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ORIGEN E HISTORIA
EVOLUTIVA DE LA VIDA
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¿ CÓMO COMENZÓ LA
VIDA?� La hipótesis generalmente aceptada por los
científicos es que la vida se desarrolló a partir de materia inanimada.
� Este proceso llamado evolución química,
implicó varias fases.
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� Primero, pequeñas moléculas orgánicas se
formaron de modo espontáneo y seacumularon en el tiempo.
� Pudieron acumularse en lugar de ser degradadas (como sucedería actualmente) porque los dos factores que ahora degradana las moléculas orgánicas- oxígeno libre yotros seres vivos- estaban ausentes en laTierra primitiva.
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� En segundo lugar, a partir de las moléculas
más pequeñas se ensamblaron grandesmacromoléculas.
� Luego, las macromoléculas interactuaronentre sí y se reunieron en estructuras máscomplicadas que con el tiempo fueroncapaces de metabolizar y duplicarse.
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� Más adelante, estos ensambles
macromoleculares se convirtieron enestructuras parecidas a células que por último llegaron a ser las primeras célulasverdaderas.
� Después de que originaron las primerascélulas, evolucionaron durante algunosmiles de millones de años para producir la
rica biodiversidad que conocemos en laactualidad.
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� El desarrollo de la fotosíntesis, larespiración aeróbica y la estructura celular
de los eucariontes representan variosavances importantes que ocurrieron duranteel principio de la evolución.
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� Se cree que la vida se originó en la Tierra
sólo una vez, y en circunstanciasambientales muy distintas de las queimperan en la actualidad.
� Es importante conocer las condiciones de laTierra primitiva. Aunque no tengamos plena
certeza de como era.
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� La formación de la Tierra y el resto del
Sistema Solar está vinculada con laformación del Universo.
� Hay datos que indican que el Universo nosiempre estuvo disperso como lo está ahora.
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� Parece ser que hace 10 mil a 20 milmillones de años, el Universo era un cuerpoinfinitamente compacto que estalló (el GranEstallido o Big Bang ), dispersando su
materia en el espacio.� Esta materia se ha estado desplazando desde
entonces, por lo cual el Universo está en
continua expansión.
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Explorando el Universo desde el E s pacio:
del Big Bang al origen de la vida
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� Cuando la materia se enfrió se formaron losátomos de diferentes elementos, en
particular de Hidrógeno y Helio.
� Nuestro sol es una estrella que se formóhace 5000 a 10000 millones de años.
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� Cuando la materia solar fue comprimida por
fuerzas gravitacionales entró en ignición, produciendo una enorme cantidad de calor.
� Dicho calor desencadenó la formación deotros elementos a partir de H y He.
� Parte de esta materia fue expulsada del sol yse unió con detritos , polvo y gasesalrededor del sol formando planetas.
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� La tierra tiene unos 4600 millones de años.
� La materia que la constituía originalmentese compactó como resultado de fuerzas
gravitacionales; los elementos más pesados ±Fe y Ni- formaron el núcleo central, los de peso intermedio dieron origen al manto, ylos ligeros en la superficie.
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� La primera atmósfera , formada en granmedida por elementos más ligeros: H y He
se perdió del planeta debido a que lasdébiles fuerzas gravitacionales terrestres nolos pudieron retener.
� Se cree que al principio la Tierra era fría.� Pero por la compactación gravitacional se
acumuló calor, al que contribuyó la energía
de la desintegración radioactiva de loselementos.
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� Este calor escapaba en ocasiones a través de
fuentes termales y volcanes, que también produjeron gases.
� Estos gases constituyeron la segundaatmósfera de la Tierra primitiva.
� Era una atmósfera reductora, con poco onada de Oxígeno libre.
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COMPONENTES GASEOSOS� CO2
� Vapor de agua (H2 O)
� Monóxido de carbono (CO)
� Hidrógeno (H2 )
� N2 y Amoniaco (NH3 )� Ácido Sulfhídrico (H2 S)
� Metano (CH4 )
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� Probablemente todas estas moléculasreducidas pueden haber sido degradadasrápidamente por radiación ultravioleta (UV)del Sol.
� A medida que la Tierra se enfriaba con
lentitud, se condensaba vapor de agua hastael comienzo de lluvias torrenciales, queforman los océanos .
� Erosionándose la superficie terrestre,
aportando minerales a los océanos,haciéndolos salados.
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Requisitos para la Evolución
química de la vida.� Ausencia de O2 libre.
� Energía.
� Bloques de construcción químicos.
� Tiempo.
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� La vida sólo pudo comenzar en ausencia de
oxígeno libre.� El O2 es muy reactivo y habría degradado
las moléculas orgánicas que son un paso
necesario para el origen de la vida.� Como la atmósfera era fuertemente
reductora, cualquier O2 libre habría formado
óxidos con otros elementos.
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� Un Segundo requerimiento era un lugar dealta energía:
� con violentas tormentas eléctricas� vulcanismo generalizado
� bombardeo de meteoritos
� e intensa radiación
� UV del Sol
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� Tal vez el Sol emitía más UV
� Además la Tierra carecía de O3 (ozono)� Presencia de sustancias químicas
fundamentales para la evolución química :
� Agua .� Minerales disueltos (como iones)
� Gases de la Atmósfera primitiva.
� Tiempo necesario : 4600 millones de años.
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LAS MOLÉCULASORGÁNICAS SE
FORMARON EN LA TIERRAANTES DE QUE HUBIERANCÉLULAS
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� Dado que las moléculas orgánicas son loscomponentes esenciales para los seres vivosconsideremos la forma en que pudieronhaberse originado.
� El concepto de que los compuestosorgánicos pudieron haberse formado a partir de componentes no vivos data del decenio
de 1920, por:
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� Oparin Bioquímico ruso y Haldane
fisiologo y genetista escoses.
� Su Hipótesis fue sometida a prueba en losaños 50 por Miller y Urey, quienesdiseñaron un aparato que simulaba lascondiciones que habrían predominado en laTierra Primitiva.
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Stanley Miller, 1953,
llevó al laboratorio
a teoría de planeti-zación de Urey:
-Atmósfera reductora
-Sometida a fuertes
radiaciones-Temperatura mediana
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LA ATMÓSFERA ERA RICA
EN� H2
� CH4.
� H2 O
� NH3
� Simularon relámpagos con descargaselectricas.
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Reacciones químicas en descargas eléctricasCH
4
+ NH3
HCN + 3H2
C2H4 + HCN CH3CH2CN(nitrilo)
CH3CH
2CN + 2H
2O CH
3CH
2COOH + NH
3(ácido propiónico)
CH3CHOHCN + NH3 CH3CHNH2CN + H2O(aminonitrilo)
CH3CHNH2CN + 2H2O CH3CH NH2COOH + NH3
(alanina)
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LUEGO DE UNA SEMANA
OBTUVIERON� Síntesis de aminoácidos y otras moléculas
orgánicas.
� Glicina, alanina y ácido aminogamabutírico.
� También aminobutírico,valina, ácidoaspártico, glutámico, prolina.
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Los componentes de la vida� Aminoácidos en meteoritos carbonáceos
� 70 identificados
� Condiciones adecuadas para la síntesis� Meteorito Murchinson
� Síntesis experimental en condiciones
� interestelares� Cometas
� Polvo interplanetario
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� Pero quizás el avance más importante
lo hizo el bioquímico español, Juan Oró,quien en 1961 añadió ácido cianhídrico
y amoníaco al agua y obtuvo no sólo
una mezcla de aminoácidos, sino
adenina en abundancia.
� Más tarde añadió a su mezcla básica
formaldehído y encontró ribosa ydesoxirribosa
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Juan Oró
(+2004)
Obtuvo adenina a partir de HCN
Adenina
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� Cyril Ponnamperuma, Ruth Mariner yCarl Sagan añadieron adenina a una
solución de ribosa y en presencia de luz
ultravioleta consiguieron la formaciónde un enlace covalente entre la adenina
y el OH del C-1 de la ribosa para dar
adenosina.
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� Lo más sorprendente es que si había
ácido orto fosfórico en la mezcla,
¡obtenían el nucleótido completo!
� En 1968, Sánchez, Kimble y Orgel
encontraron que uno de los productos
importantes de una descarga eléctrica através de una mezcla de CH4 y N2 es el
cianoacetileno que fácilmente se
convierte en las pirimidinas citosina yuracilo.
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� Oparin concibió que durante largos periodoslas moléculas orgánicas pudieron
acumularse en los mares someros, como un³mar de sopa orgánica´.
� Consideró que en tales condiciones lasmoléculas orgánicas más pequeñas(monómeros), se habrían unido para formar
moléculas grandes (polímeros).
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� Desde esa época los científicos piensan que
la polimerización que habría formado proteínas, ácidos nucleícos y otras grandesmoléculas orgánicas no pudo ocurrir en
mares someros.
� Además muchas reacciones de
polimerización implican condensación, enla cual se unen moléculas liberando agua.
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� Dichas reacciones difícilmente ocurran sinla participación de enzimas.
� También es dudoso que la concentración demonómeros orgánicos haya alcanzadoniveles suficientes para la polimerización.
� Es posible que los polímeros orgánicos sesintetizaran y acumularan en superficies de
roca o arcilla.
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� La arcilla es atractiva como probable sitio
de polimerización debido a que contieneiones de Zn+3 e Fe+3 que podrían actuar como catalizadores.
� Además la arcilla se une a las formasexactas de azúcares y aminoácidos que seencuentran en los organismos vivos.
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� Sidney Fox calentó una mezcla de
aminoácidos secos y obtuvo polipéptidos;llamó protenoide al producto de esta polimerización espontánea.
� Se han producido protobiontes parecidos aformas sencillas de vida, que podríanexplicar el salto de un rudimento de formasorgánicas a células vivas.
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CHIMENEAS TERMALES� Son manantiales de agua sulfurosa caliente
a grandes profundidades en el océano.
� Habrían estado muy protegidos de losmeteoritos.
� Se producen importantes precursores de
moléculas orgánicas y de ³alimento´ rico enenergía: H2 S y CH4
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� Además, pruebas moleculares sugieren queel último ancestro común de todos los
organismos vivos más probablemente fueun procarionte que metabolizaba azufre yvivia en fuentes termales.
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La evidencia geológica sobre la
vida temprana sobre la Tierra3.500
m.a.
células
procariota
s
bacterias y algas
cianofíceas
(Australia y Africa)
1.500m.a.
célulaseucariotas
Beck Spring
(California)
700
m.a.
organismo
s pluri-
celulares
fauna de Ediacara
(Australia)
560m.a.
explosióndel
Cámbrico
fauna Tomotiense
(Rusia)
fauna de Burgess Shale
(Columbia británica)
Pilbara Shield. Australia
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La evidencia geológica sobre la
vida temprana� E stromatolitos:estructuras organo-sedimentarias laminadas
adheridas al sustrato, producto de la actividadmetabólica demicroorganismos,
principalmentecianobacterias o algascianofíceas