GUÍA
Biología Cátedra Número 1
TEORÍA
MODERNA DEL ORIGEN DE LA VIDA
CONOCIMIENTOS
PREVIOS:
Sistemas Planetarios:
- Origen de sistemas planetarios.
- Origen y características generales de nuestro
Sistema Solar.
- Planetas extrasolares.
¿Qué es la vida?
La lógica molecular de los organismos vivos
(Lehninger)
Los sujetos vivos están formados por materia
inanimada, ¿cómo funcionan las biomoléculas?
Atributos
particulares:
Alta
complejidad y organización,
Especificidad
funcional (a veces por componentes).
Extracción,
transformación y utilización de energía (nutrientes o luz solar), Transporte de membranas, Mantenimiento de
estructuras y Locomoción
Autorreplicación
La mayor
parte de los componentes químicos en organismos vivos son compuestos orgánicos
(en base al carbono, con enlaces
covalentes con otros carbonos, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno).
Un poco de historia
Edad del sistema Solar : 4580 millones de años
En la Tierra en los primeros 150 Ma se dio el bombardeo
primordial
Hace:
3800 Ma cesaron los grandes impactos sobre la Tierra
3560 Ma: restos fósiles de colonias
celulares:estromatolitos (Schopf, 1993)
Hipótesis:
La vida surge tan pronto como tiene oportunidad
ACTIVIDAD:
1.- Busque y
anote en su cuaderno las eras geológicas.
2.-
¿Qué son los priones?
La vida como
proceso endógeno
Darwin y ‘El
origen de las especies ‘:
‘el creador
inspiró vida a una forma sencilla y a partir de un proceso elemental se
produjeron ilimitadas formas de vida mas bellas’
La vida como
proceso químico (correspondencia privada): ‘en una pequeña charca
caliente, en presencia de sales de amonio y ácido fosfórico, luz calor,
electricidad (relámpagos), etc...’
Conclusión:
un antepasado común.
Características
del antepasado común:
Información
genética
Mecanismo de
replicación para poder dejar descendencia
Sistema de
replicación (enzimas = proteínas)
Variabilidad
en la reproducción para dar origen a la biodiversidad (mutaciones?)
A partir de
allí la selección natural hace su trabajo.
El problema
del huevo y la gallina
Es
imprescindible entender cual es el problema para poder encontrar un mecanismo
alternativo si queremos justificar el origen de la vida como meramente
endógeno.
Los ácidos
nucleicos tienen información para sintetizar proteínas, no cualquier secuencia
de AA es funcional.
Las
proteínas regulan la transcripción genética (un organismo por simple que sea no
puede replicarse sin ayuda de enzimas)
¿Quién
surgió primero? O ¿es viable un surgimiento independiente? En principio : NO.
El mundo del
ARN
La cadena de
ADN es mas sencilla
Es lineal,
no espiral y mas inestable.
¿Pudo
existir ARN autocatalítico?
¿Qué ocurre
en los ribosomas celulares?
1983: se
descubren las primeras ribozimas (las enzimas no son solamente las proteínas!)
El problema
de la atmósfera
Hay acuerdo
en una cosa: no había oxígeno en la atmósfera prebiótica. Éste inhibiría las
reacciones químicas necesarias para la formación de AA, purinas, pirimidinas y
azúcares.
La atmósfera
primitiva estaba formada principalmente por N2 y CO2.
Se postula
además (Kasting, 1993) una importante
presión atmosférica por alta concentración de CO2 (10 – 100 atm).
Efecto
invernadero que permitió el calentamiento del planeta.
Éste no se
disparó como en Venus, se disolvió en el agua y se fijó en las rocas.
Cota
temporal a la formación de océanos?
Experimentos históricos
Década
del 30- Oparin y Haldane: con una atmósfera oxidante como la actual no pudo
surgir la vida (el oxígeno capta al hidrógeno libre imposibilitando la
formación de molec. orgánicas) atmósfera primordial reductora (rica en H y
dadores : CH4, NH3)
1953- Miller y Urey: CH4, NH3,H2O,H2 = AA !
1961-
Oro: AA y adenina (ADN,ATP)
El origen y
la evolución temprana de la vida: química prebiótica, el mundo del pre-ARN y el
tiempo (Lazcano y Miller, Cell:85, 793-798, 1996)
En este
trabajo (review) se tratan y resumen algunos de los aspectos que ya hemos
tratado.
Se señala la
existencia de un mundo del ARN, pero no tal como lo conocemos ahora, dada la
inestabilidad de la ribosa (vida media de 73 minutos a 100 oC y pH=7
y 44 años a 0 oC y pH7)
Además al
sintetizarse ribosa, se sintetizan otros azúcares que inhiben la posterior
síntesis de la misma.
Se habla de
un piranosil-ARN.
La ribosa
tiene un anillo de 5 eslabones con 4 carbonos y un oxígeno.
En el pARN
tiene un carbono adicional en el anillo y es mas estable.
Se supone
además que los primeros organismos fueron autótrofos, eran capaces de generar
compuestos orgánicos a partir de sustancia inorgánica.
En el
meteorito de Murchison se encontraron AA y este meteorito tiene la edad del SS.
Si
consideramos uno, la adenina, ésta tiene una vida media de 204 días a 100 oC
y pH =7 (10 veces mas que la citosina)
Se generan
restricciones temporales para el pasaje de AA a organismos vivos capaces de
disparar la evolución darwiniana: 5 millones de años (Lazcano, 1994)
Este límite
temporal es el tiempo en que compuestos orgánicos pueden sobrevivir antes de
ser detruídos en las fumarolas oceánicas.
Agua que es
forzada hasta varios km por debajo del sedimento, se calienta por el magma y
sale a 350 oC por las fumarolas.
De todas
maneras existen hidrotermófilos a 110 oC cerca de las mismas.
¿El papel de
la radiación UV?
Universidad de Osnabrück (Alemania), Instituto Nacional de Salud (USA)
Universidad de Osnabrück (Alemania), Instituto Nacional de Salud (USA)
Cuando la
radiación ultravioleta era más intensa que hoy en día, y la Tierra primigenia
poseía una mezcla de moléculas ricas en nitrógeno, ¿cómo se cocinó esta sopa
primordial?. ¿Cómo pudieron sobrevivir las biomoléculas más adaptadas, antes de
que surgiese la propia vida? |
Siempre se ha
evitado mencionar a la luz UV en las teorías del origen de la vida. La Tierra
primigenia no tenía capa de ozono, por lo que la radiación UV podría haber
alcanzado niveles 100 veces superiores a los actuales. Generalmente se cree que
las delicadas moléculas de la vida emergente se habrían deteriorado bajo esta
intensidad lumínica
Armen Mulkidjanian, junto a sus colegas de la
Universidad de Osnabrück, Alemania y el Instituto Nacional de Salud, EE.UU.
utilizaron modelado por computadora para probar la habilidad que tiene el ARN
para formarse a partir de azúcar, fosfatos y bases nitrogenadas en presencia de
altos niveles de luz UV.
A pesar de que
los investigadores sabían que la radiación UV podía ser perjudicial para el
ARN, descubrieron que algunas partes de la molécula actúan como escudo
protector de otras partes. Las bases nitrogenadas absorben y
dispersan la radiación UV, protegiendo a la piedra angular del ARN, la
pentosa-fosfato.
Darwin vs.
Panspermia
Astrobiology
Science Conference 2002, April 7-11, Ames Research Center: New genetic programs in
Darwinism and strong panspermia
Para
Darwin cierta característica genética surge a partir de una preexistente, por
medio de duplicación y divergencia (adaptación y/o mutación)
Si
se produce panspermia fuerte, vida microbiana puede insertarse en la biósfera
terrestre y por algún mecanismo realizar transmisión genética, entonces no
habría diferencias significativas entre el genoma original y el final.
Se
realiza un estudio donde se compara una característica o programa genético en
ratones y el genoma humano, en el cual hay un programa genético que no hay en
los ratones.
Si
Darwin es correcto debe haber pasos intermedios entre los ratones y todas las
especies que evolucionaron hasta el hombre
Si
hubo panspermia fuerte, no habría pasos intermedios y este nuevo programa
genético paracería provenir de algún proceso no identificado bajo la luz de la
evolución.
El rol de los impactos
La Luna es un buen indicador de la tasa de impactos
en la Tierra a lo largo del tiempo por la ausencia de atmósfera.
Fuentes de proyectiles:
restos de acreción
bombardeo primitivo
limpieza de remanentes
cinturón de asteroides (interno)
cinturón de asteroides (externo)
¿De dónde provienen los océanos?
El agua terrestre no es primordial, proviene de
mayores distancias al Sol (no condensa a 1 UA).
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