Biología (plan 1997) 2024-2
Optativas, Origen de la Vida
Grupo 5338, 56 lugares. 42 alumnos.
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¡Bienvenidos al Curso de Origen de la Vida!
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Objetivo General:
Introducir al estudiante a la situación actual de la teoría Oparin-Haldane sobre la aparición de la vida en el marco de una visión evolutiva. El alumno se familiarizará con los debates que rodean la hipótesis del surgimiento heterótrofo de los seres vivos y la propuesta del mundo del RNA, así como con las ideas contemporáneas sobre panspermia, sistemas complejos, y las propuestas autotróficas de Wächstershäuser.
Objetivos particulares:
Se pretende que al final del semestre el alumno conozca:
a) el contexto histórico, social y científico que llevó, primero, a la idea de la generación espontánea y, luego, a las primeras formulaciones de las hipótesis de panspermia, de una “molécula viviente”, de la plasmogenia, del “gen primordial” y, finalmente, a la hipótesis de la evolución química formulada por A.I. Oparin y J. B. S. Haldane;
b) el problema de la definición del fenómeno viviente y sus condicionantes históricas, así como los debates actuales sobre las aplicaciones de la teorías de autopoyésis, de la complejidad y, sobre todo, la visión evolutiva;
c) las evidencias geoquímicas y morfológicas del registro fósil del Precámbrico temprano;
d) el manejo de secuencias de macromoléculas y la importancia de las filogenias moleculares profundas en la caracterización de las etapas tempranas de la vida, incluyendo el descubrimiento y definición de los tres grandes dominios (Bacteria, Archaea y Eucarya);
e) los problemas en la reconstrucción teórica y experimental de las condiciones de la Tierra primitiva, incluyendo la contribución de compuestos orgánicos extraterrestres y la composición de la atmósfera prebiótica;
f) las síntesis de compuestos orgánicos en condiciones prebióticas y los mecanismos básicos de acumulación de monómeros y polímeros de importancia bioquímica, así como el problema de la asimetría química;
g) la hipótesis del mundo del RNA, incluyendo las propuestas de sistemas genéticos y catalíticos formados por análogos de ácidos nucleicos;
h) los distintos modelos de sistemas pre-celulares y el problema del encapsulamiento de sistemas replicativos;
i) las evidencias sobre el origen del ribosoma y la síntesis del código genético, así como las presiones evolutivas que favorecieron el desarrollo de genomas de DNA;
j) la evolución temprana de rutas biosintéticas, la diversificación de los principales tipos celulares y la importancia del transporte horizontal de información genética, incluyendo la endosimbiosis. Se revisará también el impacto de los metabolismos procariontes en la evolución de la atmósfera del planeta; y
k) se analizarán las estrategias desarrolladas en la actualidad para extrapolar las ideas contemporáneas sobre el origen de la vida en la Tierra a otras partes del universo.
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TEMARIO DEL CURSO
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Programa y unidades temáticas:
Tema I. La idea de la generación espontánea como un mecanismo de reproducción asexual. La incorporación de la generación espontánea a las visiones evolutivas de Lamarck y Darwin. Los experimentos de Pasteur sobre la generación espontánea, y el surgimiento de propuestas alternativas: la propuesta de una “molécula viva” (Troland y Muller), la teoría de la plasmogenia de Alfonso L. Herrera, la hipótesis de la evolución química y el origen heterótrofo de la vida de A.I. Oparin y J. B. S. Haldane
Tema II. El problema de la definición de la vida. Termódinámica y sistemas biológicos. La vida desde la perspectiva de la autopoiesis y de los sistemas complejos y sistemas emergentes. Importancia de la definición genética del fenómeno viviente y la visión darwinista;
Tema III. La antigüedad de la vida en la Tierra. El registro fósil del Precámbrico. Los microfósiles de los sedimentos arqueanos de Australia, y el debate sobre las evidencias geoquímica de sistemas biológicos en Groenlandia
Tema IV. El registro fósil molecular. Significado e importancia de las bases de datos de secuencias y genomas. Técnicas bioinformáticas de análisis filogenético para estructura primaria y terciaria de proteínas. Caracterización de los tres grandes dominios celulares (Bacteria, Archaea y Eucarya) y la importancia del 16/18S rRNA como marcador evolutivo. Las limitaciones del registro fósil molecular para comprender el origen de la vida mismo
Tema V. Compuestos orgánicos extraterrestres. Significado prebiótico de las moléculas interestelares, así como de los compuestos presentes en cometas y meteoritos. Formación de la Tierra primitiva y aporte por colisiones de compuestos en cometas y meteoritos a la sopa primitiva
Tema VI. El medio ambiente prebiótico. El carácter de la atmósfera primitiva de la Tierra: reductora y/o neutra. El experimento de Miller y las reconstrucciones contemporáneas. Síntesis abióticas de aminoácidos, nucleobases, lípidos, azúcares y otras moléculas de importancia biológica. Síntesis prebiótica de compuestos orgánicos bajo experimentos de química de sistemas. Síntesis en sistemas submarinos y la hipótesis de Wächstershäuser. Síntesis abióticas asimétricas: el modelo de Weber y Pizzarello
Tema VII. Modelos de polimerización prebiótica. Importancia catalítica de arcillas, sistemas en evaporación y congelamiento eutéctico. Polimerización molde dirigida de nucleótidos activados
Tema VIII. El mundo del RNA: evidencias, limitaciones e importancia evolutiva. Introducción a las propiedades catalíticas del RNA, incluyendo el papel del rRNA en la formación del enlace peptídico. Participación del RNA en multitud de procesos celulares conservados y la posible participación de los ribonucleótidos y sus derivados en etapas tempranas de la vida. El problema de la síntesis y acumulación prebiótica de polirribonucleótidos y de ribozimas. Mundos de pre-RNA y análogos de ácidos nucleicos (PNA, TNA, etc)
Tema IX. Interacciones de polímeros genéticos con agentes catalíticos. El papel de las arcillas y del encapsulamiento en liposomas y otros modelos. El problema del transporte en membranas lipídicas
Tema X. El origen de la síntesis de proteínas en un mundo del RNA. Situación actual de las teorías sobre el origen del código genético. Caracterización de sitios de unión al RNA como péptidos muy antiguos, y evidencias de una fase RNA/proteínas en la evolución biológica temprana. El origen monofilético de la reducción de ribonucleótidos y evolución de genomas de DNA
Tema XI. Procesos biosintéticos semienzimáticos. Formulación actual de la hipótesis heterótrofa. Divergencias antiguas entre los procariontes. Origen de metabolismo autotróficos y el impacto de la evolución biológica en la evolución de la atmósfera terrestre: sedimentos oxidados y origen de la atmósfera oxidante. Evolución de los eucariontes
Tema XII. La ausencia de evidencias sobre vida extraterrestre. ¿Qué tan válido es extrapolar las condiciones que permitieron el surgimiento de la biósfera en nuestro planeta a otras partes del Universo? El caso del meteorito Allan Hills 84001 y la necesidad de definir adecuadamente lo que es una evidencia de actividad biológica. Las características de los otros cuerpos del Sistema Solar y la improbabilidad de vida en otros planetas de nuestro sistema planetario