Evolucin celular y teora endosimbitica

Las Primeras ClulasLos ancestros de las clulas actuales, fueron entidades muy simples y no existen vestigios o pruebas de los estados previos a la formacin de estas clulas simples.Los fsiles ms antiguos de estructuras celulares datan de unos 3600 millones de aos atrs

Y se supone que la existencia de la sopa ancestral y el surgimientos de biomolculas y despus de polmeros con notables propiedades (sntesis prebitica), habra ocurrido entre los 4000 y 3600 millones de aos atrs

Coacervados: Agregados moleculares, sin ADN y rodeados por una membrana )9

Progenote: adquieren el ARN y evolucionan a las primeras celular procariotas

Fsiles de Clulas ms AntiguosFsiles de estromatolitos de cianobacterias en arrecife de Australia

Las Primeras ClulasLas primeras clulas fueron ms simples que un procariota actual, y dado que la atmsfera careca de oxgeno gaseoso, su metabolismo era anaerobio

Este procarionte ancestral, anaerobio fue quimiohetertrofo, debido a que obtena energa de la degradacin de compuestos orgnicos simples de la sopa primordial, probablemente mediante una va degradativa similar a la actual gliclisis que genera etanol y agua, y produce 2 ATP y 2 NADH (va fermentativa alcohlica).

Con el tiempo, y el agotamiento de los recursos orgnicos disponibles, creo una presin evolutiva que propici el desarrollo de pigmentos, como la clorofila, que capturaban la luz visible y permitan la reduccin o fijacin del CO2 mediante la sntesis de compuestos orgnicos simples como los azcares (fotosntesis).

Es posible que inicialmente el dador de electrones era el H2S y generaba como producto azufre o sulfato. Con el tiempo, el H2O reemplaz al H2S lo cual gener O2 como producto y enriqueci la atmsfera en O2 transformndola en oxidante. Esto ocurri hace unos 2700 millones de aos cuando aparecieron los primeros procariontes fotosintticos que son ancestros de las actuales cianobacterias

ORIGEN DE LA VIDA

Origen de la Tierra 4600 millones de aosCondiciones de la Tierra primitiva: CH4, CO2, N2 NH3 y muy poco O2 (ambiente reductor). Trazas de FeS y H2STemperatura > 100C ORIGEN DE LA VIDA

Cmo comenz la vida?

GENERACIN ESPONTNEA

En 1668 el mdico italiano Francesco Redi refut la hiptesis de los GUSANOS A PARTIR DE LA CARNE.

A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur en Francia y John Tyndall en Inglaterra refutaron la idea del CALDO QUE SE TRANSFORMA EN MICROORGANISMOS.

En 1920 y 1930, Alexander Oparin en Rusia y John B.S. Haldane en Inglaterra advirtieron que la atmsfera rica en oxgeno no habra permitido la formacin espontnea de las complejas molculas orgnicas necesarias para la vida.Cmo comenz la vida?EVOLUCIN PREBITICA

PRCTICAMENTE NO HABA OXGENO LIBREHACE 4600 MILLONES DE AOS

Las rocas de la Tierra se fundieron, y los elementos ms pesados como el hierro y el nquel, se hundieron hacia el centro del planetaLa energa cintica de los meteoritos se converta en calor.Poco a poco la tierra se enfri y los elementos se combinaron formando diferentes compuestos

Casi todo el oxgeno se combin con hidrgeno para formar agua, con carbono para formar bixido de carbono, o con elementos ms pesados para formar minerales.

Luego de millones de aos, la tierra se enfri lo suficiente para permitir la existencia de agua lquida.

En la superficie, el agua disolvi muchos minerales y form un ocano salado.La atmsfera y el clima primitivos gobernaron la evolucin prebitica

Se sintetizan molculas orgnicas espontneamente en condiciones prebiticasEn 1953, Stanley Miller, y otros investigadores produjeron aminocidos, protenas cortas, nucletidos, trifosfato de adenosina, y otras molculas caractersticas de los seres vivos en experimentos de laboratorio.

Las condiciones prebiticas habran permitido la acumulacin de molculas orgnicasHabra habido un caldo primigenio dnde se habra generado una mayor concentracin de sustancias,.

Origen de la tierra 4600 millones de aosCondiciones de la Tierra primitiva: CH4, CO2, N2 NH3 y muy poco O2 (ambiente reductor). Trazas de FeS y H2STemperatura > 100C Vida primitiva: organismos con ARN? (sin ADN)ORIGEN DE LA VIDA

Fue el ARN la primera molcula autorreproductora?En la dcada de 1980, Thomas Cech y Sidney Altman descubrieron que el ARN, puede actuar como enzimas que catalizan reacciones celulares, entre ellas, la sntesis de ms molculas de ARN.

Parece inevitable que, en cientos de millones de aos los nucletidos de ARN hayan formado cadenas cortas de ARN, algunas de las cuales se convertiran en ribozimas, que evolucionaron en rapidez y exactitud de replicacin.

Las protoclulas pudieron haber consistido en ribozimas encerradas en microesferasLos qumicos han demostrado que si se agita agua que contenga protenas y lpidos a modo de simular las olas que golpeaban contra las antiguas costas, se forman estructuras huecas llamadas microesferas.Las microesferas se asemejan a las clulas vivas:Tienen una membrana similar a la membrana celular.Absorben material de la solucin.Crecen.Se dividen.

ProtoclulaSi una microesfera hubiera encerrado ribozimas, se habra formado algo parecido a una clula viva, a la que se llamara protoclula.Dentro se habran producido protenas, y por difusin habran entrado nucletidos y aminocidos necesarios para sintetizar nuevos ARN y protenas.Cuando la microesfera creci lo suficiente, pudo haberse dividido, dando casi fin al camino hacia la evolucin de las primeras clulas.

Pero, acaso sucedi todo eso?Los investigadores discrepan en si la vida surgi en:Aguas estancadas.El mar.Pelculas de humedad sobre la superficie de trozos de arcilla o de pirita de hierro.Respiraderos muy calientes de las profundidades marinas.El espacio y luego lleg a la tierra.

Cmo eran los primeros organismos?

rbol del dominio BacteriaAntiguashipertermfilasLOS PRIMEROS 500 AOS DE VIDAprogenote

Figure: 12-001

Caption:Detailed phylogenetic tree of the major lineages (phyla) of Bacteria based on 16S ribosomal RNA sequence comparisons

Los primeros organismos eran procariotas anaerobiosLas primeras clulas eran procariotas:Su material gentico NO estaba separado del resto de la clula y encerrado en un ncleo envuelto en una membrana.Eran hetertrofos. Obtenan nutrimentos y energa probablemente absorbiendo molculas orgnicas de su entorno.Su metabolismo era anaerobio

Hoy las podemos encontrar.....La Travertina es carbonato de calcio precipitado por las hipertermfilas en los manantiales clidos (a ms de 80C solo es debido a bacterias) del Parque Nacional de Yellowstone, USA

Origen de la tierra 4600 millones de aosCondiciones de la Tierra primitiva: CH4, CO2, N2 NH3 y muy poco O2 (ambiente reductor). Trazas de FeS y H2STemperatura > 100C Vida primitiva: organismos con ARN? (sin ADN)Clula moderna: ADN ARN ProtenaFormacin de protoclulasEvidencia de vida microbiana en la Tierra primitiva (microfsiles: estromatolitos)

ORIGEN DE LA VIDA

La vida comenz durante la era precmbricaLos organismos fsiles ms antiguos encontrados hasta ahora estn en rocas precmbricas de 3400 millones de aos de antigedad. Los rastros qumicos de rocas ms antiguas han inducido a algunos paleontlogos a pensar que la vida es an ms antigua: quiz hasta 3900 millones de aos.

ROCAS SEDIMENTARIAS PRODUCIDAS POR CIANOBACTERIAS....PRIMEROS FSILES DE VIDA SOBRE LA TIERRA...

ARRECIFES DE ESTROMATOLITOS FSILESActualmente se siguen formandoen algunos sitios del planeta:

Costa oeste de AustraliaBahamasMar RojoLagoa Salgada (RJ) en BrasilSalar de Llamara en Chile

rbol del dominio BacteriaPRIMEROS FOSILES DE VIDA EN LA TIERRA

Figure: 12-001

Caption:Detailed phylogenetic tree of the major lineages (phyla) of Bacteria based on 16S ribosomal RNA sequence comparisons

Origen de la tierra 4600 millones de aosCondiciones de la Tierra primitiva: CH4, CO2, N2 NH3 y muy poco O2 (ambiente reductor). Trazas de FeS y H2STemperatura > 100C Vida primitiva: organismos con ARN? (sin ADN)Clula moderna: ADN ARN ProtenaFormacin de protoclulasEvidencia de vida microbiana en la Tierra primitiva (microfsiles: estromatolitos)Organismos fotosintetizadores

ORIGEN DE LA VIDA

Al multiplicarse estas bacterias ancestrales consumieron las molculas orgnicas sintetizadas prebiticamente.Sin embargo, el CO2 y el H2O eran abundantes al igual que la energa solar.Entonces, lo que faltaba eran molculas energticas, es decir, en las que se ha almacenado energa en enlaces qumicos.

Algunos organismos adquirieron la capacidad de capturar energa solarCon el tiempo, algunas clulas adquirieron la capacidad de usar la energa solar para sintetizar molculas complejas de alta energa a partir de molculas ms simples (fotosntesis). Como la fotosntesis necesita una fuente de hidrgeno, las primeras bacterias fotosintticas probablemente usaron sulfuro de hidrgeno, y luego cuando ste se agot, debieron comenzar a usar agua......PREVALECA LA FOTOSNTESIS BACTERIANA.....

La fotosntesis introdujo cantidades importantes de O2 libre en la atmsfera por primera vez.Al principio el O2 se consuma rpidamente en reacciones con otras molculas de la atmsfera y la corteza terrestre (Fe).Cuando todo el Fe accesible se transform en herrumbre, la concentracin de O2 libre comenz a aumentar (hace 2200 millones de aos-cianobacterias).Los niveles de O2 atmosfrico aumentaron hasta alcanzar un nivel estable hace 1500 millones de aos, y se mantiene casi constante hasta ahora.CO2 + H2O ----------- CH2O (azcar) +O2

LUZ2H2S + CO2-------- CH2O (azcar) +2S + H2O

FOTOAUTTROFOS Y QUIMIOAUTTROFOS

rbol del dominio BacteriaPRIMEROS AUTTROFOS

Figure: 12-001

Caption:Detailed phylogenetic tree of the major lineages (phyla) of Bacteria based on 16S ribosomal RNA sequence comparisons

El metabolismo aerbico surgi en respuesta a la crisis de oxgenoLa acumulacin de oxgeno en la atmsfera de la tierra primitiva PRODUJO LA PRIMERA EXTINCIN MASIVA SOBRE LA TIERRA y foment la evolucin de mecanismos celulares para contrarrestar su toxicidad.La crisis de oxgeno tambin cre la presin ambiental para que las bacterias adquieran la aptitud de utilizar oxgeno en el metabolismo.Esto dio a las clulas aerobias una importante ventaja selectiva.POR QU?

Origen de la tierra 4600 millones de aosCondiciones de la Tierra primitiva: CH4, CO2, N2 NH3 y muy poco O2 (ambiente reductor). Trazas de FeS y H2STemperatura > 100C Vida primitiva: organismos con ARN? (sin ADN)Clula moderna: ADN ARN ProtenaFormacin de protoclulasEvidencia de vida microbiana en la Tierra primitiva (microfsiles: estromatolitos)Organismos fotosintetizadoresOrigen de eucariotas: teora endosimbiticaORIGEN DE LA VIDA

La hiptesis de los endosimbiotas,defendida principalmente por Lynn Margulis, de la Universidad de Massachusetts, propone que las clulas primitivas se hicieron de los precursores de las mitocondrias y los cloroplastos englobando ciertos tipos de bacterias (protobacteria aerobia y cianobacteria, respectivamente).Teora Endosimbitica

Estn encargados de suministrar la mayor parte de la energa necesaria para la actividad celular; Sintetizan ATP por mediode la fosforilacin oxidativa.

Las mitocondrias y los cloroplastos pudieron haber surgido a partir de bacterias englobadasMITOCONDRIAS VISTAS AL MICROSCOPIO ELECTRNICO DE TRANSMISIN

Microsporidia y Giardia: carecen de mitocondria, son parsitos obligados, tienen genoma un poco mayor que los procariotas.

La amiba Pelomyxa palustris carece de mitocondrias, pero alberga una poblacin permanente de bacterias aerobias que desempean un papel muy similar.

El origen del ncleo es ms enigmticoUna posibilidad es que la membrana plasmtica se haya plegado hacia adentro para rodear el ADN.Otra hiptesis es que surgi como resultado de una endosimbiosis.Cualquiera que haya sido el origen del ncleo, el hecho de tener el ADN dentro de l, parece haber conferido grandes ventajas, quiz al permitir una regulacin ms fina del material gentico.

La Teora EndosimbiticaEl registro fsil data en unos 1500 millones de aos, el surgimiento de los primeros eucariontes, que provenan de un procarionte ancestral Este procarionte, por medio de procesos de crecimiento y de invaginacin de la membrana plasmtica, habran formado la envoltura nuclear y un retculo endoplsmico y habra posedo un metabolismo anaerobio dando origen a un eucarionte ancestral

Se discute si fue posterior o simultneo (en tiempos evolutivos) a la formacin del ncleo, que ocurrieron varios eventos de endosimbiosis por este eucarionte ancestral. En esta incorporacin, una bacteria tipo prpura capaz de realizar glicolisis aerobia fue incorporada (en al menos dos eventos) al citoplasma lo que dio origen a las mitocondrias (clulas animales, hongos) y luego una cianobacteria fue incorporada dando origen a los cloroplastos (clulas vegetales

Filogenia de los Dominios Eukarya, Eubacteria y Archeobacteria

Tipos de clulas

***********En la dcada de 1980, Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sidney Altman de la Universidad de Yale 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.

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