Origen de la vida y Taxonomía

Origen de la vida y Taxonomía

• Ayudantía 1 cubre el origen de la vida y taxonomía, presentado por Gustavo Cárdenas y Francisca Mann-Vollrath.
• La pregunta principal que se aborda es: ¿Cómo se originó la vida?
• Los seres vivos cumplen ciertas características únicas en comparación con lo no vivo.
• Según Schrödinger y Cornforth, un sistema está vivo si resiste la degradación inevitable mediante auto-replicación y evoluciona mediante replicación inexacta.
• H. Maturana y F. Varela definen a los seres vivos como "sistemas autopoiéticos", es decir, auto-contenidos y capaces de mantenerse y reproducirse.
• La NASA define la vida como "un sistema químico auto-sustentable capaz de experimentar evolución Darwiniana".

Características de lo vivo

• Los seres vivos se definen por:
• Metabolismo
• Homeostasis
• Crecimiento y desarrollo
• Nutrición
• Reproducción
• Adaptación
• Composición y estructura
• Irritabilidad (respuesta a estímulos)

Teorías del Origen de la Vida

• Existen tres teorías principales sobre el origen de la vida:
• Teológica (creación por una entidad divina)
• Probabilística (origen por azar)
• Determinista (origen inevitable bajo ciertas condiciones)
• Inicialmente, la Tierra era un planeta triste y oscuro.

Formación de Planetas

• Una nube de polvo y gas colapsa por gravedad, formando una estrella (ej. Sol) con un disco protoplanetario girando alrededor.
• Dentro de este disco, los granos de polvo chocan y se pegan, creciendo progresivamente.
• A medida que crecen, su gravedad aumenta, atrayendo más material y convirtiéndose en protoplanetas.
• Después de millones de años, los vientos solares eliminan el gas y polvo sobrante.

Origen de la Atmósfera

• Bombardeo masivo de meteoritos y cometas liberan gases atrapados, especialmente vapor de agua.
• La actividad volcánica libera gases como vapor de agua y dióxido de carbono (CO2).
• La atmósfera primitiva era diferente a la actual, rica en vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, con mayor presión (x12 la actual) y sin oxígeno libre (O2).
• Predominaba el ciclo del carbono, con CO2 como principal componente atmosférico y bajas tasas de remoción.
• Niveles de CO2 eran 30,000 veces superiores a los actuales y presión X12 mayor
• La baja concentración de O2 facilitaba su rápida captación por procesos de oxidación.
• La superficie terrestre alcanzaba los 90°C debido al efecto invernadero (menos radiación).

Atmósfera Reductora vs. Oxidativa

• Atmósfera levemente reductora:
• Pobre en O2.
• Predominancia de gases que favorecen la reducción (H2, CH4, NH3, CO2 y CO).
• Ausencia de ozono (O3).
• Mayor efecto invernadero debido a altas concentraciones de CO2.
• Levemente reductora porque el CO2 no es un reductor fuerte y había poco O2.
• Atmósfera oxidativa:
• Rica en O2.
• Predominancia de gases que favorecen la oxidación.
• Presencia de ozono (O3) brindando protección contra la radiación UV.
• Aparición con la evolución de organismos fotosintéticos.
• Permite la vida aeróbica.

Origen de la Hidrósfera

• Descenso de la temperatura por debajo de 100°C permite la formación de la hidrósfera.
• La Tierra se forma a partir de materiales energéticos que se enfrían con el tiempo.
• El vapor de agua se condensa, generando nubes y precipitaciones, disolviendo CO2 de la atmósfera.
• El CO2 disuelto reacciona formando ácido carbónico (H2CO3), que se disocia en bicarbonatos (HCO3-).
• Los bicarbonatos reaccionan con calcio (Ca), precipitando como carbonato de calcio (CaCO3) y quedando atrapados en sedimentos.

Sopa Primigenia

• Presencia de monómeros orgánicos e inorgánicos en agua conformando una “sopa primigenia”.
• Exposición a una atmósfera (levemente) reductora, radiación UV y energía eléctrica.

Experimento de Miller-Urey

• Intenta replicar las condiciones del océano y la atmósfera prebiótica.
• Se logra la formación de aminoácidos a partir de compuestos inorgánicos.
• Pone en práctica las predicciones de la sopa primordial.
• Asume una atmósfera fuertemente reductora.
• No considera el efecto de la radiación UV.

Metabolismo vs. Replicador

• Metabolismo primero:
• Reacciones químicas forman ciclos autocatalíticos que adquieren complejidad.
• Se asume que el sistema de herencia genética es posterior.
• Replicador primero:
• Moléculas con capacidad autorreplicante evolucionan por mutación y selección.
• Se asume que el sistema de reacciones metabólicas es posterior.

Metabolismo Primero

• Redes autocatalíticas de reacciones simples son la base de la vida.
• La replicación y la maquinaria de información genética no pueden surgir sin metabolismo previo.
• Redes metabólicas podrían haber sido encapsuladas en vesículas lipídicas al azar.
• Se cuestiona cómo los ciclos pueden autorreplicarse sin maquinaria genética.
• Los ciclos metabólicos son sensibles y requieren compartimentalización.

Mundo ARN

• El ARN almacena información y posee capacidad autocatalítica.
• Las variaciones en la replicación permiten seleccionar replicadores más eficientes y estables.
• Se postula que los precursores podrían haber existido en la atmósfera prebiótica.
• El ARN es una molécula que puede degradarse fácilmente.
• Se considera que el ARN sigue siendo una molécula compleja, lo que lleva a buscar replicadores más básicos.

Focos Potenciales de Origen

• Meteoritos, como el de Murchison, contienen aminoácidos.
• Fumarolas hidrotermales presentan altas temperaturas, concentraciones de minerales y gases, y ofrecen porosidades para la compartimentalización.

Moléculas a Protocélulas

• La formación de vesículas que atrapan material replicante (ej. ARN) permite comprender cómo se formaron las primeras protocélulas.

Huellas Químicas

• Las primeras formas de vida dejaron huellas químicas detectables en registros geológicos a través de isótopos de carbono.
• Una anomalía en la proporción 13C:12C (déficit de 13C) puede indicar procesos biológicos que preferían el 12C.
• Estas huellas se encuentran en zircones, formaciones de hierro bandeado, cinturones de verdes de Isua y de Pilbara/Barberton, y estromatolitos.

Fotosíntesis Oxidativa

• La invención de la fotosíntesis oxidativa permitió a los organismos producir moléculas ricas en energía en lugar de solo consumirlas.
• Los primeros organismos fotosintéticos utilizaron sulfuro de hidrógeno (H2S) para convertir dióxido de carbono (CO2) en glucosa.
• Posteriormente, los predecesores de las cianobacterias y algas verdes dominaron la técnica de obtener hidrógeno del agua, liberando oxígeno y transformando la atmósfera.
• Un aumento en la concentración de oxígeno atmosférico generó un Gran Evento de Oxidación, permitiendo la formación química de ozono, el surgimiento de la capa de ozono debido al aumento y reacciones fotoquímicas
• La capa de ozono protege contra la radiación ultravioleta dañina y permite la expansión de la vida en la Tierra
• El Gran Evento de Oxidación inició así el dominio del metabolismo aeróbico, disminuyendo el efecto invernadero

Taxonomía

• Dominio: ARQUEA, BACTERIA, EUKARYA.
• Reino: FUNGI, ANIMALIA, PROCARIOTA, PLANTAE, PROTISTA.
• Filo, Clase, Orden, Familia, Género, Especie.
• El rey es un filósofo de mucha clase que ordena para su familia géneros de buena especie
• Nombres científicos se escriben con género y epíteto.

Árboles Filogenéticos

• Componentes:
  • Taxón: grupo de organismos emparentados.
  • Nodo: divergencia del linaje ancestral.
  • Ramas: conectan la historia evolutiva.
  • Raíz: ancestro común.

Sistemática

• La clasificación se basa en teorías sobre la evolución de los taxa.
• Fenética: Se basa en características similares, sin importar la historia evolutiva.
• Cladística: Se basa en quién está relacionado con quién según su historia evolutiva (ancestro común).

Grupos Filogenéticos

• Monofilético:
• Incluye un ancestro común y todos sus descendientes.
• Parafilético:
• Incluye un ancestro común pero no a todos sus descendientes.
• Polifilético:
• No tiene un ancestro común.
• Es un grupo artificial.

Tipos de Caracteres Evolutivos

• Homólogo: origen igual, función distinta (divergencia evolutiva).
• Análogo: origen distinto, función igual (convergencia evolutiva).

Tipos de Caracteres (Estado)

• Plesiomorfía: Característica ancestral/primitiva que no ha cambiado mucho.
• Sinapomorfía: Característica homóloga compartida (heredada de un ancestro común).
• Apomorfía: Característica derivada/novedad evolutiva.