La Evolución Química
Condiciones para la formación de la vida.
Primeramente nos queremos hacernos una idea general sobra la casi inimaginable extensión de tiempo. Al siguiente cuadro se anteponen miles de resultados investigativos de las más diversas ciencias naturales.
Línea de tiempo de la evolución
Zeitachse der Evolution = Línea de tiempo de la evolución
phisikalische Evolution = Evolución física
chemische Evolution = Evolución química
Beginn einer schnellen O2- Anreicherung der Atmosphäre = Comienzo de un rápido enriquecimiento de O2 de la atmósfera
Zeit = Tiempo
Jahre = Años
Entstehung der Erde = Formación de la Tierra
Bildung der Ozeane = Formación de los océanos
Erste Zellen = Primeras células
Primeras células fotosintéticas
La fotosíntesis libera O2
aerobe Lebewesen verbreiten sich = Seres aeróbicos se propagan
Ursprung der Eukaryontische photosintyetischen Zelle = Origen de las células escaróticas fotosintéticas
(Para agrandar hacer doble cliq izq. en la imagen)
Varios hallazgos son dignos de mención:
1.- Al comienzo existió la evolución física y química
2.- La evolución biológica comenzó relativamente temprana, hace aprox. unos 3,7 mil millones de años con las primeras células.
3.- La fotosíntesis comenzó a operar hace unos 3,5 mil millones de años.
4.- La diferenciación de células simples y el desarrollo hacia las eucariotas duró mucho tiempo (aprox. 2 mil millones de años)
5.- Desde mil millones de años la atmósfera terrenal contiene cerca de un 20% de Oxígeno; el incremento de la concentración de O2 fue relativamente rápido
6.- Los vertebrados aparecieron recién en tiempos recientes
7.- Plantas aeróbicas poli celulares y animales existen desde hace poco tiempo (aprox. 700 millones de años)
8.- Desde que existe la vida, durante el 80% del tiempo reinaban los procariontes.
Experimentos de simulación
Precámbrico: Hadeano (4,6 – 3,8 mil millones de años)
Hadeano se llama la era desde la formación de la Tierra hasta antes de 3,8 mil millones de años. Aquí se llevó a cabo en lo esencial la evolución física y química.
Evolución química
La evolución biológica comienza con la aparición de las primeras células hace 3,7 mil millones de años. Antes de esto deben haberse formado la típicas moléculas orgánicas de una célula, como las proteínas, grasas y ácidos nucleicos.
A comienzos de los años 50, Stanley L. Miller, en la universidad de Chicago, realizó un experimento que nos da a entender, cómo se pudo haber formado, al comienzo de la historia de la Tierra en este ambiente hostil de sustancias inorgánicas.
(Hacer cliq izq. En la imagen para observar la animación)
Se habla del experimento Miller.
Al aparataje se componía de dos reactores principales. En el recipiente inferior Stanley simulaba el océano originario con agua, que calentó. El agua podía circular por el aparato. En el recipiente que estaba rellenado con Hidrógeno, Amoníaco, Metano y vapor de agua. Se introdujeron dos electrodos con las cuales se podían crear chispas eléctricas (relámpagos). La estructura de forma de w instalada en el circuito (sentido contrario a los punteros del reloj), servía para atrapar productos de reacció9n acuosos, que primero son conducidos por en condensador.
Los productos del experimento Miller
El experimento produjo muchos aminoácidos. Según la composición variaron las concentraciones de los productos. Años después de este experimento, en 1969 se encontró un meteorito en Murchison en Australia, que tenía la misma composición de aminoácidos que el experimento Miller.
Desde entonces muchos científicos han repetido el experimento de Miller con las más variadas variantes. Como fuentes de energía su usaron calor, luz UV, radiación con neutrones, luz, ondas de choque y catalizadores.
Con esto se formaron diferentes carbohidratos, nucleótidos, ácidos grasos, etc. Esto muestra, que sustancias oprgánicas pueden formarse de materia inorgánica.
Muchos científicos se imaginan, que de manera parecida en los océanos primitivos (= caldo originario), bajo la acción de de la luz UV, calor y otras fuentes de energía, se formaron sustancias orgánicas significativas, como proteínas, nucleótidos y lípidos.
Mientras tanto la Tierra se había enfriado lo suficiente, de manera que estas sustancias también se mantenían estables. En algún momento proteínas y nucleótidos fueron encerrados en una membrana de lípidos, se formaron las primeras células.
Estos aún no se han podido reproducir experimentalmente. Pero si hubo experimentos bastante interesantes al respecto, como el siguiente, por ejemplo: Estos aún no se han podido reproducir experimentalmente. Pero si hubo experimentos bastante interesantes al respecto, como el siguiente, por ejemplo:
En 1970 Fox mostró, que cuando se calientan determinadas proteínas, se forman espontáneamente micro esferas de algunos micrómetros de diámetro, cada esfera se omponía de una doble membrana con materia entre medio. Estas membranas eran muy parecidas a las membranas de lípidos.
El experimento mostró teóricamente la formación de compartimientos, parecidos a células. Lípidos forman espontáneamente estas mini células.
El origen químico de la vida pudo haberse desarrollado en 4 etapas:
Etapa I: Síntesis abiótica y acumulación de pequeñas moléculas orgánicas, como aminoácidos, nucleótidos y grasas.
Etapa II: Moléculas de la etapa I se condensan a polímeros.
Etapa III: Formación de compartimentos (Células originarios)
Etapa IV: Los elementos de la etapa I –III, se juntan y logran la propiedad de la herencia. Primeras sustancias genéticas presumiblemente fueron catalíticos ARN (Ribozima)*
Este proceso duró por lo menos unos 100 millones de años.
* En 1980 se logró determinar que el ARN tiene propiedades catalíticas y que se puede replicar a sí mismo. En presencia de Cinc se forman cadenas de nucleótidos con u largo de cadena de 40
El organismo originario, también llamado Protbionte debe haber sido anaeróbico, hipertermófilo, halófilo y quimiolitótrofo, (reducción de Hidrógeno y Azufre, fijación de Carbono con CO2). Organismos como estos, en los últimos años, han sido aislados en fuentes de aguas calientes.
Los organismos originarios fueron entonces procariontes y la fotosíntesis ha se originó tempranamente. Las cianobacterias tiene esta capacidad.
Sin embargo, los científicos hasta ahora no han logrado crear vida sintética. Por esto también la formación de las células hace aprox. 3,7 mil millones de años permanece en la oscuridad.
Precámbrico: Arcaico (3,8 mil millones de años – 2,5 mil millones de Años)
El Arcaico es la época en la cual aparecieron las primeras células, La atmósfera terrestre s
E componía de Metano y Amoníaco, o sea gases tóxicos para los actuales seres vivientes. La costra terrestre estaba la suficientemente fría, de manera que se formaban las masas de tierra.
Hadeano se llama la era desde la formación de la Tierra hasta antes de 3,8 mil millones de años. Aquí se llevó a cabo en lo esencial la evolución física y química.
Evolución química
La evolución biológica comienza con la aparición de las primeras células hace 3,7 mil millones de años. Antes de esto deben haberse formado la típicas moléculas orgánicas de una célula, como las proteínas, grasas y ácidos nucleicos.
A comienzos de los años 50, Stanley L. Miller, en la universidad de Chicago, realizó un experimento que nos da a entender, cómo se pudo haber formado, al comienzo de la historia de la Tierra en este ambiente hostil de sustancias inorgánicas.
Stanley L. Miller con su famoso aparato. El principio del experimento se puede observar en la siguiente animación
(Hacer cliq izq. En la imagen para observar la animación)
Se habla del experimento Miller.
Al aparataje se componía de dos reactores principales. En el recipiente inferior Stanley simulaba el océano originario con agua, que calentó. El agua podía circular por el aparato. En el recipiente que estaba rellenado con Hidrógeno, Amoníaco, Metano y vapor de agua. Se introdujeron dos electrodos con las cuales se podían crear chispas eléctricas (relámpagos). La estructura de forma de w instalada en el circuito (sentido contrario a los punteros del reloj), servía para atrapar productos de reacció9n acuosos, que primero son conducidos por en condensador.
Los productos del experimento Miller
Alquitrán
|
85%
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Ácidos
carboxílicos
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13.0%
|
Glicina
|
1.05%
|
Alanina
|
0,85%
|
Ácido glutaminico
|
Trazas
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Ácido Aspártico
|
Trazas
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Valina
|
Trazas
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Leucina
|
Trazas
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Prolina
|
Trazas
|
Treonina
|
Trazas
|
El experimento produjo muchos aminoácidos. Según la composición variaron las concentraciones de los productos. Años después de este experimento, en 1969 se encontró un meteorito en Murchison en Australia, que tenía la misma composición de aminoácidos que el experimento Miller.
Desde entonces muchos científicos han repetido el experimento de Miller con las más variadas variantes. Como fuentes de energía su usaron calor, luz UV, radiación con neutrones, luz, ondas de choque y catalizadores.
Con esto se formaron diferentes carbohidratos, nucleótidos, ácidos grasos, etc. Esto muestra, que sustancias oprgánicas pueden formarse de materia inorgánica.
Muchos científicos se imaginan, que de manera parecida en los océanos primitivos (= caldo originario), bajo la acción de de la luz UV, calor y otras fuentes de energía, se formaron sustancias orgánicas significativas, como proteínas, nucleótidos y lípidos.
Mientras tanto la Tierra se había enfriado lo suficiente, de manera que estas sustancias también se mantenían estables. En algún momento proteínas y nucleótidos fueron encerrados en una membrana de lípidos, se formaron las primeras células.
Estos aún no se han podido reproducir experimentalmente. Pero si hubo experimentos bastante interesantes al respecto, como el siguiente, por ejemplo: Estos aún no se han podido reproducir experimentalmente. Pero si hubo experimentos bastante interesantes al respecto, como el siguiente, por ejemplo:
En 1970 Fox mostró, que cuando se calientan determinadas proteínas, se forman espontáneamente micro esferas de algunos micrómetros de diámetro, cada esfera se omponía de una doble membrana con materia entre medio. Estas membranas eran muy parecidas a las membranas de lípidos.El experimento mostró teóricamente la formación de compartimientos, parecidos a células. Lípidos forman espontáneamente estas mini células.
El origen químico de la vida pudo haberse desarrollado en 4 etapas:
Etapa I: Síntesis abiótica y acumulación de pequeñas moléculas orgánicas, como aminoácidos, nucleótidos y grasas.
Etapa II: Moléculas de la etapa I se condensan a polímeros.
Etapa III: Formación de compartimentos (Células originarios)
Etapa IV: Los elementos de la etapa I –III, se juntan y logran la propiedad de la herencia. Primeras sustancias genéticas presumiblemente fueron catalíticos ARN (Ribozima)*
Este proceso duró por lo menos unos 100 millones de años.
* En 1980 se logró determinar que el ARN tiene propiedades catalíticas y que se puede replicar a sí mismo. En presencia de Cinc se forman cadenas de nucleótidos con u largo de cadena de 40
El organismo originario, también llamado Protbionte debe haber sido anaeróbico, hipertermófilo, halófilo y quimiolitótrofo, (reducción de Hidrógeno y Azufre, fijación de Carbono con CO2). Organismos como estos, en los últimos años, han sido aislados en fuentes de aguas calientes.
Los organismos originarios fueron entonces procariontes y la fotosíntesis ha se originó tempranamente. Las cianobacterias tiene esta capacidad.
Sin embargo, los científicos hasta ahora no han logrado crear vida sintética. Por esto también la formación de las células hace aprox. 3,7 mil millones de años permanece en la oscuridad.
Precámbrico: Arcaico (3,8 mil millones de años – 2,5 mil millones de Años)
El Arcaico es la época en la cual aparecieron las primeras células, La atmósfera terrestre s
E componía de Metano y Amoníaco, o sea gases tóxicos para los actuales seres vivientes. La costra terrestre estaba la suficientemente fría, de manera que se formaban las masas de tierra.
Los primeros sedimentos de hace 3,8 mil millones de años eran grises, una señal para Hierro reducido.
Esto sólo es posible en presencia de una atmósfera pobre en Oxígeno
La fotosíntesis y la producción de Oxígeno oxidan al Feˆ2+ a Feˆ3+. A partir de 2, 6 mil millones de años se encontró una típica formación típica de Hierro bandeado (BIFs) con capas alternadas rojas y grises de Hierro en Sílice.
De esta época también provienen los más antiguos fósiles. Son Cianobacterias en rocas del precámbrico proveniente de Australia. (ver abajo las fotos ELMI).
Este grupo de bacterias casi no han variado hasta nuestros tiempos. Son fáciles de reconocer como fósiles ya que dejan productos de degradación de pigmentos.
De esta época sólo se pueden encontrar bacterias como fósiles, por ejemplo en Australia o Sudáfrica como Estromatolitos (Cuadro de abajo: estromatolito de China, 2 mil millones de años)
Esto sólo es posible en presencia de una atmósfera pobre en Oxígeno
La fotosíntesis y la producción de Oxígeno oxidan al Feˆ2+ a Feˆ3+. A partir de 2, 6 mil millones de años se encontró una típica formación típica de Hierro bandeado (BIFs) con capas alternadas rojas y grises de Hierro en Sílice.
De esta época también provienen los más antiguos fósiles. Son Cianobacterias en rocas del precámbrico proveniente de Australia. (ver abajo las fotos ELMI).
De esta época sólo se pueden encontrar bacterias como fósiles, por ejemplo en Australia o Sudáfrica como Estromatolitos (Cuadro de abajo: estromatolito de China, 2 mil millones de años)
Estromatolito reciente de Australia
Los estromatolitos son estructuras parecidas a rocas que se forman por colonias de cianobacterias. Estos están rodeados por una capa viscosa, a la cual se fija caliza del sub-fondo (ver abajo). De esta manera se forman capas. Hoy se pueden encontrar en Australia y también se les llama rocas vivientes. Crecen aproximadamente 1 mm por año. En el precámbrico fueron responsables por la presencia de Oxígeno en la atmósfera.
Abajo la dolomita Kona (Michigan, EEUU) que tiene una edad de 2,2 mil millones de años
Abajo un meteorito de 3,6 mil millones de años de edad de Marte, que se encontró en la Antártida. En él se encontraron extrañas estructuras similares a bacterias, sin embargo muy pequeñas (aprox. 40-50 nm). En la Tierra sólo los Micoplasmas son tan reducidos. A la sazón se suponía la existencia en Marte una atmósfera similar a la de la Tierra. Se podría pensar en micro organismos como las cianobacterias, pero aún no hay opiniones uniformes (Hoy se sabe que son formaciones calcáreas no orgánicas, el trad.)
Fuente: http://www.biokurs.de/skripten/11n/bs11-9n.htm
Traducido del alemán por A. Gundelach, Abril 2012
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