El Origen De La Vida

EL ORIGEN DE LA VIDA

JUAN E. SANTOS LOVATON BIOLOGO FORENSE

ORIGEN DE LA VIDA Conjunto de fenómenos que han determinado la aparición de seres vivientes en la Tierra. La idea de un proceso único procede directamente de las teorías evolucionistas de Charles Darwin, según las cuales todos los seres vivos descienden de un ancestro único.

EVOLUCIÓN DE LAS IDEAS Origen metafísico y religioso de la vida. La teoría de la generación espontánea de Aristóteles 384 a. C. Francesco Redi, en el siglo XVII y más tarde Louis Pasteur (1859), demostraron, que la idea de la generación espontánea era falsa En el siglo XIX surgió la teoría del origen extraterrestre (Panspermia). Paul Becquerel, señaló que ningún ser viviente podría atravesar el espacio y resistir las rigurosas condiciones que reinan en el vacío.

ORIGEN DEL UNIVERSO • • •

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Edad del sistema Solar : 4580 millones de años En la Tierra en los primeros 150 Ma se dio el bombardeo primordial. Hace: – 3800 Ma cesaron los grandes impactos sobre la Tierra – 3560 Ma: restos fósiles de colonias celulares: estromatolitos (Schopf, 1993) Hipótesis: – La vida surge tan pronto como tiene oportunidad – Mas de un surgimiento? (Maher y Stevenson, 1988)

LA GRAN EXPLOSION

4 600 Millones de años 

65 Millones de años

3 000 Millones  de años

300 Millones de años

PRIMEROS INDICIOS DE VIDA Los restos fósiles más antiguos conocidos se encontraron en rocas de hace 3.800 millones de años y demuestran la presencia de bacterias, organismos rudimentarios procariotas y unicelulares. La atmósfera primitiva, estaba compuesta sobre todo de: •Vapor de agua. •Dióxido de carbono (CO2). •Nitrógeno. •Amoníaco (NH3) •Sulfuro de hidrógeno (H2S). •Y carencia de oxígeno.

APARICIÓN DE LAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS  La primera teoría coherente que explicaba el origen de la vida la propuso en 1924 Alexander Oparin. Basada en el conocimiento de las condiciones físico-químicas que reinaban en la Tierra hace 3.000 a 4.000 millones de años.  Oparin postuló que, gracias a la energía aportada primordialmente por la radiación ultravioleta del Sol y a las descargas eléctricas de las constantes tormentas, las pequeñas moléculas de los gases atmosféricos (H2O, CH4, NH3) dieron lugar a unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada vez más complejas, eran aminoácidos.

EXPERIMENTOS DE MILLER En la década de 1950, Stanley Miller, quien recreó la supuesta atmósfera terrestre de hace unos 4.000 millones de años (es decir, una mezcla de CH4, NH3, H, H2S y vapor de agua). Sometió la mezcla a descargas eléctricas de 60.000 V que simulaban tormentas. Después de apenas una semana, Miller identificó en el balón varios compuestos orgánicos, en particular diversos aminoácidos, urea, ácido acético, formol, ácido cianhídrico y hasta azúcares, lípidos y alcoholes, moléculas complejas similares a aquellas cuya existencia había postulado Oparin.

REACCIONES QUÍMICAS EN  DESCARGAS ELÉCTRICAS                 CH4  +  NH3                              HCN  +  3H2               C2H4   +  HCN                 CH3CH2CN                                                          (nitrilo)     CH3CH2CN  +  2H2O                 CH3CH2COOH     +   NH3                                                                                  (ácido propiónico)  CH3CHOHCN  +  NH3                           CH3CHNH2CN   +   H2O                                                          (aminonitrilo) CH3CHNH2CN +  2H2O               CH3CH NH2COOH  + NH3

PRIMERAS CÉLULAS Las células, están encerradas por una membrana rica en unos lípidos especiales (fosfolípidos) que la aísla del medio externo. Estas células contienen los ácidos nucleicos ADN y ARN. Pueden formarse membranas lipídicas en ausencia de vida. Unas pequeñas gotas ricas en moléculas biológicas y separadas del medio acuoso por una membrana rudimentaria. Se las llamó COACERVADOS, recuerdan a células rudimentarias. Descubrimientos posteriores identificaron estructuras de este tipo con una antigüedad de 3.000 millones de años; se llaman cocoides, y se consideran antepasados de las bacterias.

La vida como proceso endógeno •

Darwin y ‘El origen de las especies ‘: – – –

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pequeña charca caliente, en presencia de sales de amonio y ácido fosfórico, luz calor, electricidad (relámpagos), etc...’ Conclusión: un antepasado común.

Características del antepasado común: – – – – –

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‘el creador inspiró vida a una forma sencilla y a partir de un proceso elemental se produjeron ilimitadas formas de vida mas bellas’ La vida como proceso químico (correspondencia privada): ‘en una

Información genética Mecanismo de replicación para poder dejar descendencia Sistema de replicación (enzimas = proteínas) Variabilidad en la reproducción para dar origen a la biodiversidad (mutaciones?) A partir de allí la selección natural hace su trabajo.

Gran problema: no es lógico suponer una coincidencia donde las proteínas y los ácidos nucleicos estuvieran al mismo tiempo en el mismo lugar con orígenes independientes.

El problema del huevo y la gallina • Es imprescindible entender cual es el problema para poder encontrar un mecanismo alternativo si queremos justificar el origen de la vida como meramente endógeno. • Los ácidos nucleicos tienen información para sintetizar proteínas, no cualquier secuencia de AA es funcional. • Las proteínas regulan la trascripción genética (un organismo por simple que sea no puede replicarse sin ayuda de enzimas) • ¿Quién surgió primero? O ¿es viable un surgimiento independiente? En principio : NO.

ADN O PROTEINAS • El origen de las proteínas celulares. Se explica a partir del descubrimiento de partículas de ARN capaces de almacenar la información genética y de actuar como enzimas que sintetizan proteínas, permite resolver el dilema de quien fue primero el ADN o las proteínas. Estas moléculas fueron llamadas RIBOZIMAS. Así, la primera forma de vida terrestre probablemente fue una célula simple que encerraba un ácido nucleico similar al ARN dentro de una membrana rudimentaria capaz de reproducirse por división.

PRIONES

FUENTES HIDROTERMALES Y ORIGEN DE LA VIDA En el océano Pacífico, a muchos miles de metros de profundidad, se han descubierto fuentes hidrotermales de agua que brota a una temperatura de 350 ºC y está cargada de numerosas sustancias, entre ellas sulfuro de hidrógeno y otros compuestos de azufre. Alrededor de estas fuentes abunda la vida y proliferan unas bacterias quimiosintéticas que extraen su energía de los compuestos azufrados del agua y que, de este modo, reemplazan a los organismos fotosintéticos, que toman la energía de la luz solar (además, estas bacterias no pueden vivir en medios con oxígeno). Las condiciones de vida que reinan en la proximidad de estas fuentes recuerdan bastante a las que se daban hace 3.500 millones

EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA Y DIVERSIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS Bacterias anaerobias, en una atmósfera primitiva carente de oxígeno. De inmediato comenzó la evolución y la aparición de bacterias distintas, capaces de realizar la fotosíntesis. Esta nueva función permitía a tales bacterias fijar el dióxido de carbono abundante en la atmósfera y liberar oxígeno, el oxígeno empezó a acumularse en la atmósfera. Su concentración fue aumentando y el presente en las capas altas de la atmósfera se transformó en ozono, el cual tiene la propiedad de filtrar los rayos ultravioleta nocivos para los seres vivos. A partir de ese momento se asiste a una verdadera explosión de vida.

MICROFOSILES DE CIANOBACTERIAS

Los primeros organismos EUCARIOTAS aparecieron hace unos 1.800 millones de años y los primeros pluricelulares hace unos 670 millones de años. Cuando la capa de ozono alcanzó un espesor suficiente, los animales y vegetales pudieron abandonar la protección que proporcionaba el medio acuático y colonizar la tierra firme. El paso desde las primitivas bacterias procariotas a las células eucariotas de estructura más compleja, se debió probablemente a la teoría de la simbiosis, según la cual los primeros eucariotas surgieron de la combinación de unas bacterias con otras. Estas bacterias irían quedando incorporadas definitivamente a la célula hospedante, dentro de la que se transformarían en mitocondrias. La considerable semejanza que hay entre mitocondrias y bacterias es un argumento a favor de esta teoría. Asimismo, los cloroplastos propios de las células vegetales serían quizá bacterias clorofílicas que habrían colonizado otras células.

ARQUEOBACTERIAS

Estromatolitos

TEORIAS EVOLUTIVAS • • • • • • •

CREACIONISMO TRANSFORMISMO-EVOLUCION DARWINISMO NEODARWINISMO MUTACIONISMO NEUTRALISMO SALTACIONISMO

CREACIONISMO Y FIJISMO •

Aristóteles (siglo IV a.C.) divide los seres vivos en dos reinos (animales y vegetales). • Enseñanza de la Biblia, se postula que las especies son inmutables, serían producto de la creación divina. La perfección en el diseño de la naturaleza no es más que un reflejo de Dios, el gran diseñador. • La perfección en el diseño de la naturaleza no es más que un reflejo de Dios, el gran diseñador

Paley

(1743-1805)

TRANSFORMISMO George-Louis Leclerc, Comte de Buffon (1707-1788), establece una escala de tiempos geológicos. Desarrolla la idea de la transformación progresiva de los seres vivos. Nicolaus Steno (1638-1686) propuso la revolucionaria idea de que los fósiles eran restos de antiguos animales vivos enterrados. George Cuvier, postula la teoría del CATASTROFISMO, donde indica que la mayor parte de las especies que han existido sobre la tierra están extintas. George-Louis Leclerc

LAMARCKISMO •

Filosofía zoológica (1809) e Historia de los animales invertebrados (1815-1822), Jean-Baptiste de Lamarck es autor de una de las primeras teorías de la evolución. Considera que las formas de vida complejas proceden de formas simples; las especies, bajo la influencia del medio, se transforman en nuevas especies. “Los organismos se adaptan gradualmente a los cambios que ocurren en su ambiente”. Postula la teoría del uso y desuso de los órganos. Lamarck

DARWINISMO • •

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El origen de las especies por medio de la selección natural (1859), Charles Darwin. Darwin explica el fenómeno de la evolución por un mecanismo de mutaciones aleatorias sucesivas. Los individuos sufren a continuación la selección natural: los mejor adaptados sobreviven y se reproducen y los otros desaparecen, esto debido a tres premisas: Existe una lucha constante por la existencia entre los individuos. La sobrevivencia no es aleatoria. Algunos individuos dejan más descendencia que los otros. Esta sobrevivencia diferencial determina los cambios en la siguiente generación.

MUTACIONISMO • En 1900, Hugo de Vries, redescubren las leyes de Mendel. De Vries se opone al carácter lento y gradual de la evolución y postula que la modificación de las especies puede ser drástica, producto de las mutaciones aleatorias y heredables.

INGENIERIA  GENETICA LECHUGAS  RESISTENTES A   CONEJOS

NEODARWINISMO • Conjuncionan la teoría de la evolución, la genética de poblaciones, la biogeografía y la paleontología. • La genética de poblaciones demuestra que la evolución es consecuencia de la modificación de las frecuencias genéticas en el seno de una población.

NEUTRALISMO • Según Motoo Kimura, ciertas mutaciones no aportan a la especie ventajas ni inconvenientes, de manera que la mayor parte de los cambios genéticos serían neutros.  Propone la evolución a nivel Molecular, la mayor parte de las mutaciones son selectivamente neutras y más bien se orienta hacia la deriva genética (fluctuación de la frecuencias génicas de forma impredecible-ruptura del equilibrio de Hardy-Weinberg) como el mecanismo más importante.

SALTACIONISMO •

En la década de 1970: S. J. Gould y N. Eldredge proponen el modelo de los equilibrios puntuales (puntualismo o saltacionismo), según el cual la evolución no sería gradual y progresiva, sino producto de perturbaciones bruscas que puntúan prolongados periodos de equilibrio. Las especies permanecen iguales por millones de años. Súbitamente desaparecen y son substituidas por otras, debido a cataclismos ecológicos.

Neils Eldredege

PRUEBAS DE LA EVOLUCION • Los registros fósiles.

EL CALENDARIO GEOLÓGICO – Era Cenozoica (mamíferos) – Era Mesozoica (reptiles) – Era Paleozoica (Peces y Helechos) – Era Proterozoica (Algas y hongos y gusanos e invertebrados marinos). – Era Arqueozoica (bacterias) no hay registros fósiles.

PRUEBAS TAXONÓMICAS • Relaciones entre las especies que encajan dentro de escalas jerárquicas.

Pruebas morfológicas • Los órganos homólogos (brazo de foca, pata de caballo, mano de hombre y ala de murciélago).

ÓRGANOS VESTIGIALES • Apéndice, restos de la membrana nictitante en el hombre, músculos de nariz y oído, vértebras coccígeas, vello corporal, muela del juicio.

EMBRIOLOGÍA • Etapas embrionarias similares y a medida que avanza el desarrollo las diferencias se acentúan.

Pruebas genéticas • Origen común de todas las variedades de perros.

Biogeografía Las especies están distribuidas en regiones biogeográficas. • Paleártico.-Europa urracas y cabras. • Neártico.-América del norte.-cabra salvaje, pavo. Osos, etc. Con el anterior, forman el Holoártico. • Neotropical.-Resto de América desde México. Monos, alpacas, tapires. perezosos, jaguares. • Asiático.- Tigre, elefante asiático, orangután. • Australiano.- Canguros, koalas, casuarios.

EVOLUCION HUMANA

Mapa de las migraciones humanas desde África hacia los cinco continentes

EL METODO CIENTIFICO

Caminos de la Ciencia Problema

Hipótesis Pregunta Diseño experimental

Verdad científica

Contraste de la hipótesis

Observación y definición del problema Se descubren hechos por observación cuantitativa del comportamiento de un sistema y se registran. Los requisitos necesarios para realizar una observación experimental son los siguientes: • un sistema de medidas • un marco teórico de referencia • los instrumentos de los que se dispone • el observador que realiza o interpreta la observación.

Formulación de una hipótesis Una vez definido el problema, se hace un razonamiento que permita, a partir de las observaciones particulares, llegar a una verdad general. Es una explicación anticipada de los hechos.

Experimentación • Para comprobar la validez de la hipótesis, se trata de reproducir el fenómeno que se está estudiando, para ver si los resultados son los mismos. Tomando en cuenta lo que se pretende lograr, se pueden considerar dos tipos fundamentales de experimentos: Aquellos enfocados a la contrastación y confirmación de una hipótesis. Los que llevan un descubrimiento científico. El propósito de la experimentación es, generalmente, la contrastación y confirmación de la hipótesis.

Ley o principio • Es una norma apoyada en un principio plenamente demostrado como verdadero.

Teoría • En ocasiones, varias leyes que tienen relación entre sí porque abarcan una serie de fenómenos conectados unos con otros, se reúnen para formar una teoría cuya amplitud permite explicar de una manera general un conjunto de conocimientos relacionados.

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO • Procedimiento sistemático, considerado como la clave para llegar a la verdad • El conocimiento científico no es definitivo, pero el método científico se encarga de perfeccionarlo. • El método Científico sigue el camino de la duda sistemática y aprovecha el análisis, la síntesis, la deducción y la inducción, lo cual quiere decir que contiene las operaciones lógicas en general. • Opera con conceptos, hipótesis, definiciones, variables e indicadores que dan el sistema teórico de la ciencia. • Fáctico • Autocorrectivo • Progresivo • Didáctico • Objetivo

“Depende de ti, no ser sólo alimento para los gusanos”

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