Teoría del origen de la vida

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A)Proceso de formación del planetas:


La teoría mas aceptada fue la del Big-Bang hace 20 mil millones de años planteada por Gamow. Según la cual decía que el universo era una masa densa compacta caliente que exploto dispersando polvo cósmico residuos y gases (nube primordial) 

La nube primordial: H. He  y menos cantidades de N, O , C Y Fe. Esta se condenso dando origen al sol y los planetas.

B) La Tierra Primitiva:


Supone que el planeta se formo hace 5000 millones de años. La atmósfera de la tierra primitiva estaba formada por metano, amoniaco y agua en forma de vapor. Esta atmósfera contenía mucho mas hidrógeno:

Reductora

La atmofera actual contiene: CO2 ( 0.03%) -N2(78%) -O2(21%)-H2O => Oxidante.

Al enfriarse la corteza terrestre el vapor de agua se condenso y se produjeron las lluvias formando océanos. El agua de los océanos y sales minerales dan origen a una solución para el inicio de la vida:

C) La sopa primitiva: Se estima que los primeros organismos vivos aparecieron hace 3500 millones de años

En 1920 Oparin y Haldane plantearon por separado que la tierra primitiva habría tenido para dar origen a moléculas orgánicas sencillas a partir de compuestos inorgánicos. Las condiciones eran: poca o ninguna cantidad de oxigeno libre, presencia de CHON en la atmósfera y agua primitivas y alguna forma de energía.

d) Evolución Química: Teoría de la síntesis previotica(antes de la vida) realizada por Miller y Urey en 1953, que ponen a prueba la hipótesis de Oparin y Haldane. Logran formar las primeras moléculas orgánicas llamada aminoácidos.

En 1974 Orgel señalo que la cantidad de materia acumulada se había depositado formando una capa de 91.5 cm de grosor.

E) Formación de los coaservados:


Teoría de la coaservacion propuesta por Oparien en 1938, una gran cantidad de coaservados se fragmentaron en los océanos primitivos y otros se asociaron a iones como calcio, hierro y cobre y eso ayudo a actuar como catalizadores, acelerando reacciones, se hicieron mas efeciente y aumentaron de tamaño. ( No prospero ya que carecían de inf, genética y no explicaba como evolucionaron)

Sidney Fox propuso el origen de la materia viva en las regiones volcánicas cercanas al mar, las mezclas de aminoácidos se desecaron y calentaron formándose polímeros(unión de moléculas mas pequeñas=monomeros). Estos peptidos(proteínas) fueron capaces de formar microesferas con una cierta capacidad metabólica y se dividiría por yemacion. A las microesferas se les denomino proteinoides(primera forma de vida)

F) La primera molécula de la herencia:


se piensa que fue el ARN, que tenia capacidad catalítica y podía reproducirse por si sola. Luego se descubrió una molécula mas estable llamada ADN y la función catalítica. Evolucionaron en los protobiontes hasta la estructura típica de una célula procarionte.

 Las primeras células fueron heterotrofas anaerobias , vivían sin oxigeno y se alimentaban de moléculas orgánicas. Algunas células se tenían que adaptar al cambio de heterotrofas a autotrofas ( vivir con oxigeno , capaz de alimentarse por proceso de fotosíntesis) las cuales unas mueren y otras se adaptan.

 Donde mas mueren seres vivos es en la transición de organismos heterótrofos a autotrofos, y también en este periodo se aumenta el oxigeno en la atmósfera pasa de ser reductora a oxidante.

Anaerobias: vivir sin oxigeno

Anaerobicas: vivir con oxigeno

Estas células tienen organización procariota y son de pequeño tamaño, a partir de ellas evolucionaron las células eucariotas, las cuales se asociaron el colonias formando organismos pluricelulares

Teoría endosimbiotica : postula que organelos(mitocondrias y cloroplastos) se habían originado a partir de organismos procariontes. Tanto las bacterias aerobicas como las bacterias fotosinteticas habrían sido englobadas por microorganismos que con el tiempo dieron origen a las células eucariontes.

Creacionismo: creación por un ser superior(Dios, ser divino)

Preformismo: la vida venia formada tan cual

Epigénesis: origen por desarrollo embrionario

Panspermia: vida ya no surgía en la tierra, venia desde otro planeta, origen cósmico.

Generación espontanea ( Aristóteles): La vida suge espontáneamente. Sus principales refutadores fueron:

Pasteur: demostró que el aire tenia una gran cantidad de microorganismos y este al pasar por un filtro de algodón los microorganismos quedaban atrapados

Redi: puso dos frascos, uno abierto y otro cerrado, observo que en el cerrado no había microorganismos, y en el abierto observo gusanos, así las moscas depositando sus huevos. Leeuwenhock apoya a redi

Spallanzani: demostró lo contraio que nedham( calentó caldo de carne para destruir los organismos preexistentes y los coloco en un recipiente semiabierto ya que según su teoría se necesitaba aire para que se llevara a cabo)

Louis Joblot lo mismo que Redi pero con plantas.


Visión histórica del problema del origen de la Vida


Hasta el Siglo XVII la validez de la teoría de generación espontánea propuesta por Aristóteles, no se había puesto en duda pero fue Pasteur quien demostró que era falsa.

Se creía que los gusanos se formaban espontáneamente en la carne en descomposición, y fue un italiano, Redi, quien puso en duda esto. Colocó una fibra de muselina cubriendo un pedazo de carne, y pasado varios días, no se "formaron" los gusanos. Esto se vio apoyado por Van Leeuwenhock, quien con ayuda de su microscopio, demostró que siempre había "animaluchos", microorganismos, en las sustancias en descomposición.

En el Siglo XVIII Louis Joblot, su correcta experiencia de hervir extractos de plantas, cubrir unas y dejar abiertas otras, y observar cómo sólo en la abierta se formaron los microorganismos no convencíó a sus compañeros.

Needhamexpuso que se tomen las medidas que se tomen, los microorganismos aparecen espontáneamente en todas las sustancias previamente esterilizadas, peroSpallanzani, tomó más precauciones y obtuvo el resultado contrario, con lo que la discusión fue muy fuerte.

Todo esto se complicó al obtener soluciones estériles y comprobar que el oxígeno es parte fundamental para el desarrollo de los microorganismos. Pero los partidarios de la generación espontanea pedían que las experiencias se realizasen sin "aire estropeado", por lo que no se podía esterilizar a altas temperaturas.

Pero Louis
 Pasteur, demostró que el aire contiene gran cantidad de microorganismos al hacer pasar aire por un filtro de algodón, con lo que todos estos seres se quedaban atrapados. Posteriormente ideó la manera de esterilizar a temperatura ambiente; cerró un matraz con un cuello estrecho, parecido al de un cisne, pero abierto al exterior. Hirvió el contenido del matraz, que era un caldo de cultivo, y lo dejó enfriar. Pero aunque el matraz estaba en contacto con el aire no se desarrollaban los microorganismos al quedar atrapados en la superficie del cuello de cisne, y al abrirlo, la proliferación de microorganismo era la normal, y el aire no había sido "estropeado" al no haber sido calentado.

Todo esto dio lugar a que comenzasen la investigaciones sobre cuál fue el origen de la vida, planteado por químicos, físicos, filósofos, biólogos, etc.

Teorías modernas sobre los orígenes de la Vida


Hasta la segunda mitad del Siglo XIX, la sociedad era creacionista, es decir, pensaba que había sido Dios el creador de todos los animales superiores, como dice la Biblia.

En el Siglo XIX algunas teorías intentaron sustituir a la generación espontánea, como la de la preformación. Según esta teoría, en el momento de la concepción, cualquier organismo en fase embrionaria está preformado y es una réplica perfecta de la estructura del adulto. Esta estructura crece gradualmente nutríéndose del huevo y del ambiente. Algunas preformistas propusieron que este adulto en miniatura estaba contenido en el óvulo materno (ovistas), mientras otros sugerían que estaba en el fluido seminal paterno (animalculistas). La forma más extrema de esta teoría era el emboitement (encajamiento), propuesto por Bonnet y otros, en el que el miembro inicial de una especie conténía en su interior y los "gérmenes" preformados de todas las generaciones futuras. Para Bonnet ‘resulta más sencillo (para los preformacionistas) imaginar una época en la que la naturaleza elaboró y originó al mismo tiempo al todo el conjunto de la creación, presente y futuro, que imaginar una creación continua.

Otra teoría creacionista fue la epigénesis, según la cual, el desarrollo de un embrión avanza a través de una diferenciación gradual de tejidos inicialmente uniformes e indiferenciados, hasta llegar a formar órganos que no estaban presentes en el momento de la concepción. Al principio se pensó que esta diferenciación se producía gracias a fuerzas místicas, no explicable por principio físico o químico; en la época de Von Baer, diferenciación y crecimiento eran aceptados como fenómenos naturales y explicables. Además, la primera síntesis bioquímica extra organísmica de un compuesto orgánico (urea), realizada por Wohler en 1828, demostró que no había esencias místicas.

Fue en este ambiente de biología racional donde aparecieron los primeros conceptos evolutivos.

Uno de los primeros evolucionistas fue Charles Darwin, que respondíó científicamente a varios interrogantes más significativos de los creacionistas; su teoría se basa en :

1.) en cualquier especie existen numerosas variaciones de un individuo a otro

2.) los hijos tienden a parecerse más a los padres que a cualquier otro miembro de la población escogido al azar; de este modo, los hijos de los mejor adaptados al medio, sobrevivirán mejor y tendrán más descendencia, evolucionando la especie.

Darwin supone que el mundo orgánico puede haber surgido por transformaciones del inorgánico.

Hubo otras teorías sobre el origen de la vida como la Panespermia, propuesta por Svente Arrhenius, según el cual como la vida ya no surgía en la tierra, debía haber sido introducida desde otro planeta. Como esta teoría no resolvía el problema del origen de la vida declaró que la vida era eterna, anulando la cuestión del origen.

Otra teoría fue la de Oparín que surgíó en la URSS en 1923 propuso que la vida se podía haber originado espontáneamente bajo la influencia de la luz solar y descargas eléctricas sobre una atmósfera primitiva.


Experiencia de Stanley Miller


El experimento de Miller consistía en un circuito cerrado compuesto por un pequeño matraz con su cuello y dos comunicaciones, una de salida y otra de entrada que conectaban el circuito. Se llenaba el matraz con agua y el resto del aparato con una mezcla de metano, hidrógeno y amoniaco. Además de las anteriores partes se encuentra una cámara de descargas con electrodos de tungsteno y un condensador con agua en la parte inferior del matraz.

El procedimiento era el siguiente: se calentaba el agua y se manténía en ebullición. El vapor de agua y los gases del circuito pasaban por la cámara y recibían una descarga de electrodos que poseían un gran potencial eléctrico. Los productos formados en la anterior fase se disolvían en el agua licuada del condensador y pasaban al matraz pequeño. Los productos volátiles estaban constantemente destilándose junto con vapor fuera del matraz, después son sometidos a las descargas. Los productos no volátiles, se almacenan en el matraz. Después de una semana de este procedimiento, Miller cerró el circuito eléctrico dejando enfriar el aparato y los resultados son los siguientes:

- El 15% del carbono "atmosférico" se encontraba presente en el "océano".

- El 5% del carbono estaba transformado en productos bioquímicos.

- Se habían sintetizados aminoácidos naturales en grandes cantidades: glicina, alanina, ácido asíático y ácido glutámico.

Después de la publicación de algunos trabajos de Miller en los aminoácidos naturales se identifican como productos de las síntesis bióticas experimentadas.

La atmósfera primitiva y la aparición de la vida


Cuando la vida aparecíó sobre la tierra, en la atmósfera había muy poco oxígeno. La primera atmósfera de la tierra, de más de 4,5 millones de años, estaba compuesta por Hidrógeno y Helio, que procedían de la niebla original. Sobre la tierra había volcanes activos, que expulsaron a lo largo de millones de años dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, además de, en menores cantidades, también hidrógeno, monóxido de carbono, metano, amoniaco y ácido sulfúrico. Estos gases formaron durante probablemente dos millones de años la atmósfera en la que tuvieron su origen las primeras etapas de la vida. La hidrosfera que se iba desarrollando debería de ser salada y la temperatura superficial media del planeta estaba por encima del punto de congelación del agua y por debajo de su punto de ebullición. Se estaba produciendo el efecto invernadero a causa del dióxido de carbono, vapor de agua y amoniaco atmosférico.

A partir de los componentes de esta atmósfera se crearon las primeras moléculas orgánicas: los aminoácidos (elementos constituyentes de las proteínas), la purina, la pirimidina y el azúcar (elementos constituyentes de los ácidos nucleicos) y los lípidos (elementos constituyentes de las membranas celulares). Para que la primera fase de la aparición de la vida pudiera ocurrir, se requiere: una o varias fuentes de energía, una concentración local de macromoléculas orgánicas y efectos catalíticos para acelerar y dirigir el proceso. La energía necesaria para la síntesis de estos compuestos químicos procedían de la radiación solar ultravioleta, la energía eléctrica meteórica y las reacciones químicas inorgánicas exorgónicas.

Los compuestos orgánicos abiógenos (formados sin vida como condición previa) se unieron para dar lugar a las primeras unidades vivas: los protobiontes.

Antes de que surgiera la primera célula, debieron de producirse cuatro etapas:

  1. Formación de moléculas de ARN capaces de dirigir su propia síntesis, es decir, autocopiativas.
    1. Desarrollo de mecanismos por los que el ARN pudiera dirigir la síntesis de proteínas.
    2. Formación de una membrana lipídica y su ensamblaje para poder rodear a la mezcla autorreplicante de ARN y proteínas.
    3. En una fase posterior del proceso evolutivo el ADN pasó a ocupar el puesto del ARN como material genético.

Los protobiontes se desintegraban de nuevo muy rápidamente a causa de influencias mecánicas. Es probable que los primeros protobiontes solo crecieran, ya que las sustancias determinadas en su interior eran sintetizadas cada vez en cantidades mayores. Una vez llenas de dichas materias explotaban.

Si explotaban mientras estaban sumergidas formaban inmediatamente nuevas esferitas gracias a los extremos insolubles de la molécula lipoidea. En estas nuevas esferitas, los elementos estaban mezclados de otro modo: algunas moléculas de la esfera madre faltaban, mientras que otras, nuevas, procedían del caldo original en el que estaban sumergidas. Dichos acontecimientos se repetían innumerables veces creándose finalmente un protobionte que conténía en su interior las enzimas y ácidos nucleicos apropiados, es decir , enzimas capaces de leer los ácidos nucleicos y seguían sus instrucciones para sintetizar componentes de la membrana, enzimas y nuevamente ácidos nucleicos. Dichas formaciones funcionales, envueltas por una superficie celular fija, se denominan eobiontes.


Así pudo originarse la primera célula:


Sobre una solución acuosa de diversas macromoléculas hay una película de ácidos grasos (1). Debido a las olas provocadas por el viento, se levantan gotas (2) que son rodeadas por una capa sencilla de lípidos (3). La capa sencilla se transforma rápidamente en una doble cuando la esférica vuelve a caer sobre la película de grasa y se hunde (4). La doble membrana tan solo es permeable a moléculas de agua y sustancias liposolubles. Las otra moléculas únicamente pueden atravesarlas si al formarse la esfera quedaron grandes moléculas atrapadas entre los lípidos, que ahora pueden servir como compuertas de transporte (5). De este modo se creó una importante carácterística de la membrana biológica, la semiimpermeabilidad.

La sencilla célula arcaica así creada (6) esta compuesta por una doble membrana en la que han quedado atrapadas moléculas de transporte, y por un espacio interior que contiene moléculas con información, como por ejemplo el ADN, y moléculas metabólicamente activas como las enzimas (7).

Los protobiontes siguieron creándose peor no podían reproducirse de modo regularizado. Los primeros eobiontes con metabolismo y mecanismos de crecimiento y automultiplicación funcionales, se alimentaba de los protobiontes. Allí donde los protobiontes y moléculas orgánicas libres empezaban a escasear, aparecía la competencia por dichos recursos entre los eobiontes. Los eobiontes evolucionaron, dividíéndose en dos vías de alimentación. Una de ella desarrollo un sistema efectivo de ingestión de partículas orgánicas por fagocitosis. De este grupo resultaron posteriormente los organismos multicelulares.

En la otra vía alimenticia conseguían energía primeramente por fermentación. Los descendientes de estos eobiontes son los procariontes: las arqueobacterias y las eubacterias. Las arqueobacteria, que no toleran, siguieron su propio camino evolutivo. Las eubacterias empezaron a utilizar la energía solar para, partiendo de CO2 y de H2SO4, con adición de agua y sulfuro, sintetizar sustancias celulares. Otras, las más importantes, reducían el CO2 utilizan agua, liberando oxígeno, agua y CH2O (formaldehído).

Estas eubacterias constituyeron las primeras bacterias fotosintéticas entre ellas destacaban las cianobacterias, también denominadas algas azules, que fueron liberando oxígeno paulatinamente. Esto fue indispensable para que, hace aproximadamente 1500 millones de años, se pudieran crear los procariontes con metabolismo aeróbico, es decir, que respiraban oxígeno, por lo tanto, también para la formación de las primeras células eucariontes hace 1300 millones de años.

Estas células eucariontes se formaron por simbiosis de bacterias aeróbicas (que darían lugar a las mitocondrias) y células anaeróbicas algunas de estas células eucariontes incorporarían más tarde pequeñas cianobacterias fotosintéticas que darían lugar a los cloroplastos de las actuales células vegetales.

Además el desarrollo de la fotosíntesis produjo la evolución de la biosfera mediante dos mecanismos: por fotolisis espontánea del agua de las capas superiores de la atmósfera primitiva y por fotolisis del agua por fotosíntesis; sus principales pruebas se basan en: la existencia de cianobacterias y los productos de la actividad metabólica (estromatolitos) y diverso datos sedimentológicos que indican la presencia de oxígeno libre desde hace 2500 a 2000 millones de años.

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