TEMA: TEMA: ORIGEN DE LA VIDA, ORIGEN DE LA VIDA,

TEORIAS. EVOLUCION TEORIAS. EVOLUCION DE LA CELULA.DE LA CELULA.

EVOLUCION BIOLOGICAEVOLUCION BIOLOGICA

PROFESORA:PROFESORA: Blgo. YSABEL Blgo. YSABEL

MURRUGARRA BRINGASMURRUGARRA BRINGAS

¿QUÉ ES LA VIDA?

cualquier sistema químico capaz, como mínimo, de transferir su información molecular a través de la auto-reproducción y de evolucionar

Vivo

ORIGEN DE LA VIDA

El hombre desde siempre se ha preocupado por el origen de la vida. ¿de dónde viene?, ¿ Cómo se ha formado?....

Hipótesis: Origen divino Los seres vivos se han formado en la Tierra (pero

en unas condiciones diferentes a las actuales) La vida proviene de otros planetas (Panspermia)

Para explicar esto han existido grandes corrientes de pensamiento: Creacionismo La generación espontánea Teoría del origen químico de la vida Panspermia

Los seres vivos se han formado en la Tierra

Sabemos:

Edad de la Tierra: 4500 millones de años

Fósiles más antiguos: 3500 millones de años

¿Qué pasó en estos 1000 millones de

años?

EL CREACIONISMO Sostiene que la vida en la Tierra habría sido creada por una

fuerza sobrenatural, después de un acto creativo único o bien a intervalos sucesivos.

Además, esta teoría sostiene que cada una de las distintas especies se habría originado separadamente de las otras y que no había experimentado modificación alguna en el transcurso de las generaciones sucesivas (inmovilismo de las especies).

Dado que no pueden someterse a una verificación experimental, los fundamentos del creacionismo están excluidos del campo de aplicación de la ciencia y actualmente son ignorados por la mayor parte de la comunidad científica.

La Iglesia católica fue prudente al respecto. Pío XII declaró en la Humani Generis que la evolución era admisible para la fe católica si se trataba de todos los vivientes y del cuerpo humano, a la vez que señalaba, en cambio, que la parte espiritual del hombre (libertad, pensamiento) no podía surgir por pura emergencia de la materia.

Juan Pablo II, en un discurso del 22-10-1996, reafirmó esta posición, añadiendo que hoy el hecho de la evolución es más creíble, aunque no existe una teoría evolutiva satisfactoria (hay muchas versiones, discutidas y a veces enfrentadas).

GENERACION ESPONTANEA

Es una antigua teoría biológica que sostenía que podía surgir vida animal y vegetal de forma espontánea, a partir de la materia inerte (barro, estiércol, etc.) sin sufrir ningún tipo de proceso previo, simplemente aparecían.

Surge en la antigua Grecia, se mantuvo durante muchos siglos hasta finales de la Edad Media.

Esta teoría fue apoyada por Aristóteles, Van Helmont (1577-1644), entre otros.

Diversos experimentos realizados entre los siglos XVII y XVIII refutaron

esta teoría En 1668 el médico italiano Francesco Redi

refutó la hipótesis de los gusanos a partir de la carne.

Demostró que las larvas de mosca se originaban en la carne tan sólo si las moscas vivas habían puesto previamente sus huevos allí: por consiguiente, sostenía que ninguna forma de vida había podido nacer de la materia inanimada.

A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur en Francia y John Tyndall en Inglaterra refutaron la idea del caldo que se transforma en microorganismos.

Demostró así que ninguna forma de vida puede originarse espontáneamente de la materia inorgánica, sino únicamente de la vida preexistente, éste es el denominado proceso de la biogénesis.

Así, gracias a Pasteur, la idea de la generación espontánea fue desterrada del pensamiento científico y a partir de entonces se aceptó de forma general el principio que decía que todo ser vivo procede de otro ser vivo.

PANSPERMIA

Esta idea fue introducida en el siglo XIX por Svant August Arrhenius.

Dicha teoría defiende que la vida en la Tierra se habría propagado de un sistema solar a otro por medio de esporas de microorganismos que viajaban en meteoritos

A favor tiene el hecho que:

Algunos cometas y meteoritos se han encontrado moléculas orgánicas (agua, aminoácidos...)

Algunos meteoritos llegados a la Tierra tienen fósiles de lo que parecen bacteriasEn contra:

No se puede probar ni rebatir

EL ORIGEN QUÍMICO DE LA VIDA

Es la teoría mas aceptada para explicar el origen de la vida, se basa en la hipótesis química expuesta por el ruso A. Oparin y el inglés Haldane en 1923.

Alexander Oparin fue el primero en proponer la idea que la vida se había formado en la Tierra primitiva, en unas condiciones que no encontramos en la actualidad.

De la atmósfera primitiva se sabe:

Era pobre en O2: la materia orgánica puede acumularse.

No había O3 : la radiación ultravioleta solar llegaba hasta la superficie de la Tierra (energía para la síntesis de materia orgánica)

Era rica en CH4, NH3, H2 , H2Ov ,N2

Además,

La temperatura de la Tierra era elevada.

Gran actividad volcánica.

“Inestable” (impactos de meteoritos)

Proponía que en estas condiciones era posible la síntesis de las biomoléculas necesarias para la vida (aminoácidos, bases nitrogenadas, glúcidos, …)

En la década de los 50, diferentes investigadores, reprodujeron en el laboratorio las condiciones atmosféricas primitivas, sintetizaron aa, bases nitrogenadas, ácidos carboxílicos, ...

Entre los investigadores destacan: 1953: S. Miller y Urey sintetizan aminoácidos y otros compuestos orgánicos; 1960: Joan Oró sintetiza adenina a partir de ác. cianhídrico Stanley Miller

Urey

Joan Oró

océano

atmósfera

Experimento de Urey y Miller

Todas estas moléculas formadas en los mares primitivos se fueron acumulando y aumentando en complejidad (polimerización) creando la “sopa primitiva”

El siguiente paso fue la formación de coacervados, pequeñas gotitas formadas por diferentes polímeros en soluciones acuosas. Estos polímeros estarían formados por combinaciones de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos,…

Posteriormente, dichos coacervados se separarían del medio a través de una membrana y podrían estabilizarse con un metabolismo primitivo. Pudiendo crecer hasta un tamaño límite (aprox. 500 micras) a partir del cual se rompen espontáneamente en dos

El último requisito para tener una “célula” es la existencia de un material genético asociado a los coacervados sobre el cual la selección natural pueda actuar y escoger aquellas combinaciones más idóneas. Esta evolución originaría los primeros protobiontes y después las primeras células.

Resumen:

Combinación de macromoléculas

Coacervados connutrición y

reproducciónProtocélulas

Millones de años Se rodea

de membrana

PROTOCELULA

Si una microesfera hubiera encerrado ribozimas, se habría formado algo parecido a una célula viva, a la que se llamaría protocélula.

Dentro se habrían producido proteínas, y por difusión habrían entrado nucleótidos y aminoácidos necesarios para sintetizar nuevos ARN y proteínas.

Cuando la microesfera creció lo suficiente, pudo haberse dividido, dando casi fin al camino hacia la evolución de las primeras células.

EVOLUCION DE LA CELULA

Formación de la Tierra

Primerascélulas

VertebradosFotosíntesis

Respiraciónaeróbica

Serespluricelulares

Cianobacterias

Formación de los océanos

Eucariotas

02.5 13.5 1.523 0.544.5

LA EVOLUCIÓN PREBIÓTICA

Para formar una célula hay tres tipos de moléculas indispensables:

1.- Moléculas autorreplicantes.2.- Moléculas catalíticas.3.- Moléculas anfipáticas.

CatálisisReplicación

Molécula de ARNcatalítico que unenucleótidos parareproducir su mismasecuencia y por lo tanto sumisma forma.

¿ARN LA PRIMERA MOLÉCULA AUTORREPRODUCTORA?

En la década de 1980, Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sidney Altman de la Universidad de Yale descubrieron que ciertas moléculas pequeñas de ARN, llamadas RIBOZIMAS, actúan como enzimas que catalizan reacciones celulares, entre ellas, la síntesis de más moléculas de ARN.

Parece inevitable que, en cientos de millones de años los nucleótidos de ARN hayan formado cadenas cortas de ARN, algunas de las cuales se convertirían en ribozimas, que evolucionaron en rapidez y exactitud de replicación.

+POLIPÉPTIDOSARN

Evolución de ARN adaptadores

ARN PROTEÍNASARN

Evolución de nuevas enzimas

ADN ARN PROTEÍNAS

Sistemas autorreplicantes de

ARN y polipéptidos simples.

Las proteínas toman su papel de catalizadores fundamentales.

Surge el ADN, estructura más

fuerte, estable y de más fácil

reparación.

Sin embargo, la transición al moderno mecanismo de “ADN---ARN---Proteína” debió haber requerido una serie compleja de etapas intermedias.

“MUNDO PRIMITIVO DEL RNA”

1986 W. Gilbert, basandose en varias razones:

1. El RNA tiene actividad catalítica (Ribozimas).

2. Se puede replicar.3. Puede sintetizar proteínas

Y en definitiva si el RNA tiene todas las funciones de las macromoléculas de los seres vivos, debe ser el ancestro.

El RNA sería la molécula precursora de la vida

Características de las moléculas anfipáticas:

1.- Pueden formar micelas o bicapas.2.- Las bicapas crecen por adición de

moléculas.3.- Pueden englobar a otras

macromoléculas.

La evolución celular es la siguiente:

PROTOBIONTES 3700 millones de años

PROCARIOTAS (heterótrofas anaeróbicas) 3500 millones de años

PROCARIOTAS (autótrofas anaeróbicas) 2500 millones de años

PROCARIOTAS (aeróbicas) 2200 millones de años

EUCARIOTAS 1800 millones de años

Formación atmósfera oxidante 2300 millones de años

Atmósfera oxidante actual 750 millones de años

CELULA PROCARIOTA:

1. Pequeño tamaño.2. ADN desnudo, cromosoma

único: células haploides.3. Ausencia de núcleo.4. Ausencia de orgánulos

membranosos.5. Pared celular rodeando a la

membrana.6. División por bipartición.

membrana plasmáticainclusiones

pared celular

flagelo

cilios

cromosoma

ribosomas

mesosomas

TEORIA ENDOSIMBIOTICAPostula que algunos orgánulos propios de las células

eucariotas, especialmente plastos y mitocondrias, habrían tenido su origen en organismos procariotas que después de ser englobados por otro microorganismo habrían establecido una relación endosimbiótica con éste. Se especula con que las mitocondrias provendrían de protebacterias y los plastos de cianobacterias.

ARQUEAS

PROCARIOTAS

SpyrogyraE. coli N. equitans

TEORIA ENDOSIMBIOTICA

EUCARIOTAS

MitocondriaCloroplasto

CELULA EUCARIOTA:

1. Mayor tamaño.2. Núcleo verdadero con membrana.3. Empaquetamiento del ADN con histonas.4. Orgánulos membranosos.5. Presencia del citoesqueleto.6. División por mitosis.7. Sexo y Meiosis.

Actualmente la idea más aceptada es que:1. El núcleo se formó por invaginación de la membrana

plasmática y de ahí se originaron también los orgánulos membranosos del sistema de endomembranas.

2. Mitocondrias y Cloroplastos se originaron por endosimbiosis.

Tonoplasto

MitocondriaRibosomas

Aparato de Golgi

Plasmodesmo

Cloroplasto

Peroxisoma

Membrana plasmáticaPared celular

REr

REl

Núcleo

Envuelta

Cromatina

Nucleolo

Microtúbulos

Vacuola

Microfila-mentos

CELULA VEGETAL

Lisosoma

Mitocondria

Flagelo

Nucleolo

Cromatina

Envuelta

Membrana plasmática

REl

REr

Núcleo

Aparato de Golgi

Ribosomas

Peroxisoma

Centriololos

Microtúbulos

Microfilamentos

Cilios

CELULA ANIMAL

EVOLUCION BIOLOGICA

Una vez que la vida surge sobre la Tierra, se nos plantea un nuevo interrogante:

¿cómo a partir de una sola célula han podido aparecer todas las especies tan diferentes que existen hoy día?

Es un proceso de cambio sobre una POBLACIÓN reproductiva que contiene variedades de INDIVIDUOS con algunas características hereditables y en donde algunas variedades difieren en su APTITUD ( éxito reproductivo)

¿Qué es evolución?

TEORIAS DE LA EVOLUCION

TEORIAS PREEVOLUTIVAS: FIJISMO CATASTROFISMO

TEORIAS EVOLUTIVAS: LAMARCKISMO DARWINISMO NEODARWINISMO PRIMITIVO NEODARWINISMO MODERNO O TEORIA SINTETICA TEORÍA SALTACIONISTA O DEL EQUILIBRIO PUNTUADO

TEORIAS PREEVOLUTIVAS

Hasta el s. XIX se pensó que los seres vivos eran inmutables y que habían existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios, fijos, lo cual originó una corriente de ideas agrupadas bajo el término FIJISMO o CREACIONISMO.

G. Cuvier (1769-1832), estudiando una gran cantidad de fósiles dedujo que había especies que desaparecían, se extinguían, lo cual implicaba cambios que contradecían al fijismo; pensó que las especies aparecían sobre la Tierra y se mantenían durante mucho tiempo sin sufrir ningún cambio hasta que se producía una gran catástrofe que las hacía desaparecer, tras lo cual aparecían nuevas especies que volvían a desaparecer en otra catástrofe y así sucesivamente, surgiendo una variante de las ideas fijistas que constituyó el CATASTROFISMO.

TEORIAS EVOLUTIVAS (1)

J.B. DE LAMARCK (1744-1829) las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibió el nombre de EVOLUCIONISMO.

Para Lamarck estas transformaciones se debían a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir mejor (ADAPTACIÓN AL MEDIO) y luego esos caracteres se transmitían a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS.

1. Existencia de una tendencia hacia la complejidad (perfección): la evolución se produce, de las especies más sencillas, originadas por generación espontánea, hacia las más complejas. El motor de esta tendencia es un “deseo interno” de cambio

2. Aparición de adaptaciones al medio a causa del uso o desuso de los órganos: las variaciones ambientales producen cambios en las costumbres y por el uso o el desuso se produce un desarrollo o una atrofia de los órganos. Se producen las adaptaciones (“la función crea el órgano”)

3. La herencia de los caracteres adquiridos: los cambios que experimentan los órganos durante la vida para adaptarse al medio se transmiten a la descendencia

El lamarkismo aceptaba que el medio es cambiante y que la Tierra tiene una gran antigüedad (solamente así es posible la gran variedad de organismos existentes).

El lamarkismo consiste en el transformismo, a lo largo del tiempo, de unas especies en otras. Este cambio se debe a 3 causas:

El ejemplo más explicado por el lamarkismo es el origen del cuello en las jirafas. Según esta hipótesis, el cuello de estos animales se debe al esfuerzo continuo de unos antílopes originales para llegar a las hojas más altas de los árboles. Estos esfuerzos harían que los cuellos se alargaran unos centímetros y pasarían a la descendencia. Después de muchas generaciones, el cuello iría creciendo hasta las dimensiones actuales.

Charles Darwin

(creador de la teoría de la evolución)

En el contexto de las Ciencias de la vida, la evolución es un cambio en el perfil genético de una población de individuos dentro de una misma especie. Desde los años 1940, cuando emergió la nueva ciencia de la genética, la evolución ha sido definida más específicamente como un cambio en la frecuencia de alelos entre una generación y la siguiente.

La EVOLUCIÓN BIOLÓGICA es el proceso continuo de transformación de las especies a través de cambios producidos en sucesivas generaciones, y que se ve reflejado en el cambio de las frecuencias alélicas de una población.

C. Darwin y A. Wallace proponen: El origen de las especies: las especies evolucionan acorde

al medio, para adaptarse a éste. El universo pasaba de ser una creación de Dios estática y

perfecta conjunto de individuos en constante competición y evolución para poder perpetuar su especie en el tiempo.

Ambos naturalistas estuvieron influenciados por el economista Thomas Malthus.

Según Malthus, la población tiende a crecer más rápidamente que la oferta de alimentos disponible para sus necesidades, el crecimiento se frena debido a las hambrunas, las enfermedades y las guerras.

EVOLUCIONISTAS DARWINISTAS

El darwinismo se basa en los siguientes principios básicos:

El mundo no es estático, sino que cambia. Las especies cambian continuamente, aparecen unas y se extinguen otras. Además, viendo el registro fósil nos damos cuenta que cuanto más antiguo es el fósil, más diferente se presenta respecto a los seres actuales

La evolución es un proceso gradual, continuo. Existe una gran variabilidad entre las especies, pero de manera continua. Ej: pinzones de las Galápagos

Pinzones de las GalápagosSe cree que las catorce especies de pinzones de las islas Galápagos evolucionaron a partir de una sola, similar al Volatinia jacarina, abundante en América Latina, en especial en la costa sudamericana del Pacífico. El pinzón ancestral, con su pico corto y robusto especializado para aplastar semillas, migró, con toda probabilidad, desde el continente hacia las islas. Sus descendientes, libres para explotar recursos que en condiciones normales habrían tenido que compartir con sílvidos, pájaros carpinteros y otras aves, se adaptaron a todos los hábitats (árboles, cactus o suelo) y alimentos (semillas, cactus, frutos o insectos) disponibles. La forma y el tamaño de sus picos son un ejemplo de adaptación.

El mecanismo de la evolución es la Selección Natural.

El motor de la evolución no era el impulso interno de cambio sino que era la naturaleza la que hacía la selección.1. La selección consta de 2 fases:

1. Producción de variabilidad: Darwin no sabía el origen (Mendel publicada su obra en 1865) pero se daba cuenta que en cada generación se produce una gran descendencia, con pequeñas diferencias entre ellos (variabilidad).

2. La selección, a través de la lucha por la supervivencia, de esa variabilidad

SELECCIÓN NATURAL

Consiste en la eliminación de los individuos menos aptos, de los individuos con menos eficacia biológica.

Aunque la Selección natural actúa durante toda la vida del individuo, existen dos grandes momentos donde se eliminan genes de la población:1. Primeras fases de la vida: se eliminan muchos gametos,

zigotos, larvas, individuos jóvenes,…

2. En la época de la reproducción. No todos los individuos que llegan al estado adulto pueden reproducirse.

Con esta eliminación de combinaciones de genes en la población, ésta se ADAPTA al medio, aumentando las posibilidades de supervivencia del grupo.

La frecuencia relativa de los individuos mejor adaptados de una población a las condiciones ambientales se incrementará a lo largo del tiempo.

A finales del siglo XVIII, antes de la Revolución Industrial, la forma dominante de Biston betularia era la de color claro, y se mimetizaba mejor sobre la corteza de los árboles cubiertos de líquenes. Pero la contaminación industrial destruyó los líquenes y dejó a la vista la corteza oscura; las formas claras eran presa fácil de las aves, mientras que las oscuras, mucho mejor camufladas, se convirtieron pronto en las más abundantes. Ahora que ha vuelto a disminuir la contaminación por hollín, han empezado a recuperarse las poblaciones de Biston betularia de color claro.

La variabilidad genética: origen e importancia evolutiva

Actualmente sabemos que la variabilidad se debe a dos fenómenos:

1. Las mutaciones genéticas (origen de la variabilidad en los genes)

2. Las recombinaciones genéticas en los organismos de reproducción sexual (origen de las combinaciones entre los genes)

Aunque Darwin observó que los seres vivos presentaban diferencias entre ellos (en la mayoría de casos eran pequeñas diferencias), no supo explicar su origen.

La existencia de variabilidad génica es una condición necesaria para que haya evolución. Si para un gen sólo hay homozigosis, las frecuencias alélicas no podrían variar de una generación otra con lo que la respuesta a posibles cambios ambientales sería nula, provocando la extinción de dicha información.

NEODARVINISMO PRIMITIVO Surge a finales del siglo XIX, y se

basa en el principio de la selección natural como base de la evolución, encuentra en el biólogo alemán A. Weismann uno de sus principales exponentes.

Esta hipótesis admite que las variaciones sobre las que actúa la selección se transmiten según las teorías de la herencia enunciadas por Mendel, elemento que no pudo ser resuelto Darwin, pues en su época aún no se conocían las ideas del religioso austriaco.

NEODARWINISMO O TEORÍA SINTÉTICA DE LA EVOLUCION

Surge durante el siglo XX, desde 1930 a 1950, a partir de la fusión de tres disciplinas diferentes: la genética, la sistemática y la paleontología.

Esta teoría puede resumirse de la siguiente manera: El proceso evolutivo se basa en los principios de la variabilidad de

la descendencia y de la selección natural El origen de la variabilidad son las mutaciones (crean nuevos

alelos) y las recombinaciones genéticas (crean nuevas combinaciones de genes)

Lo que evoluciona son las poblaciones, no los individuos. Las poblaciones perduran y cambian a medida que cambian las frecuencias génicas de las poblaciones, mientras que los individuos mueren con el mismo genotipo con el que nacieron

Los factores que hacen variar las frecuencias génicas de una población son la SELECCIÓN NATURAL, LAS MUTACIONES, LAS MIGRACIONES y la DERIVA GENÉTICA

Para que una población llegue a generar una especie diferente ha de estar aislada de las otras poblaciones

TEORÍA DEL EQUILIBRIO PUNTUADO (PUNTUALISMO O SALTACIONISMO)

El registro fósil en muchas ocasiones indica claramente transformaciones graduales en las especies (ej.: caballo). Este tipo de evolución se interpreta como gradualismo filético, caracterizado por:

1. Todas las especies sucesivas forman una sola línea evolutiva a partir de la especie ancestral2. La transformación es lenta y gradual3. La transformación se produce en toda la población

En 1972 N. S. Gould y N. Eldredge (paleontólogos) partiendo del hecho de que se encuentran muy pocas formas de transición en el registro fósil, proponen la teoría del equilibrio puntuado. A diferencia de la teoría gradualista, la teoría del equilibrio puntuado mantiene que la evolución de una especie consiste en una serie de cambios rápidos en poblaciones pequeñas y relativamente aisladas, seguidos de largos periodos de estabilidad. Posteriormente, esta especie se vuelve dominante en la zona. Como el área donde se ha producido las formas nuevas es muy pequeña, queda justificado el porqué no se han encontrado fósiles de formas intermedias.

Esta teoría se diferencia del gradualismo filético en:

3. La transformación hasta la nueva especie no se produce en toda el área inicial, sino en una zona reducida donde ha quedado aislada una población pequeña

2. En la transformación se alternan etapas muy lentas sin cambios (ESTASIS) con etapas de transformación muy rápidas (ESPECIACIÓN)

1. Las especies sucesivas no se forman siguiendo una sola línea evolutiva a partir de la especies ancestral, sino siguiendo 2 o más líneas

PRUEBAS DE LA EVOLUCION

Las pruebas en las que se basa la evolución son las siguientes:

Pruebas biogeográficas Pruebas paleontológicas Pruebas anatómicas Pruebas embriológicas Pruebas bioquímicas

PRUEBAS PALEONTOLÓGICAS

Basadas en los fósiles. Los más antiguos tienen unos 3500 millones de años y corresponden a los estromatolitos

ESTROMATOLITO

PRUEBAS MORFOLÓGICAS Y ANATOMICAS

PRUEBAS BIOGEOGRÁFICAS

PRUEBAS EMBRIOLÓGICAS

PRUEBAS BIOQUÍMICAS

PREGUNTAS???