logica de la vida
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La lógica y el origen de la vida
JAVIER MEDINA
Definición de Biología
Estudio de la materia en organización
Las pistas o huellas de esa organización
Nivel de organismo: – Inteligencia– Comportamientos complejos
Las pistas o huellas de esa organización
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
Proteínas de dedos de zinc
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
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)
Citoesqueleto: microtúbulos (verde) y actina (rojo)Fibroblastos
Las cualidades de la vida
Capacidad reproductora:– Capacidad de herencia– Capacidad de evolución
Capacidad de desarrollar un metabolismo:– Capacidad de desarrollo– Capacidad de crecimiento
Capacidad de interrelación con el medio
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
1. 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,…)
Svante A. Arrhenius (1859-1927)
Meteorito de Murchison, Australia (1969)
L DLos aminoácidos del meteorito (condrita carbonácea) son predominantemente de la configuración L
El origen extraterreste de la vida: la panspermia
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
Stanley Miller
Experimentos de Miller (1953)La vida,
¿un acontecimiento necesario?
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
H2O
H2O
Los fosfolípidos forman liposomas
¿Una protocélula?
Eobiones: Conglomerados supramoleculares
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
Sidney Altman Thomas Cech
(P. Nobel, 1989)
ARN catalítico
sistemas basados en el RNA
RNA polipéptidosrudimentarios
+
sistemas basados en el RNA y proteínas
RNA proteína
células actuales
DNA proteínaRNA
Evolución de sistemaspre-celularesautorreplicantes
evolución RNA,adaptadores,
selección molecular
evolución DNA,enzimas
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 atmósferay sus consecuencias evolutivas
Evolución biótica
-2000 m.a.: aparecen las células aeróbicas (mayor rendimiento energético, mejora de la competencia)
GLICOLISIS
C6H12O6
glucosa2 C3H6O3 + 2 ATPácido láctico
METABOLISMO OXIDATIVO
C6H12O6
glucosa6CO2 + 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
MitochondriaChloroplasts
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.
Evolución biótica: mecanismos de variabilidad genética ancestral
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