Origen y evolución de la Tierra

Question 1

¿Hace cuánto aparecieron los microbios en la Tierra?

Answer 1

4 mil millones de años.

Question 2

¿Dónde queda registrado el camino evolutivo que han recorrido todas las células?

Answer 2

En las secuencias de nucleótidos de ADN.

Question 3

¿Cómo era la Tierra hace 4 billones de años?

Answer 3

Era un páramo estéril de roca volada y mares hirviendo. Esto se infiere de análisis químicos e isotópicos de rocas y minerales antiguos.

Question 4

¿Hace cuánto se originó la Tierra?

Answer 4

4.500 millones de años.

Question 5

¿Cómo se originó el sistema solar?

Answer 5

Se originó de materiales que formaban una nube nebular de polvo y gases en forma de disco, liberada por la supernova (explosión estelar) de una vieja estrella masiva.

Question 6

¿Cómo era la Tierra cuando se formó?

Answer 6

Era un planeta de magma ardiente y caliente. A medida que se enfrió, se formó un núcleo metálico, un manto rocoso y una corteza superficial delgada y de menor densidad.

Question 7

¿Qué pasó en los primeros 500 millones de años de la Tierra?

Answer 7

La Tierra se caracterizó por una superficie fundida sometida a intensos bombardeos y otros objetos provenientes del espacio. Era anóxica y no había capa de ozono, lo que permitía que la luz UV esterilice la superficie.

Question 8

¿Cómo se formó el agua en nuestro planeta?

Answer 8

El agua se originó a partir de la desgasificación volcánica del interior del planeta y de innumerables colisiones con cometas y asteroides helados. Debido al calor del momento, solo estaba presente como vapor de agua.

Question 9

¿Qué han revelado los análisis de cristales de zircón antiguos?

Answer 9

Proporcionan evidencia de una corteza sólida y agua líquida en la Tierra, hace ya 4.3 billones de años.

Question 10

¿Qué otra evidencia hay de océanos primitivos en la Tierra?

Answer 10

Rocas sedimentarias antiguas encontradas en Groenlandia que datan de hace 3,86 billones de años. Estas solo se forman bajo el agua, por lo que son evidencia de océanos primitivos.

Question 11

¿Qué más se ha encontrado en las rocas sedimentarias antiguas?

Answer 11

Restos fosilizados de células, así como proporciones de isótopos de carbono que proporcionan evidencia de vida.

Question 12

¿Qué han logrado los experimentos que recrean las condiciones presentes en la Tierra primitiva?

Answer 12

Estos experimentos muestran la formación espontánea de moléculas orgánicas como ARN, aminoácidos y lípidos.

Question 13

¿En qué parte del planeta se cree que pudo haberse originado la vida?

Answer 13

La hipótesis más aceptada sostiene que la vida se originó en sistemas hidrotermales en el fondo del océano, protegidos de la radiación UV (condiciones más estables).

Question 14

¿Qué otros datos apoyan a la hipótesis del origen de la vida en aguas termales?

Answer 14

Había un suministro constante y abundante de energía en forma de compuestos orgánicos reducidos como H2, H2S y azufre elemental.
La geoquímica respalda la formación abiótica de aminoácidos, lípidos, azúcares y nucleótidos.

Question 15

¿Qué trata de decir el término “mundo de ARN”?

Answer 15

Sirve para explicar que las moléculas de ARN probablemente fueron un componente central de los primeros sistemas autorreplicantes.

Question 16

Cronología de eventos que preceden al origen de vida celular. Parte 1 (vida precelular)

Answer 16

4.3 - 4.8 billones de años:
1. Bloques de construcción biológicos: aminoácidos, nucleósidos y azúcares.
2. Mundo de ARN: ARN catalítico y autorreplicante.
3. Síntesis de proteínas: traducción de plantillas de ARN.
4. ADN: replicación y transcripción.

Question 17

Cronología de eventos que preceden al origen de vida celular. Parte 2 (vida celular temprana y diversificación evolutiva)

Answer 17

5. Bicapas lipídicas: compartimientos celulares. Es probables que las células tempranas hayan tenidos altas tasas de HGT.
   3.8 - 3.7 billones de años:
6. LUCA (Last Universal Common Ancestor)
7. Divergencia de bacterias y arqueas: componentes de replicación del ADN, transcripción y traducción en un solo sitio.

Question 18

Importancia del ARN. ¿Por qué es posible un mundo de ARN?

Answer 18

1. El ARN es la columbra vertebral de ciertas moléculas esenciales para todas las células como ATP, NADH y coenzima A.
2. El ARN puede unirse a pequeñas moléculas como nucleótidos y aminoácidos, puede catalizar reacciones bioquímicas simples y puede ser la plantilla para su propia síntesis.
3. Puede catalizar la síntesis de proteínas mediante las actividades de los ARNr, ARNt y ARNm.

Question 19

¿Por qué el ADN reemplazó al ARN?

Answer 19

El ADN es una molécula más estable que ARN y es un mejor depósitos de información genética. Asumió el papel del genoma y se convirtió en la plantilla para la síntesis de ARN.

Question 20

¿Hace cuánto existió LUCA?

Answer 20

Existió hace entre 3.8 y 3.7 billones de años, el momento en el que las bacterias y arqueas divergieron.

Question 21

Cronología de momentos importantes en la evolución de la vida (Parte 1).

Answer 21

1. 4,5 billones de años: Formación de la Tierra.
2. Formación de la corteza y océanos.
3. 4 billones de años: origen de la vida celular.
4. 3,8 - 3,7 billones de años: divergencia entre arqueas y bacterias.
5. 3,5 billones de años: origen de la fotosíntesis anoxigénica.
6. 3 billones de años: origen de cianobacterias y fotosíntesis oxigénica.

Question 22

Cronología de momentos importantes en la evolución de la vida (Parte 2).

Answer 22

7. 2,5 billones de años: comienzo del Gran Evento de Oxidación.
8. 2 billones de años: Formación de la capa de ozono.
9. 1,5 billones de años: evidencia de eucariotas multicelulares.
10. 500 millones de años: inicio de la explosión cámbrica.
11. Origen de los primeros animales.
12. Extinción de los dinosaurios.

Question 23

¿Cómo fue posible la diversificación metabólica?

Answer 23

La diversificación metabólico es el resultado de la explotación de los diversos recursos energéticos disponibles en el planeta.

Question 24

Moléculas importantes del metabolismo exclusivamente anaeróbico

Answer 24

H2 y H2S era usados como donadores de electrones (fuente de energía). Estos eran arrojados por volcanes y aguas termales.

Azufre elemental. Fue probablemente uno de los primeros aceptores de electrones de la oxidación del H2, era muy abundante en la tierra primitiva.

CO2 y N2 como fuente principal de carbono y nitrógeno, respectivamente.

Question 25

¿Cuántos genes se remontan a LUCA?

Answer 25

355 genes.

Question 26

Características importantes de LUCA

Answer 26

Probablemente LUCA vivió en un ambiente hidrotermal.

Metabolizaba H2 y CO2, probablemente produciendo acetato o metano como productos de desecho. Con el tiempo, estos se acumularon en grandes cantidades y brindaron las condiciones necesarias para la evolución de bacterias quimioorganotróficas.

Question 27

Metabolismo básico de organismos fototróficos

Answer 27

Usan energía del sol para oxidar moléculas coo H2S, S0, Fe2+ o H2O y sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir del CO2 o de moléculas orgánicas simples.

Question 28

¿Qué organismos evolucionaron a partir de los fotótrofos anoxigénicos?

Answer 28

Cianobacterias: los primeros fotótrofos oxigénicos productores de O2.

Question 29

¿Qué son los estromatolitos?

Answer 29

Formaciones microbianas fosilizadas. Se forman cuando los microbios provocan la deposición de minerales de carbonatos o silicatos que promueven la fosilización.

Question 30

Datos importantes sobre los estromatolitos

Answer 30

Se han encontrado en rocas de 3,5 billones de años de antigüedad.

Eran diversos y comunes en la Tierra hace entre 2,8 - 1 billón de años atrás.

Los estromatolitos modernos se encuentran en ciertas cuencas marinas poco profundas o en aguas termales. Se componen principalmente de cianobacterias y bacterias verdes del no azufre.

Question 31

Reacción de la fotosíntesis anoxigénica

Answer 31

Uso de H2S como donador de electrones para la fijación del CO2, dando S0 (azufre elemental) como producto de desecho.

Question 32

Reacción de la fotosíntesis oxigénica

Answer 32

Uso de H2S como donador de electrones para la fijación del CO2, dando O2 como producto de desecho.

Question 33

¿Cómo se originó la fotosíntesis oxigénica?

Answer 33

Hace entre 2,5 - 3,3 billones de años, el linaje de las cianobacterias evolucionó un fotosistema capaz de realizar fotosíntesis oxigénica, en el que el H2O reemplazó al H2S como reductos del CO2, generando así O2 como producto de desecho.

Question 34

¿Cómo ocurrió el Gran Evento de Oxidación?

Answer 34

Hace 2,4 billones de años, los niveles de O2 producidos por los fotótrofos oxigénicos habían aumentado a una parte por millón. Fue así como comenzó el Gran Evento de Oxidación.

Question 35

Consideraciones importantes sobre el Gran Evento de Oxidación

Answer 35

El metabolismo de las cianobacterias produjo O2 que oxidaba minerales reducidos que contenían Fe2+ a óxidos de hierro que contenían Fe3+.

Solo después de que so oxidó el abundante Fe2+ de la Tierra, pudo comenzar a acumularse el O2 en la atmósfera, y no fue hasta hace 600 - 900 millones de años que el O2 en la atmósfera alcanzó los niveles actuales (~21%).

Question 36

¿Qué pasó con las bacterias y arqueas anoxigénicas tras la oxigenación de la Tierra?

Answer 36

Las especies de bacteria y arqueas que no pudieron adaptarse a este cambio quedaron cada vez más restringidas a hábitats anóxicos debido a la toxicidad del O2 y porque oxida químicamente las sustancias reducidas de las que depende su metabolismo.

Question 37

¿Por qué los organismos aerobios ganaron ventaja sobre los anaerobios?

Answer 37

Los microbios que desarrollaron la capacidad de respirar O2 ganaron una tremenda ventaja energética debido al alto potencial de reducción del par O2/H2O, y con más energía a su disposición, los aerobios podían reproducirse mucho más rápidamente que los anaerobios.

Question 38

Formación de la capa de ozono

Answer 38

Cuando el O2 está expuesto a la radiación UV del sol, se convierte en ozono (O3), el cual absorbe fuertemente la radiación UV en longitudes de onda de hasta 300 nm.

La formación de la capa de ozono es una consecuencia importante de la oxidación del ambiente.

Question 39

¿Por qué es importante la capa de ozono?

Answer 39

El O3 crea una barrera que protege a la superficie de la Tierra de gran parte de la radiación UV del Sol, Sin la capa de ozono, la vida estaría restringida al fondo de los océanos o a la subsuperficie.

La capa de ozono permitió a los microbios extenderse por la superficie terrestre, explotando nuevos hábitats y evolucionando hacia una diversidad cada vez mayor.