Presentación de PowerPoint

HITOS VIDA EN
LA TIERRA I
YA HEMOS VISTO
QUE EL ESQUELETO
DE LA VIDA ES EL
CARBONO…
HI TEORÍA
QUIMIOSINTÉTICA
VAMOS A ANALIZAR:
ARN Catalítico
HI Teoría quimiosintética:
¿cómo se formaron los elementos orgánicos?
la Física y Química de la Tierra antes de la vida
Teorías
Experimentos de Miller & Urey
Hipótesis sobre los primeros catalizadores
Teoría de la replicación del ARN (RNA)
Origen de las membranas y de las células procariotas
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HII Teoría endosimbióntica sobre el origen de los eucariotas
TEORÍA
QUIMIOSINTÉTICA
QF
QF-B
• Membranas
• Coacervados
•Protobiontes
•Evolución prebiológica
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QF
• Moléculas
• Monómeros
• Polímeros
Problema: el Diseño Inteligente (Intelligent
Design) y creacionistas (Young Earth
Creationist) a menudo tergiversan la
evolución afirmando que no explica el origen
de la vida.
Esta es una táctica deshonesta: por
supuesto que la Teoría de la Evolución no
explica el origen de la vida.
NO LO PRETENDE
La ABIOGÉNESIS ESTÁ MÁS DENTRO
DEL CAMPO DE LA QUÍMICA QUE DE LA
BIOLÓGÍA.
La evolución explica la diversidad de la vida
en los campos de la biología, no de la
química.
http://www.talkorigins.org/faqs/abioprob/abio
prob.html
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Neil deGrasse Tyson presenta Life on Earth.
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¿QUÉ HABÍA ANTES DEL
ANCESTRO COMÚN A TODOS LOS
ENTES VIVOS? HII
UN TRONCO ÚNICO
Las secuencias de ADN de los organismos modernos permiten
reconstruir el árbol de la vida y averiguar las características
probables del ancestro común más reciente de todos los seres
vivos - el "tronco" del árbol de la vida.
Según algunas hipótesis, este "ancestro común más reciente"
puede ser en realidad un conjunto de organismos que vivieron al
mismo tiempo y fueron capaces de intercambiar genes con
facilidad.
La reconstrucción de las primeras ramas en el árbol de la vida nos
dice que este antepasado, o conjunto de antepasados,
probablemente utiliza ácidos nucleicos, especialmente ARN como
material genético y realiza reacciones químicas complejas (HII).
Pero, ¿qué había antes de él? Sabemos que este último ancestro
común debe haber tenido antepasados - una larga línea de
antepasados que forman la raíz del árbol de la vida –
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Para saber, tenemos que recurrir a otras líneas de evidencia.
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EVIDENCIAS:
ESTUDIANDO EL ENIGMA
DEL ORIGEN
PROCESOS NECESARIOS
PARA LA ABIOGÉNESIS
EN LA TIERRA
Síntesis abiótica de moléculas orgánicas simples
•
•
•
•
•
Obviamente, si no había nada vivo la fuente de las moléculas
orgánicas tendría que ser abiótica.
Teoría de Oparín y Haldane: Teoría Físico Química.
Los estudios del mexicano Alfonso Herrera
Los experimentos de Miller y Urey
Cerca de 15 KMA después del “Big Bang”, empezaron a formarse
planetas...
Asumimos que la Tierra primigenia tenía todos los elementos base y
energía necesarios: volcanismo, lluvia de meteoritos, radioactividad
natural…
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•
CARBONO ¿DESDE EL
PRIMER ORGANISMO?
Los ladrillos de la vida
El C, el H, el O y el N son elementos de pequeña masa
atómica y tienen variabilidad de valencias, por lo que pueden
formar entre sí enlaces covalentes fuertes y estables. Debido
a esto dan lugar a una gran variedad de moléculas y de gran
tamaño.
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De todos ellos el carbono es el más importante. Este átomo
es la base de la química orgánica y de la química de los
seres vivos.
EL ORIGEN DE LOS COMPUESTOS
ORGÁNICOS
La atmósfera
primigenia de la tierra
era “reductora”.
No había oxígeno.
All molecules public domain from Wikimedia Commons, Background image http://www.flickr.com/photos/lrargerich/4587244190/
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La atmósfera terrestre
tendría moléculas
inorgánicas ¿Puedes
identificar estas moleculas?
TEORÍA
QUIMIOSINTÉTICA
QF
QF-B
• Membranas
• Coacervados
•Protobiontes
•Evolución prebiológica
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QF
• Moléculas
• Monómeros
• Polímeros
LOS EXPERIMENTOS DE MILLER & UREY SOBRE
EL ORIGEN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
The atmosphere contained:
Hydrogen
Nitrogen
Water vapour
Methane
Ammonia
Hydrogen sulfide
Master
Geologia P&DB
tierra I Commons, Background image http://www.flickr.com/photos/lrargerich/4587244190/
All molecules
public 60433
domainHitos
fromvida
Wikimedia
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The gases came
from abundant
volcanic activity…
ENERGÍA PARA FORMAR
MOLÉCULAS ORGÁNICAS.
¿Como era la tierra primitiva?
´Marzo 1998, de la revista
National Geographic
El joven sol brillaria
un 70% de lo que
brilla en la actualidad
La energía necesaria provendría
de:
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Tormentas y rayos
Actividad volcánica
Bombardeo de
Meteoritos
Altísimas temperaturas
debido a los gases
invernadero
Radiación cósmica
porque faltaba la capa
de ozono
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VARIACIÓN DE LA COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICA CON EL
TIEMPO
fotosíntesis
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células simples con
el ADN disperso en
su interior
células más
complejas
con un núcleo
que contiene
el ADN
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NO TODO APUNTA A UNA
ATMOSFERA SIN
OXIGENO EN EL INICIO
TEORÍA
QUIMIOSINTÉTICA
QF
• Polímeros
• Experimentos
QF
• Membranas
• Coacervados
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•Protobiontes
QF-B •Evolución prebiológica
FORMACIÓN DE
POLÍMEROS
El oxígeno era escaso o nulo en la atmósfera, todo el
oxígeno posible era “absorvido” por las rocas.
Así pues no había oxígeno “ladrón” de electrones de otros
átomos (que los oxidaba).
La atmósfera sería pues reductora, lo que facilitaría la
formación de moléculas complejas.
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Así, como hemos visto los monómeros podrían formar
polímeros en distintos ambientes.
FORMACIÓN DE POLÍMEROS
—BASES DE LA VIDA MISMA
Los experimentos muestran que es posible formar moléculas
orgánicas en una atmósfera reductora.
Hubiera sido difícil en presencia de oxígeno en la atmósfera
El proceso de polimerización permitiría obtener los compuestos que
se necesitan para formar “células”
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Pero ¿cómo se formaron los polímeros?
En solución, la hidrólisis de un polímero en crecimiento podría limitar
el tamaño que podría alcanzar.
Esta es la base de la teoría que propone su formación en superficies
sólidas, de minerales que los protegian de la de la degradación.
En experimentos en laboratorio se han sintetizado sobre arcilla.
¿EMPEZÓ LA
VIDA EN UN
BLOQUE DE
HIELO?
OH
HC
Las moléculas forman
compuestos orgánicos más
complejos: monómeros
Meteoritos, geiseres
submarinos, reacciones
atmosféricas formaron
moléculas más complejas
como formaldehido, cianuro
(CN-), amoniaco.
Mientras más baja es la
temperatura más estables
son estos compuestos.
Glicina: NH2CH2COOH
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Estas moléculas pueden
combinarse dentro del hielo
formando glicina, uno de
los aminoácidos del código
genético.
¿EMPEZÓ LA
VIDA EN UN
CHARCO?
Glaciares, volcanes,
polvo cósmico pudieron
proveer los
componentes
necesarios.
Las superficies de
minerales foliares atraen
ciertas moléculas y
actúan de catalizadores
para otras reacciones.
Monomero: Fosfato
aldehído…
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Darwin y científicos
contemporáneos
imaginaron así el
comienzo de la vida…
¿EMPEZÓ LA
VIDA EN UNA
MARMITA?
Los gases liberados por el
magma fundido, estarían
continuamente filtrando y
lixiviando compuestos
vitales hacia la superficie
del mismo.
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En una superficie
estabilizadora de pirita, el
monóxido de carbono y un
grupo metilo se combinan,
un paso en la formación de
ácido acético activado, una
sustancia química crucial
para la síntesis de otros
compuestos orgánicos.
TEORÍA
QUIMIOSINTÉTICA
QF
QF
• Experimentos
• Membranas
• Coacervados
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•Protobiontes
QF-B •Evolución prebiológica
ESPERIMENTAL
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En 1864 Luis Pasteur culminó con una de
las etapas que causó mayor controversia
en la historia de la ciencia, en la cual se
planteaba que los sistemas vivos se
originaban por generación espontánea;
debido a sus experimentos con matraces
de cuello de cisne Pasteur demostró que
“lo vivo procede de lo vivo”, dando pie al
desarrollo de nuevas teorías.
EXPERIMENTAL
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En 1924 el bioquímico ruso
Alexander Oparin publicó “El origen
de la vida”, y en 1929 el biólogo
inglés John Haldane, propuso de
forma independiente una explicación
sobre el origen de la vida semejante
a la de Oparin. Las ideas de ambos
autores se conocen hoy como
Teoría de Oparin–Haldane o Teoría
quimiosintética que plantea que el
origen de los sistemas vivos se
produjo a partir de una serie de
procesos químicos
La Teoría quimiosintética de Oparin-Haldane cuenta con gran cantidad de evidencias
científicas que la corroboran, siendo la más importante la obtenida en el experimento de
Miller y Urey en el que se demostró que a partir de compuestos inorgánicos se formaban
compuestos orgánicos. Otros científicos como Cyril Ponnamperuma, Alfonso
Herrera y Sidney Fox realizaron diversas contribuciones experimentales y teóricas para
sustentar esta teoría.
MILLER-UREY, 1953
STANLEY MILLER
7 Mar 1930 – 20 May 2007
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Father of
Prebiotic Chemistry
MILLER, EN 1953
“I turned on the experiment one night at 10 p.m.
Then I came back the next morning, and the water inside the flask
had turned yellow.”
Carny http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/MUexperiment.png
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Lo que encontró fué un rico cultivo de aminoácidos, los bloques
básicos que forman las proteinas entre otras características.
MILLER-UREY EXPERIMENT,
1953
La electricidad provocada
en la “atmosfera” de
Miller generaría nuevos
elementos químicos que
precipitarían en el
“océano” reaccionando y
formando “algo”
Lightning
Primeval atmosphere:
CH4, H2, NH3
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Early ocean
Después de una semana encontraron:
13 de los 20 aminoácidos naturales.
Alrededor del 15% del carbono se
encontraba ahora formando
compuestos orgánicos.
MILLER-UREY EXPERIMENT, 1953
Como hemos visto
podría haber
más oxígeno y
menos metano,
hidrógeno y
amoníaco.
Lightning
Primeval atmosphere:
CH4, H2, NH3
CO2, N2***
Early ocean
*** CO2 + N2 =  organic molecules  Scientists find it hard to imagine life emerging from such a diluted soup.
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En la actualidad se
piensa que la
“atmosfera” de
Miller sería
diferente de la
primigenia.
COACERVADOS
Master Geologia P&DB 60433 Hitos vida tierra I
http://www.flickr.com/photos/afeman/663646181/
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Oparin propuso que los proteinoides, proteinas nucleicas y otras moléculas
orgánicas e inorgánicas de su teoría quimiosintética, precipitarían y
formarían agregados coloidales en el océano. Los llamó coacervados.
LA ESPUMA DE LA
CERVEZA ES UN
SISTEMA COLOIDAL
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El nombre de coloide proviene de la raíz
griega kolas que significa «que puede
pegarse». Este nombre hace referencia a
una de las principales propiedades de los
coloides: su tendencia espontánea a
agregar o formar coágulos.
WHAT HAPPENS WHEN YOU PUT A DROP
OF OIL IN
WATER?
Fase contínua
Fase dispersa
Las gotas de aceite permaneces unidas
Son perfectamente circulares
Son hidrofóbicas –repelen el agua
Las moléculas de aceite son no-polares
y las de agua son polares
http://www.flickr.com/photos/zorin-denu/5385963280/
NO-POLAR………………………POLAR
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EJEMPLO CLÁSICO DE POLARIDAD,
EL AGUA. LAS DOS CARGES ESTAN
PRESENTES, NEGATIVA EN EL
CENTRO (O, ROJO) Y POSITIVO EN
LOS EXTREMOS (H, AZUL)
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EL ALCANO BÁSICO, EL METANO, ES
NO-POLAR PORQUE NO HAY DIPOLO
PROPIEDADES DE LOS COLOIDES
Los coloides tienden a concentrar
moléculas en su interior.
Los coloides pueden interaccionar
con el medio.
Los agregados coloidales se forman
expontáneamente en determinadas
condiciones: coacervados
Esto podrían haberlo adquirido
protocélulas primigenias.
El comportamiento de los
coacervados muestra como las
primeras (proto)células podrían
tener una composición diferente en
su interior, de la del medio que les
rodeaba.
Coacervados (agregado
coloidal) fromado por la
interacción entre la gelatina y
la goma arábiga. A. I. Oparin
PARA ENTENDERLO: SUSTANCIAS
ANFIPÁTICAS
Poseen a la vez grupos hidrófilos
e hidrófobos.
Son dispersadas por el agua.
Por ejemplo el ácido linoleico.
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H2O
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Un ácido graso de cadena larga
forma agregados denominados
micelas, en las que los grupos
carboxilo polares están en
contacto con el agua y forman
enlaces hidrógeno con ella,
mientras que las cadenas
hidrocarbonadas insolubles,
hidrófobas y apolares se ocultan
del medio acuoso mediante
interacciones hidrofóbicas.
MEMBRANAS
Los fosfolípidos son moléculas lipídicas que forman bicapas en agua
debido a sus propiedades anfipáticas o anfifílicas, una cara es hidrofílica
y otra es hidrofóbica
Estas bicapas forman membranas delgadas de dos capas de moléculas
de lípidos
Forman una barrera continua, pero su estructura las hace fluidas,
permeables y dinámicas.
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Ejemplo de membrana permitiendo moléculas solubles en lípidos pasar a través
ESTRUCTURA DE LAS
MEMBRANAS DE
FOSFOLÍPIDOS
Los fosfolípidos son moléculas lipídicas que forman bicapas en agua debido
a sus propiedades anfipáticas o anfifílicas, una cara es hidrofílica y otra es
hidrofóbica. Son moleculas polares.
http://www.ib.bioninja.com.au/_Media/phospholipid_bilayer_med.jpeg
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Diagrama de un fosfolípido
Liposoma, micelio y bicapa son tres formas
de “mantener las colas secas”
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AUTO-ORGANIZACIÓN DE LOS
FOSFOLÍPIDOS: LA CABEZA
HÚMEDA, LA COLA SECA
PROCESOS NECESARIOS
PARA LA ABIOGÉNESIS
EN LA TIERRA
Síntesis abiótica de moléculas
orgánicas simples
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• De alguna manera estos
elementos se combinaron para
formar componentes organicos
simples: Protobiontes?
• Es posible que los compuestos
organicos se generaran en la
tierra, es posible que fueran
extraterrestres??????
PANSPERMIA
Se han identificado una gran cantidad de componentes
biogénicos como aminoacidos, purinas, pirimidinas en un
tipo de meteoritos conocidos como meteoritos
carbonáceos o condritas (o condritos).
La teoría de la panspermia fué propuesta por Richter en
1865.
La vida llegó a la tierra en forma de esporas resistentes.
En 1969, un meteorito cayó en Australia. Estaba compuesto
por agua en un 12%, y tenía trazas de 92 aminoacidos.
Implica no solo la existencia de compuestos orgánicos
extraterrestres sino también la capacidad de éstos de llegar
a la tierra.
Desde entonces los astrónomos Fred Hoyle y Chandra
Wickramasinghe en 1970 propusieron que:
El polvo cósmico y los cometas tienen
compuestos orgánicos
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Los cometas, compuestos fundamentalmente
por hielo transportan bacterias, protegiendolas de la
radiación.
En 2005 la mision al cometa Tempel 1 descubrió una mezcla
de partículas orgánicas y arcilla en su interior
40
El Dr. Richard B. Hoover, de centro espacial Marshall
(NASA), 2011, encontró evidencias fósiles de
cianobacterias en meteoritos llamados CI1 condritos
carbonaceos.
Credit: Hoover/Journal of Cosmology
HI INVESTIGADORES
EARLY LIFE ON EARTH
Elementos de la vida,
bioelementos
Steve Mojzsis: geólogo,
Universidad de Colorado
Carbono dejado por los
entes vivos
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http://isotope.colorado.edu/~
mojzsis/