Presentación de PowerPoint - agora.xtec.cat · Què és la vida? • El Sol és una estrella que...
-
Upload
nguyendien -
Category
Documents
-
view
222 -
download
0
Transcript of Presentación de PowerPoint - agora.xtec.cat · Què és la vida? • El Sol és una estrella que...
L’origen de la vida i de l’ésser
humà UNITAT 2
Cultura científica
Fany Ballesteros
Què aprendrem? • Com es va poder originar la vida?
Discutirem sobre les teories sobre l’origen de la vida
• Com va evolucionar la vida a la Terra?
Compararem entre arguments sustentadors de les idees evolutives: fets,
teories i evidències.
• Quins processos van dur a l’aparició de l’esser humà?
Analitzar i significar els fòssils homínids i coneixement dels principals
mètodes de datació.
Què sabem? Avaluació inicial
Què és la vida? • El Sol és una estrella que va nèixer fa aproximadament 6,000 milions d’anys i molt
probablement morirà en uns 5000 milions més. Està viu?
• Els bacteris no creixen ni envelleixen. Estan vius?
• Quan un bacteri es divideix en dos, quin dels dos neix?
• Els virus informàtics es reprodueixen, estan vius?
• Els virus biològics no estan fets per un altre virus, ni tampoc tenen metabolisme propi, estan vius?
Què és la vida? • El Sol és una estrella que va nèixer fa aproximadament 6,000 milions d’anys i molt
probablement morirà en uns 5000 milions més. Està viu?
• Els bacteris no creixen ni envelleixen. Estan vius?
• Quan un bacteri es divideix en dos, quin dels dos neix?
• Els virus informàtics es reprodueixen, estan vius?
• Els virus biològics no estan fets per un altre virus, ni tampoc tenen metabolisme propi, estan vius?
Lectura
La típica definició de neix, creix, es
reprodueix i mor és insuficient, no
ajuda a distingir el que és viu del que
no ho és.
Complexitat Diferents nivells d’organització de la matèria
Què és la vida?
Virus
organisme acel·lular
(ADN + càpsula
proteica)
Bacteri
Organisme unicel·lular
Mamífers
Organisme pluricel·lular (teixits, òrgans, sistemes)
Què és la vida?
Diversitat
Viure amb oxigen o intoxicar-se amb ell. Viure a més de 200ºC o a
temperatures sota zero. Reproducció sexual, asexual... Viure sota grans pressions o al buit. …..
Vida sota 0ºC
Bacteris termòfils viuen a més
de 200ºC
Peixos
abissals a més
de 200º m de
profunditat.
Què és la vida?
Automanteniment: prendre substàncies del medi i eliminar les substàncies de
rebuig per mantenir l’estructura i metabolisme. Implica
Intercanvi de matèria i energia (Nutrició)
Interacció amb l’entorn i amb altres éssers vius (Relació)
Capacitat de generar un nou organisme que contingui el material genètic del
progenitor (reproducció)
Què és la vida? Més definicions…
“Una zona separada del medi, que inclogui una font
d’energia, que s’adapti al medi i evolucioni i que sigui capaç
de reproduir-se”
ROBERT SHAPIRO
(Bioquímic) “informació i DNA replicable (mitjançant
proteïnes) a l’abric d’una membrana
CHRIS McKAY
(Astrobiòleg)
“un objecte complex que conté informació, es reprodueix i evoluciona
per selecció natural
LESLIE ORGEL
(Bioquímic)
De què està feta la matèria viva?
La matèria: Els elements químics (1r nivell estructural)
Elements químic: No poden ser descomposats en altres substàncies més senzilles mitjançant cap tipus de reacció química. Són indivisibles i la seva combinació forma tota la matèria que existeix (matèria viva, matèria inert). Model atòmic
Quins d’aquests elements
forman part de la matèria
viva?
Experiment pàg. 27
La matèria: Els bioelements (1r nivell estructural)
Són aquells els elements químics que formen part dels
éssers vius.
Composició en % de la matèria que forma els
éssers vius
, P, S
S’agrupen per formar
L’estructura del carboni
• Propietat de formar 4 enllaços amb elements diferents (incloent
el C).
• Les cadenes de carboni poden ser lineals, ramificades i cícliques
diversitat de compostos.
• Es coneixen prop de 10 milions de compostos orgànics formats
per estructures de carboni.
• Dins del cos humà, és el segon element més abundant per massa
(aproximadament un 18,5% de la total) després de l’oxigen Exemple de molècula formada amb
carboni
La matèria: Les biomolècules (2n nivell estructural)
• Una molècula és l’agrupació de diferents elements (iguals o diferents) mitjançant l’enllaç químic.
• Les biomolècules són les molècules que formen els éssers vius, la matèria prima que els constitueixen.
• Els bioelements més abundants als organismes es combinen per formar les 4 biomolècules:
• Glucosa,
• Almidó,
• Cel·lulosa
• Fructosa…
Funció energètica i
estructural
• Àcids grasos,
• Triglicèris
• Colesterol
• Fosfolípids…
Funció energètica
• Enzims • Hormones • Hemoglobina • Anticossos…
Tenen múltiples
funcions
• ADN • ARN
Contenen la
informació genètica
Exemples d’estructures moleculars
Estructura molecular dels monosacàrids,
component principal dels glúcids:
Estructura molecular dels aminoàcids,
component principal de les proteines
Estructura molecular dels nucleòtids, component
principal del l’ADN i l’ARN (els àcids nucleics)
Estructura molecular dels àcids grasos,
component principal dls lípids
Els monòmers són molecules senzilles, petites, unitats bàsiques que
en unir-se a altres monòmers (desenes, centenars, milers) formen les
molècules grans, els polímers.
• Orgànuls: formats per agrupacions de biomolècules. Formen la cèl·lula i
s’encarreguen de dur a terme les funcions vitals cel·lulars.
• La cèl·lula es l’estructura més petita que pot considerar-se viva, és la unitat
funcional de tots els éssers vius.
• És capaç de fer les 3 funcions vitals: nutrició, respiració, reproducció
Els orgànuls i la cèl·lula (3r i 4t nivells estructurals)
Biomolècules Orgànuls cel·lulars
Cèl·lula
Tamanys relatius de les diferents estructures.
Preguntes que sorgeixen… • D’on procedeixen les biomolècules? • Com es van poder organitzar per donar lloc a una
associació comparable a la cèl·lula?
Hipòtesis sobre l’origen de la vida:
1. La síntesi abiòtica: Hipòtesi d’Oparin i Aldane
2. La hipòtesi del món de l’ARN
3. L’origen extraterrestre: Hipòtesi de la panspèrmia
4. La hipòtesi de l’origen a les fonts hidrotermals
Quins són els punts a
favor i quins
quins en contra?
L’evolució química de la vida:
• Hipòtesi d’Oparin i Aldane (1924, 1928)
• Experiment de Miller (1953)
La hipòtesi d’Oparin i Aldane
L’atmosfera primitiva
La síntesis abiòtica: de la matèria inerta a la matèria
viva
1) El punt de partida, fa ~4.000m.a: L’ATMOSFERA PRIMITIVA
• Formada per gasos com: hidrogen
(H2) nitrogen (N2) metà (CH4),
amoníac (NH3) diòxid de carboni
(CO2) i vapor d’aigua (H2O).
• Absència d’oxigen.
• En aquestes substàncies estaven
els principals bioelements que
formen la matèria viva: C, H O, N
2) Formació de biomolècules senzilles
• L’energia procedent de:
▫ La calor de les erupcions volcàniques
▫ Les descàrregues elèctriques
▫ Les radiacions solars.
va proporcionar l’energia per a que els
components de l’atmosfera reaccionessin i
formessin les primeres biomolècules, molt
simples, els monòmers:
• Aminoàcids
• Sucres
• Nucleòtids…
• L’absència d’oxigen era una condició
important ja que l’O2 hauria impedit la
formació d’agregats més complexos.
La síntesis abiòtica: de la matèria inerta a la matèria
viva
3) Polimerització de biomolècules complexes
• Els monòmers (sucres, aminoàcids i altres molècules senzilles) van reaccionar
entre sí per donar lloc a molècules més complexes, les biomolècules:
▫ Glúcids
▫ Lípids
▫ Proteïnes
▫ Àcids nucleics
La síntesis abiòtica: de la matèria inerta a la matèria
viva
4) El brou primitiu o sopa primordial
• El refredament de la superfície terrestre va condensar el vapor d’aigua de l’atmosfera formant els
oceans primitius.
• Els compostos orgànics (biomolècules) formats a l'atmosfera van ser arrossegats cap als mars per les
pluges, quedant emmagatzemats a l’aigua.
• L’ambient càlid de la Terra primitiva va evaporar l’aigua en basses superficials, fet que va permetre la
concentració de les molècules orgàniques. Ho va anomenar “sopa primordial“ .
La síntesis abiòtica: de la matèria inerta a la matèria
viva
5) Formació dels coacervats
• Les molècules van continuar diversificant-se formant agregats cada cop
més complexos quedant seleccionats de manera natural els més
estables.
• Algunes d’aquestes macromolècules es van associar de forma
espontania en petites esferes que va anomenar coacervats.
• Posteriorment va demostrar que es podien formar membranes lipídiques
que aïllaben del medi extern les molècules biològiques.
• Característiques del coacervats.
• La velocitat de les reaccions químiques al seu interior és major
que les velocitats al medi extern inici del metabolisme cel·lular.
• Quan la seva grandària esdevé excessiva, tendeiexen a trencar-
se espontàniament produint dues gotícules filles.
De la síntesi abiòtica als primers
organismes
5) Els coacervats, precursors de les cèl·lules procariotes.
• Aquestes estructures precel·lulars, efectuarien
intercanvis amb el medi extern, evolucionant
cap a estructures més complexes, fins al
sorgiment de les primeres formes cel·lulars
• Aquests éssers estaven proveïts d’una
membrana que separava el medi intern de
l’extern i d’una metabolisme rudimentari que
els permetia l’obtenció d’energia i la
reproducció: les cèl·lules procariotes.
De la síntesi abiòtica als primers organismes
Coacervat (estructura precel·lular)
• La vida es va formar a la Terra de forma espontània a partir de matèria inert.
• L’aparició de la vida va anar precedida d’un llarg període d’evolució química.
• A partir d’aquests composts orgànics es formarien els primers éssers vius.
La hipòtesi d’Oparin
L’experiment de Miller (1953)
• Comprova que es poden formar molècules orgàniques a partir de substàncies inorgàniques simples sota condicions ambientals adequades.
L’experiment de Miller (1953)
• Realitza un experiment per contrastar la
hipòtesi d’Oparin.
• Dissenya un aparell en el que simula les
condicions de l’atmosfera primitiva.
• L’experiment va consistir en sotmetre una
barreja de metà (CH4), amoníac (NH3),
hidrogen (H2) i aigua (H2O) a
descàrregues elèctriques d’alt voltatge.
• El resultat va ser la obtenció de molècules
orgàniques (principalment aminoàcids),
usats per les cèl·lules com els pilars bàsics
per sintetitzar les seves proteïnes.
• Posteriorment a Miller, s’han obtingut també
nucleòtids
La hipòtesi del món ARN
• Un altre candidat de la abiogènesis.
• Proposa que la vida va sorgir a partir de la versatilitat de la molècula d’ARN, amb el desenvolupament posterior d’una membrana al seu voltant donant origen a la primera cèl·lula procariota.
• L’ARN i l’ADN són les biomolècules amb capacitat d’emmagatzemar, transmetre i duplicar la informació genètica.
• A les cèl·lules actuals és l’ADN qui té aquesta funció, però ha de ser assistit sempre per proteïnes. Alhora, les proteïnes és formen gràcies a la informació continguda a l’ADN.
Què fa que l’ARN sigui candidat a ser la primera molècula portadora de la informació genètica? Avantatges de l’ARN vs l’ADN
• Capacitat de crear còpies de sí mateix (l’ADN necessita per fer-ho col·laboració de l’ARN i les
proteïnes).
Hipòtesi del món ARN
• Capacitat per actuar com a enzim
(molècula que ajuda a fer les
reaccions químiques necessàries per
l’activitat cel·lular). A la cèl·lula
aquesta funció és principal de les
proteïnes.
• S’ha demostrat que l’ARN pot formar-
se de manera espontània (les
proteïnes i l’ADN no)
Capaç de reproduïr fidelment la
informació genètica d’un ésser viu!
Hipòtesi del món ARN
Nuclèotids (monòmers)
Molècula d’ARN (polímer), format de manera
espontània
Autoduplicació de la molècula d’ARN. Els nucleòtids
s’aparellen espontaniament per complementarietat de
bases.
Generació de dues còpies que contenen la mateixa
informació genètica.
Mecanisme d’autoduplicació de l’ARN
Hipòtesi del món ARN
Possible mecanisme d’evolució de l’ARN a l’ADN com a molècula portadora de
la informació genètica.
1. Les peces bàsiques de l’ARN (nucleòtids) s’uneixen espontaniament formant
petites molècules d’ARN. Les molècules d’ARN s’autocopien per
complementarietat de bases.
2. Les molècules d’ARN sintetitzen proteïnes, que poden actuar d’enzims.
3. Les proteïnes amb funció enzimàtica ajuden a l’ARN a duplicar-se i a fabricar la
seva versió de doble cadena, l’ADN (més estable que l’ARN). L’ADN té ara el
control, i utilitza l’ARN per fabricar proteïnes i còpies de l’ADN.
Possible evolució de la matèria fins les primeres cèl·lules
L’origen extraterrestre: hipòtesi de la
panspèrmia.
• Al sXIX diversos científics defensen que les primeres formes de vida han arribat de
l’espai.
• Al 1906, Arrenhius suggereix que formes de vida diminutes (espores bacterianes)
escapades d’algun planeta i transportades per radiació lluminosa es van desplaçar
per l’espai i podrien haver innoculat vida a diferents zones de la galaxia
L’origen extraterrestre: hipòtesi de la
panspèrmia.
• Arguments a favor:
▫ Presència de compostos orgànics (com
aminoàcids i proteïnes) en alguns meteorits
caiguts a la Terra
▫ Bacteris a la Terra que viuen en condicions
extremes.
▫ Està provat que les bacteries són capaces de
sobreviure a l’espai exterior.
• Arguments en contra:.
▫ Encara no hi ha evidències de vida
extraterrestre
La hipòtesis de l’origen a les fonts
hidrotermals
Descobertes l’any 1977 a l’Oceà Pacífic.
Són unes xemeneies submarines,
pròximes a les dorsals oceàniques, (2000-
4000m de profunditat), on brota aigua molt
calenta (350ºC) i rica en elements
químics inorgànics (com els compostos
de sofre, H2S).
Les fonts hidrotermals
Hi habiten nombroses espècies
submarines, sense accés a la llum
solar. Utilitzen l’energia continguda
en els compostos de sofre. Són
organismes QUIMIOSINTÈTICS.
Les condicions de vida recorden a
les de la Terra primitiva
• En l’atmosfera primitiva no hi havia capa d’ozó que protegís la Terra dels raigs
UV. La UV destrueix qualsevol forma de vida. Impossibilitat de vida a la superficie.
• Segons aquesta hipòtesi, la vida sorgiria a les profunditats de l’oceà, prop de les
fonts hidrotermals, on el gruix d’aigua protegiria els primers microorganismes de la
radiació UV.
• L’energia calorífica d’aquests indrets permetria la formació molècules
complexes (condicions semblants a les que van donar lloc a la sopa primitiva).
• Les primeres cèl·lules van aparèixer a les profunditats del fons oceànic fa 3,800ma.
Es nutrien a partir de substàncies disponibles en aquest indrets profunds.
• Quan aquesta matèria a s’esgota, les cèl·lules aprenen a fabricar matèria
orgànica a partir de CO2 de l’aigua i de l’energia continguda als compostos
sulfurats de les fonts hidrotermals, produint carbohidrats (sucres) simples
(QUIMIOSINTESIS)
La hipòtesis de l’origen a les fonts hidrotermals
La hipòtesis de l’origen a les fonts hidrotermals
La fotosíntesis cambia les condicions ambientals:
• La producció de compostos orgànics a partir de diòxid de
carboni disminuiria els nivells de CO2 atmosfèric
disminució de l’efecte hivernacle disminució de la
temperatura fins l’assoliment de la temperatura apta per la
vida.
• L‘O2 alliberat durant milions d’anys generaria la capa d’ozó
(O3), que protegiria la superficie terrestre de la radiació UV
possibilitant l’evolució de formes de vida aquàtiques i també
terrestres.
3800 ma
• Aparició de les primeres formes cel·lulars (quimiosíntesis)
3500ma
• Colonització de zones superficials. Aprofitament de l’energia solar. Aparició fotosintesis
2500ma
• Sorgeixen les cianobacteries. Alliberen oxigen a l’atmosfera com a residu de la fotosíntesis.
La fotosíntesis • Procés químic que realitzen plantes, algues i
cianobacteris que converteix:
▫ L’energia llumínica en energia química d’enllaç
(continguda als enllaços que uneixen els àtoms a
les molècules).
▫ El carboni del CO2 en compostos orgànics
• La reacció química és la següent:
• Importància:
▫ Genera una forma d’energia útil per la resta
d’éssers vius. (energia química d’enllaç)
▫ Converteix el CO2 atmosfèric en biomolècules
Comportament de les molècules en la fotosíntesis
La capa d’ozó
Importància
• Filtra les radiacions solars UV perjudicials.
• Sense la capa d’ozó la vida a la Terra no seria possible: ▫ Destrucció del fitoplàncton (alteració de la cadena alimentaria als oceans)
▫ Afectació del creixement en plantes
▫ Problemes de salut: càncer de pell , afebliment de les defenses, problemes de visió en persones i animals.