BIOLOGIA MOLECULAR Y CELULAR

ORIGEN DE LA VIDA, TEORIAS, EVOLUCIN

Blgo. YSABEL MURRUGARRA BRINGAS

Qu es la vida?Qu es un ser vivo?

Implica las capacidades de nacer, crecer, reproducirse y morir, a lo largo de sucesivas generaciones e incluso puede evolucionar.

SER VIVO

Cualquier sistema qumico capaz, como mnimo, de transferir su informacin molecular a travs de la auto-reproduccin y de evolucionar.VIDA

Los seres vivos se han formado en la TierraSabemos: Edad de la Tierra: 4500 millones de aosFsiles ms antiguos: 3500 millones de aosQu pas en estos 1000 millones de aos?

Para explicar esto han existido grandes corrientes de pensamiento:CreacionismoLa generacin espontneaTeora del origen qumico de la vidaPanspermia

Sostiene que la vida en la Tierra habra sido creada por una fuerza sobrenatural. Inmovilismo de las especies.-Sostiene que cada una de las distintas especies se habra originado separadamente de las otras y que no haba experimentado modificacin alguna en el transcurso de las generaciones sucesivas.Actualmente los fundamentos del creacionismo son ignorados por la mayor parte de la comunidad cientfica porque no pueden ser sometidos a una verificacin experimental.

PIO XII Y JUAN PABLO IIPo XII declar en la Humani Generis (1950): Afirmaba la compatibilidad del cristianismo con el origen del cuerpo humano a partir de otros vivientes. La evolucin era admisible para la fe catlica, pero la parte espiritual del hombre (libertad, amor, sentimientos, pensamiento) no poda surgir por pura emergencia de la materia.

Juan Pablo II, en un discurso del 22 de octubre de 1996, reafirm: La evolucin es hoy en da ms que una hiptesis, aunque no existe una teora evolutiva satisfactoria (hay muchas versiones, discutidas y a veces enfrentadas).

PANSPERMIA (semillas en todas partes)Esta idea fue introducida en el siglo XIX por Svant August Arrhenius.Dicha teora defiende que la vida en la Tierra se habra propagado de un sistema solar a otro por medio de esporas de microorganismos que viajaban en meteoritos.A favor:Algunos cometas y meteoritos se han encontrado molculas orgnicas (agua, aminocidos...)Algunos meteoritos llegados a la Tierra tienen fsiles de lo que serian bacterias

El inters en la panspermia fue renovado por la identificacin de hidrocarburos policclicos aromticos (PAHs) en el meteorito Allende (Mxico - Chihuahua, 1969).La NASA en 1996, anuncia la presencia de hipotticas bacterias fsiles, ms pequeas que las terrestres, en el meteorito Allan Hills, cado hace 13,000 aos en la Antrtida. Los investigadores a cargo basan su aseveracin en la conjuncin de cuatro evidencias:Compuestos orgnicos: (PAHs) Asociacin mineral en desequilibrio, que pudieran ser microfsiles de bacterias primitivas.Magnetita, semejante a las producidas por bacterias terrestres.Presencia de estructuras en forma de bacteria llamada Gusano Marciano tomada el 2004 por la sonda robtica Opportunity de la NASA.

Esta teora fue apoyada por Aristteles , Van Helmont, entre otros. (1577-1644) Es una antigua teora biolgica que sostena que poda surgir vida animal y vegetal de forma espontnea, a partir de la materia inerte (barro, estircol, ropa sucia, etc.) sin sufrir ningn tipo de proceso previo, simplemente aparecan.

En 1668 el mdico italiano Francesco Redi (1626 1697) refut la hiptesis de los gusanos a partir de la carne. Coloc pedazos de carne en frascos, unos abiertos y otros hermticamente cerrados. A los pocos das encontr gusanos en los frascos abiertos, pero no en los cerrados.

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

Se demostr as que ninguna forma de vida puede originarse espontneamente de la materia inorgnica, sino nicamente de la vida preexistente, ste es el denominado proceso de la BIOGNESIS (QUE TODO SER VIVO PROCEDE DE OTRO SER VIVO).

Es la teora mas aceptada para explicar el origen de la vida, se basa en la hiptesis qumica expuesta por el ruso A. Oparin y el ingls Haldane en 1923. Alexander Oparin fue el primero en proponer la idea que la vida se haba formado en la Tierra primitiva, en unas condiciones que no encontramos en la actualidad.

De la atmsfera primitiva reducida se sabe: Era pobre en O2: la materia orgnica puede acumularse. La radiacin ultravioleta solar llegaba hasta la superficie de la Tierra (energa para la sntesis de materia orgnica) Era rica en CH4, NH3, H2 , H2Ov Adems, La temperatura de la Tierra era elevada. Gran actividad volcnica. Inestable (impactos de meteoritos)Propona que en estas condiciones era posible la sntesis de las biomolculas necesarias para la vida (aminocidos, bases nitrogenadas, glcidos, lpidos)

En la dcada del 50, dicha hiptesis ha podido, en parte, ser confirmada por el qumico Miller, que bajo la direccin de Urey, simul en un baln de vidrio la atmsfera primitiva con la mezcla de gases y la someti a descargas elctricas, con lo que comprob presencia de compuestos orgnicos.

UTILIZARON: agua (H2O)metano (CH4)amonio (NH3) ehidrgeno (H2)pero no OXIGENO

Fue propuesta por John B. Corliss, (1977) Se fundamenta en la energa geotrmica presente en los manantiales termales submarinos, la cual sera la fuente de energa para el origen de la vida.Corliss mantuvo la nocin de Oparin, de que los primeros organismos abran sido hetertrofos .Gnter Wchtershuser (1988), plante la hiptesis de que los primeros organismos seran de tipo termoflico y, a diferencia de lo expuesto por Oparin y Corliss, serian quimioauttrofos (metabolismo de partculas slidas de sulfuros de metales de transicin, principalmente sulfuros de hierro).Los iones metlicos en los sulfuros desempearan el papel de catalizadores, ya que en condiciones prebiticas no existan enzimas.

Huber y Wchtershuser (1997) reportaron que, aadiendo selenio como catalizador a las superficies de NiS-FeS, obtuvieron cido actico (CH3-COOH) y metil mercaptano (CH3-SH), reaccin a la que consideran como iniciadora del origen quimioautotrfico de la vida.Los mismos investigadores produjeron reacciones en cadena que culminaron con la sntesis de pptidos que se formaron sobre superficies de (Fe, Ni)S a partir de aminocidos, usando como catalizadores CO, H2S o CH3-SH, a 100C y pH de 710.

Postula que la vida surgi en los manantiales termales submarinos, que contenan H2S y Fe lixiviado por los fluidos calientes de la primitiva corteza basltica, rica en este metal.En el fondo ocenico, estas sustancias reaccionaban entre s para precipitar FeS en cristales microscpicos, que constituyen las chimeneas o montculos que se forman sobre las ventilas hidrotermales en el piso ocenico.Una de las condiciones esenciales para las primeras clulas era contar con membranas que aislaran el protoplasma, Russell postula que los poros o cavidades dentro de la espuma de sulfuros de hierro que forma las chimeneas, desempearon inicialmente el papel de armazn que favoreci el desarrollo de las membranas verdaderas.La alta concentracin de material orgnico favorecera la organizacin de molculas cada vez ms complejas, hasta alcanzar la frontera con la materia viva: el cido ribonucleico (RNA).

Diagrama esquemtico. Hiptesis de Russell y col. sobre el origen de la vida, que consiste en la presencia de una celda de circulacin de agua por conveccin dentro del sustrato ocenico. El agua marina fra desciende hasta llegar a una fuente magmtica de calor donde se calienta, con lo que adquiere el poder de lixiviar las rocas del piso ocenico llevando en solucin a la superficie del mismo los componentes que precipitan como sulfuros metlicos en cuyos poros se aglutinan ulteriormente componentes orgnicos, en condiciones favorables para su evolucin hasta la formacin de los primeros organismos (Modificado de Russell et al., 2001).

Todas estas molculas formadas en los mares primitivos se fueron acumulando y aumentando en complejidad (polimerizacin) creando la sopa primitiva que permiti la formacin de COACERVADOS (pequeas gotitas formadas por diferentes polmeros en soluciones acuosas, combinaciones de protenas, azucares, lpidos y cidos nucleicos).

El ltimo requisito para tener una clula es la existencia de un material gentico asociado a los coacervados sobre el cual la seleccin natural pueda actuar y escoger aquellas combinaciones ms idneas.

Pueden haberse formado por calor o por la ayuda de catalizadores (polifosfatos inorgnicos)

Una vez que se ha formado un polmero, ste puede influir en la formacin de uno nuevo, ya que puede actuar como molde en una nueva reaccin de polimerizacin.

Los mecanismos de duplicacin requieren de la presencia de un catalizador.En los tiempos primitivos, iones metlicos y minerales como la arcilla podran haber cumplido la funcin de cataltica. Pero, lo que es ms importante, el propio ARN pudo haber actuado como catalizador.

J. Ferris y coll, del Instituto Politcnico Rensselaer, Nueva York, (1993), establecieron que se forman pequeos polmeros de nucletidos (oligonucletidos) por medio de catlisis no biolgica. El experimento consisti en una disolucin acuosa de nucletidos, agitada en presencia de montmorillonita. La montmorillonita es una arcilla natural cida, que se utiliza en qumica orgnica como catalizador, a la cual se fijan los nucletidos antes de reaccionar para formar pequeos polmeros. Es interesante sealar que, en los cidos nucleicos que se forman, la mayor parte de los nucletidos se une por medio de enlaces idnticos a los que se encuentran en los RNA y DNA biolgicos.

Por lo tanto, la molcula de RNA tiene dos propiedades fundamentales:

Lleva informacin codificada en una secuencia de nucletidos, orden que puede transferir mediante copia.Tiene una estructura tridimensional nica que determina cmo interaccionar con otras molculas y cmo responder a las condiciones del ambiente

Estas dos propiedades informativa y funcional son fundamentales en la evolucin. La informacin codificada del ARN es igual al genotipo (informacin hereditaria), en tanto que la forma expresada es igual al fenotipo expresin de la informacin gentica.

En la dcada de 1980, Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sidney Altman de la Universidad de Yale, Premios noble de Bioqumica 1989, descubrieron que ciertas molculas pequeas de ARN, llamadas RIBOZIMAS, actan como enzimas que catalizan reacciones celulares, entre ellas, la sntesis de ms molculas de ARN y adems almacenar los cdigos genticos.Las ribozimas han sido definidas como falsas enzimas ya que despus de la reaccin no recuperan su estructura molecular (poseen un solo ciclo de reaccin).

http://video.google.com/videoplay?docid=5451993289736240745#docid=7430169384649336852

Fueron los precursores evolutivos de las primeras clulas procariotas. Se originaron por la convergencia y conjugacin de microesferas de protenas, carbohidratos, lpidos y otras substancias orgnicas encerradas por membranas lipdicas. Segn Oparin & Haldane, los Eubiontes dieron origen a los primeros seres vivos.

LA EVOLUCION CELULARPROTOBIONTES 3700 millones de aosPROCARIOTAS (hetertrofas anaerbicas) 3500 millones de aosPROCARIOTAS (auttrofas anaerbicas) 2500 millones de aosPROCARIOTAS (aerbicas) 2200 millones de aosEUCARIOTAS 1800 millones de aosFormacin atmsfera oxidante 2300 millones de aosAtmsfera oxidante actual 750 millones de aos

Lynn Margulis.- Describe las incorporaciones simbiogenticas que se dieron para formar a las clulas eucariotas a partir de las clulas procariotasSegn la estimacin ms aceptada, hace 2.000 millones de aos, la vida la componan multitud de bacterias:Adaptadas a los diferentes medios (cambiantes e inestables). Con diferentes metabolismos usados por las bacterias frente al nico usado por los pluricelulares: el aerbico (que usan el oxgeno como fuente de energa; las plantas utilizan dos: aerbico y fotosntesis).

ArqueafermentadoraEspiroquetaMedio anaerbicoBacteria respiradora de oxigeno de vida libre(proteobacterias ). Daran origen a las Mitocondrias y peroxisomasBacterias fotosintticas (cianobacterias) incorporando plastosMedio aerbico

EVOLUCION BIOLOGICA

Una vez que la vida surge sobre la Tierra, se nos plantea un nuevo interrogante: Cmo a partir de una sola clula han podido aparecer todas las especies, tan diferentes que existen hoy en da?

TEORIAS PREEVOLUTIVAS:CREACIONISMOFIJISMOCATASTROFISMOTEORIAS EVOLUTIVAS:LAMARCKISMODARWINISMONEODARWINISMO PRIMITIVONEODARWINISMO MODERNO O TEORIA SINTETICATEORA SALTACIONISTA O DEL EQUILIBRIO PUNTUADOGRADUALISMO FILETICO

Teora creacionista, el origen de cada una de las especies se deba a un acto creador especfico. De manera complementaria a esta idea, la teora fijista sostena que las especies se mantienen invariables a lo largo del tiempo.Carl von Linn (1707-1778), sintetizaba as estas teoras: Hay tantas especies diferentes como formas diversas fueron creadas en un principio por el ser infinito.Georges Cuvier (1769-1832) tambin era partidario de la inmutabilidad de las especies. Consideraba que los fsiles eran restos de seres vivos que haban existido en tiempos pasados, pero no de especies antecesoras de los organismos actuales. Para explicar la desaparicin de las especies fsiles aplic la teora geolgica del catastrofismo. Segn sta, durante el transcurso de la historia de la Tierra, haban sucedido varias catstrofes o cataclismos que provocaron la extincin total de ciertas especies.

J.B. DE LAMARCK (1744-1829) public en 1809 la obra Filosofa zoolgica, en la que expone su hiptesis sobre la transformacin gradual de las especies a lo largo del tiempo, para Lamarck, las especies actuales provenan de especies primitivas, hoy extinguidas, que habran sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibi el nombre de EVOLUCIONISMO. Segn Lamarck estas transformaciones se deban a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir mejor (ADAPTACIN AL MEDIO) y luego esos caracteres se transmitan a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS.

El ejemplo ms explicado por el lamarkismo es el origen del cuello en las jirafas. Segn esta hiptesis, el cuello de estos animales se debe al ESFUERZO continuo de unos antlopes originales para llegar a las hojas ms altas de los rboles. Estos esfuerzos haran que los cuellos se alargaran unos centmetros y pasaran a la descendencia. Despus de muchas generaciones, el cuello ira creciendo hasta las dimensiones actuales.

La CHARLES DARWINTEORA DE LA EVOLUCINEVOLUCIN BIOLGICA.- Es el proceso continuo de transformacin de las especies a travs de cambios producidos en sucesivas generaciones, y que se ve reflejado en el cambio de las frecuencias allicas de una poblacin.

Para la biologa, la evolucin es un cambio en el perfil gentico de una poblacin de individuos dentro de una misma especie.

Desde los aos 1940, cuando emergi la nueva ciencia de la gentica, la evolucin ha sido definida ms especficamente como un cambio en la frecuencia de alelos entre una generacin y la siguiente.

El darwinismo se basa en los siguientes principios bsicos:Las especies cambian continuamente, aparecen unas y se extinguen otras. Adems, viendo el registro fsil nos damos cuenta que cuanto ms antiguo es el fsil, ms diferente se presenta respecto a los seres actuales. La evolucin es un proceso gradual, continuo. Existe una gran variabilidad entre las especies. Ejemplo: Sinsontes (pinzones) de las Galpagos.Pinzones de las Galpagos:Se cree que las catorce especies de pinzones de las islas Galpagos evolucionaron a partir de una sola. Migraron con toda probabilidad, desde el continente hacia las islas. Sus descendientes, libres para explotar recursos que en condiciones normales habran tenido que compartir con otras aves, se adaptaron a todos los hbitats (rboles, cactus o suelo) y alimentos (semillas, cactus, frutos o insectos) disponibles. La forma y el tamao de sus picos son un ejemplo de adaptacin.

Las pruebas en las que se basa la evolucin son las siguientes:Pruebas biogeogrficasPruebas paleontolgicasPruebas anatmicasPruebas embriolgicasPruebas bioqumicas

PRUEBAS PALEONTOLGICASBasadas en los fsiles. Los ms antiguos tienen unos 3500 millones de aos y corresponden a los estromatolitos.ESTROMATOLITO

RGANOS HOMLOGOSSon los que tienen el mismo origen embriolgico y, como consecuencia, la misma estructura interna, aunque su forma y funcin sean diferentes. Por ejemplo, las extremidades anteriores de los vertebrados. Al adaptarse a diversas funciones (volar, nadar, galopar, excavar, etc) se produce una evolucin divergente de las especies que proceden de un antepasado comn. As pues, los rganos homlogos indican un parentesco evolutivo con antepasados comunes.

PRUEBAS MORFOLGICAS Y ANATOMICAS

RGANOS ANLOGOSSon los que realizan la misma funcin, aunque tengan una estructura interna distinta y un origen embriolgico diferente. Por ejemplo, son rganos anlogos las alas de un insecto y las de un ave. Se considera que su similitud se debe a la adaptacin a una misma funcin (volar) mediante una evolucin convergente. Estos rganos no constituyen una prueba de parentesco, pero s de la teora de la evolucin.

PRUEBAS BIOGEOGRFICAS

PRUEBAS EMBRIOLGICAS

Se basan en el estudio comparado de las molculas de los organismos de distintas especies. Se observa que cuanto ms similares son las caractersticas morfolgicas entre dos individuos, ms parecidas son las molculas que los constituyen. Esta relacin no se dara con carcter general si cada especie se hubiera creado independientemente. Sin embargo, si una especie procede de otra por transformacin, se explica que sus molculas se parezcan ms a las de las especies ms prximas.Al comparar molculas de distintos organismos, sobre todo de cidos nucleicos (ADN y ARN), se han observado diferentes grados de parentesco entre ellos y, como consecuencia, se han podido establecer relaciones de procedencia (lneas filogenticas) entre diversas especies. Adems, la presencia de determinadas sustancias (como el ADN, ATP, NADH+, etc.) en todos los organismos se propone como una prueba del origen comn de todos los seres vivos.

PROCESO DE HOMINIZACION

http://boletinsgm.igeolcu.unam.mx/bsgm/vols/epoca03/5601/2003-56Gomez.pdfhttp://www.sedin.org/PDFS/Gish-OL-CC-05.pdfhttp://biologiadelacelula.files.wordpress.com/2008/03/capitulo_muestra1.pdf

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