Saltar al contenido principal
Library homepage
 
LibreTexts Español

20.1: Introducción

  • Page ID
    53913
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Se acepta casi universalmente que hubo un tiempo, por breve o largo que fuera, en que la tierra era un planeta sin vida. Dado que la célula es la unidad básica de la vida, y que estar vivo es poseer todas las propiedades de la vida, cualquier libro de texto de biología celular sería negligente sin abordar las cuestiones de cuándo y cómo aparecieron las primeras células en nuestro planeta. La abiogénesis es el origen de la vida a partir de la materia no viva. ¡Por supuesto que describir la abiogénesis ya no es posible por observación! A través de experimentos y conjeturas educadas, ha sido posible construir escenarios razonables (aunque a veces contradictorios) para explicar los orígenes de la vida, y de ahí nuestra propia existencia.

    En este capítulo, veremos que diferentes escenarios comparten al menos una característica, a saber, un conjunto de condiciones geológicas, termodinámicas y químicas que favorecieron una acumulación de moléculas orgánicas y protoestructuras que eventualmente se convertirían en una célula. Esas condiciones permisivas habrían sido un laboratorio prebiótico ecológico, climatológico y ambiental en el que muchas células experimentales podrían haberse formado y competido. De ahí el título del capítulo “Orígenes de la vida”! Los orígenes múltiples no solo fueron posibles bajo estas condiciones, ¡sino también probables! Según Jeremy England, del MIT, las leyes de la termodinámica dictan que “... cuando un grupo de átomos es impulsado por una fuente externa de energía (como el sol o el combustible químico) y rodeado por un baño de calor (como el océano o la atmósfera), la materia adquiere inexorablemente los atributos físicos clave asociados con vida”. (Física Estadística de la Auto-Replicación). Aquí hay un recordatorio de esos atributos clave, o propiedades de la vida.

    Propiedades de la vida

    1. Evolución: adaptación/especiación a largo plazo
    2. Basado en células: Las células son la unidad fundamental de la vida
    3. Complejidad: permite cambios físicos/bioquímicos (orden dinámico)
    4. Homeostasis: mantiene el equilibrio entre cambio y orden
    5. Requiere Energía: necesaria para hacer trabajo (funciones celulares)
    6. Irritabilidad: sensibilidad inmediata y respuesta a estímulos
    7. Reproducción: la capacidad de proputar la vida
    8. Desarrollo: cambio programado, más evidente en organismos multicelulares

    Recuerda, ¡estar vivo es poseer no solo algunas, sino todas estas propiedades! Si las entidades con todas las propiedades de la vida (es decir, las células) se hubieran originado de manera independiente, se habrían reproducido para formar poblaciones separadas de células. En este escenario, las poblaciones menos exitosas se extinguen mientras que las exitosas se vuelven dominantes. Los organismos exitosos se habrían extendido, desove poblaciones y generando nuevas especies. El mensaje para llevar a casa es que si las condiciones en una tierra prebiótica favorecieron la formación de la 'primera celda', entonces ¿por qué no la formación de dos, o docenas o incluso cientos de 'primeras celdas'? No obstante, veremos que solo una población exitosa de células sobreviviría para convertirse en la fuente del ancestro común de toda la vida en la tierra, mientras que otras poblaciones se extinguieron.

    En cuanto a la cuestión de cuándo comenzó la vida, la evidencia geológica y geoquímica sugiere la presencia de vida en la tierra ya hace 4.1 mil millones de años. En cuanto a cómo comenzó la vida, esto sigue siendo objeto de continuas especulaciones. Todos los escenarios descritos a continuación intentan comprender las condiciones físicas, químicas y energéticas que podrían haber sido el laboratorio ideal para los “experimentos químicos” prebióticos. Lo que comparten todos los escenarios son los siguientes requisitos.

    Todos los escenarios de los orígenes de la vida deben explicar:

    • Síntesis prebiótica de moléculas y polímeros orgánicos
    • los orígenes de la catálisis y la bioquímica replicativa
    • las fuentes de energía libre para sostener la bioquímica prebiótica
    • los inicios del metabolismo suficiente para la vida
    • los orígenes del almacenamiento y recuperación de información molecular
    • cerramiento de la química de la vida por una membrana semipermeable

    Consideremos algunas definiciones complicadas. Si uno cree que el origen de la vida era tan improbable que solo pudiera haber ocurrido una vez (todavía una visión común), entonces la primera célula (definida como la progenita, el progenitor de todos nosotros) es nuestro ancestro genético común.

    Por otro lado, ¿y si hubiera muchos orígenes de la vida? Entonces debió haber habido más de una 'primera célula', generando múltiples poblaciones de células. Cada una de esas poblaciones, comenzando con su propia 'progenota', habría evolucionado. En este escenario, solo sobreviviría una población celular; sus células evolucionadas habrían sido la fuente de nuestro Último Ancestro Común Universal, o LUCA. Todas las poblaciones de otras primeras células se extinguieron. El LUCA permanece definido como la célula (s) altamente evolucionada (s) con genoma, bioquímica e infraestructura metabólica básica que se comparte entre todas las cosas vivas hoy en día.

    Cualquiera que sea el camino hacia las primeras células vivas en la tierra, los estudios moleculares de las últimas décadas apoyan la ascendencia común de toda la vida en la tierra, en la forma del LUCA. Mira el árbol filogenético de abajo mostrando los dominios de la vida que hemos visto antes, con el LUCA en su raíz.

    1.JPG

    Independientemente del número de 'primeras celdas', ¡los antepasados de LUCA aún descendieron de una progenita! Entonces, ¿cómo llegamos a nuestra propia progenota, o primera célula? Considere estas características comunes de cualquier escenario de orígenes de vida:

    • reducción de moléculas inorgánicas para formar moléculas orgánicas
    • una fuente de energía libre para alimentar la formación de moléculas orgánicas
    • un esquema para la aceleración catalítica de reacciones bioquímicas
    • separación de 'experimentos' bioquímicos tempranos por un límite semipermeable

    A continuación, considere algunos escenarios propuestos para la creación de moléculas orgánicas:

    • importación de moléculas orgánicas (o incluso la vida misma) de fuentes extraterrestres
    • síntesis de moléculas orgánicas en una tierra con una atmósfera reductora
    • síntesis de moléculas orgánicas en una tierra con una atmósfera no reductora

    Aquí exploramos fuentes alternas de energía libre y vías hacia la química esencial de la vida dictada por estos diferentes comienzos. Entonces miramos posibles escenarios de evolución química que deben haber ocurrido antes de la vida misma. Finalmente, consideramos cómo las bioquímicas primitivas (léase “más simples”) podrían haber evolucionado hacia los metabolismos actuales compartidos por todas las formas de vida existentes.

    347 Lo que cualquier escenario de los orígenes de la vida debe explicar

    Objetivos de aprendizaje

    Cuando hayas dominado la información de este capítulo, deberías ser capaz de:

    1. Explicar cómo las moléculas orgánicas capturarían energía química en una tierra prebiótica.
    2. Enumerar las químicas esenciales requeridas para la vida y por qué podrían haber sido seleccionadas durante la evolución química.
    3. Discutir los diferentes destinos de los monómeros y polímeros orgánicos sintetizados prebióticamente y cómo estos destinos influirían en los orígenes de las primeras células en la tierra.
    4. Comparar y contrastar dos escenarios para orígenes extraterrestres de moléculas orgánicas.
    5. Resumir los argumentos contra la hipótesis primordial de la sopa de Oparin.
    6. Resumir la evidencia que sustenta los orígenes de la vida en una atmósfera terrestre no reductora.
    7. Compara la progenota y la LUCA.
    8. Discutir la evidencia que sugiere un origen de la vida celular en el último eón Hadeano.
    9. Describa cómo podría haber comenzado la vida en respiraderos oceánicos profundos: compare las posibilidades de la vida comenzando en fumadores negros vs. fumadores blancos.
    10. Argumentan a favor y en contra de un escenario autótrofo primero para los orígenes celulares.
    11. Explicar por qué algunos investigadores dan importancia a los orígenes tempranos del almacenamiento libre de energía en gradientes de protones inorgánicos.
    12. Definir autocatálisis, co-catálisis y conjuntos co-catalíticos; proporcionar ejemplos.
    13. Definir coevolución.
    14. Describir el significado y la necesidad de la coevolución antes de la vida. ¿De qué manera es la coevolución una característica de los seres vivos? Explique.

    This page titled 20.1: Introducción is shared under a CC BY license and was authored, remixed, and/or curated by Gerald Bergtrom.