Tema 8:L'origen de la vida a la terra (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Botànica
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 13/04/2016
Descargas 36
Subido por

Vista previa del texto

Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast 1. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast 1.1. Origen de la vida a la Terra - Com va aparèixer la vida? - Quins són els trets universals de la vida? - En quin tipus de món habitaven els primers organismes? - Com era l'atmosfera quan va aparèixer la vida? -Quan van aparèixer els 1ers procariotes? i eucariotes? -Quan van aparèixer la fotosíntesis? - Qui va ser responsable del principal canvi atmosfèric mai registrat? De temps biològics hi ha tres:  Era primària o paleozoic. Apareix el registre fòssil i la vida pluricel·lular.
Dóna lloc a una diversitat de vida més gran. Trobem l’aparició dels artròpodes, dels tetràpodes, dels insectes i les plantes terrestres. Les innovacions evolutives principals apareixen en aquesta era. L’edat més famosa d’aquesta era és l’edat cambriana.
 Era secundària o mesozoic. Època dels dinosaures i les plantes en flor. Es divideix en Juràssic, Triàsic i Cretàcic.
 Era terciària o cenozoic. Època dels mamífers en la qual comencen a dominar sobre la Terra.
1 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast Més del 80% del temps de vida de la Terra són èpoques anteriors al Cambrià, és la època que anomenem precambriana. Veu el naixement de la vida. Al precambrià tenim:  L’origen de la Terra.
 L’origen de la vida.
 L’origen de l’etapa pluricel·lular.
La vida apareix a la Terra. El Sol i la Terra més o menys tenen la mateixa edat. És interessant destacar que la Terra i la Lluna es formen alhora a partir de dos protoplanetes que colisionen i donen lloc al sistema Terra-Lluna, és important perquè la Lluna influeix en el desenvolupament de la vida i les marees.
Hi ha moltes teories, entre elles, la coneguda “el brou primordial”, que explica com podria haver anat aquest naixement però no explica el naixement de la vida. La idea del brou primordial la insinua Darwin però Oparin i Haldane li posen ordre. Tot es basa en suposicions. Ells suposen que la Terra primitiva tenia una atmosfera reductora rica en CO2, NH3, CH4 i vapor d’aigua que sortia d’una Terra que s’estava formant i que tenia molta activitat geològica. A aquesta combinació sumem una atmosfera molt energètica per les radiacions UV i per les tempestes originades per l’activitat geològica.
Segons això, es van formar elements químics que precipiten als mars primitius i s’organitzen per formar la vida.
Al 1953, Miller i Urey intenten recrear la Terra primitiva i demostren que la teoria de Haldane i Oparin era possible, que a partir d’una atmosfera reductora i una energètica és possible obtenir molècules orgàniques (aminoàcids, sucres…) que componen els éssers vius. Això demostra una síntesi abiòtica de compostos orgànics, però no diu com s’organitzen les molècules per ser organismes vius, no demostra la vida.
Tenim evidències fòssils de vida? Si, però no corresponen a l’origen de la Terra, és posterior. No hi ha fòssils d’organismes vius, trobem estructures semblants que s’atribueixen a organismes vius. Una de les més famoses són les BIF (banded iron formations) formacions rocoses constituïdes per òxids de ferro. Les estructures BIF apareixen en atmosfera reductora, és a dir, sense oxigen? Els geòlegs el que interpreten és que hi hauria organismes fotosintètics que generen oxigen per formar les bandes.
Basant-nos en la teoria del brou primordial, els organismes vius haurien de ser en principi heteròtrofs perquè tenim un metabolisme extern a l’organisme, hi ha una atmosfera energètica que va generant compostos orgànics, “els hi queia del cel”, no 2 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast generaven matèrica. En canvi, les primeres evidències fòssils que trobem són d’organismes que fan la fotosíntesi (i per tant són autòtrofs).
La segona evidència fòssil són els estromatòlits que també corresponen a organismes fotosintètics. Són estructures o roques columnars formades per capes de carbonat càlcic que abans van ser tapets microbians. A la part superior on toca el sol hi ha cianobacteris (bacteris que fa la fotosíntesi), i que a mesura que creixen i fan el seu metabolisme fan acumular el carbonat de calci, per tant si mirem la quantitat d’anells podem datar les estructures. Encara avui hi ha estromatòlits vius a Austràlia. S’han trobat estromatòlits fòssils, però no hi ha estructures fòssils directes, és a dir, hi ha l’estromatòlit però no hi ha els fòssils dels cianobacteris, per tant nosaltres suposem que hi són.
3 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast Arribat a un cert moment, l’atmosfera i els oceans primitius es comencen a enriquir en oxigen. L’enriquiment només pot ser degut a organisme fotosintètics oxigénics, de tal manera que els organismes anaeròbics quedessin reclosos a zones determinades. Diem que els cianobacteris són els primers organismes oxigènics, perquè fan la fotosíntesi oxigènica.
L’atmosfera enriquida en oxigen va restringir els hàbitats de la vida anaeròbica i va afavorir la proliferació d’organismes aeròbics.
Quins es consideren els PRIMERS organismes fotosintètics oxigènics? els cianobacteris.
L’aparició de la cèl·lula eucariota. Es dóna per fet que la cèl·lula eucariota apareix posteriorment a la procariota. S’assumeix que els primers organismes són semblants a la procariota. Es diu això perquè molts orgànuls de les eucariotes provenen del procariotes.
Aquesta teoria se l’atribueix a Lynn Margulis, la teoria de l’endosimbiosi. La teoria diu que a partir d’una cèl·lula procariota ancestral en algun moment apareix una cèl·lula eucariota amb nucli, és a dir, les membranes citoplasmàtiques de la cèl·lula s’invaginen per donar lloc a un nou sistema intern de membranes.
4 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast N’hi ha una altra teoria que diu que dues cèl·lules procariotes diferents es fusionen i donen lloc a una nova cèl·lula. Les dues teories coincideixen en que en algun moment de la cèl·lula, incorpora un bacteri i això es convertirà en un mitocondri. Posteriorment, algun llinatge, no tots fan el mateix i incorporen un cianobacteri de tal manera que es forma el cloroplast. Això ho sabem perquè totes les cèl·lules tenen mitocondris però no totes tenen cloroplasts. Segons la teoria, el cloroplast és el mateix que el cianobacteri.
Les característiques comunes són:  Cloroplast i mitocondri tenen dues membranes. Els cianobacteris tenen dues membranes i són gram negatius.
 Els cloroplasts tenen un sistema intern de membrana que anomenem tilacoides, com els cianobacteris.
 Els cloroplasts tenen el seu propi DNA, exactament igual que en els cianobacteris.
 Els ribosomes són iguals, 70S. Els de la cèl·lula eucariota són 80S. Els ribosomes del cloroplasts i els cianobacteris són sensibles als antibiòtics, però els de la cèl·lula eucariota no.
Els plastidis són orgànuls de plantes i algues, amb funció fotosintètica i de reservori o síntesi de diverses substàncies usades per al metabolisme cel·lular. Un cloroplast és un orgànul de la cèl·lula eucariota, un tipus de plastidi que s’encarrega de fer la fotosíntesi. Conté els pigments responsables de captar l’energia lumínica. Hi ha diversos tipus:  Cromoplasts  perden la seva funció assimiladora i la funció de la fotosíntesi i emmagatzemen altres tipus de pigments.
 Amiloplasts  emmagatzemen midó Estructura:  Tilacoides  sacs on té lloc la fotosíntesi o Lumen dels tilacoides  Estroma  Espai intermembrana 5 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast Pirenoides: dintre d’alguns cloroplasts hi ha aquesta estructura. Són reserves de Rubisco, això és comú amb els cianobacteris, que tenen carboxisomes (exactament iguals als pirenoides).
La fotosíntesi és obtenir sucres i oxigen a partir de la llum i aigua. A partir de la llum s’activa una cadena transportadora d’electrons que produeix protons, es fa servir el CO2 per assimilar-los al cicle de Calvin. La fotosíntesi és exclusiva de cianobacteris i d’organisme fotosintètics eucariotes.
Al cloroplast trobem els pigments fotosintètics: els més importants són les clorofil·les, que hi ha diferents tipus (clorofil·la a, b, c, d, e), de vegades poden ser un tipus taxonòmic; a més, tobem pigments accessoris com els carotenoides (els trobem en la gran majoria d’organismes fotosintètics i s’encarreguen d’ajudar a la clorofil·la a fer la fotosíntesi i a més tenen una funció important durant la fotosíntesi, són antioxidants, ajuden a protegir els fotosistemes prevenint la oxidació, com per exemple els carotens i les xantofil·les) i les ficobilines (només les trobem en cianobacteris i algues vermelles, ajuden també a la clorofil·la a realitzar la seva funció fotosintètica, per exemple ficocianina i ficoeritrina).
La clorofil·la necessita pigments accessoris perquè els pics d’absorció són entre els 400 i 700 nm, tota la resta d’energia no l’aprofitarien, la part de l’espectre que les clorofil·les no poden fer servir és coberta pels pigments accessoris.
6 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast 1.2. Quins llinatges evolutius o línies de vida presenten els cloroplasts? L’arbre ens indica en negre marcat els llinatges fotosintètics (que tenen cloroplasts). La línia dels animals i fongs no tenen cap llinatge fotosintètic, a la resta, com a mínim hi ha un.
Com pot ser que llinatges tan diferents siguin capaços de fer la fotosíntesi? Dues possibles explicacions: 1.
Que tot l’arbre de la vida en origen fos fotosintètic i els que no ho són ara mateix hagin perdut el cloroplast.
2.
O que hagin anat adquirint el cloroplast independentment.
Bàsicament de cloroplast tenim de dos tipus: - Endosimbiosi primària: resultat d’una endosimbiosi primària. D’un eucariota primitiu (amb mitocondri) no fotosintètic fa una endosimbiosi amb un procariota (que és un cianobacteri) i el resultat és una cèl·lula eucariota amb un mitocondri i un cloroplast simple. El cloroplast és com un bacteri assimilat. Si l’endosimbiosi primària només ha passat un cop, per força tots han de tenir cloroplasts, per això, una d’aquestes línies han guanyat el cloroplast, la de les plantes superiors.
La resta ve d’una endosimbiosi secundaria. Els trobem a cloròfits i rodòfits (algues vermelles).
Cèl·lula eucariota + cianobacteri  cèl·lula eucariota amb nucli i cloroplast  algues vermelles, algues verdes i plantes.
- Endosimbiosi secundària: d’un eucariota, fa una endosimbiosi fotosintètic.
amb L’endosimbiosi un és eucariota amb un eucariota perquè en els cloroplasts tenim un nucleomorf (reminiscència del nucli de l’eucariota fagocitat) i el cloroplast té més dues membranes (3 o 4), que provenen del cianobacteri que ja tenia dues membranes.
Cèl·lula eucariota fagocita una eucariota fotosintètica.
7 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast Podem tenir cèl·lules eucariotes que fagociten cèl·lules eucariotes que a la vegada el seu cloroplast era una cèl·lula eucariota  endosimbiosi terciària.
De les cèl·lules de cloroplast simple, n’hi han algues verdes i algues vermelles.
L’endosimbiosi secundaria es pot donar assimilant una alga verda o una alga vermella originat una línia evolutiva verda o una línia evolutiva vermella. De la vermella, ens interessen els heteroconts (diatomees i algues brunes), és a dir, que la cèl·lula eucariota fa l’endosimbiosi amb un rodòfit. De la línia verda, les euglenes o euglenozoa, és a dir, que la cèl·lula eucariota fa l’endosimbiosi amb una alga verda.
L’endosimbiosi secundària implica que tinguem organismes amb diferents nombres de membranes. Quan un eucariota fagocita alguna cosa l’inclou en una membrana o una vesícula fagocítica i que serà un lisosoma per degradar. Aquesta membrana pot desaparèixer o no.
El màxim de membranes que pot tenir un cloroplast poden ser 4, les dues membranes del cloroplast, la membrana membrana de de l’eucariota la i la vesícula fagocítica.
8 8 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast Per extensió els cloròfits evolucionen per donar lloc a les plantes superiors  de l’endosimbiosi primària d’algues verdes.
Els rodòfits donen lloc a dinòfits i heteroconts, dintre dels quals hi ha diatomees i algues brunes entre d’altres.
Tant l’origen de la vida com l’aparició dels cloroplasts com l’aparició dels eucariotes té lloc en el precambrià. Tant cloròfits com rodòfits apareixen al precambrià. A partir d’aquest apareixen formes de vida més complexes.
1.3. Resum  La Terra es va originar ara fa uns 4600 Ma.
 La vida devia aparèixer ara fa uns 3800 Ma.
 Experiments de laboratori han demostrat que gràcies a descàrregues elèctriques es poden obtenir molècules orgàniques essencials per la vida a partir de molècules inorgàniques simples presents en un "brou primordial".
 La primera atmosfera de la Terra era anòxica i reductora, i s’ha teoritzat que els primers organismes devien ser bacteris heteròtrofs. Tot i això les primeres restes fòssils apunten a organismes fotosintètics. Podria ser l‘origen de la vida fotosintètic?  S'han trobat estromatòlits fòssils datats de fa 3700 Ma. La comparació amb els estromatòlits actuals indica que organismes semblants a cianobacteris foren uns dels primers organismes vius de la Terra.
 L'existència de cianobacteris autòtrofs va afavorir la presència d'oxigen a l'atmosfera i va provocar un canvi atmosfèric a escala global.
 Evidències moleculars indiquen que els primers eucariotes apareixen fa uns 2700 Ma. Tot i així els fòssils més antics serien de fa 2100-1800 Ma.
 L’època Precambriana acaba amb l’inici del Cambrià (inici del paleozoic; 542-488 Ma) quan es produeix una explosió de la biodiversitat.
 L'aparició de les primeres plantes vasculars terrestres data de fa uns ±450 Ma.
 Les primeres gimnospermes apareixen fa uns 286 Ma.
 Les primeres angiospermes van aparèixer fa uns 140 Ma.
 Segons demostren els estudis filogenètics, les algues són un conjunt polifilètic d’organismes aparegut en diferents moments al llarg de l'evolució en resposta a una necessitat d’adaptació ecològica.
 El cloroplast dels organismes fotosintètics té un origen endosimbiòtic.
9 Sonia López Pérez Tema 8. L’origen de la vida a la Terra. Origen i evolució del cloroplast  El nombre de membranes dels cloroplasts és un indici de les vegades que el procés de l'endosimbiosi ha tingut lloc al llarg de l’evolució.
 En una endosimbiosi primària, un eucariota heterotròfic va incorporar un cianobacteri. El cloroplast té dues membranes (com els cianobacteris). Així s'originaren els Cloròfits i els Rodòfits.
 En endosimbiosis secundàries posteriors i independents, un eucariota heterotròfic va incorporar o un Rodòfit o un Cloròfit (algues eucariotes amb cloroplasts simples originats a partir d’un cianobacteri) originant la resta de fílums d'algues. Els cloroplasts tenen 3-4 membranes.
 Alguns grups d'algues han aparegut després d'endosimbiosis terciàries (e.g. alguns Dinòfits).
 Els Cloròfits formen la línia verda (Viridiplantae), amb els Euglenòfits (algues que mitjançant una endosimbiosi secundària van incorporar un cloròfit) i totes les Plantes Vasculars, terrestres i superiors.
 Els Rodòfits formen la línia vermella, amb tota la resta de grups d'algues (e.g.
Dinòfits i Heteroconts) originats per endosimbiosis secundàries.
10 ...

Comprar Previsualizar