entre una mutación génica y la síntesis de una enzima? ¿Se puede decir que la teoría de Horowitz contradice una de las propiedades fundamentales de las enzimas: ser específicas? Establece una relación entre el desarrollo de secuencias metabólicas más largas y: i. la disposición de 9 + 2 en los microtúbulos de los flagelos no se ha observado en ningún procariote. dispuestos en un orden definido. 8. 18.cianobacteria. 4. Aplica el esquema de la figura 3 para explicar el origen de tal secuencia. el requerimiento de oxígeno del organismo Busca en un libro de biología general alguna secuencia metabólica en que participen al menos 3 enzimas consecutivas. Decide qué tan exacto y creible es el método. hasta ahora. 21. 6. 16. la capacidad adaptativa de un organismo. no en las condiciones atmosféricas) b) Diseña una hipótesis para un último hito biológico: la aparición de la reproducción sexual. Explica las ventajas comparativas de los organismos aerobios sobre los anaerobios ¿Es correcto decir que los organismos fermentadores no alcanzaron niveles superiores de complejidad “a causa de ser fermentadores”? ¿Por qué se asume que la disminución de la radiación UV favoreció el surgimiento de nuevas formas de vida? Identifica tres efectos que tuvo la respiración aeróbica en los ciclos de la materia (cualquier ciclo) ¿Sería correcto establecer niveles crecientes de estabilidad y autonomía en la evolución del metabolismo energético – nutricional? Señala tres fundamentos de la teoría endosimbiótica ¿Qué situación de las células eucariontes no es explicada por esta teoría? (además de las señaladas en el texto) Intenta explicar por qué se podría haber producido una fagocitosis sin digestión? ¿Qué es más ventajoso: ser procarionte o eucarionte? ¿El hecho que actualmente haya de ambos. Actividades Finales 1. Sistematizando lo aprendido… a) Ubica cada uno de los eventos biológicos tratados en un calendario geológico. son insustanciales los datos que apoyan la evolución de las estructuras móviles. En los flagelos no hay rastros de material genético. pero con énfasis en la evolución. 11. Cada aminoácido se ubica en el lugar adecuado tras una lectura de tres bases nitrogenadas de tres nucleótidos consecutivos. y carotenos) que los cloroplastos. si en la actualidad siguen siendo las células más abundantes y diversas? Investiga de qué manera se puede averiguar que un fósil tiene “n” millones de años. En estricto rigor la expresión “el origen de las células a partir de moléculas fue un gran avance”. algo como la fig. 22. 14. Relaciona los efectos del aumento del oxígeno atmosférico con el origen de los microorganismos aeróbicos. 5. 13. ¿Cómo se explica entonces el surgimiento de polipéptidos azarosos y al mismo tiempo funcionales? ¿Cómo explicar proteínas de miles de aminoácidos? Investiga para poner a prueba la siguiente hipótesis: “Si las secuencias del ADN se dispusieron azarosamente para originar secuencias de aminoácidos que resultaron funcionales. permite suponer que se formó antes que el ADN y las proteínas? ¿Qué utilidad pudo tener el zinc. 23. Además. 3. ii. 9. 24. 19. 15.
Report "Guía origen de la vida en la Tierra - 2013"