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SEGUNDO SEMESTRE 2014 La Teoría De La Evolución Prebiótica El bioquímico ruso Alexander Oparin propuso por primero vez al teoría de la evolución prebiótica. Según esta teoría, los elementos primordiales de la tierra eran inicialmente simples e inorgánicos, como el agua, metano, amoniaco y el hidrogeno; los cuales provenían de las numerosas erupciones volcánicas. La radiación ultravioleta solar, las descargas eléctricas de las constaten tormentas y, posiblemente, los impactos de meteoritos, aportaron una gran cantidad de energía que provoco que estas moléculas inorgánicas sencillas se asociaran en moléculas orgánicas simples, como los aminoácidos, los azucares y los ácidos grasos. Según Oparin, estas moléculas orgánicas simples se acumularon en los océanos o en las charcas aisladas, protegidas de la excesiva radiación ultravioleta, conformando así lo que se llamó el caldo primordial. Allí, interactuaron entre ellas para diversificarse y evolucionar en forma de proteínas, ácidos nucleicos y lípidos. A su vez, los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos interactuaron para originar células vivas. La vida sería pues, el resultado de la evolución de la materia desde inorgánica, a orgánica simples; luego, a orgánica más compleja y, finalmente a un ser vivo, que sería el resultado más complejo de la materia. Para que esto fuera posible, la atmosfera debía ser reductora, es decir, carecer de oxigeno libre, ya que el oxígeno habría destruido las primeras moléculas orgánicas. Además, la temperatura en la Tierra debía descender lo suficiente para permitir la presencia de agua líquida.
ORIGEN DEL OXÌGENO EN LA TIERRA
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SEGUNDO SEMESTRE 2014 Para nosotros resulta muy natural respirar. El aire que nos rodea nos provee del oxígeno que necesitamos para la vida. Damos por sentado que eso está ahí y con sólo respirar tenemos todo lo que requerimos, pero no tomamos en cuenta que la Tierra es el único planeta que se sepa hasta ahora en tener tal cantidad de dicho gas. ¿Pero cómo se formó? Formación de oxígeno en la Tierra
Cuando se comenzó a formar nuestra atmósfera, la Tierra era un lugar inhóspito. Tomó millones de años para que nuestra atmósfera comenzara a generar oxígeno y fuese lo suficientemente común para soportar organismos vivos como nosotros. Si bien desde hace años los científicos han hecho investigaciones y especulaciones acerca de cómo se formó el oxígeno, solo recientemente se han hecho importantes descubrimientos al respecto. Hace pocos días, el Doctor Donald E. Canfield, geoquímico de la Universidad del Sur de Dinamarca, publicó un par de estudios en donde aparecen pruebas significativas de los capítulos más destacados dentro de la historia del oxígeno.
Al parecer, nuestra poco común atmósfera debe su alto contenido de oxígeno a una particular mezcla de movimientos geológicos y sucesos biológicos. Para estudiar la atmósfera primigenia, los científicos examinan las huellas químicas que quedan grabadas en las piedras. Algunas de ellas tienen moléculas que sólo pudieron formarse con la presencia de oxígeno: mientras más moléculas
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SEGUNDO SEMESTRE 2014 se encuentren determina un mayor número de oxígeno en nuestra atmósfera en determinado periodo. Al buscar en las rocas más antiguas no hay trazas de que haya existido oxígeno en la atmósfera. Lo que se encuentra es una atmósfera rica en otros gases como dióxido de carbono, metano y nitrógeno. En esta atmósfera primitiva, los rayos solares descomponían el dióxido de carbono en pequeñas cantidades de oxígeno, que desaparecía casi al instante debido a su estructura química que permite que se combine fácilmente con otros elementos. Cambios que propiciaron la aparición del oxígeno
Pero hace aproximadamente tres mil millones de años algo comenzó a cambiar. En ese entonces nuestra atmósfera comenzó a conservar el oxígeno. Se estima que había un 0.03% del oxígeno que actualmente tenemos, pero eso fue un avance significativo en cuanto a composición química terrestre. Lo cierto es que es imposible que los rayos solares pudieran inferir en tal incremento del oxígeno en la atmósfera. El único sospechoso restante es la vida. Al parecer, hace tres mil millones de años pequeños organismos habían evolucionado de tal manera que podían efectuar fotosíntesis. Mientras flotaban en la superficie marina, estos micro organismos se alimentaban de la luz solar, mientras desechaban oxígeno a la atmósfera. 1 1 http://curiosidades.batanga.com/4841/como-se-formo-el-oxigeno-en-nuestro-planeta
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SEGUNDO SEMESTRE 2014
NUTRICIÒN DE LOS PRIMEROS ORGANISMOS
Los primero organismos contrario de lo que se cree, eran heterótrofos se alimentaban de los materiales que se encontraban en el medio (caldo primitivo), que eran moléculas prebióticas originadas de la unión de elementos de la que nos hablaba Oparin en su teoría del origen de la vida, estos primeros organismos eran pseudo-virus muy primitivos que no tenía funciones complejas y no hacían nada más que recoger alimento del medio y reproducirse, debido a que la energía que podían lograr de las reacciones, que se llevaban a cabo con las moléculas prebióticas primitivas era escaza , solo les permitía seguir alimentándose y reproducirse, por eso los primero organismos tardaron miles de años en evolucionar, debido a estas pequeñas cantidades de energía poco útiles, pero después de un tiempo el alimento prebiótico empezó a escasear debido a que estos organismo evolucionaron, por medio de errores, para entender más esto debemos saber que es la teoría del replicante. Es cualquier proceso por el cual una cosa puede hacer una copia de sí misma. Las células, en ambientes adecuados, se reproducen por división celular. Durante la división celular, el ADN se replica y puede transmitirse a la descendencia durante la reproducción. A principios de la investigación de John von Neumann se estableció que una forma común de replicador tiene varias partes: Un genoma, un compacto, por lo general resistente a errores. Biológicamente, este es el
ADN. Un especializado conjunto de mecanismos para copiar y reparar el genoma, utilizando
los recursos reunidos por el cuerpo. Biológicamente, esto es algo así como la polimerasa del ADN. Un organismo, que reúne los recursos y la energía, e interpreta un algoritmo
almacenado. Biológicamente, estos son los ribosomas.
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SEGUNDO SEMESTRE 2014 Las excepciones a esta pauta son posibles. Por ejemplo, los científicos han construido con éxito el ARN que se copia a sí mismo en un "medio ambiente" que es una solución de los monómeros del RNA y la transcriptasa. En este caso, el cuerpo es el genoma, y los mecanismos especializados para la copia son externos. Sin embargo, el caso más simple posible es el que sólo exista un genoma. Sin especificación alguna de los pasos reproductivos, un sistema de un genoma único es, probablemente, mejor caracterizado como algo así como un cristal. Los primeros organismos se reprodujeron en grandes cantidades, pero cada una de estas reproducciones traía consigo un nuevo organismo que en muchas ocasiones no era igual al organismo original, debido a que en el paso de información de uno a otro se produjeron errores. Estos errores fueron haciendo diferentes a las células hijas de las células madres y no solo eso, también eran diferentes al resto de células , la naturaleza muy sabia solía eliminar esta células, pero en algunos casos estas células eran beneficiadas con esto errores lo que les permitía tener una ventaja sobre otras células y reproducirse con mayor facilidad, es decir estos errores le permitían a estos replicantes hijos, reproducirse más rápido o con menor energía o tener más replicas, lo que hacía que en un corto periodo de tiempo este nuevo replicante se convirtiera en el dominante en el medio y según la selección natural, al tenor mayor capacidad de supervivencia el más apto, por ende el que tenía la opción de sobrevivir sobre el resto de células. El tiempo siguió transcurriendo y esto organismo por medio de esto errores fueron evolucionando más y más, pero ¿recuerdan que les dije que no tenían energía suficiente? Pues cuando las moléculas prebióticas se acabaron los organismos procariotas heterótrofos se comenzaros a alimentar de H2S( sulfuro de hidrogeno), después este compuesto también se acabó debido a que las erupciones volcánicas cesaron su gran intensidad y este compuesto ya no se encontraban en grandes cantidades, los organismos debieron evolucionar para que pudieran adquirir energía del medio y seguir viviendo, estos organismo primitivos se adaptaron para poder nutrirse con CO2 y H2O, principalmente con este último debido a que los organismos por medio de reaccionen de análisis(descomposición) separaban el H que era el material que utilizaban para continuar con sus funciones, este elemento hacia que las reacciones que sucedían fueran mucho más potentes y originaran más energía lo que les permitía crecer y evolucionar, los cambios permitieron a los organismos salir del medio acuático en el que se encontraban y establecerse en tierra firme, que ya se había formado producto de las erupciones volcánicas, la lava que se fue enfriando creo los primeros indicios de tierra primitiva, después de mucho tiempo estos organismos acabaron siendo millones y todos tenían reacciones en la que involucraban reactivos como los antes mencionados( agua y dióxido de carbono), de estos compuestos utilizaban el carbono y el hidrogeno para obtener y energía y dejaban como sobrante oxígeno, en grandes cantidades , el sol realizaban la misma función,
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SEGUNDO SEMESTRE 2014 separaba(condensaba) el agua y dejaba libres átomos de H y O , el primero al ser muy liviano se fue a la ionosfera y se acumuló en esta capa con grandes cantidades de Helio y otros gases nobles, el segundo se acumuló con más oxigeno que ya se encontraba en la tierra debió a las reacciones y se mezcló formado partículas de O3(ozono) ,lo que formo la capa de ozono y origino la vida primitiva eucariota debido a que algunos organismos evolucionaron a eucariotas autótrofos ayudados por la energía solar y otros evolucionaron a eucariotas heterótrofos utilizando el oxígeno abundante en ese entonces y alimentándose de lo producido por lo organismo autótrofos, es muy importante saber que este uso de oxigeno se debió a la aparición de las mitocondrias, fundamentales en el uso de oxígeno y producción de energía , claro que esto demoro millones de año y nos da una idea de lo que sucederá en otros millones de años cuando el suministro de oxígeno se agote y haya un exceso de otro material( como podría ser el CO2) y los organismo vivos se verán obligados a evolucionar y consumir lo que se encuentre a su disposición.
Primeros organismo que se alimentaron con H2S producto de la acumulación de este debido a las erupciones volcánicas.
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SEGUNDO SEMESTRE 2014
FOTOSÌNTESIS Y REPRODUCCIÒN PRIMIGENIA FOTOSÌNTESIS La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la fotosíntesis. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.
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SEGUNDO SEMESTRE 2014
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Importancia biológica de la fotosíntesis La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos: 1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos 3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis. Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis. 2 2 http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Fotosintesis.htm
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