EVENTOS EVOLUTIVOS

Primeras formas de vida Síntesis de monómeros biológicos En la tierra primitiva no había oxígeno libre, sino sustancias muy reductoras tales como: hidrógeno, metano, amoníaco, ácido sulfhídrico, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Éstas se combinaron con el agua en presencia de una gran cantidad de energía: Radiaciones ultravioleta (RUV): no había ozono. Descargas eléctricas (DE) Radiaciones termonucleares (RTN): La Tierra estaba sometida a una gran cantidad de cambios meteorológicos, terremotos… Dicha combinación dio lugar a  aminoácidos, azúcares (sobre todo monosacáridos), bases y ácidos carboxílicos (elementos fundamentales de la célula eucariontes de hoy en día).

Para que una macromolécula pudiese estar implicada en los procesos vitales tendría que tener capacidad para autorreplicarse: 1.El ARN era capaz de hacerlo 2.Éste se diferenció, dando lugar al ARNm y al ARNt. 3.Formación del ADN: doble cadena que contiene la información necesaria para la síntesis de diferentes tipos de ARN.

Cuando se ha estudiado los genes de los distintos tipos de bacterias y de las células eucariontes, se ha visto que todo procede de una célula común. Una línea celular fue la que dio lugar a las cianobacterias o algas actuales y a las  eubacterias. La otra línea dio lugar a todas las arqueobacterias y a las células eucariontes, por lo que las arqueobacterias se parecen más a las células eucariontes que  a los otros tipos de bacterias EUBACTERIAS

arqueabacterias

Fósiles de Células más Antiguos Fósiles de estromatolitos de cianobacterias en arrecife de Australia

Las Primeras Células Las primeras células fueron más simples que un procariota actual, y dado que la atmósfera carecía de oxígeno gaseoso, su metabolismo era anaerobio

Este procarionte ancestral, anaerobio fue quimioheterótrofo, debido a que obtenía energía de la degradación de compuestos orgánicos simples de la “sopa primordial”, probablemente mediante una vía degradativa similar a la actual glicólisis que genera etanol y agua, y produce 2 ATP y 2 NADH (vía fermentativa alcohólica).

Evolución de procesos metabólicos Cuando comenzó la vida en la Tierra, las células podían vivir y crecer con las pocas sustancias químicas presentes en el medio externo sin realizar complejas rutas metabólicas. Pero cada vez fue más intensa la competencia por los recursos naturales. Aquellos organismos que desarrollaran enzimas capaces de producir sustancias orgánicas más eficientemente tendrían una fuerte ventaja selectiva.

FERMENTADORES ESTRICTOS La posición central del metabolismo está ocupada por los procesos químicos que implican a los azúcares fosfato. Entre ellos el proceso fundamental es la: Glucólisis, por el que la glucosa se puede degradar en ausencia de oxígeno (las rutas metabólicas anaeróbicas). Los primeros organismos debieron de ser muy sencillos, unicelulares y procariotas. Basándose en la existencia del «caldo primitivo», se puede postular que eran heterótrofos fermentadores, es decir, obtenían la materia orgánica del medio y mediante procesos de fermentación conseguían la energía y las biomoléculas necesarias para su crecimiento y reproducción. La fermentación, por tanto, posibilitaba la vida de estas células en una atmósfera reductora como la de entonces.

FOTOSINTETICOS ANOXIGÉNICOS Los organismos fermentadores tenían limitada su existencia a los lugares con materia orgánica, por lo que grandes zonas estaban inhabitadas. Esto fue aprovechado por unos nuevos organismos capaces de utilizar la luz para sintetizar ATP. La fotosíntesis que realizaban no era capaz de romper la molécula de agua y utilizarla como dadora de electrones y, por tanto, no desprendían oxígeno. La molécula dadora de electrones era el H2S. Las bacterias verdes y rojas del azufre, que utilizan el H2S como dador de electrones, son los dos grupos de estos organismos primitivos que han subsistido hasta la actualidad.

QUIMIOHETERÓTROFOS DE RESPIRACIÓN ANAEROBIA. La existencia de depósitos sulfuros de hace unos tres mil millones de años, atribuible al metabolismo bacteriano, ha hecho pensar que algunos grupos de bacterias fotosintetizadoras volvieron al sedimento. De esta forma, los pigmentos fotosintéticos, inútiles en la oscuridad, se utilizaron para oxidar la materia orgánica y obtener enorme cantidad de energía.

FOTOAUTÓTROFOS OXIGÉNICOS Hace unos 2.500 millones de años aparecieron las cianobacterias, que gracias a la incorporación del fotosistema II, acoplado al fotosistema I, permitió realizar la fotólisis del agua y obtener el hidrógeno necesario para reducir CO2 a materia orgánica. Este proceso posibilitó la liberación de grandes cantidades de oxígeno.

QUIMIOHETERÓTROFOS DE RESPIRACIÓN AEROBICA La atmósfera con oxígeno transformó la vida de muchos organismos. El oxígeno capta electrones formando radicales libres que destruyen moléculas orgánicas y que, por tanto, son tóxicos para los organismos. Esto provocó que muchos organismos murieran y otros se refugiaron en zonas profundas con ausencia de oxígeno. Sin embargo, otros seres desarrollaron sistemas enzimáticos (como la catalasa y la peroxidasa) capaces de destruir los primeros compuestos formados por el oxígeno. El gran avance fue el uso del oxígeno como aceptor final de los electrones procedentes de la materia orgánica, utilizando el oxigeno atmosférico.

quimioautótrofos Paralelamente aparecieron los organismos quimioautótrofos o quimiolitótrofos, capaces de obtener energía mediante la oxidación de materia inorgánica. Estos organismos sólo necesitan, para vivir, aire, agua, sales minerales y compuestos inorgánicos reducidos. Como en el caso de las cianobacterias, captan CO2 mediante el ciclo de Calvin.

EUCARIOTAS FOTOAUTÓTROFOS Y QUIMIOHETERÓTROFOS Hace 1.500 millones de años aparecieron las primeras células eucariotas, que eran similares a ciertas algas unicelulares actuales. La célula eucariota surgió a partir de una gran célula procariota. Lo más probable es que muchas células procariotas vivieran en simbiosis con otras células procariotas, de donde surgió la célula quimioheterótrofa animal. Estas bacterias simbiontes dieron lugar a los distintos orgánulos celulares. Así, las mitocondrias debieron de ser bacterias aeróbicas y los cloroplastos se originaron a partir de cianobacterias.

ORIGEN DE LOS EUCARIOTAS Se cree que los primeros seres vivos se originaron hace 4 mil millones de años (4.000.000.000), estos eran procariotas pero de alguno de ellos, es decir de un antecesor común, surgieron los organismos eucariotas y se cree que lo hicieron hace unos 2 mil millones a 1,5 mil millones de años. La pregunta es: ¿Cómo surgieron los eucariotas a partir de los procariotas? y para responder esa pregunta se postularon varias ideas:

TEORIA AUTOGÉNICA Postula que la membrana plasmática del antecesor procarionte habría evolucionado haciéndose cada vez mas compleja a través de invaginaciones o pliegues internos que constituyeron los sistema de membranas que forman la membrana nuclear, los retículos endoplasmáticos, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vacuolas.  Esta teoría explica el origen de organelos asociadas al sistema de endomembranas, pero no explica la aparición de las mitocondrias y de los cloroplastos. Para explicar esto ultimo se postuló lo siguiente:

HIPOTESIS DE LA FAGOCITOSIS   Esta sostiene que las bacterias primitivas habrían desarrollado la capacidad de fagocitar (comerse) a otras bacterias y de esta manera la membrana interna habría evolucionado hasta convertirse en las estructuras de membranas mas complejas. Esta hipótesis sostiene que las mitocondrias y los cloroplastos son en realidad organismos procariontes fagocitados por otros procariontes que lograron perdurar dentro de ellos en el citoplasma convirtiéndose en dichos organelos.

Teoría endosimbiotica Postula la fusión entre células procariotas, y que las mitocondrias y cloroplastos podrían haberse originado a partir de procariontes de vida libre. Esto sucedió en tres etapas: 1.- Fusión de dos procariontes: uno irregular o redondeado, que utilizaba el azufre y el calor como fuente de energía, y otro nadador, similar a espiroquetas, surgiendo un tipo de organismo anaeróbico. 2.- El nuevo organismo, con núcleo y anaeróbico, incorporó un procarionte que podía vivir en ambientes con oxígeno. Así la célula con núcleo adquirió la capacidad de vivir en medios aeróbios, estableciendo una relación simbiótica en la que uno proporciona nutrientes, y el otro energía suficiente para ambos.

Las células con núcleo, heterótrofas y aeróbicas (con mitocondrias), incorporaron procariontes de vida libre fotosintéticos que sintetizaban materia orgánica gracias a la energía del Sol.  Así nacen las células con cloroplastos, de nutrición autótrofa que tenían autonomía al producir su propio alimento. Es decir aparecen las primeras células eucariontes vegetales.