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MÓDULO 4. Origen y Evolución Temprana de la Vida
1. Química Prebiótica
2. Mundo de ARN
3. Modelos del origen de la célula
4. Origen de la célula eucariota
5. Modificaciones celulares
1. Química Prebiótica
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS VIVOS
- (^) Sistemas que se autoorganizan siguiendo patrones de organización progresivamente complejos.
- Se mantienen en un estado de no-equilibrio con el medio externo. Disipan energía para mantener su orden interno.
- Perciben los cambios internos y externos del sistema y dan la respuesta homeostática adecuada.
- Reproducen sus estructuras y evolucionan adaptándose al medio
Hipótesis de Oparin
1º Atmósfera reductora (H2, NH3, CH4) y H2O
2º Síntesis de compuestos orgánicos a partir de los gases con la energía de descargas eléctricas, radiación UV y calor
3º Acumulación de compuestos orgánicos en los mares primitivos (Caldo de cultivo enriquecido)
4º Procesos de organización progresivamente complejos: Monómeros F 0 E 0Polímeros F 0 E 0
F 0 E 0 Coacervados F 0 E 0Protocélulas
5º Las primeras células fueron heterótrofas
SINTESIS ABIÓTICA DE LA ADENINA
- El cianuro rápidamente forma dímeros. La adición de un tercer monómero genera el aminomaleonitrilo, añadiendo un cuarto monómero se forma el diaminomaleonitrilo.
- El diamonomaleonitrilo reorganiza sus enlaces entre átomos.
- La adenina se forma por adición de un nuevo cianuro por acción de la radiación ultravioleta.
2. Origen del material genético
El mundo del ARN y los comienzos de la selección natural
- El ARN, y no el ADN, fue probablemente el primer material genético
- Los ribozimas son moléculas de ARN que catalizan muy diferentes
reacciones, incluyendo:
- Autoprocesamiento de intrones, maduración de ARNt
- La replica de copias complementarias de pequeños pedazos de su propia secuencia en
cortas cadenas de ARN
- Los primeros protobiotes con ARN autorreplicativo y catalítico podrían haber sido más eficientes en la utilización de recursos y transmitir sus capacidades a las generaciones posteriores y por acción de la selección natural podrían haber incrementado su número
- Los genes mas que formar parte de un genoma mínimo pertenecen a una red de interrelaciones génicas mínimas
Las célula en cuanto a su contenido genético, han de decidir entre dos tendencias:
- Eficiencia : empuja a la célula hacia un genoma mínimo
- Adaptabilidad : promueve la retención de genes que se requieren ocasionalmente bajo ciertas circunstancias ambientales.
La vida bacteriana es en extremo resistente y ha demostrado un gran poder de adaptación. Este éxito radica en tres características principales:
- Tamaño pequeño, lo que le da un gran poder de dispersión
- Variabilidad y flexibilidad metabólica, lo cual permite una rápida adaptación
- Plasticidad metabólica mediante la transferencia horizontal de genes
Las generaciones bacterianas pueden ser tan rápidas, las fuerzas selectivas tan fuertes y las poblaciones bacterianas tan grandes que la evolución bacteriana puede ser extremadamente rápida en la escala geológica
•La vida ocupo la Tierra extendiendo una red de colaboración
•La mayoría de las bacterias viven en entidades procarióticas sociales, en comunidades metabólicamente complementarias
Las comunidades procarióticas se pueden adaptar fácil y rápidamente a los cambios de su entorno:
- Respondiendo a éste aceptando cepas extranjeras que estén mejor equipadas para afrontar el reto y, también, eliminando las cepas que no sean necesarias
- A nivel celular la opción para adaptarse es la THG. El patrimonio procariótico está disponible para la mayoría de las células, dando como resultado un sistema de comunicación biológico global.
- La mayoría de las bacterias viven en entidades procarióticas sociales, en comunidades metabólicamente complementarias
Los árboles genealógicos basados en la secuencia de una única molécula de ADN/ARN plantea tres problemas (Cavalier-Smith, 2006):
- No poseen la suficiente información para resolver el orden de las ramas cercanas
- Algunos genes pueden, ocasionalmente, ser transferidos lateralmente entre organismos no relacionados
- Las tendencias en las tasas y modos evolutivos (que suceden en algunas partes del árbol evolutivo) de virtualmente todos los genes pueden provocar un orden de ramificación incorrecta
4. Modelos del origen de la célula
eucariota
A) FUSIÓN:
B) SIMBIOSIS: ENDOSIMBIOSIS SERIADAS
C) CAPTURA: PROTOEUCARIONTE FAGOTRÓPICO
D) COOPERACIÓN METABÓLICA
Los árboles multigénicos también puedan dar lugar a topologías erróneas (Cavalier-Smith,
- sobre todo si:
- Se utilizan pocos taxones en la construcción del árbol
- Se utilizan algoritmos con supuestos erróneos acerca de la convergencia o divergencia de secuencias
- Se carece de evidencias acerca de la dirección evolutiva o de la posición de la raíz
La forma más fiable de establecer relaciones evolutivas es:
- Mediante los análisis cladísticos de caracteres morfológicos o macromoleculares los suficientemente complejos
- Mediante los análisis cladísticos de caracteres genéticos (THG, reemplazamiento de genes, fusiones, duplicaciones de genes,...)
- Buscando congruencias entre todos los tipos de evidencias, dando más importancia a la evidencia más fuerte y a los métodos más fiables
CONCLUSIONES:
•La gran pregunta es ¿cómo y cuando aparecieron los eucariotas?
•Muchos investigadores creen que existe una estrecha relación con la oxigenación de la atmósfera terrestre (hace ~ 2,3 Ga) y el incremento de la complejidad de los organismos al desarrollar un metabolismo aerobio
•Se dan dos explicaciones para esta correlación, ambas invocan un ajuste metabólico:
- Las células que respiran oxígeno son máquinas extractoras de energía de alta eficiencia
- El oxígeno permite mil veces más reacciones metabólicas que las que se dan en condiciones anóxicas
- En condiciones de bajo oxígeno a las células les es imposible sintetizar o mantener proteínas transmembranas relacionadas con la comunicación. Requisito para la multicelularidad
