CÉLULA: ORIGENES

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Contenidos

Origen de la Tierra y la vida | Existe vida en Marte, Venus o en algún otro lugar? | Terminos que se aplican a la células | Componentes de la célula | Enlaces | Autoevaluación | Indice

El orígen de la Tierra y la vida

Los científicos estiman el orígen del Universo entre hace 10 a 20 billones de años. La teoría actualmente mas aceptada es la del Big Bang (La Gran Explosión), la idea es que toda la materia en el Universo existión en un huevo cósmico (mas pequeño que el tamaño de un átomo moderno) que explotó formando el Universo Moderno. La evidencias para el Big Bang ( Stephen Hawkings es uno de los pensadores contemporaneos mas respetado en este tema) incluyen:

1) El corrimiento hacia el Rojo: cuando las estrellas o galaxias se mueven alejándose de nosotros, la energía que emiten se corre hacia la zona roja del espectro de luz visible, es decir la longitud de onda de luz que viaja entre las galaxias se alarga como consecuencia de la expansión del universo, la luz procedente de objetos remotos, al haber viajado mas tiempo, tiene un corrimiento hacia el rojo mas pronunciado. Esto suele asociarse con el efecto Doppler, el fenómeno del cambio de tono del silbato agudo de un tren que se acerca, que se convierte en grave cuando se aleja. Edwin P.Hubble (en cuyo honor se nombró al gigantesco telescopio espacial que orbita la Tierra) fué el primero en señalar que las Galaxias se alejan de nosotros.

2) Radiación de fondo: dos científicos del laboratorio Bell descubrieron que en el espacio interestelar existe una ligera radiación de fondo que se observa cuaelesquiera fuere la dirección a la cual se apunten los radiotelescopios (por ello recibieron el premio Nobel de Física), se piensa que la misma es un residuo de la Gran Explosión. Enlaces a sitios referidos al Big Bang, o aquí para diapositivas del Big Bang.

Inmediatamente despues del Big Bang se diferenciaron las fuerzas principales (gravedad, fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte etc.). Y, si bien en el huevo cósmico la materia y la energía tal como hoy la entendemos no existían, se formaron rápidamente después de la explosión. Luego (el luego aquí son 1 billón o 10 billonesde años) la materia comenzó a acumularse en sistemas solares. Uno de esos sistemas solares, el nuestro, comenzó a formarse hace unos 5 billones de años con una gran "protoestrella" en el centro. Los planetas quedaron en órbita a diferentes distancias de la estrella y su campo gravitacional atrajo "restos de materia espacial" aumentando su masas.

Los procesos de desintegración radioactiva y la energía liberada por los impactos de materia proveniente del espacio calentaron la Tierra, que comenzaba a diferenciarse en una costra que se enfriaba y un núcleo que incrementaba su temperatura. Los impactos en la superficie, y el comienzo de fenómenos volcánicos liberaron vapor de agua, anhidrido carbónico, metano, amoníaco y otros gases en la atmósfera en desarrollo.

La pregunta obvia: Cuando de originó la vida y como?

Extra-terrestre: En 1969 un meteorito impactó cerca de Allende, México. El análisis del meteorito de Allende (y de otros similares) indicó la existencia de aminoácidos, los "ladrillos" que construyen la proteínas, y por lo tanto la vida. Se hipotizó que la vida se originó en el espacio exterior y fue traída a la Tierra en un meteorito, sin embargo los aminoácidos recobrados de ellos se encuentran dentro del grupo de los denominados "exóticos" que no se encuentran en los sistemas químicos de los organismos vivientes. Actualmente esta teoría no se considera correcta, si bien los hallazgos efectuados en un meteorito marciano en 1996 han revivido el pensamiento acerca de la existencia de vida en otros lugares del Sistema Solar.

Sobrenatural: Dado que la ciencia es un intento de medir y estudiar el mundo natural, estas teorías están fuera de la ciencia (al menos de lo que entendemos actualmente por ciencia).

Evolución Química: Hasta mediados del siglo 18 se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, A.I. Oparin hipotizó que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.

. Modificada de: http://www.whfreeman.com/life/update/

En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, diagramó un *experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, que presumía como condiciones de partida:

  1. ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto)
  2. abundancia de: C (carbono), H (hidrógeno), O(oxígeno), y N(nitrógeno)

Los estudios de las modernas erupciones volcánicas avalan la inferencia de la existencia de tal atmósfera.

Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primordial. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Subsecuentes modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas. La primera presentación de los trabajos de Miller fue realizada en este "paper": Miller S L, A production of amino acids under possible primitive Earth conditions, Science 1953; 117: 528-529.

Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update/.

La Tierra primordial era un lugar muy diferente del de nuestros días, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una "sopa" de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 billones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas:

Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update/.

La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Estas reacciones podrían haber dado origen a moléculas mas largas y complejas. La vida precelular podría haber comenzado con la formación de un ácido nucleico. Los productos producidos en base a esos ácidos nucleicos podrían haber quedado cerca del ácido nucleico y, eventualmente, ser rodeados de una membrana lípoproteica, que habría resultado en la primera célula.

Bioquímicamente, los sistemas vivientes se separan de los otros sistemas físico-químicos por, entre otras, las siguientes características :

1) La capacidad de reproducirse de una generación a otra. La mayor parte de los organismos actuales usan el ADN como material hereditario. Recientes evidencias (*ribozimas) sugieren que el ARN podría haber sido el primer ácido nucleico formado. El premio Nobel Walter Gilbert se refiere a esta etapa como el mundo del ARN.

2) La presencia de enzimas y otras moléculas complejas esenciales para los procesos necesarios para el metabolismo de los mismos. El experimento de Miller muestra como podrían haberse formado.

3) Una membrana que separa el medio interno del externo, que también delimita áreas celulares de no celulares. Los trabajos de Sidney W. Fox han producido esferas proteinoides, que por supuesto no son células, pero sugieren una posible ruta desde el mundo químico a la vida celular.

La evidencia fósil soporta la idea que el orígen de la vida en la Tierra comenzó en épocas tempranas: hace ya 3,5 billones de años (en notación científica un billón = un Giga, Ga abrevia por Giga-años). Los fósiles de rocas Australianas son tales que indican que debió existir vida mucho antes. De rocas obtenidas de Groenlandia se obtuvieron posiblemente las mas antiguas células 3,8 (?) Ga.

J. William Schopf de la Universidad de California, Los Angeles (UCLA) descubrió recientemente posible procariotas fotosintétizadores en rocas de 3,5 Ga; sugiriendo por lo tanto la existencia de formas mas antiguas .

La roca mas antigua conocida en la Tierra tiene 3,96 Ga y proviene de la región canadiense del Ártico.

Por lo tanto, apartir de estas evidencias podemos suponer que la vida en la Tierra comenzó rápidamente luego del enfriamiento de la corteza y la formación de la atmósfera y los océanos.

Los fósiles mas antiguos provienen de rocas marinas, formadas en el antiguo océano. Los organismos actualmente vivientes con mayores semejanzas a las formas antiguas son las arqueobacterias. Este grupo esta hoy restringido a ambientes extremos. Recientes descubrimientos de bacterias en las fosas marinas en las cuales las placas tectónicas dejan lugar a fisuras y el calor y los materiales resultantes de esta circunstancia conforman un ambiente particular donde se desarrollan bacterias. Esto permite presuponer otro lugar donde la vida pudo haberse originado: en estas fosas marinas donde el calor y la roca derretida aflora a la superficie de la Tierra.

Versión simplificada y modificada del Arbol filogenético Universal establecido por Carl Woese y su discípulo Gary Olsen. que muestra los tres Dominios. El termino "dominio" refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres lineas primarias: Archae, Bacteria y Eucaria. En línea descendente siguen seis Reinos (I-Moneras, II-Arqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistos, IV-Hongos, V-Plantas y VI-Animales.

En realidad al título cabría agregarle: "del mundo celular" ya que no incluye a virus,viriones....

El "árbol" de la vida construido a partir de los estudios del ARNr (ácido ribonucleico ribosómico, al árbol se basa en el estudio de las diferencias en las secuencias de ARNr comunes a todos los "seres vivos"), muestra cercano a su "raíz" (allí donde se encuentra LUCA, último antepasado compartido por todos los "seres vivos") organismos "hipertermófilos" que viven a temperaturas cercanas a los 115 grados centígrados . Podría pensarse que la vida "transitó por la senda de los sistemas hidrotemales" o, por que no, se originó en ellos.

Existe vida en Marte, Venus o en cualquier otro lugar?? | Contenidos

La distancia de la Tierra al Sol, el material que conforma la corteza terrestre (mezclas de silicatos, agua etc.) y el tamaño de la misma sugieren que somos únicos, por lo menos, en nuestro propio sistema solar.

Marte es mas pequeño, esta mas lejos del sol, tiene un campo gravitacional (que impide que la atmósfera se escape al espacio) menor y presenta evidencias de desplazamientos de agua en algún momento del su pasado. Si la vida empezó en Marte, no sería sin embargo vida como la que conocemos actualmente.

Venus,el segundo planeta esta mas cercano al Sol y parece similar a la Tierra en muchos aspectos. De todos los planetas del Sistema Solar Venus es la que podría tener alguna forma basada en el Carbono.

Los otros planetas no se conocen tanto, pero parece imposible que Júpiter o Saturno tengan vida tal como la que conocemos. Pero, cabe destacar, que la información provenientes de la sonda espacial Galileo, revelan que uno de los satélites de Júpiter, Europa podría presentar agua en estado líquido, por lo menos en forma temporal, deduccíon que resulta de la observación por parte de la sonda de una superficie con grandes bloques de hielo sin "cráteres de impacto", indicativo de la continua emergencia de hielo nuevo, lo que avala la existencia de fenómenos volcánicos en el interior del núcleo. He aquí nuevamente el "cóctel" de donde podría emerger vida.

En resúmen " Venus es demasiado caliente, Marte demasiado frío, la Tierra es lo correcto!"

Marte: En Agosto de 1966 se señalo la existencia de evidencias de vida en Marte (o al menos de la química de la vida). Enlace a este tema, Cita bibliográfica.

La vida parece haber comenzado prematuramente en la historia de la Tierra aparentemente construida con "extrema facilidad" a partir de componentes básicos, por lo tanto del sondeo del universo deberíamos, en términos probabilísticos, encontrarla en los lugares donde se dan las hipotéticas condiciones que la originaron o bién, en caso de no encontrarla replantear la hipótesis (y esto no sería ni la primera ni la última vez que se haga)

Términos aplicados a la células | Contenidos

Heterótrofos : un organismo que obtiene energía de otro organismo. Los Animales son heterótrofos.

Autótrofo : un organismo que fabrica su propio alimento, convierten energía de fuentes inorgánicas en dos formas:

Fotosíntesis: es la conversión de energía luminosa en los enlaces C-C de los carbohidratos, es el proceso por el cual la mayoría de los autótrofos obtienen su energía.

Quimiosíntesis es la captura de energía liberada por ciertas reacciones químicas. Se considera que la quimiosíntesis apareció en la Tierra antes que la fotosíntesis.

En las fosas oceánicas los científicos descubrieron lugares donde a través de la grietas de las placas tectónicas se libera calor y productos químicos al agua . En estos lugares podrían haberse desarrollado ecosistemas tempranos, antes que el desarrollo de la capa de ozono permitiera a la vida ocupar las capas superiores del océano.

Los procariotas se encuentran entre las formas mas primitivas de vida en la Tierra. Primitivo en este contexto no implica que no funcionen o no sean viables, dado que las primitivas bacterias cambiaron muy poco hasta nuestros días , se las debe ver como bien adaptadas durante 3,5 Ga.

Los procariotas (pro= antes, karyon= núcleo): carecen de organelas, sin embargo algún tipo de organización es observable en algunos procariotas autotróficos como las láminas membranosa asociadas con pigmentos fotosintetizadores como en la bacteria Prochloron.

Modificade de: http://www.blc.arizona.edu/marty/181/181Lectures96/Figures/Bactcell.gif.

The teoría celular es uno de los fundamentos de la biología moderna, entre sus principales postulados tenemos:

  1. Todos los seres vivientes están formados por una o mas células
  2. Toda célula se origina de una célula preexistente
  3. Las células contienen información hereditaria que pasa de una generación a otra

Componentes de la célula | Contenidos

La membrana celular (también conocida como membrana plasmática o plasmalema) se encuentra en todas las células. Ella:

  1. Separa el medio interno celular de su entorno
  2. Actúa como una barrera selectiva que permite a ciertas moléculas atravesarla, como por ejemplo el agua y a otras no.
  3. En los organismos pluricelulares ciertas moléculas de la superficie intervienen en el reconocimiento de lo propio. Los antígenos son sustancias que pueden estar localizadas en el exterior de las células, de los virus y, en algunos casos otros productos químicos, principalmente proteínas. Los anticuerpos son proteínas (con forma de Y) producidas por un animál en respuesta de un antígeno específico. Son la base de la inmunidad y la vacunación.

Material heriditario : son necesario para que la célula se replique y/o reproduzca. La mayor parte de los organismos usan ADN. Algunos retrovirus y los viroides usan ARN como material hereditario.

El ADN procariótico está organizado en un cromosoma circular contenido en un área conocida como nucleoide.

El ADN eucariótico está organizado en una estructura linear, el cromosoma eucariótico (que asocia el ADN con las proteínas básicas conocidas como histonas), contenidos dentro de una doble membrana: la membrana nuclear, un área conocida como el núcleo.

Las organelas son formaciones que se encuentran en el citoplasma y están destinadas a realizar ciertas funciones.

Los ribosomas son el sitio de la síntesis protéica. No se encuentran rodeados por membranas y los poseen tanto eucariotas como procariotas, si bien existen diferencia en los tamaños de las subunidades de ambos tipos.

La pared celular es una estructura que rodea a la membrana plasmatica. Las paredes celulares de los procariotas y eucariotas (cuando la tienen) difieren en su estructura y composición química. Las células de las plantas tienen celulosa sus paredes celulares.


Enlaces | Arriba

*Cells Alive! Very interesting site with new features each mont; http://www.comet.chv.va.us/quill/

*The Nanoworld Image Gallery Lots of interesting pics and links for microscopes; http://www.uq.oz.au/nanoworld/images_1.html

*History of the Light Microscope Descriptive title says it all; http://www.utmem.edu/personal/thjones/hist/hist_mic.htm

*The Origin and History of Life (U Texas) A methodical outline of the major events in the origin of life; http://ccwf.cc.utexas.edu/~bogler/ecology/macroevolution.html

*Ribozymes Information to link the RNA world to the DNA and RNA world. A summary of ribozymes by Access Excellence; http://outcast.gene.com/local-bin/pphtml/ae/WN/SU/origin.html

*The RNA World (IMB Jena, Germany) Links to WWW RNA sites and resources. Lots of very cool images; http://www.imb-jena.de/RNA.html

*Geologic History Tour (University of Illinois) Nice collection of links to other sites; http://vci.cso.uiuc.edu:80/courses/GEOL102/MODULES/lectures/resources/lect839511007.html

*Key steps in the formation of the earth; http://zebu.uoregon.edu/internet/l2.html

*Did Earth's Life Originate on Mars? A nice Powerpoint slideshow that runs over the web; http://www.arachnoid.com/lutusp/marstalk/index.htm

*Comet's Gift: Hints of How Earth Came to Life Excerpted from the New York Times, article by Wm. J. Broad, web version by Warren Huff, U. of Cinn.; http://ucaswww.mcm.uc.edu/geology/huff/Comet's_Gift.html

*Volcanoes and the Origin of Life by Blake Edgar. A short article about the connection of geology and biology; http://www.calacademy.org/pacdis/issues/current/horizon.htm


Traducción, redacción y diagramación a cargo de :

Dr. Jorge S. Raisman, lito@unne.edu.ar
Ing. Ana María Gonzalez, anitama39@yahoo.com

Actualizado en Febrero del 2000.

Reproducción autorizada unicamente con fines educativos citando su origen.
Se agradecen comentarios y sugerencias.

 


Glosario

ADN (ácido desoxirribonucleico)

Aminoácidos: Cada aminoácido posee por lo menos un grupo funcional amino ( básico) y un grupo funcional carboxilo (ácido) y difiere de otros aminoácidos por la composición de su grupo R. Las subunidades (monomeros) que forman las proteínas (polímeros). Fórmulas

Anticuerpos: Proteínas producidas por clulas del sistema inmunitario que se "pegan" a las moléculas o partículas extrañas con la finalidad de inactivarlas.

Antígenos: Moléculas que al ingresar a un organismo inician la producción de anticuerpos, generalmente proteínas o proteínas combinadas con polisacáridos.

ARN(ácido ribonucleico): Acido nucleico formado por una cadena polinucleotídica. Su nucleótido consiste en una molécula del azúcar ribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, uracilo, citosina y guanina.

Arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo; bakterion = bastón): grupo de procariotas de unos 3.500 millones de años de antigüedad, presentan una serie de características diferenciales que hicieron que Carl Woese, profesor de la Universidad de Illinois, Urbana, U.S.A., proponga su separación del reino Moneras y la creación de uno nuevo: Archea, propuesta que hoy es cada vez mas aceptada.

Big- Bang (la gran explosión): un modelo de la evolución del universo que sostiene que toda la materia y la energía del universo estuvo concentrada en un punto y que en un momento explotó. Seguidamente la materia se condensó para formar átomos, elementos y eventualmente galaxias y estrellas.

Celulosa: Polisacárido compuesto por cadenas lineales de glucosa unidas por uniones beta glucosídicas. Pricipal componente estructural de las plantas, insoluble e indigerible para el sistema digestivo humano.

Cosmos (del griego kosmos = mundo): el universo, en cuanto forma un conjunto ordenado somertido a las leyes de la naturaleza.

Cromosomas(del griego chroma = color; soma = cuerpo): Estructuras del núcleo de la célula eucariota que consiste en moléculas de ADN (que contienen los genes) y proteínas (principalmente histonas).

Desintegración radioactiva: La conversión espontanea de un átomo a un átomo de un elemento diferente por la emisión de una partícula de su núcleo (desintegración alfa o beta).

Espectro de luz visible: Conjunto de los siete colores simples que produce un rayo luminoso al descomponerse por efecto de una refracción adecuada.

Estrellas (del latín stella id.): En astronomía cada uno de los astros que brillan con luz propia en el firmamento

Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de antigüedad

Filogenia (del griego phylon = raza, tribu): 1) el estudio de relaciones evolutivas en un grupo 2) hipótesis evolutiva representada en un diagrama como un "árbol evolutivo".3) Estudio de la formación y la evolución de los organismos, con el objeto de establecer su parentesco.

Fosas: en geografía se denomina así a las grandes profundidades marinas.

Fósiles (del latín fossilis = enterrado): Los vestigios o restos de vida prehistórica preservadas en las rocas de la corteza Terrestre. Cualquier evidencia de vida pasada.

Galaxias (del griego galaxias = relativo a la leche, de allí "vía láctea"): cada una de las grandes agrupaciones del tipo de nuestra "vía láctea" , que aisladas en los espacios siderales constituyen los elementos que conforman el universo.

Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipetídica de aminoácidos.

LUCA (del ingles, Last Universal Cellular Ancestor): antepasado común de las células modernas equivale a lo que es Lucyen el árbol evolutivo de Homo sapiens, es decir, no la primera célula sino una célula ya evolucionada, con todas las características de sus futuros descendientes: los actuales procariotas y eucariotas (ADN, Código genetico, síntesis proteica etc.).

Término propuesto en un coloquio de la Fundación Treille: *http://www.archbac.upsud.fr/Meetings/LesTreilles

Metabolismo: La totalidad de las reacciones químicas (intercambio de energía) en un organismo .

Organelas: Estructuras subcelulares que realizan determinadas funciones (generalmente están rodeadas por membranas y se las encuentra en las células eucariotas) p.ej.: mitocondrias, cloroplastos, núcleo.

Polímero(del griego polys = muchos, meros = parte): Molécula compuesta por muchas subunidades idénticas o similares.

Procariotas (del latín pro = antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, poseen un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 años.

Proteínas: (del griego proteios = primario, del griego Proteo, dios mitológico que adoptaba numerosas formas). Polímeros constituídos por aminoácidos que intervienen en numerosas funciones celulares. Una de las clase de macromoléculas orgánicas que tienen funciones estructurales y de control en los sistemas vivientes. Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones peptídicas.

Proteinoides: Polímeros de aminoácidos formados espontaneamente a partir de moléculas orgánicas; tiene propiedades parecidas a las enzimas y pueden por lo tanto catalizar reacciones químicas.

Proto: del griego protos = primero

Retrovirus (del latín retro = girar hacia atrás): Virus que contienen una sola hebra de ARN como material genético, se reproducen copiando el ARN en ADN complementario usando la transcriptasa reversa. La hebra de ADN es luego copiada y, el ADN bicatenario, es insertado en el ADN de la célula huésped.

Taxón: (del griego taxis = arreglo, poner orden) Término aplicado a un grupo de organismos situado en una categoría de un nivel determinado en un esquema de clasificación taxonómica..

Taxonomía (del griego taxis = arreglo, poner orden; nomos = ley): Método sistemático de clasificar plantas y animales. Clasificación de organismos basada en el grado de similaridad, las agrupaciones representan relaciones evolutivas (filogenéticas).

Teoría celular: Uno de los conceptos unificadores en biología. La teoría celular sostiene que todos los seres vivos están compuestos por lo menos por una célula y que la célula es la unidad fundamental y funcional de los organismos. La composición química de la célula es fundamentalmente similar; toda célula se origina de una célula preexistente por división celular.

Transcriptasa reversa: Enzima utilizada para su replicación por los retrovirus; copia el ARN del retrovirus en una hebra complementaria de ADN.

Viroides: Entidades "subvirásicas", formas infectantes de ácido nucleico circular que no poseen cubierta proteica; moléculas de ARN sin cubierta; ARN "desnudo", posiblemente virus" degenerados", que infectan plantas.

Virus (del latín virus = veneno): Agente infeccioso de naturaleza obligatoriamente intracelular para sintetizar su material genético, ultramiscroscópico y ultrafiltrable. Constan de un ácido nucleico (ADN o ARN) y un recubrimiento proteico. Entidad no celular, de muy pequeño tamaño. En estado extracelular son inertes.