El documento resume los orígenes y la evolución temprana de la vida. Describe cómo se formaron las moléculas orgánicas iniciales en la Tierra primitiva y cómo surgieron las primeras células. Explica las teorías sobre el origen de los orgánulos celulares como los mitocondrias y cloroplastos a través de la endosimbiosis. También explora la evolución de las bacterias, cianobacterias, eucariotas y otros grupos tempranos de organismos.

1. Origen de la vida y
evolución temprana
Semana 15, capítulo 20

2. 20.1 El comienzo
 La mayoría de los físicos
apoya la teoría del big bang,
según la cual el universo se
originó hace unos 14 billones
de años, cuando toda la
materia se expandió
súbitamente desde un
pequeño punto. La expansión
del universo y la abundancia
mayor de los elementos más
simples (hidrógeno y
oxígeno) apoyan esta idea
propuesta en el 1931 por el
físico y sacerdote belga
Georges Lemaître. Georges Lemaître
1894-1966

3. El origen de la Tierra
 Observaciones de las
estrellas y medidas del
tamaño y brillantez de
nuestro sol sugieren que
comenzó a brillar hace unos
5 billones de años. Durante
este tiempo, asteroides que
orbitaban el sol comenzaron
a chocar y a unirse para dar
origen a los planetas y a las
lunas rocosas de nuestro
sistema solar. Se estima
que la tierra se formó hace
unos 4.6 billones de años.

4. Nuestra primera
atmósfera
 La atmósfera inicial de la
Tierra se compuso de gases
liberados por una infinidad
de explosiones volcánicas.
Estos gases incluían vapor
de agua, bióxido de
carbono, hidrógeno y
nitrógeno, pero muy poco
oxígeno. El registro
geológico indica que el
oxígeno se formó mucho
más tarde.

5. Origen de las moléculas orgánicas
 Se sospecha que las primeras
moléculas orgánicas se formaron
en los mares primitivos en
ausencia de oxígeno y bajo la
influencia de una atmósfera rica
en descargas eléctricas. El
biólogo y químico estadounidense
Stanley Miller hizo experimentos
para simular estas condiciones y
en menos de una semana
encontró aminoácidos,
carbohidratos y otros compuestos Stanley Miller
orgánicos. Otros experimentos (1930-2007
han encontrado adenina.

6. El experimento de Miller
La atmósfera usada en el
experimento no tenía
oxígeno. Esto es
importante porque el
oxígeno hubiese
reaccionado con los
primeros compuestos
orgánicos libres y los
hubiese destruído. Otra
hipótesis propone que los
asteroides que
impactaron la tierra
trajeron los primeros
compuestos orgánicos.

7. 20.2 Cómo se originaron las células
 El registro fósil no contiene
suficiente información para
determinar cómo surgieron las
primeras proteínas y otros
compuestos orgánicos
complejos.
 Hay dos teorías principales
sobre el origen de las primeras
proteínas. Una propone que los
aminoácidos se concentraron en Planicie de arcilla en
una zona costera
partículas de arcilla cargadas
negativamente y que la energía
del sol comenzó a unirlos para
formar los primeros polipéptidos.

8. Origen de las proteínas
y el metabolismo
 La segunda teoría sugiere que las
primeras proteínas y las primeras
reacciones metabólicas se originaron
en pequeñas celdas de sulfuro de
hierro formadas en ventilas Celdas de sulfuro de hierro
hidrotermales en el fondo del mar.
En estos lugares se acumula sulfuro
de hierro, un compuesto inorgánico
usado hoy como cofactor por
muchas células. Experimentos de
laboratorio que simulan este
ambiente han producido pequeñas
celdas, en el interior de las cuales el
sulfuro de hidrógeno ha participado
de reacciones que generan
Ventila hidrotermal (hydrothermal vent)
compuestos orgánicos.

9. Origen de la
membrana celular
 Todas las células están rodeadas por
una membrana celular compuesta de
lípidos y proteínas que separa el
citoplasma del exterior y controla la
entrada y salida de materiales.
 En sustratos de arcilla se han
formado cadenas de aminoácidos que
al humedecerse forman pequeñas
vesículas llenas de líquido. Además,
en sustratos de arcilla ciertas mezclas
de ácidos grasos y alcoholes se
distribuyen como vesículas. De estas
vesículas pudieron surgir las
protocélulas, primeras unidades
capaces de reproducirse.

10. Origen del material genético
 La relación entre el ADN, el ARN y las proteínas es
fundamental para la vida, pero no hay evidencia de cómo
surgió esta relación. Varios científicos han propuesto que en
los primeros organismos el ARN funcionaba como almacén
de información y también como enzimas.
 Algunos ARNs todavía funcionan como enzimas, como el
ARNr, que forma los ribosomas y cataliza la formación de
proteínas. La similitud del ARN ribosómico de los procariotas
y los eucariotas sugiere que la función enzimática del ARN es
muy antigua.
 No sabemos cómo sucedió la transición de ARN a ADN como
banco de información genética. Se sospecha que el ADN fue
favorecido por ser una molécula más protegida y estable
químicamente, lo que permité la formación de genomas más
grandes y complejos.

11. De compuestos a células
Este diagrama resume
las teorías que tienen
más apoyo sobre el
origen de las primeras
células. Hay alguna
evidencia experimental
pero el registo fósil no
provee evidencia de
estos sucesos.

12. 20.3 Evolución
temprana de la vida
 El registro fósil y estimados
obtenidos de relojes
moleculares que usan tasas
de mutaciones, indican que la
vida se originó hace unos 4.3
billones de años. Los fósiles
más antiguos corresponden a
células procariotas y datan
de hace unos 3.5 billones de
años. A juzgar por la
condición de la atmósfera
durante ese tiempo, se Posible fósil de procariotas
en sedimentos de hace 3.5
supone que estos primeros billones de años
procariotas eran anaeróbios.

13. Bacterias
 La evidencia genética sugiere que
los dos linajes de procariotas
(arqueas y bacterias) se separaron
hace unos 3.5 billones de años. Un
grupo de bacterias desarrolló la Arcobacter, una bacteria que
capacidad para llevar a cabo vive en ventilas hidrotermales
fotosíntesis por fosforilación cíclica,
sin liberación de oxígeno. Esto pudo
haber sucedido en en ventilas
hidrotermales, donde todavía
algunas bacterias modernas llevan
a cabo este proceso usando luz
infrarroja y una pequeña cantidad de
luz visible luz emitida por el agua y
superficies muy calientes.

14. Cianobacterias
Cianobacterias fósiles
 La fotosíntesis que produce
oxígeno (fosforilación no
cíclica) surgió hace unos 2.5
billones de años en el grupo
de bacterias conocidas como
cianobacterias. Durante
cientos de millones de años
la mayor parte del oxígeno
reaccionó con hierro para
producir óxido de hierro, pero
cuando este proceso termino
el oxígeno comenzó a
concentrarse en la atmósfera.

15. Estromatolitos
 Las cianobacterias
probablemente se
desarrollaron como
estromatolitos, biocapas
que atrapaban sedimento y
que con el tiempo formaron
grandes estructuras rocosas. Los estromatolitos son atracciones turísticas
Los estromatolitos fueron en algunos lugares de Australia.
muy abundantes y diversos
durante la Era Proterozoica Corte de un
(2.5 billones hasta hace estromatolito fósil
mostrando las
unos 540 millones de años). capas de
Hoy persisten en algunos sedimentos
mares llanos, especialmente formadas por las
cianobacerias.
en Australia.

16. El surgimiento de
los eucariontes
 Durante la Era Proterozoica
un grupo de arqueas se
separó del linaje principal
de estos procariotas y dio
origen a los eucariotas. Uno
Estos fósiles del eucariota Grypania spiralis,
de los fósiles más antigios aparentemente un alga con reproducción asexual,
se ilustra a la derecha. datan de hace unos 2.1 billones de años.
 Los fósiles más antiguos de
animales datan de hace
570 millones de años.Todos Estos fósiles del alga roja
Bangiophora pubescens
los grupos principales de datan de hace unos 1.2
animales, incluyendo a los billones de años. El alga tuvo
células especializadas para
primeros verebrados, se adehirse al sustrato y para
establecieron durante el producir dos tipos de esporas,
siendo por lo tanto uno de los
Periodo Cámbrico primeros organismos con
(542-488 millones de años). reproducción sexual.

17. 20.4 El origen de los organelos
 Algunas células procariotas, como la bacteria del suelo
Nitrobacter, tienen repliegues internos de la membrana
celular y en la superficie de los mismos hay enzimas,
proteínas de transporte y otras estucturas relacionadas con
reacciones metabólicas. La figura ilustra cómo repliegues
parecidos pudieron haber dado origen a la membrana nuclear
y al retículo endoplásmico.

18. Origen de mitocondrios y cloroplastos
 La bióloga estadounidense Lynn Margulis
propuso en el 1966 que los mitocondrios
y los cloroplastos de las células
eucariotas se originaron a partir de
procariotas fagocitados que continuaron
viviendo en simbiosis dentro de la célula
que los fagocitó. Según su teoría de
endosimbiosis, las células fagocitadas
obtuvieron un ambiente donde vivir y la
materia prima para su metabolismo,
mientras que la célula que las fagocitó
comenzó a usar parte del ATP o el
alimento producido por los huéspedes.
Con el paso del tiempo ambos llegaron a Lynn Margulis trabaja en
depender por completo uno del otro y ya la Universidad de
Massachusetts
no pueden vivir separados.

19. Evidencia para la endosimbiosis
Amoeba
 En el 1986, uno de los cultivos de proteus
amebas del biólogo surcoreano Kwang
Jeon, se infectó con una bacteria. La
mayoría de las amebas murieron, pero
cinco años después las restantes no sólo
habían sobrevivido, sino que tenían
muchas bacterias viviendo en su
citoplasma. Además, las amebas no
podían sobrevivir sin las bacterias porque
dependían de las mismas para obtener
una enzima esencial que habían dejado
de producir.
 Los mitocondrios y los cloroplastos de
Kwang Jeon (1938)
nuestras células tienen su propio ADN, trabaja en la Universidad
que es circular como el de los procariotas. de Tennessee

20. Evidencia para la endosimbiosis
 El alga de agua dulce Cladophora paradoxa tiene
miocondrios parecidos en forma y tamaño a bacterias
aerobias, y organelos fotosintéticos muy parecidos a
cianobacterias.

21. 20.6 Astrobiología
 La rama de la astrobiología o exobiología estudia el
origen, la evolución y las condiciones necesarias para la
vida en la Tierra, en el contexto de la posible presencia
de vida en otros planetas. También intenta identificar
planetas con condiciones adecuadas para la vida.
 No se ha encontrado vida en otros planetas de nuestro
sistema solar, aunque se ha intentado encontrarla en
Marte. Expediciones futuras planean buscar debajo de
su superficie porque en la Tierra viven bacterias
bastante profundo bajo del terreno. También se planean
expediciones a Europa, una de las lunas de Júpiter que
podría tener agua líquida debajo de la superficie
congelada y a Titan, una de las lunas de Saturno, que
tiene canales formados por el flujo de líquidos.

22. Resumen de eventos importantes en la
historia de la vida

23. Biodiversidad- Homo sapiens
El ser humano
evolucionó en el sur
de África pero hoy es
cosmopolita. Somos el
único simio que
camina normalmente
en dos patas y el único
que forma grupos muy
grandes. Nuestro
impacto sobre el
planeta ha reducido
dramáticamente la
biodiversidad.