ORIGEN DE LA VIDA

1. Clase 3
Teoría del origen de Los seres vivos y de las especies.

2. Comienza la vida
Se cree que es a partir de los átomos presentes en este planeta que los sistemas
vivos se autoorganizaron y evolucionaron. Visto de este modo, cada átomo de
nuestro cuerpo tiene su origen en la enorme explosión. En palabras del célebre
estudioso catalán Joan Oró (1923-2004), quien se especializó en el estudio de la
síntesis de moléculas orgánicas previa a la aparición de la vida, somos carne y
hueso pero “también somos polvo de estrellas”.
Desde una perspectiva bioquímica, cuatro características distinguen a las células
vivas de otros sistemas químicos:
• La existencia de una membrana que separa a la célula del ambiente circundante
y le permite mantener su identidad bioquímica.
• La presencia de enzimas, proteínas complejas esenciales para las reacciones
químicas de las que depende la vida.
• La capacidad para replicarse generación tras generación.
• La posibilidad de evolucionar a partir de la producción de descendencia con
variación.

3. Las células solo pueden formarse por división de células
preexistentes.
Las células solo pueden formarse por la división de una célula preexistente. Las
pruebas de esta hipótesis son muy solidas. Si consideramos los trillones de
células que hay en nuestro cuerpo, cada una se forma mediante la división de
una célula previamente existente en dos. Antes de dividirse, se copia. todo el
material genético del núcleo para que ambas células formadas por división
tuvieran un núcleo con un juego completo de genes. Podemos encontrar el
origen de las células del cuerpo en el cigoto: la primera célula que dio
comienzo a nuestra vida, producida por la fusión de un espermatozoide y un
ovulo.

4. Los espermatozoides y los óvulos fueron producidos por división celular en
nuestros padres. Podemos rastrear los orígenes de todas las células en los
cuerpos de nuestros padres hasta el cigoto del que se desarrollaron y continuar
este proceso en las generaciones de nuestros antepasados humanos, podemos
rastrear los orígenes de las células a través de cientos de millones de años hasta
las primeras células en la Tierra.
En 2010 se publicó que biólogos había creado la primera célula artificial, pero
esta célula no era totalmente nueva. Se había sintetizado artificialmente la
secuencia de bases del ADN de una bacteria (Mycoplasma mycoides), con unos
pocos cambios deliberados. Este ADN fue transferido a células preexistentes de
un tipo diferente de bacteria Mycoplasma capricolum) , que se convirtió así en
Mycoplasma mycoides. Este proceso fue, por tanto, una forma extrema de
modificación genética, pero la creación de células totalmente nuevas sigue
siendo un desafío insuperable por el momento.

5. LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA Y EL ORIGEN DE LAS CÉLULAS
Es la formación de organismos vivos a partir de materia no viva.
El filosofo y botánico griego Teofrasto afirmó. que una planta llamada Silphium
había salido de la tierra donde antes no estaba presente y describió. este
fenómeno como un ejemplo de generación espontanea. Aristóteles también
escribió. acerca de la formación de insectos a partir del rocío que caía en las
hojas o a partir del pelo, la carne o las heces de animales. En el siglo XVI, el
botánico y astrologo suizo-alemán Paracelso cita observaciones de la
generación espontanea de ratones, ranas y anguilas a partir de agua, aire o
materia en descomposición.

6. Thera
Cirene
Usos de Silfio
La cocina
La medicina
Anticonceptivo
Perfume
Forraje
Origen
Según la leyenda, el silfio
fue descubierto después
de que una lluvia
"negra" azotó la costa
este de Libia hace más
de dos milenios y medio

7. A partir del siglo XVII, los biólogos llevaron
a cabo experimentos para poner a prueba
la teoría de que la vida podía surgir de
materia no viva. Francesco Redi demostró.
que las larvas solo se desarrollaban en
carne podrida si esta estaba en contacto
con moscas.
Lazzaro Spallanzani hirvió caldo en ocho
recipientes, después cerro
herméticamente cuatro de ellos y los
demás los dejó. abiertos al aire. Solo
crecieron organismos en los recipientes
abiertos, no en los cerrados.

8. Louis Pasteur respondió. efectuando una serie de experimentos
cuidadosamente diseñados con frascos de cuello de cisne con los que
demostró más allá de toda duda razonable que la generación espontánea de
vida no es posible.
Aparte de las pruebas de los experimentos de Pasteur y otros, hay razones
adicionales para que los biólogos acepten universalmente que las células solo
provienen de otras células preexistentes:
Una célula es una estructura muy compleja y no se ha sugerido ningún
mecanismo natural para la producción de células a partir de subunidades más
simples. Solo se conoce el aumento de células por división celular.
Los virus se forman a partir de subunidades más simples, pero no son células y
solo pueden formarse dentro de las células huésped que han infectado.

9. La generación espontánea y los experimentos
de Pasteur
Louis Pasteur preparó un caldo nutritivo hirviendo
agua que contenía levadura y azúcar. Demostró.
que, si este caldo se guardaba en un frasco
cerrado herméticamente, no se producían
cambios en el mismo ni aparecían hongos u otros
organismos. Luego colocó. un algodón en un tubo
y dejó. pasar aire a través de este para filtrar las
partículas microscópicas del aire, incluidas
bacterias y las esporas de hongos. Si después se
colocaba este algodón en el caldo en un frasco
cerrado herméticamente, después de 36 horas
había un gran número de microorganismos en el
caldo y crecía moho en su superficie. Los
experimentos más famosos de Pasteur incluyeron
el uso de frascos con cuello de cisne. Colocó
muestras de caldo en frascos con cuellos largos y
luego derritió el vidrio de los cuellos y los dobló en
varias formas.

10. Después, Pasteur hirvió el caldo de algunos de los frascos para matar
cualquier organismo presente pero dejó otros sin hervir como muestras
de control. Rápidamente aparecieron hongos y otros organismos en los
frascos sin hervir, pero no en los hervidos, incluso después de largos
períodos de tiempo. El caldo de los frascos estaba en contacto con el
aire, que se había propuesto como condición necesaria para la
generación espontánea; sin embargo, no hubo generación espontánea.
Pasteur rompió el cuello de algunos de los frascos, dejando un cuello
vertical más corto, y rápidamente aparecieron en estos frascos
organismos que descomponían el caldo. Pasteur repitió el experimento
con orina y leche, con los mismos resultados. Concluyó. que los cuellos
de cisne impedían que los organismos del aire llegasen al caldo o a los
otros líquidos y, por tanto, ningún organismo surgía espontáneamente.

11. La hipótesis de los coacervados
Después de los experimentos de Pasteur, se propuso que la generación
espontánea de vida sí podría haberse dado en las condiciones iniciales del
planeta.
El científico ruso A. Oparin (1894-1980) sostenía que la aparición de la vida
estuvo precedida de una evolución química. Según él, la atmósfera terrestre
primitiva estaba constituida por hidrógeno (H2), agua (H2O), amoníaco
(NH3), metano (CH4). A partir de estos elementos, al enfriarse la Tierra, se
originó una gran cantidad de moléculas orgánicas (de C, H, O y N) que se
acumularon en la hidrosfera y constituyeron el caldo primitivo (denominado
así por J. B. Haldane). Algunas de estas moléculas pequeñas (monómeros)
debieron de combinarse y formar moléculas de elevado peso molecular
(polímeros), las cuales, a su vez, se unirían espontáneamente para constituir
microscópicas estructuras cerradas, llamadas coacervados, formadas por
una envoltura de polímeros y un medio interno que podría presentar
enzimas.

12. Formación de coacervados
La partícula coloidal atrae las moléculas de agua próximas formando una capa de
moléculas de agua adheridas. Las partículas coloidales pueden atraerse y
compartir sus capas de agua originando una capa de agua más amplia que
separaría el medio interno del exterior.

13. Origen de las primeras células
Las primeras células deben haber surgido de materia no viva.
Si rastreamos el origen de las células durante miles de millones de años, finalmente
llegaremos a las primeras células que existieron. Estas células fueron los primeros
seres vivos en la Tierra. A menos que las células llegaran a la Tierra desde otro
lugar en el universo, debieron surgir de materia no viva. Esta es una conclusión
lógica, pero suscita la pregunta quizás más difícil de todas para los biólogos: ¿como
podría surgir una estructura tan compleja como la célula de forma natural a partir
materia no viva?
Se ha afirmado a veces que las estructuras complejas no pueden surgir por
evolución, pero hay pruebas de que esto puede ocurrir en una serie de etapas
durante largos períodos de tiempo. Las células vivas pueden haber evolucionado
durante cientos de millones de años. Hay hipótesis de cómo podrían haber ocurrido
algunas de las etapas principales.

14. 1. Producción de compuestos de
carbono tales como azucares y
aminoácidos
Stanley Miller y Harold Urey pasaron
vapor a través de una mezcla de
metano, hidrogeno y amoniaco. Su
intención era que la mezcla
representase la atmósfera de la
Tierra primitiva. Utilizaron descargas
eléctricas para simular rayos y
observaron que se producían
aminoácidos y otros compuestos de
carbono necesarios para la vida.
https://www.youtube.com/watch?v
=U2ZkJjv1wkw

15. 2. Ensamblaje de compuestos de
carbono en polímeros
Un posible lugar de origen de los
primeros compuestos de carbono
son los respiraderos en el fondo
oceánico. Estos respiraderos son
grietas en la superficie de la Tierra
que se caracterizan por emanar agua
caliente con compuestos químicos
inorgánicos reducidos, como el
sulfuro de hierro. Estos compuestos
químicos representan una fuente de
energía accesible para el ensamblaje
de estos compuestos de carbono en
polímeros.

16. 3. Formación de membranas
Si los fosfolípidos u otros
compuestos de carbono anfipáticos
se encontraran entre los primeros
compuestos de carbono, se
habrían organizado naturalmente
en bicapas. Se ha demostrado
mediante experimentos que estas
bicapas forman fácilmente
vesículas que se asemejan a la
membrana plasmática de una
célula pequeña. Esto habría
permitido el desarrollo de una
química interna diferente a la del
exterior.

18. 4. Desarrollo de un mecanismo de herencia
Los organismos vivos actualmente tienen genes compuestos de ADN y
usan enzimas como catalizadores. Para replicar el ADN y poder pasar
los genes a la descendencia, se necesitan enzimas. Sin embargo, para
hacer las enzimas se necesitan los genes. La solución a este dilema
puede haber sido una fase anterior de la evolución en la que el ARN
fuera el material genético. El ARN puede almacenar información de la
misma manera que el ADN y, además, puede autorreplicarse y actuar
como catalizador.

19. 4 La síntesis de ácidos nucleicos
A partir de 1959, el científico catalán Joan Oró (1923-2004), siguiendo un
protocolo parecido al de S. Miller, pero cambiando la composición de los gases
que utilizaba este por otros abundantes en los cometas (ácido cianhídrico,
amoníaco y agua), consiguió sintetizar las moléculas que constituyen los ácidos
nucleicos. Según Oró, los primeros compuestos orgánicos podrían haberse
formado en parte en la Tierra y en parte en los meteoritos y cometas que
cayeron sobre nuestro planeta.
Un dato que apoya esta hipótesis es que los elementos que componen las
biomoléculas (carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo) se encuentran
entre los más abundantes en el universo, después del hidrógeno, el helio y el
neón. Oró concibió que el primer ser vivo debió de originarse a partir de la
acción conjunta de cinco macromoléculas: un protorribosoma (estructura que
sintetiza las proteínas), una protoenzima, un proto-ADN o un proto- ARN (con la
información biológica y capacidad de autoduplicarse), un proto-ARN de
transferencia y una membrana.

20. La endosimbiosis y las células eucarióticas
El origen de las células eucarióticas puede explicarse por medio de
la teoría endosimbiótica.
Esta teoría establece que las mitocondrias fueron una vez organismos
procariotas que vivían independientemente porque habían desarrollado
el proceso de respiración celular aeróbica. Otros procariotas más
grandes que solo podían respirar anaeróbicamente los absorbieron por
endocitosis. En lugar de matar y digerir a los procariotas más pequeños,
permitieron que siguieran viviendo en su citoplasma. Mientras los
procariotas mas pequeños crecieran y se dividieran tan rápido como los
más grandes, podrían existir indefinidamente dentro de las células más
grandes. Según la teoría de la endosimbiosis, han coexistido durante
cientos de millones de años de evolución hasta convertirse en las
mitocondrias de las células eucarióticas actuales.

21. Los procariotas más grandes y los pequeños que respiraban
aeróbicamente mantenían una relación simbiótica en la que ambos se
beneficiaban: esto se conoce como relación mutualista. La célula más
pequeña era alimentada por la más grande y, a su vez, llevaba a cabo la
respiración aeróbica para suministrar energía eficientemente a la célula
más grande. La selección natural favoreció, por tanto, a las células que
habían desarrollado esta relación endosimbiótica.
La teoría endosimbiótica también explica el origen de los cloroplastos. Si
un procariota que hubiera desarrollado la capacidad de fotosíntesis
hubiese sido absorbido por una célula más grande que le permitiera
sobrevivir, crecer y dividirse, podría haberse desarrollado hasta
convertirse en los cloroplastos de los eucariotas fotosintéticos. Una vez
más, ambos organismos se habrían beneficiado de esta relación
endosimbiótica.

23. Aunque ya no son capaces de vivir de forma independiente, los
cloroplastos y las mitocondrias poseen características que sugieren que
evolucionaron a partir de procariotas independientes:
• Tienen sus propios genes en una molécula de ADN circular semejante
a la de los procariotas.
• Tienen sus propios ribosomas 70S de tamaño y forma típicos de
algunos procariotas.
• Transcriben su ADN y utilizan el ARNm para sintetizar algunas de sus
propias proteínas.
• Solo pueden producirse por la división de mitocondrias y cloroplastos
ya existentes.
• El tamaño de las mitocondrias y los cloroplastos es similar al tamaño
de los procariotas

24. Los primeros organismos
La primera célula procariota
Las rocas más antiguas que se han hallado son el gneis de Acasta (Canadá), de
hace 4 030 millones de años. Estas rocas muestran que en esa época la
superficie terrestre ya se había enfriado y era sólida. Por otra parte, se han
encontrado indicios de vida en las rocas sedimentarias de Isua (Groenlandia) y
fósiles de bacterias de hace 3 500 millones de años en Apex (Australia).
Estos datos llevan a pensar que la evolución protobiológica, la cual originó la
primera célula, fue un proceso muy rápido que duró entre 200 y 500 millones
de años, aproximadamente. Hasta que apareció la primera célula eucariota, la
Tierra estuvo habitada únicamente por organismos procariotas (bacterias).

25. La primera célula eucariota
Los primeros fósiles (no seguros del todo) de células eucariotas son de hace 2 100 millones
de años (mina Empire, en Míchigan, Estados Unidos). Los primeros fósiles seguros son de
hace 1 500 millones de años (dolomía de Amelia, en Australia). Con estos datos se puede
afirmar que la evolución desde los procariotas hasta los primeros seres unicelulares
eucariotas fue un proceso muy lento que duró entre 1400 y 2300 millones de años. Sobre
cómo se origino la primera célula eucariota hay dos hipótesis que no son excluyentes:
• Hipótesis autógena de Taylor y Dobson. Al compartimentarse una gran célula procariota
mediante membranas se formaron algunos orgánulos de la célula eucariota (núcleo,
retículo endoplasmático, aparato de Golgi y vacuolas).

26. Hipótesis de la endosimbiosis en serie de Lynn Margulis. Según ella, la célula eucariota
procede de una célula ancestral anaerobia que habría englobado varias células procariotas
entre las que se habría establecido una relación de simbiosis. Cada una de estas se habría
transformado en un orgánulo celular. Así, las cianobacterias originarían los cloroplastos; las
bacterias aeróbicas, las mitocondrias; las bacterias espiroquetas, los cilios y los flagelos; etc