biología curtis capitulo 1

7/3/2014 Captulo 1. Origen de la clula | Biologa, 7ma edicin

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Captulo 1. Origen de la clula

Se forma la Tierra

1. Nadie sabe con exactitud cundo o cmo comenz su existencia la clula (/glossary/term/7) viva.

Las evidencias disponibles sugieren que los precursores de las primeras clulas surgieron en forma

espontnea, mediante el autoensamblaje de molculas simples.

2. El Universo habra comenzado con una gran explosin o Big Bang. Antes de esta explosin,

probablemente toda la energa y la materia se encontraban en forma de energa pura, comprimida

en un punto. Segn este modelo, a medida que el Universo se expandi, su temperatura descendi

y la energa se fue convirtiendo en materia. Primero habran aparecido las partculas subatmicas,

los neutrones y los protones, luego se habran combinado formando los ncleos atmicos. Ms

tarde cuando la temperatura descendi an ms, la carga positiva de los protones habra atrado a

los electrones, cargados negativamente, y se habran formado los primeros tomos.

3. Hace unos 4.600 millones de aos, una condensacin (/glossary/term/261) de gas y polvo habra

comenzado a formar el Sistema Solar. Al enfriarse la Tierra primitiva, los materiales ms pesados

se habran reunido en un denso ncleo (/glossary/term/750) central y en la superficie se form una

corteza (/glossary/term/273) . Se postula que la atmsfera estaba formada principalmente por

hidrgeno y helio, que pronto escaparon al espacio y fueron reemplazados por los gases presentes

en las emanaciones volcnicas y el agua en estado de vapor proveniente del interior del planeta. Al

bajar an ms la temperatura, el agua se condens y form los ocanos.

Comienza la vida

4. Toda la vida que existe en el planeta habita un rea denominada biosfera (/glossary/term/10) que

abarca toda la superficie terrestre, y se extiende entre 8 y 10 kilmetros hacia el espacio y otro

tanto hacia las profundidades del mar.

5. Las clulas vivas poseen cuatro caractersticas que las distinguen de otros sistemas qumicos:

una membrana que las separa del ambiente circundante y les permite mantener su identidad

bioqumica; enzimas esenciales para las reacciones qumicas de las que depende la vida; capacidad

para replicarse generacin tras generacin; posibilidad de evolucionar a partir de la produccin de

descendencia con variacin.

6. El primer conjunto de hiptesis (/glossary/term/568) contrastables acerca del origen de la vida fue

propuesto por A. I. Oparin y J. B. Haldane, quienes postularon que la aparicin de la vida fue

precedida por un perodo de evolucin (/glossary/term/416) qumica. Probablemente no haba o haba

muy poco oxgeno libre y los elementos mayoritarios que forman parte de todos los seres vivos

(hidrgeno, oxgeno, carbono y nitrgeno) estaban disponibles en al aire o en el agua. La energa

abundaba en forma de calor, rayos, radiactividad y radiacin (/glossary/term/893) solar. En estas

condiciones, en microambientes relativamente protegidos de las severas condiciones ambientales,

se habran formado molculas de complejidad creciente. La evolucin qumica habra sido seguida

por la evolucin prebiolgica de los sistemas plurimoleculares. La complejidad sigui aumentando y

condujo a la aparicin de un metabolismo (/glossary/term/682) sencillo.



7. En 1953, Stanley Miller aport las primeras evidencias experimentales a favor de la teora

(/glossary/term/1043) de Oparin. Miller demostr que casi cualquier fuente de energa puede convertir

molculas simples en una variedad de compuestos orgnicos complejos. Aunque ahora se

considera que la atmsfera primitiva no se pareca a la que simul Miller, su experimento demostr

que la formacin espontnea de sustancias orgnicas a partir de molculas inorgnicas simples es

posible.

Fig. 1-5. Experimento de Miller

(a) Fotografa y (b) esquema del experimento. Miller simul en el laboratorio las condiciones que

habran imperado en la Tierra primitiva. Hizo circular el gas hidrgeno (H2), el vapor de agua, el

metano (CH4) y el amonaco (NH3) permanentemente entre el "ocano" y la "atmsfera" de su

dispositivo. El "ocano" se calentaba, el agua se evaporaba y pasaba a la "atmsfera", donde se

producan descargas elctricas. El vapor de agua, al ser refrigerado, se condensaba y el agua

lquida arrastraba las molculas orgnicas recin formadas. Estas molculas se concentraban en la

parte del tubo que conduca al "ocano". Al cabo de 24 horas, cerca de la mitad del carbono

presente originalmente como metano se haba convertido en aminocidos (/glossary/term/63) y otras

molculas orgnicas. sta fue la primera evidencia experimental de la teora de Oparin.

8. Cualquier forma ancestral de vida necesit un rudimentario manual de instrucciones que

pudiera ser copiado y transmitido de generacin en generacin. Esta caracterstica es un requisito

esencial para que ocurra el cambio evolutivo. Uno de los mayores desafos de la investigacin

sobre el origen de la vida es encontrar una explicacin posible acerca de la aparicin y vinculacin

del DNA (/glossary/term/23) , el RNA (/glossary/term/25) y las protenas. La idea ms aceptada es que el

RNA habra sido el primer polmero (/glossary/term/835) que realiz las tareas que el DNA y las

protenas llevan a cabo actualmente en las clulas.

9. Los fsiles ms antiguos que se han encontrado son semejantes a las bacterias actuales y

tienen una antigedad de 3.500 millones de aos. Tambin hay evidencias indirectas de que la vida

ya exista hace unos 3.800 millones de aos.

10. Algunos cientficos consideran que hasta las formas de vida ms simples son demasiado

complejas para haberse originado en la Tierra. Su propuesta es que la vida provino del espacio

exterior. Otra hiptesis plantea que lo que provino del espacio es la materia prima que dio lugar a la

aparicin de la vida.

Fig. 1-7. Ensamble de molculas durante la evolucin temprana de la vida

Posible camino evolutivo de sistemas simples autorreplicantes de molculas de RNA hasta los

sistemas presentes en las clulas actuales, en las cuales el DNA almacena la informacin gentica

(/glossary/term/1214) y el RNA acta como un intermediario en la sntesis (/glossary/term/984) de

protenas. En los inicios del proceso es posible que coexistieran una inmensa variedad de

diferentes molculas de RNA surgidas por errores de copia en su duplicacin. Posteriormente, el

(/)



RNA habra pasado a ejercer control sobre la sntesis de protenas. En una

etapa posterior, las protenas habran reemplazado al RNA en la funcin de

acelerar las reacciones qumicas. Mediante un proceso an no esclarecido,

la funcin de almacenar la informacin gentica (/glossary/term/495) de gran

parte de los organismos habra sido transferida del RNA al DNA, que es

menos susceptible a la degradacin qumica. Entre los cidos nucleicos y

las protenas se habra desarrollado una compleja y cooperativa serie de

interacciones de controles y equilibrios. As, estos compuestos, en un

proceso de autoorganizacin, habran resultado complementarios.

Distintas estrategias energticas: hetertrofos y auttrofos

11. Para satisfacer sus requerimientos energticos, todos los animales, los

hongos y muchos organismos unicelulares incorporan molculas orgnicas

del ambiente, las degradan y extraen de ellas la energa y los componentes

para su estructura (organismos hetertrofos). Otros organismos

sintetizan molculas orgnicas ricas en energa a partir de sustancias inorgnicas simples

(organismos auttrofos). Las plantas y algunos organismos unicelulares usan la luz del Sol como

fuente de energa para las reacciones de sntesis qumica (organismos fotosintticos). Algunas

bacterias obtienen la energa de reacciones inorgnicas (organismos quimiosintticos).

12. Muchos cientficos sostienen que las primeras clulas vivas fueron hetertrofas. Al disminuir los

recursos, la competencia (/glossary/term/256) aument y sobrevivieron las clulas que los usaban en

forma ms eficiente. Luego apareci otro tipo de clula, capaz de sintetizar su alimento. Esta

ventaja adaptativa se propag rpidamente.

13. Descubrimientos recientes sugieren que las primeras clulas podran haber sido autotrficas,

quimiosintticas o fotosintticas. Muchas de las bacterias extremfilas descubiertas en los ltimos

aos habran sobrevivido cmodamente en las condiciones de la Tierra primitiva.

Dos tipos de clulas: procariontes y eucariontes

14. La teora celular (/glossary/term/1044) afirma que:

15. Existen dos grandes tipos de clulas: las procariontes y las eucariontes. Entre las procariontes

se reconocen dos grandes grupos: Bacteria y Archaea. Estos dos grupos y Eukarya son los tres

grandes dominios que agrupan a los seres vivos. Los dos primeros agrupan procariotas unicelulares

y coloniales y el ltimo a todos los organismos formados por clulas eucariotas.

16. En las clulas procariontes, el material gentico es una molcula (/glossary/term/704) grande y

circular de DNA, con protenas dbilmente asociadas, que se ubica en una regin definida (nucleoide

(/glossary/term/751) ).

17. En las clulas eucariontes, el DNA es lineal y est fuertemente unido a protenas. Lo rodea una

membrana doble, la envoltura nuclear (/glossary/term/364) , que lo separa del resto de la clula.

18. El citoplasma (/glossary/term/223) contiene una enorme variedad de molculas y complejos

moleculares especializados en distintas funciones. En las clulas eucariticas, estas funciones se

llevan a cabo en distintos compartimientos (organelas).

1. todos los organismos vivos estn compuestos por una o ms clulas;

2. las reacciones qumicas de los organismos, incluidos los procesos que liberan energa y las

reacciones biosintticas, ocurren dentro de las clulas;

3. todas las clulas se originan de otras clulas y contienen el material gentico que transmiten de

una generacin a otra.



19. El registro fsil (/glossary/term/466) revela que los primeros organismos vivos eran clulas

semejantes a los procariontes actuales. Estas clulas fueron las nicas formas de vida en nuestro

planeta durante casi 2.000 millones de aos, hasta que aparecieron los eucariontes.

20. Segn la teora endosimbitica, algunas organelas eucariticas, especialmente las mitocondrias

y los cloroplastos, fueron en tiempos pasados bacterias de vida libre que luego se alojaron dentro

de otras clulas. La similitud entre el DNA, las enzimas y la forma de reproduccin de esas

organelas y las bacterias apoyan esta teora.

Fig. 1-14. Teora endosimbitica

Segn la teora endosimbitica, hace aproximadamente 2.500 millones de

aos, cuando la atmsfera era ya rica en oxgeno proveniente de la

actividad fotosinttica de las cianobacterias, ciertas clulas procariontes

habran comenzado a utilizar este gas en sus procesos metablicos de

obtencin de energa. La capacidad de utilizar el oxgeno habra conferido

una gran ventaja a las clulas aerbicas, que habran prosperado y

proliferado. En algn momento, estos procariontes aerbicos habran sido

fagocitados por clulas de mayor tamao, sin que se produjera una

digestin (/glossary/term/312) posterior. Algunas de estas asociaciones

simbiticas habran resultado favorables: los pequeos huspedes

aerbicos habran hallado nutrientes y proteccin en las clulas hospedadoras, mientras que stas

obtenan beneficios energticos de su hospedador (/glossary/term/588) . Esto les permiti conquistar

nuevos ambientes. As, clulas procariticas respiradoras originalmente independientes se habran

transformado en las actuales mitocondrias.

21. La complejidad de la clula eucaritica posibilit la evolucin de organismos multicelulares. El

metabolismo eucaritico es ms eficiente porque la presencia de membranas permite repartir las

funciones en compartimientos especficos. Los eucariontes son de mayor tamao y llevan

muchsima ms informacin gentica que los procariontes.

En busca del ancestro comn

22. La construccin de un rbol genealgico que refleje el parentesco entre Bacteria, Archaea y

Eukarya muestra que ninguna de las ramas del rbol genealgico es anterior a las otras. Todas

derivan de un nico ancestro comn, al que se ha denominado progenote, ancestro universal o

LUCA. Las diferencias existentes entre bacterias, archaeas y eucariontes seran el resultado de la

evolucin independiente de cada uno de estos grupos.

23. Segn el registro fsil, los primeros organismos multicelulares aparecieron hace 750 millones

de aos. Se considera que los principales grupos de organismos multicelulares evolucionaron a

partir de diferentes eucariontes unicelulares.

Fig. 1-15. Representacin del tiempo biolgico

Esta representacin del tiempo biolgico en horas muestra los sucesos

ms importantes de la historia biolgica durante los 4.600 millones de

aos de la Tierra condensados en un da. La vida aparece relativamente

temprano, antes de las 6 de la maana, en una escala de tiempo de 24

horas. Los primeros seres pluricelulares no surgen hasta bien entrada la

tarde y Homo, el gnero (/glossary/term/494) al cual pertenecemos los

humanos, hace su aparicin casi al acabar el da, a slo 30 segundos de la

medianoche.



Qu es la vida?

24. Los seres vivos son sistemas altamente organizados y complejos, que obedecen a las leyes de

la fsica y la qumica, pero presentan propiedades que no pueden ser anticipadas a partir de sus

componentes individuales (tomos y molculas).

25. Todos los seres vivos estn compuestos de una o ms clulas. Las clulas vivas especializadas

se organizan en tejidos, los tejidos en rganos y stos, en organismos. Al interactuar unos con

otros, los organismos forman parte de un sistema ms vasto de organizacin, las poblaciones.

stas, a su vez, constituyen las comunidades que forman los ecosistemas. El nivel ltimo de

organizacin es la biosfera (/glossary/term/132) , que comprende a todos los seres vivos, sus

interacciones y las caractersticas fsicas del ambiente.

26. Los seres vivos funcionan como un sistema abierto que intercambia sustancias y energa con el

medio externo. Las sustancias que ingresan a un organismo (/glossary/term/773) se incorporan a una

red de reacciones qumicas en las que son degradadas o usadas como unidades para la

construccin de compuestos ms complejos. Los organismos vivos son expertos en la

conversin energtica. El conjunto de reacciones qumicas y de transformaciones de energa,

incluidas la sntesis y degradacin de molculas, constituyen el metabolismo.

27. La capacidad de mantener un medio interno estable es otra propiedad crucial para la vida. Los

seres vivos tambin intercambian informacin y responden a las condiciones ambientales.

28. Una de las caractersticas ms notables de los seres vivos, es su capacidad de reproducirse.

Los organismos atraviesan un ciclo vital (/glossary/term/211) en el cual crecen, se desarrollan y se

reproducen. Durante este ciclo, los organismos se transforman. La reproduccin ocurre con una

fidelidad sorprendente, pero produce variaciones que suministran la materia prima sobre la que

ocurre la evolucin.

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