La lógica y el origen de la vida

Definición de Biología Estudio de la materia en organización

Las pistas o huellas de esa organización Unidad y diversidad en los seres vivos: D-azúcares y L-aminoácidos 4-5 bases nitrogenadas 20-22 aminoácidos ADN/ARN Nivel de organismo: Inteligencia Comportamientos complejos

Las pistas o huellas de esa organización Proteínas de dedos de zinc Nivel molecular: Elección cualitativa de los elementos que componen los seres vivos: C, N, O, H (Los compuestos C-N no son frecuentes salvo como moléculas inorgáncias sencillas:carbonatos, nitratos) Variedad y complejidad estructural de las moléculas biológicas Principio de estructura-función (especificidad molecular) Principio de economía molecular

Las pistas o huellas de esa organización Nivel celular: Alto grado de control y regulación de la actividad: Control nuclear Alto número de mensajeros intracelulares e intercelulares (hormonas, neutrotransmisores, citoquinas) Convergencia metabólica Regulación enzimática de las reacciones bioquímicas (eficacia, autorregulación, especificidad)

Las pistas o huellas de esa organización Citoesqueleto: microtúbulos (verde) y actina (rojo) Fibroblastos Nivel celular: Mantenimiento de las señas de identidad y estabilidad celular: Antígenos marcadores Sensibilidad a los cambios del medio (mitocondria, apoptosis, regulación del ciclo celular) Complejas señales de interacción intercelular Metástasis en cáncer de mama (ratón)

Las cualidades de la vida Capacidad reproductora: Capacidad de herencia Capacidad de evolución Capacidad de desarrollar un metabolismo: Capacidad de automantenimiento Capacidad de desarrollo Capacidad de crecimiento Capacidad de interrelación con el medio Equilibrio entre identidad del ser vivo y comunicación con el entorno Evolución por selección natural

Niveles de organización de la materia viva ACELULAR O ABIÓTICO

Virus con envoltura Virus de la gripe Herpesvirus Virus de la rabia Virus del sarampión

Niveles de organización de la materia viva ACELULAR O ABIÓTICO

Cloroplasto

Cloroplasto

Niveles de organización de la materia viva BIÓTICO Carabela portuguesa (Physalia physalia) Colonia de Volvox

Niveles de organización de la materia viva SUPRAINDIVIDUAL

El origen de la vida Evolución química o molecular: 1/3 de la historia de la Tierra La “sopa primordial”: un mundo incompatible con la vida… pero con agua (T, atmósfera reductora,…)

El origen extraterreste de la vida: la panspermia Svante A. Arrhenius (1859-1927) Meteorito de Murchison, Australia (1969) Los aminoácidos del meteorito (condrita carbonácea) son predominantemente de la configuración L L D

El origen de la vida Otros apoyos a la Panspermia: Gran resistencia de las bacterias Se han hallado bacterias en la atmósfera a altitudes de más de 40 km Bacterias Streptococcus mitis que fueron llevadas a la Luna por accidente en la Surveyor 3 en 1967, pudieron ser revividas sin dificultad cuando llegaron de vuelta a la Tierra tres años después Peter Weber y Mayo Greenberg (Universidad de Leiden, Holanda, 1985) sometieron en una cámara de vacío a diversas esporas a las duras condiciones interestelares, en especial su exposición a los peligrosos rayos ultravioletas. Tras el equivalente de 2.500 años de sometimiento a estas duras condiciones, demostraron que una pequeña fracción (menos de un 0,5 %) de las esporas sobrevivirían. Suficiente para hacer posible la ruta de la vida estelar imaginada por Arrhenius.

El origen de la vida La panspermia dirigida (1981, Francis Crick ,Leslie Orgel ) Según Francis Crick, la vida es un acontecimiento casi imposible. En palabras del astrónomo británico Fred Hoyle: "La probabilidad de un ensamblaje espontáneo de la vida es equiparable a la de un tornado que a su paso por un patio lleno de material de deshecho, produjera un Boeing 747 listo para funcionar". En la teoría de Crick, seres inteligentes, que actualmente viven en otros planetas mucho más antiguos que el nuestro, habrían enviado los primeros aportes genéticos a nuestro planeta. Esta hipótesis está basada, entre otras cosas, sobre la constatación de que, por ejemplo, un elemento –el molibdeno–, muy escaso en nuestro planeta, es esencial para el funcionamiento de numerosas enzimas

¿un acontecimiento necesario? Experimentos de Miller (1953) La vida, ¿un acontecimiento necesario? Stanley Miller

La síntesis de Miller

El problema siguiente: la polimerización En la década de 1980, el químico A. Cairns-Smith propone en su libro Seven Clues to the Origin of Life (Siete pistas sobre el origen de la vida) como protagonistas de este proceso a las arcillas, sobre cuya superficie se habrían ensamblado los monómeros de los ácidos nucleicos, polipéptidos y polisacáridos.

Eobiones: Conglomerados supramoleculares Empaquetamiento molecular Los fosfolípidos forman liposomas

Los fosfolípidos forman liposomas H2O H2O

Eobiones: Conglomerados supramoleculares ¿Una protocélula?

Eobiones: Conglomerados supramoleculares Mejoramiento molecular y adquisición de funciones: Catálisis Autorreplicación Adaptabilidad y evolución Adquisición de un sistema patrón: ¿proteínas o ácidos nucleicos? UN MUNDO DE ARN

ARN catalítico (P. Nobel, 1989) Sidney Altman Thomas Cech

RNA Evolución de sistemas pre-celulares autorreplicantes RNA DNA RNA + sistemas basados en el RNA RNA polipéptidos rudimentarios + Evolución de sistemas pre-celulares autorreplicantes evolución RNA, adaptadores, selección molecular sistemas basados en el RNA y proteínas RNA proteína evolución DNA, enzimas células actuales DNA proteína RNA

Evolución biótica: el proceso se acelera -3100 m.a.: autótrofos anoxigénicos (bacterias del azufre, arqueobacterias) Arqueobacterias de surtidores hidrotérmicos

Estromatolitos en la bahía de los tiburones, Australia

Evolución biótica: la 2ª crisis ecológica -3000 m.a. Células fotosintéticas y formadoras de nitrógeno: aparece el oxígeno y el ozono Hace 600-1000 m.a.: 1% O2 Hace 400 m.a.: 10% O2 Actualidad: 21% O2

La aparición del oxígeno en la atmósfera y sus consecuencias evolutivas

Evolución biótica -2000 m.a.: aparecen las células aeróbicas (mayor rendimiento energético, mejora de la competencia) GLICOLISIS C6H12O6 glucosa 2 C3H6O3 + 2 ATP ácido láctico METABOLISMO OXIDATIVO C6H12O6 glucosa 6CO2 + 6 H2O + 36-38 ATP + O2

Evolución biótica: endosimbiosis metabólica -1500-700 m.a.: aparecen los eucariotas Eucariotas mitóticos Eucariotas meióticos Eucariotas diploides Lynn Margulis, 1938

El Origen de los Eucariotas Mitochondria Chloroplasts

Evolución biótica: mecanismos de variabilidad genética ancestral

Evolución biótica: mecanismos de variabilidad genética ancestral Transferencia genética horizontal (intercelular) En los comienzos de la vida en la Tierra, las células pudieron haber intercambiado genes mucho mas fácilmente que en la actualidad.

De esta forma, los linajes de arqueas, eubacterias y eucariotas pudieron haber heredado conjuntos de genes diferentes (aunque solapados), a partir de una comunidad primordial de células que intercambiaban genes promiscuamente.

Evolución biótica: chained melody 600 m.a.: Explosión cámbrica 400-350 m.a.: peces 250 m.a.: Extinción permo-triásica: la Gran mortandad Surgen los anfibios 230-160 m.a.: reptiles, aves 65 m.a.: Extinción cretácica 60 m.a.: mamíferos 3-4 m.a.: homínidos 1 m.a.: ser humano

EL ÁRBOL DE LA VIDA