La historia de la vida

La historia de la vida Origen de la vida en la Tierra Evolución humana Sesión 16 Capítulo 17 (317-331, 333-341) ¿Cómo empezó la vida? Generación es...
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La historia de la vida Origen de la vida en la Tierra Evolución humana

Sesión 16 Capítulo 17 (317-331, 333-341)

¿Cómo empezó la vida? Generación espotánea: Organismos vivos se originan a partir de materia no viviente

¿Cómo empezó la vida? Experimentos refutaron la generación espontánea

Francesco Redi , 1668

¿Cómo empezó la vida?

no growth

The broth in a flask is boiled to kill preexisting microorganisms

The long, S-shaped neck allows air, but not microorganisms, to enter the flask

growth

If the neck is later broken off, outside air can carry microorganisms into the broth

caldo no produce microorganismos a menos que se exponga a microorganismos preexistentes Louis Pasteur, John Tyndall, mediados del siglo XIX

Pero no existe la generación espontánea y cada ser vivo procede de otro, ¿cómo surgió la vida en nuestro planeta?

Pasteur no probó que la generación espontánea nunca ocurrió La generación espontánea no ocurre en las condiciones actuales con una atmósfera rica en oxígeno ¿Pudo haber ocurrido en la tierra primitiva?

¿Cómo empezó la vida? Experimentos de Alexander Oparin y John Haldane, década 1920

Propusieron que la atmósfera primitiva contenía poco O2 O2 no habría permitido la formación de moléculas orgánicas complejas (rompe enlaces químicos)

¿Cómo empezó la vida? Evolución química prebiótica en tres estadíos

1. Síntesis prebiótica y acumulación de moléculas orgánicas pequeñas 2. Moléculas pequeñas se combinaron para formar moléculas más grandes 3. Moléculas más complejas dieron origen a organismos vivientes

¿Cómo empezó la vida? Stanley Miller y Harold Urey ,1953. Simular la evolución prebiótica en el laboratorio Atmósfera primitiva: metano (CH4), amoniaco (NH3), hidrógeno (H2) y vapor de agua, pero no O2 (composición de rocas)

Simulación en el laboratorio, mezcla de gases y una descarga eléctrica

Experimento de Stanley Miller y Harold Urey An electric spark simulates a lightning storm

electric spark chamber

CH4 NH3 H2 H2O

Energy from the spark powers reactions among molecules thought to be atmosphere

Boiling water adds water vapor to the artificial atmosphere condenser boiling chamber

cool water flow

water Organic molecules appear after a few days

When the hot gases in the spark chamber are cooled, water vapor condenses and any soluble molecules present are dissolved

¿Cómo empezó la vida? Experimentos similares han producido aminoácidos, proteínas pequeñas, nucleótidos y ATP Luz UV, calor en lugar de electricidad Constante choque de meteoritos y cometas pudo traer más moléculas orgánicas (aa y otras moléculas simples)

¿Cómo empezó la vida? Acumulación de grandes cantidades de moléculas orgánicas No había digestión por organismos vivos ni reacción con O2 atmosférico Alta energía de radiación por luz UV, no había capa de ozono Lugares protegidos (bajo las rocas, fondo de mares poco profundos) Arcilla pudo catalizar la formación de moléculas orgánicas más grandes (superficie de adherencia, con carga)

Un mundo de ARN Síntesis prebiótica de nucleótidos de ARN, cadenas cortas de ARN Ribozimas: Moléculas de ARN pueden catalizar su propia replicación y otras reacciones Cortar otras moléculas de ARN, splicing, unir aa a proteínas en síntesis

ARN precedió al ADN Molécula portadora de la información genética Cataliza su propia replicación

¿Cómo se formaron las primeras células? Molécula autorreplicante no es vida Deben estar encerradas en una membrana Vesícula: Esferas huecas formadas por lípidos y proteínas. Separan ambiente externo del interno Se parecen a células vivientes Protocélulas: Vesícula con moléculas orgánicas Habilidad de dividirse y pasar la información genética

¿De verdad todo eso pasó? El origen de la vida no dejó rastro Escenario hipotético sustentado por evidencia experimental ¿Pudo llegar la vida desde el espacio?

¿Cómo eran los primeros organismos? La Tierra se formó hace unos 4 500 millones de años (MA) La vida apareció hace unos 3 900- 3 500 MA Fósil más antiguo en rocas de 3 500 MA

Table 17-1, 3 of 4

Los primeros organismos fueron procariontes anaerobios Bacterias anaerobias primitivas en los océanos No había oxígeno Metabolisbo anaerobio Poca energía Evolución de captar energía solar para sintetizar moléculas complejas de alta energía Fotosíntesis

Evolución de la fotosíntesis Requiere luz solar, CO2 e hidrógeno Ácido sulfhídrico, producido por los volcanes Fuente de H2 más abundante es el agua Aumentó la cantidad de O2 en la atmósfera

Evolución de la fotosíntesis O2 formado se consumió en reacciones con hierro Aumento en O2 en rocas de 2 300 MA Bacterias anaerobias mueren en presencia de O2 Bacterias producen O2 pero nadie lo puede usar Presión selectiva para contrarrestar toxicidad del O2

Aparición de organismos aerobios Usan el O2 en su metabolismo

Defensa contra acción química del O2 y canalizarlo para obtener energía por respiración aeróbica

Aparición de los eucariontes Muchas bacterias que podían ser presas Apareció la depredación Depredadoras primitivas no fotosintéticas ni con metabolismo aeróbico 1 700 MA un depredador dio origen a la primera célula eucariota

Aparición de los eucariontes Plegado hacia adentro de la membrana plasmática

Aparición de los eucariontes Eucariontes tienen organelas rodeadas por membrana Hipótesis endosimbionte: Eucariontes primitivos adquirieron precursors de cloroplastos y mitocondrias al fagocitar otras bacterias Células atrapadas gradualmente desarrollaron una relación simbiótica 2 000 MA Todas las células tienen mitocondrias, pero no cloroplastos

Origen probable de mitocondrias y cloroplastos aerobic bacterium

Una bacteria anaeróbica fagocita una bacteria aerobia, pero falla en 1 digerirla. Bacteria aerobia usa O2 para metabolizar el alimento absorbido y gana energía y la transmite al citoplasma del hospedero Ventaja selectiva, bacteria depredadora deja mucha descencencia. 2 Descendants of the de la bacteria fagocitada evolucionan hasta Los descendientes engulfed bacterium evolve convertirse en mitocondrias into mitochondria photosynthetic bacterium

La3 célula que contiene la mitocondria fagocita una bacteria The mitochondriacontaining cell engulfs a fotosintética photosynthetic bacterium 4 Descendants of the de la bacteria fotosintética evolucionan hasta Los descendientes photosynthetic bacterium convertirse en cloroplastos evolve into chloroplasts

Evidencias que respaldan la hipótesis endosimbionte Caracterísicas compartidas entre organelas eucarióticas y bacterias ADN circular, sin histonas Transcripción y traducción de su propio ADN Se autorreplican por fusión binaria

Simbiosis en células modernas

Chlorella es un alga verde unicelular fotosintética que vive en el citoplasma de Paramecium

Pelomyxa palustris no tiene mitocondrias, pero tiene bacterias anaerobias

¿Cómo eran los primeros organismos multicelulares? Con la depredación, tener mayor tamaño es una ventaja Comer y evitar ser comido Células grandes se mueven más rápido

¿Cómo eran los primeros organismos multicelulares? Ser una célula de gran tamaño puede ser una desventaja Difusión de O2 ,nutrimentos y desechos se complican por relación superficie-volumen

¿Cómo eran los primeros organismos multicelulares? Organismos de más de 1mm pueden sobrevivir si: Tienen una tasa metabólica baja, que no necesite mucho O2 ni produzca mucho CO2 Son multicelulares

¿Cómo eran los primeros organismos multicelulares? Fósiles más antiguos de 1 200 MA Ventajas: Especialización, más difícil que las fagociten Algas multicelulares

Primeros animales Invertebrados Fósiles en rocas de 544-610 MA Esponjas, medusas ancestrales

Primeros animales Cámbrico, 544 MA Explosión diversidad animal marina Depredación, desarrollo de sistemas nerviosos, capacidades sensoriales Exoesqueleto de los artrópodos: Protección y aumento de movilidad Primeros peces (530 MA, esqueleto interno)

Silúrico, 440-410 MA

Animales más complejos anatómicamente

Los peces prosperaron 400 MA Mucha diversidad Depredadores dominantes de los mares

La vida invade la tierra firme Obstáculos: Soportar la gravedad Encontrar agua Proteger gametos contra resequedad

Las primeras en llegar fueron las plantas Plantas terrestres evolucionaron a partir de las algas verdes, 475 MA Vivir en la tierra es ventajoso Fotosíntesis más efectiva Suelos con muchos nutrientes (N2 y P) Libre de depredadores de plantas

Las primeras en llegar fueron las plantas Plantas primitivas desarrollaron adaptaciones para la vida en la tierra Revestimientos impermeables para no perder agua por evaporación Tejidos vasculares para conducer agua de las raíces a las hojas y dar soporte

Las primeras en llegar fueron las plantas Plantas terrestres primitivas conservaron sus gametos dependientes del agua Restringidas a pantanos y ciénegas o con abundantes lluvias Plantas prosperaron durante el período Carbonífero (360286 MA): Cálido y húmedo Helechos arborescentes gigantes y licopodios

Plantas del periodo Carbonífero

Primeras plantas con semillas 375 MA Colonizaron regiones más secas Semillas a lo largo de ramas, sin estructuras especializadas para sostenerlas Coníferas (286-245 MA) Semillas en conos Polen dispersado por el viento Se extinguieron licopodios y helechos gigantes

Primeras plantas con flores Evolucionaron a partir de un grupo similar a las coníferas (140 MA) Polinizadas por animales Método eficiente de fertilización

Ginkgo

Los animales invaden la tierra firme Los primeros fueron los artrópodos (350 MA) Exoesqueleto, apéndices para moverse Dominaron la Tierra por millones de años Mucho O2, poca competencia

Los anfibios evolucionaron a partir de peces de aletas lobuladas 400 MA Aletas carnosas y fuertes con las que se arrastraban en el fondo de aguas poco profundas Una bolsa que sale del sistema digestivo, que puede llenarse de aire

Anfibios Primer registro fósil 350 MA Carboníefero fue época de gran diversidad

Anfibios No se adaptaron completamente a la tierra Pulmones pequeños, tienen que respirar en parte a través de la piel húmeda Deben estar cerca del agua para vivir y reproducirse Disminuyeron cuando el clima se volvió más seco

Primeros reptiles Un grupo de anfibios se adaptó a condiciones más secas Tres adaptaciones importantes para vivir en la tierra Huevos con cáscara impermeable Piel con escamas Pulmones mejorados

Reptiles 200-66 MA: Época dorada de los dinosaurios Ornithischia

Saurischia

Estos no son dinosaurios

Reptiles En la época de los dinosaurios había otros reptiles pequeños que sobrevivieron a la gran extinción Conservar la temperatura corporal elevada Evolución a metabolismos lentos Vías evolutivas a otros grupos 1. Aves 2. Mamíferos

Un grupo de reptiles originó a las aves Plumas aparecieron como una modificación de las escamas Adaptaciones para el vuelo

Archaeopteryx

Un grupo de reptiles originó a los mamíferos Mamíferos coexistieron con los dinosaurios Fósil más antiguo 200 MA Pequeños

Un grupo de reptiles originó a los mamíferos Novedades de los mamíferos Pelo, protección y mantener temperatura Glándulas mamarias, alimento para las crías Útero

¿Cómo evolucionaron los humanos? Humanos somos miembros de los primates Fósiles primates más antiguos de 55 MA

¿Cómo evolucionaron los humanos? Vida en los árboles Ojos grandes, hacia adelante Visión binocular y cromática (percepción de la profundidad) Manos prensiles con dedos largos y pulgares oponibles

¿Cómo evolucionaron los humanos? Cerebro grande en comparación con el cuerpo: Coordinación mano-ojo Manipulación de objetos Intracciones sociales complejas

¿Cómo evolucionaron los humanos? Familia Hominidae: Humanos, gorilas, chimpancés, orangutans Tribu Hominini: Chimpancés, humanos (actuales y parientes fósiles)

Hominini más antiguos son de África

Un posible árbol evolutivo de los humanos H. habilis H. sapiens

Orrorin tugenensis

Homo ergaster

A. anamensis

H. heidelbergensis Sahelanthropus tchadensis

Australopithecus afarensis H. neanderthalensis H. erectus

Ardipithecus ramidus

A. robustus

A. africanus

A. boisei

Homíninos más antiguos Sahelanthropus tchadensis 6MA

Orrorin tugenensis

Ardipithecus ramidus

Australopitecinos Australopithecus, entre 3-4MA Caminaban erguidos Brazos largos, piernas cortas Articulación de la rodilla permitía estirar las piernas completamente A. afarensis, 3,2MA, este de África Etiopía, 1974), hembra 1m altura

Australopitecinos Varias especies Australopithecus anamensis (Kenia, 3.9-4.1 MA). El más antiguo A. afarensis A. africanus A. robustus A. boisei Extintos hace 1.2MA

Género Homo A partir de la línea de australopitecinos hace 2.5MA Homo habilis (Tanzania, 1962) H. naledi (Sudáfrica, 2015) H. ergaster (Kenia, 1984) H. erectus (China, 1894) H. heidelbergensis (Alemania, 1907) H. neanderthalensis (Bélgica, 1829) H. florisiensis (Indonesia, 2007) H. sapiens

Género Homo Homo habilis , 2,5 MA. Cerebro y cuerpo más grande que los australopitecinos, pero brazos muy largos y piernas cortas. Herramientas rudimentarias Homo ergaster, 2 MA. Proporciones de extremidades más parecidas a los humanos modernos. Originó a H. erectus y H. heidelbergensis

Género Homo H. erectus, 1.8MA. Tamaño y forma de humanos modernos, pero cerebro más pequeño. Primero en salir de África H. heidelbergensis. 600 000 años, extinto hace 200 000 años. Migró a Europa y dio origen a neandertales. Los que se quedaron en África dieron origen a H. sapiens

Género Homo H. neanderthalensis. 230 000 hasta 28 000 años Europa y Asia Cerebro grande y buenas herramientas Secuencia de ADN nuclear y mitocondrial No son antepasados de H. sapiens Recolectores cazadores Herramientas finas para cortar hueso No se sabe por qué se extinguieron

Género Homo Homo sapiens apareció en África hace 160,000 años

H. sapiens llegaron a Europa y Medio Oriente hace 90 000 años. Conocidos como hombre de CroMagnon (cromañones) Coexistieron con neandertales en por 50 000 años ¿Competencia?

Género Homo Cro-Magnones Esculturas, instrumentos musicales, funerales Pinturas en cuevas

Lascaux, Francia

Cueva de Altamira, España

¿Cómo y dónde evolucionó H. sapiens? Transición de H. erectus a H. sapiens Dos modelos Reemplazo africano (Out of Africa) Origen multirregional

Modelo del reemplazo africano H. sapiens evolucionó en África Hace 150 000 años migró a Cercano Oriente, Europa y Asia y desplazó a las otras especies de homíninos

Modelo multirregional Las poblaciones de H. sapiens evolucionaron simultáneamente en muchas regiones, a partir de las poblaciones difundidas de H. erectus Migraciones y cruces entre poblaciones Diferentes características de humanos modernos aparecieron en diferentes lugares

¿Cómo evolucionó el cerebro humano? Cerebro grande Respuesta a interacciones sociales complejas Necesidad de más energía: Consumo de carne Caza comunitaria

¿Cómo evolucionó el cerebro humano? Características distintivas humanas Lenguaje Pensamiento abstracto Cultura avanzada

¿Cómo evolucionó el cerebro humano? Evolución humana ha estado dominada por la evolución cultural Evolución de la información y comportamientos que se transmiten de generación en generación mediante el aprendizaje No nuevas adaptaciones físicas sino revoluciones culturales y tecnológica

¿Cómo evolucionó el cerebro humano? 1. Desarrollo de herramientas (conseguir alimento y refugio) 2. Desarrollo de la agricultura hace 10 000 años 3. Revolución industrial, s XVIII: Mejoras en economía y en salud pública

Mayor esperanza de vida, menor mortalidad infantil, aumento en la población