Origen de la vida

La clave está en la atmósfera

La composición de la atmósfera primitiva más aceptada hoy incluye:  Dióxido de carbono  Nitrógeno  Vapor de agua  Otros compuestos en menor cantidad No era una atmósfera reductora como se pensaba, compuestos como el metano (CH4 ) o el amoniaco (NH3) hubieran sido destruidos por la radiación ultravioleta debido a la falta de ozono. ¿Cómo se sintetizaron los compuestos orgánicos? ¿Los aportaron los meteoritos? ¿En qué lugares de la Tierra existía un ambiente reductor que permitió la síntesis prebiótica? Existen diferentes hipótesis, pero este es un problema aún no resuelto Un posible escenario para la evolución prebiótica 

Una atmósfera sin oxígeno y sin capa de ozono que protegiese de las radiaciones ultravioletas

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Un medio acuoso muy caliente (actividad volcánica intensa)

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Sustancias químicas: agua, minerales, gases.

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Energía.

Algunos científicos apuntan a que el origen de la vida surgiera en zonas profundas oceánicas con emisiones volcánicas, hipótesis que se sustenta en las siguientes circunstancias:  En el fondo del océano no se está expuesto al impacto catastrófico de los meteoritos y están enriquecidos con minerales procedentes de las emisiones volcánicas.  Lejos de la luz solar y sin oxígeno

 Las bacterias quimiosintéticas de las llanuras abisales obtienen la energía de la reacción del sulfuro e hidrógeno con el hierro para formar piritas.  A finales de los años 90 fue posible sintetizar compuestos orgánicos a partir de los elementos presentes en las fumarolas volcánicas.

Las condiciones para la vida  Una barrera (membrana ) que separe al organismo de su entorno. Los fosfolípidos espontáneamente forman lípidos bicapa, que son la estructura básica de la membrana celular.  Condiciones prebióticas plausibles que resultaron en la formación de las pequeñas moléculas básicas para la vida. Esto ha sido demostrado en el experimento de Miller y Urey.[9]  Extraer energía del entorno y realizar reacciones metabólicas que mantengan la organización interna.  Capacidad para almacenar y transmitir la información (autoduplicación). No existe un modelo que explique de forma satisfactoria la transición del estado prebiótico al biótico. Cuándo apareció la vida  La vida apareció en la Tierra hace más de 3500 millones de años (m.a.).  Desde entonces no ha dejado de adaptarse a los ambientes más diversos y de evolucionar.  La biodiversidad actual (incluyendo la especie humana) es una fracción minúscula de toda la vida que ha existido en el planeta. ¿Cómo lo hemos sabido? •

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Registros geológicos: –

Las rocas más antiguas que conocemos, unos 4000 m.a.

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¿Cómo sabemos la edad de una roca?: mediante la datación relativa y/o absoluta (abundancia de isótopos inestables).

Registros fósiles: ¿origen microbiano?

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Registro de isótopos: del carbono, o el azufre. Abundancia relativa de isótopos estables. La vida “prefiere” el 12C, por ejemplo.

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Registro de biomarcadores: algunos moléculas no pueden tener otro origen que el metabólico. Se han detectado en rocas de 2700 m.a. moléculas de origen eucariota.

¿Como sabemos la edad de una roca o de un fósil? La edad de un una roca se determina de dos maneras: •

Datación relativa

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datación absoluta

Datación relativa Dispone los acontecimientos en su secuencia de formación. No nos informa de cuánto hace que sucedió algo, sólo qué hubo después de un acontecimiento y antes de otro. Se basa en la ley de la superposición que establece que en una secuencia no deformada de rocas sedimentarias, cada estrato es más antiguo que el que tiene por encima y más joven que el que tiene por debajo En este caso podemos determinar la edad de estos ancestros del ser humano basados en edad relativa. • Podemos determinar la edad de las capas de roca ígnea intrusiva a través de métodos radioactivos (datación absoluta). Isótopos variedades de un mismo elemento que contienen diferentes masas. Sus núcleos tienen igual número de protones pero diferente número de neutrones. En un mismo elemento pueden existir isótopos estables e isótopos que se desintegran al cabo de cierto tiempo: son los isótopos inestables radiactivos. Estos isótopos inestables se desintegran y transforman en otros átomos llamados radiogénicos a una velocidad fija. Ejemplo: 3 isótopos del carbono C-12 (6p y 6n) estable ;el más abundante C-13 (6p y 7n) estable C-14 (6p y 8n) inestable Datación radiométrica o absoluta Determina la edad exacta de una roca utilizando métodos radioactivos. •

Cuando se forman nuevos minerales y rocas, en ocasiones, contienen isótopos inestables.

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El periodo de semidesintegración es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos de una muestra.

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Si se conoce el periodo de semidesintegración del isótopo, y puede medirse la proporción radioisótopo padre/isótopo hijo, puede calcularse la edad de una muestra.

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Son un reloj natural.

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Ejemplo, si la proporción padre/hijo de una muestra es 1/15 y el periodo de semidesintegración del isótopo es de 1millón de años, dicha proporción indica que han transcurrido cuatro periodos de semidesintegración y que la muestra debe tener 4 millones de años

Isótopos radiactivos como indicadores Radioisótopo padre

Producto radiogénico

Periodo de semidesintegra

Uranio-238

Plomo-206

4.500 millones de años

Uranio-235

Plomo-207

713 millones de años

Potasio-40

Argón-40

1.300 millones de años

Carbono-14

Nitrógeno-14

5.730 años

Carbono-14:

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Para datación muestras orgánicas de menos de 60.000 años.

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Producido de forma continua en la atmósfera: bombardeo de átomos de nitrógeno por neutrones cósmicos.

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Vida media de 5730 años: a los 5730 años de la muerte de un ser vivo la cantidad de 14C en sus restos se ha reducido a la mitad.

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La fotosíntesis (o ingestión) incorpora 14C y 12C a los seres vivos en proporción relativa similar a la atmosférica.

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Tras la muerte del ser vivo, la presencia del 14C va disminuyendo (decaimiento radiactivo a 14N).

De la química prebiótica al antepasado común

La transición a las primeras formas de vida es la mayor incógnita. Se piensa que todos los seres vivos comparten un antepasado común (LUCA/LUA/ACU) que existió hace más de 3000 millones de años. Todos comparten una serie de características bioquímicas. Todas las células: a) obtienen energía mediante los mismos procesos básicos . b) almacenan la información genética en el ADN y lo utilizan como guía para la síntesis de proteínas. c) fabrican su ADN y sus proteínas a partir del mismo conjunto de elementos. d) Utilizan el mismo código genético para la formación de proteínas. Eso no significa que no hubiera otros orígenes; pero sus descendientes no han llegado hasta nosotros. Células procariotas

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Del antepasado común con capacidad para transcripción y traducción genética.

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Las primeras se piensan que eran anaerobias y heterótrofas.

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Durante 2000 m.a., sólo existieron ellas: la evolución es, durante todo este periodo, bacteriana.

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Evolucionan en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y los océanos.

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Una de las innovaciones evolutivas más revolucionarias es la fotosíntesis con liberación de oxígeno: nutrición autótrofa.

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Oxígeno atmosférico: –

Respiración aerobia, nutrición heterótrofa, síntesis de colesterol.

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Nuevos caminos evolutivos, mayor complejidad.

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Capa de ozono (filtro UV): los seres vivos pueden aventurarse fuera del agua.

Estromatolitos •

W. Schopf, en Nature, 1993: formaciones geológicas a partir de cianofíceas. Antigüedad de unos 3500 m.a.: serían las formas de vida con actividad fotosíntética más antiguas conocidas.

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Cianofíceas: procariotas que viven en medios húmedos y realizan la fotosíntesis: ¡O2 a la atmósfera!

Hace unos 800 m.a. comienzan a disminuir: parece coincidir con la abundancia de organismos pluricelulares. Los cinco grandes reinos según Lynn Margulis

Los tres grandes dominios según Woese