evolucion - Departamento de Ciencias Biológicas

Evolución Microbiana y Biodiversidad¿Cómo surgió la diversidad microbiana?Como resultado de procesos de mutación y de recombinacióngenética, que actúan en un ambiente de constante selección.La diversidad microbiana refleja la variedad fisicoquímica delos hábitats adecuados para la vida en la TierraCátedra de Ecología Microbiana.Facultad de Ciencias Exactas. UNLP11/09/2006 1

Origen de la vidaLos"Elbiólogosagua deenlageneralfuente másaceptanpura,lacolocadaidea que laenvidaun recipientese origina apartirimpregnadode materiaporinanimadael aroma deenununfermento,proceso quese enmohecese denominayengendra gusanos. Losevoluciónolores quequímicase elevan desde el fondo delos pantanos producen ranas, babosas, sanguijuelas, hierbas...Hagan un agujero en un ladrillo, introduzcan [allí] albahacatriturada, coloquen un segundo ladrillo sobre el primero demodo de cubrir totalmente el agujero, expongan los dosladrillos al sol y, al cabo de algunos días, el olor de laalbahaca, actuando como fermento, transformará [a la hierba]en verdaderos escorpiones".van Helmont, célebre médico alquimista del siglo XVII11/09/2006 2

La Tierra primitivaA pesar de que nunca se sabrá con certeza... las condicionesde la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales.Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600millones de años.La atmósfera primitiva contenía: Vapor de Agua (H 2O), CO 2,CO, H 2, N 2y en menor cantidad, NH 3, SH 2, CH 4) y poco onada de O 2.Temperaturas superiores a 100ºC11/09/2006 3

Para la evolución química de la vida se necesitaban 4requerimientos:• ausencia total o casi completa de Oxígeno libre: ya queal ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculasorgánicas que son esenciales para la vida.• una fuente de energía: la tierra primitiva era una lugarcaracterizado por la presencia de vulcanismogeneralizado, tormentas eléctricas, bombardeo demeteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta• sustancias químicas que funcionaran como "bloques deconstrucción químicos": agua, minerales inorgánicos ygases.• tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones deaños y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800millones de años, de modo que la vida tardo “solo” unos800 millones de años en formarse. Se necesitaba un ciertoenfriamiento que permitiera la formación de agua libre.11/09/2006 4

En 1950 Stanley Miller probó que las condiciones existentes enel planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fuerontales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea demoléculas orgánicas.Sopa de compuestos orgánicos11/09/2006 5

Sopa decompuestosorgánicos11/09/2006 6

El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas porpolimerización de las pequeñas moléculas.• La interacción entre las moléculas así generadas seincrementó a medida que su concentración aumentaba.Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigenolibre y de cualquier forma de vida... estas moléculasorgánicas se acumularon sencillamente por que nofueron devoradas ni reacciónaron con el oxigeno comolo haría en la actualidad.• Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldode cultivo primitivo" y a partir del cual podría habersurgido la primera forma de vida.11/09/2006 7

"caldo de cultivo primitivo"ARNLa química de la tierra prebiótica dióorigen a moléculas de ARNautoduplicantes que habrían iniciadola síntesis de proteínas.ProtobiontesSi se agita agua que contiene proteínasy lípidos se forman estructuras huecas,con un límite externo bien definido yen ciertas condiciones son capaces deabsorber material de una solución einclusive dividirse.Este panorama, aunque verosímil y soportadopor múltiples investigaciones ... no es seguro.11/09/2006 8

Necesidad de almacenar másinformación en forma másestable.Necesidad de catalizadorespara reacciones complejas y másrápidas.Éxito Evolutivo11/09/2006 9

"caldo de cultivo primitivo"Primera célula LUCA• 3.500 millones de años• Procariota• Termófila• Metabolismo???AnaeróbicaHeterótrofo (obtenían su alimento del espeso caldo primitivo).Fermentador (enzimáticamente más simple)Requerían muchos factores de crecimiento11/09/2006 10

La aparición del O 2 en la atmósfera tuvo variasconsecuencias:• El O 2 liberado a la atmósfera era tóxico par los anaerobiosobligados, que se confinaron a áreas restringidas.• La selección de microorganismos con cadenas respiratoriasque usaran el O 2 como aceptor final de electrones, con mayorrendimiento energético.• Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en laatmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por laexosfera.• En la atmósfera superior el O 2 reaccionó para formar OZONO(O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a latierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegarana la tierra... pero con su ausencia disminuyó la síntesis abióticade moléculas orgánicas.11/09/2006 12

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Árbol Filogenético Universal"Lo que ayer creía todo el mundo y lo que Ud. cree hoy, no lo creeránmañana más que los necios"Sir Francis Crick11/09/2006 15