TEMA 5 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Biologia fonamental
Profesor H.
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 16/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

! !ORIGEN!DE!LA!VIDA!I!EVOLUCIÓ!DELS!ORGANISMES! ! Que!és!la!vida?!! !! Sistema( químic( autopoètic( capaç( d’experimentar( evolució( darwinià,( amb( material(genètic(que(es(replica(i(muta.( !! Propietat(o(casualitat(essencial(de(los(animals(i(les(plantes,(pel(qual(evolucionen,( s’adapten(al(medi,(es(desenvolupen(i(es(reprodueixen.( ( Cèl=lula!viva! ( La#vida#ha#de#complir#aquestes#característiques:# ( !! Autopoiesi:#sistema(capaç(de(reproduir@se(i(mantenir@se(per(si(sol.((Ex:(reciclació( de(la(sang(cada(3(mesos,(renovació(de(les(celElules(del(fetge(cada(3(mesos).( ( !! #Enzims(!(Metabolisme:(Per(a(l’auto(manteniment,(els(essers(vius(necessiten( incorporar(i(processar(matèria(i(energia(de(l’entorn.(Aquest(conjunt(de(reaccions( químiques(i(e(consum(d’energia(que(tenen(lloc(dins(d’un(organisme(per(tal(de( mantenir@lo( formen( el( metabolisme.( Aquestes( reaccions( estan( regulades( per( l’ADN,( que( es( la( informació( genètica( que( té( la( cèlElula.( Aquesta( informació( permet(regular(tots(els(processos(de(l’organisme.( ( !! Reproducció#(replicació):(Capacitat(de(crear(un(nou(organisme(que(contingui(tot( el( material( genètic( dels( progenitors.( Si( es( produeixen( errors( que( alteren( la( cadena(de(material(genètic(parlem(de(mutacions.(Els(bacteris(son(organismes,(i( un(gran(nombre(d’esser(pluricelElulars(són(capaços(de(reproduir@se(a(si(mateixos( (replicació).( ( !! Evolució# (adaptació):( Procés( de( canvi( entre( els( organismes( de( generacions( diferents.(A(causa(de(les(mutacions,(els(gens(poden(canviar(i(formar(organismes( lleugerament(diferents(als(anteriors.(Però(no(tots(els(canvis(proporcionen(una( millor(adaptació(a(l’entorn.(Per(tant,(aquells(canvis(que(proporcionen(una(millor( adaptació( serviran( als( organismes( per( a( poder( resistir( a( possibles( canvis( en( l’ecosistema(o(clima(on(viuen.(Així,(la(selecció(natural(se’n(encarregarà(de(fer( evolucionar(els(organismes(adaptats(als(canvis(i(així(evolucionarà(l’espècie.( ( !! Membrana:(totes(tenen(una(membrana(que(els(serveixen(per(aïllar@se.( ( “El$ metabolisme$ i$ la$ replicació$ són$ les$ dues$ característiques$ principals$ que$ distingeixen$la$matèria$viva$de$la$matèria$inert”.$ Teories!sobre!l’origen!de!la!vida! ( Panspèrmia:( (origen( extraterrestre),( l’aparició( de( la( vida(a(la(Terra(és(d’origen(extraterrestre.(Suggereix(que( les( “llavors”( o( l’essència( de( la( vida( prevalen( disseminades(per(tot(l’univers(i(que(la(vida(va(començar( a( la( Terra( gràcies( a( l’arribada( de( tals( llavors( al( nostre( planta(# Resum:(l’origen(de(la(vida(es(produeix(en(qualsevol(punt(de(l’univers.( # # # !! Evolució# química:( (origen( terrestre),( és( la( teoria( més( acceptada.( La( vida( va( començar( a( la( Terra,( a( partir( de( l’evolució(de(molècules(que(ja(es(trobaven(presents.( !! ( Consideracions+prèvies+que+cal+fer+per+abordar+l’origen+de+la+vida+ ( @! Complexitat$dels$organismes$primitius$?$ No(devien(ser(tan(complexes(com(els(organismes(actuals,(devien(ser(estructura( simples.( ( @! La$formació$de$molècules$orgàniques$no$és$a$l’atzar,$però$sí$natural$ Les(molècules(van(anar(reaccionant(entre(elles.( ( @! La$vida$no$és$un$sistema$aïllat$ Com(bé,(sabem(la(terra(no(és(un(sistema(aïllat(interacciona(amb(l’entorn.( ( ( EVOLUCIÓ+QUÍMICA:+Prerequisits+per+a+l’origen+de+les+primeres+molècules:+ ( 1.! Radiació(solar(estable(en(un(període(prou(llarg(de(temps( 2.! Presència(d’elements(crítics((H,(O,(C,(N,(S,(P(i(Ca)(que(proporcionen(diversitat( química(i(permeten(que(es(produeixin(les(reaccions(per(formar(matèria(orgànica( (amb(C)( 3.! Òrbita(terrestre(gairebé(circular(per(evitar(temperatures(extremes( 4.! Gran( quantitat( d’aigua,( actuant( com( a( bon( solvent,( i( a( més( nosaltres( estem( majoritàriament(formats(per(aigua.( 5.! Abundància(d’hidrogen,(era(una(atmosfera(reductora,(pràcticament(no(hi(havia( oxigen.(Actualment,(no(hi(ha(molt(H2.( ( Atmosfera$primigènia:$$$$$ $ $!2# + #%!4# + #'!3 → *+í-./0#123à5./0#+5.672809$ A( més,( també( hi( havia( sofre( provinent( dels( volcans( que( enriquia(l’atmosfera.( ( EVOLUCIÓ+QUÍMICA:+teories+i+experiments+ ( Aleksandr$Oparin$(1894P1980)$i$J.$B.$S.$Haldane$(1892P1964):( ( Van(suggerir,(als(anys(20,(que(l’atmosfera(primigènia(era(reductora(i(que(els(compostos( orgànics( que( s’hi( formaven( podien( ser( similars( als( que( utilitzen( els( organismes( vius.( Haldene( introdueix( la( teoria( de( la( sopa( primitiva:( aigües( oceàniques( enriquides( amb( matèria( orgànica( on( s’haurien( format( les( primeres( estructures( (no( celElulars)( amb( capacitat(d’auto(replicar@se.( ( Stanley$Miller$i$Harold$Urey$(1953)$ $ (Van(fer(el(primer(experiment(per(posar@ho(a(prova.( ( Experiments$de$Miller$i$cols$(1953):(( ( Van( sotmetre( mescles( gasoses( (hidrogen,(metà,(amoníac(i(vapor( d’aigua)( a( descàrregues( elèctriques(en(un(recipient(a(una( temperatura( de( 80ºC( (simulant( l’atmosfera( primitiva,( la( temps.( De(la(terra(i(les(descàrregues(dels( llamps).( Passades( unes( setmanes,(el(resultat( obtingut( van( ser( aminoàcids,( les( molècules(a(partir(de(les(quals(es( formes(les(proteïnes.( ( D’aquesta( manera( quedava( demostrada( la( possibilitat( de( la( síntesi(de(molècules(orgàniques(a( partir( de( compostos( inorgànics( en(un(ambient(aquós.( ( @! Les(xemeneies(hidrotermals(del(fons(marí:(les(molècules(orgàniques(senzilles(i(la( seva( unió( per( formar( molècules( més( complexes( s’haurien( pogut( produir( a( l’interior(de(cavitats(de(roques(volcàniques(formades(a(partir(de(les(erupcions( submarines.( En( aquestes( cavitats( s’haurien( concentrat( gasos( que( haurien( proporcionat(els(elements(indispensables(per(a(la(formació(de(biomolècules.( ( @! L’aparició(de(la(vida,(i(per(consegüent,(de(la(cèlElula,(es(va(iniciar(probablement( gràcies(a(la(transformació(de(molècules(inorgàniques(en(orgàniques(sota(unes( condicions( ambientals( adients,( i( posteriorment( va( començar( la( interacció( d’aquestes( biomolècules,( generant( entitats( de( complexitat( superior.( Les( investigacions(en(el(camp(de(la(geologia(van(mostrar(que(en(els(primers(milions( d’anys(d’existència(de(la(Terra(les(seves(condicions(eren(molt(diferents(de(les( actuals.( El( planeta( estaria( ple( de( volcans( actius( i( amb( grans( tempestes( elèctriques.(L’atmosfera(tindria(una(composició(on(no(hi(hauria(oxigen,(i(on(hi( predominarien(el(vapor(d’aigua((H2(O),(l’amoníac((NH3),(l’hidrogen((H2)(i(el(metà( (CH4).(L’absència(d’ozó((O3)(hauria(provocat(que(els(raigs(ultraviolats(arribessin( sense( problemes( a( la( superfície( terrestre.( A( principis( de( la( dècada( de( 1920( el( bioquímic(rus(A.(I.(Oparin((1894–1980)(va(establir(una(hipòtesi(segons(la(qual(les( condicions( existents( a( la( Terra( primitiva( haurien( fet( aparèixer( les( primeres( molècules(associades(a(la(vida:(aminoàcids(i(àcids(nucleics.(Encara(que(les(seves( idees(no(van(tenir(gaire(repercussió(internacional,(altres(investigadors,(com(el( biòleg( britànic( John( B.( S.( Haldane( (1892–1964),( van( arribar( a( les( mateixes( conclusions(en(els(anys(següents,(introduint(el(concepte(de(sopa(prebiòtica(per( referir@se(a(aquells(primers(compostos(orgànics(dissolts(a(l’aigua.(A(la(barreja(de( la( sopa( prebiòtica,( les( molècules( quedarien( atrapades( dintre( de( micelEles( formant( una( suspensió( colEloïdal.( Aquestes( micelEles( amb( molècules( reben( el( nom( de( coacervats.( En( aquesta( barreja( de( molècules,( també( hi( havia( unes( cadenes( d’ARN,( que( actuarien( activament( en( les( reaccions( químiques,( de( la( manera( com( ho( fan( ara( els( enzims,( i( tindrien( al( mateix( temps( la( capacitat( de( replicar@se,(tal(i(com(ho(fa(ara(l’ADN.(Per(aquesta(doble(funció(reben(el(nom(de( ribozimes.( Al( voltant( d’aquestes( molècules( es( formarien( les( primeres( cèlElules( procariotes((arqueobacteris(i(eubacteris),(predecessores(de(les(cèlElules(actuals.( La(viabilitat(de(la(teoria(d’Oparin(no(va(poder(ser(demostrada(fins(que(el(científic( nordamericà( Stanley( L.( Miller( (1930–2007),( 30( anys( més( tard,( va( simularuna( atmosfera( semblant( a( la( descrita( per( Oparin( i( la( va( sotmetre( a( importants( descàrregues(elèctriques.(En(poc(temps(va(obtenir(molècules(orgàniques(entre( les(quals(es(trobaven(diversos(aminoàcids.( ( ProtocèlFlules:+el+model+de+Sidney+W.+Fox:+Polimerització+i+autossemblatge+ ( Els( aminoàcids( podien( polimeritzar@se( i( formar( espontàniament( petits( pèptids( on( aquests( s’ajuntarien( per( formar( proteïnes( i( aquestes( més( tard( acabarien( formant( microesferes.( ( EVOLUCIÓ!PREBIÒTICA:!de!la!protocèl=lula!a!la!cèl=lula! ( Oparin(!(la(síntesi(abiòtica(de(molècules(orgàniques(a(partir( d’inorgàniques.(Aquestes(substàncies(orgàniques(van(patir(una( llarg(procés(evolutiu(fins(a(originar(la(vida(a(la(Terra.( Hi(ha(una(polimerització(en(un(ambient(humit(dels(monòmers,( on( aquests( acaben( formant( fosfolípids( que( es( presenten( a( la( bicapa( lipídica.( Formen( coacervats( que( són( les( estructures( antecessores(de(les(cèlElules,(a(l’interior(tenen(espai(diferenciat( del(medi.( ( Aquest( procés( només( funciona( amb( les( condicions( de( l’atmosfera(primitiva.(Ara(no(es(podria(produir.(( ( ( INFORMACIÓ+GENETICA+I+LA+SEVA+EXPRESSIÓ+ ( @! Lligat(amb(Oparin:( ( El( ARN( autocatalític( podria( ser( la( primera( molècula( que( va( existir,(el(primer(sistema(genètic.(Hi(ha(molècules(de(ARN(que( són(capaces(de(regular@se(i(duplicar@se,(son(els(ribozims((ARN( amb(capacitat(enzimàtica).( L’ADN( podria( venir( del( ARN,( ja( que( primer( es( formen( els( nucleòtids( i( després( els( desoxiribonucleòtids.( L’evolució( hauria( anar( generant( més( complexitat,( on( l’ADN( ca( agafar( algunes(de(les(funcions(que(prèviament(feia(l’ARN.( L’ADN(té(avantatges(que(és(molt(més(estable(que(l’ARN,(ja( que(presenta(una(doble(hèlix(i(té(enzim(que(poden(reparar(els( errors(a(la(cadena.(( Gràcies(a(l’ADN(la(síntesis(de(proteïnes(va(poder(evolucionar.( La(síntesi(de(proteïnes(evoluciona(ja(que(hi(ha(el(ADN(i(també( evolucionen(els(diferents(tipus(d’(ARN((ARNm,(ARNt,(ARNr).( ( Hi(ha(una(evidència(per(demostrar(aquest(fet:(existeixen(uns( virus,(els(retrovirus,(que(tenen(ARN(capaç(de(sintetitzar(ADN( gràcies(a(l’enzim(transcriptasa(inversa.( ( ( Passos# necessaris# per# a# l’aparició# de# les# primeres# cèlBlules# a# partir# de# substàncies# químiques:# # @! Formació*de*macromolècules*orgàniques:(es(va(demostrar(que(una(mescla(de( aminoàcids( formaven( polipèptids.( Però( per( a( que( una( macromolècula( pugui( estar(implicada(en(processos(vitals,(primer(ha(de(tenir(la(capacitat(d’autoreplicar@ se,(ja(que(nomes(una(macromolècula(es(capaç(de(dirigir(la(síntesi(de(noves(copies( de(mi(mateixa(per(ser(capaç(de(reproduir@se(i(evolucionar.( ( @! FORMACIÓ(DE(POLÍMERS((proteïnes,(àcids(nuclèics,(glúcids,(…)( @! MEMBRANA(CELELULAR((protocèlElules(–(selecció(–(evolució(prebiòtica)( @! AUTOREPLICACIÓ(DE(LES(PRIMERES(MOLÈCULES((“variabilitat(i(selecció(natural”)( @! INTERACCIONS(ENTRE(MOLÈCULES(DIFERENTS( @! CODI(GENÈTIC( @! DNA(COM(A(PRINCIPAL(SUPORT(DE(LA(INFORMACIÓ( No((hi(ha(acord(en(l’ordre(ni(el(les(condicions(d’aquests(esdeveniment,(ni(tampoc(pel( protagonisme(de(les(molècules,(però(se(suposa(que(tots(aquests(esdeveniments(es(van( produir.( ( ( ( EVOLUCIÓ!CEL=LULAR!! ( Les(primeres(cèlElules(que(van(poblar(la(Terra(van( ser( probablement( heteròtrofes( que( obtenien( l’energia( per( fermentació( de( les( molècules( orgàniques( presents( a( l’oceà( primitiu( (sopa( primitiva)(capaç(d’alimentar(aquestes(estructures( dotades(d’un(metabolisme(rudimentari.(( ( D’aquesta(manera(els(components(moleculars(del( "brou( primitiu",( no( només( van( aportar( els( elements( per( a( formar( les( cèlElules,( sinó( que( també(van(subministrar(l’energia(necessària(per(al( seu( manteniment( i( la( seva( autoperpetuació.( Aquest( aliment( molecular( però,( va( començar( a( escassejar( a( mesura( que( anava( creixent( la( població( de( cèlElules( heteròtrofes.( Sota( aquestes( condicions,( alguns( organismes( eren( capaços( d’utilitzar(els(àtoms(de(carboni((en(forma(de(CO2( )(de(l’atmosfera,(la(qual(cosa(els(va(atorgar(un(clar( avantatge( evolutiu.( Va( aparèixer( la( fotosíntesi,( procés(en(el(qual(s’aprofita(la(radiació(solar(com(a( font(ilElimitada(d’energia(per(a(la(condensació(de( CO2(en(compostos(orgànics(com(la(glucosa.(( ( Aquest( procés( va( modificar,( a( més( a( més,( la( composició( de( l’atmosfera( terrestre,( a( causa( de( l’aparició( d’una( gran( quantitat( d’O2( (producte( residual( de( la( fotosíntesi)( que( s’hi( acumulava( progressivament.( L’oxigen( residual( de( la( fotosíntesi(es(va(anar(convertint(a(poc(a(poc(en(un( verí( mortal( per( a( les( cèlElules( ja( que( els( seus( mecanismes( de( fermentació( anaeròbia( eren( destruïts(per(aquest(gas.(( ( Molts( d’aquests( organismes( anaeròbics( van( desaparèixer,( altres( van( refugiar@se( en( zones(inaccessibles(a(l’oxigen(i(han(pervingut(fins(ara.(Un(pas(evolutiu(revolucionari(va( ser( la( utilització( metabòlica( de( l’oxigen( per( extreure( més( energia( dels( aliments( mitjançant(la(respiració(aeròbia,(que(desprèn(CO2(com(a(producte(residual.(( ( Quan(es(van(acabar(les(reserves(orgàniques(del(brou(primitiu,(alguns(d’aquests(moderns( heteròtrofs( aerobis( que( tenien( la( capacitat( d’obtenir( nutrients( de( les( molècules( sintetitzades( prèviament( pels( fotosintetitzadors( van( poder( sobreviure.( Aquests( dos( tipus(celElulars(van(anar(evolucionant(conjuntament(i(han(sabut(reciclar(els(productes( residuals( dels( seu( metabolisme:( els( heteròtrofs( utilitzen( la( polElució( fotosintètica( (oxigen)(mentre(que(els(fotosintètics(n’aprofiten(el(CO2.(Fa(uns(1000(milions(d’anys(la( atmosfera(ja(era(semblant(a(l’actual.( ( LES!PRIMERES!CÈL=LULES!FOSSILITZADES!! ( @! Microfòssils$ de$ Bitter$ Springs$ Chert$ (Austràlia).( Són( els( més( antics( que( es( coneixen;( tenen( uns( 3.600( ma.( Pertanyen( segurament(als(CIANOBACTERIS.( ( @! Microfòssils$de$Marble$Bar$(Austràlia).$ Tenen(uns(3.500(ma.( Són(presumptament(cianobacteris(i(bacteris(anaerobis.( ( ! DOMINIS!D’ORGANISMES!UNICEL=LULARS! ( ( ( ELS!PRIMERS!INDICIS!D’ACTIVITAT!BIOLÒGICA!(3.450!ma)! ( Els(primers(indicis(d’activitat(biològica(són(els(fòssils(de(Warawoona,(localitzats(al(NW( d’Austràlia,(són(estromatòlits:(un(tipus(de(colonització(biològica(de(la(zona(fòtica.( Avui(en(dia(encara(en(trobem,(són(estores(microbianes(formades(per(sediments(aquosos( amb(organismes(procariotes(que(formen(una(mena(de(“ciment”.( ( S’han( trobar( en( estat( fòssil,( dins( d’aquets( hi( ha( microfòssils( (procariotes)( que( eren( capaços(de(sintetitzar(metà(!(per(tant(primers(indicis(d’activitat(metabòlica.( ( ( ( LA!CÈL=LULA!EUCARIOTA! ( La(formació(dels(orgànuls(eucariòtics(va(ser(per(endosimbiosi((és(una(associació(estreta( entre(espècies,(en(la(qual(els(individus(d’una(espècie((resideixen(dins(de(les(cèlElules(de( l’altra).( ( ( ( Multicel=lularitat!i!pluricel=lularitat! ( @! MulticelBluritat:(estan(formats(per(cèlElules(diferents,(en(el(moment(de(dividir@ se,(no(se(separen(del(tot.(Cada(vegada(es(forma(una(estructura(més(gran,(on(les( cèlElules(perden(la(seva(capacitat(de(viure(soles,(requereixen(de(l’associació(de( diferents(tipus(celElulars(que(generen(una(organització(celElular(en(teixits,(òrgans,( aparells(i(sistemes(per(acabar(formant(un(organisme(complet.( D’aquí(obtenim(unes(cèlElules(més(especialitzades(i(unes(estructures(més(grans( que(poden(colonitzar(el(medi(terrestre.( ( Exemple:(humans.( ( @! PluricelBlularitat:(unió(de(microorganismes(diferents(per(formar(una(estrucutra.(( ( Exemple:(colònies.( ( ( EVOLUCIÓ!BIOLÒGICA! ( Selecció( natural:( un( determinat( caràcter( no( s’adquireix( al( llarg( de( la( vida,( la( selecció( natural( només( pot( actuar( sobre( la( variació( ja( existent( en( l’ADN,( però( no( pot( crear( variació.(Alguns(caràcters(es(van(consolidant(de(generació(en(generació.( ( ( ( 3+faunes+principals+van+dominar+la+Terra+ ( Les(principals(van(ser:(( @! Del(paleozoic,(la(subetapa(cambrià( @! El(paleozoic((tot)( @! Actualment( ( Divisions(geològiques(en(els(fòssils:(el(registre(fòssil(ha(permès(dividir(les(fases(de(la( Terra(en(eres.(La(majoria(pertanyen(als(últims(anys((500@600(anys).( ( Primer(de(tot(tenim(el(Fanerozoic((542(ma(fins(el(present)(!(organismes(fòssils(visibles( a(simple(vista.( ( Dins(d’aquest(hi(ha(les(etapes:(( @! Cenozoic( @! Mesozoic( @! Paleozoic( ( Factors+que+han+afectat+a+l’evolució+dels+éssers+vius+ ( ( @! @! @! @! @! @! Explosió(càmbrica( Extincions(en(massa(del(paleozoic( Extincions(en(massa(del(mesozoic( Variacions(de(temperatura(!(glaciacions( Meteorits( Moviments(de(la(terra:(gran(continent(Pangea(es(divideix(!(AFECTA(A(LA( BIOGEOGRAFIA.( ...

Comprar Previsualizar