Origen y diversificación de los seres vivos

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1 Origen y diversificación de los seres vivos Qué organismos estudia la Botánica? Sólo una pequeña Volver a parte, texto y aún así... Cordados Moluscos Crustáceos Protozoos Insectos Algas Arácnidos Nematodos Virus Bacterias Otros Acontecimientos importantes en la historia de las plantas y hongos 1. Evolución y diversificación de las primeras formas de vida: PROCARIOTAS 2. Origen y desarrollo de las células fotosintéticas: PROCARIOTAS FOTOSINTÉTICOS 3. Primeras células con orgánulos: EUCARIOTAS 4. Primeros organismos multicelulares en los vegetales: ALGAS Y HONGOS PLURICELULARES 5. Conquista del medio terrestre por las plantas: EMBRIOFITOS 6. Desarrollo de tejidos conductores: PLANTAS VASCULARES 7. Comienzo de las plantas con semillas: GIMNOSPERMAS 8. Desarrollo y evolución de las plantas con flores: ANGIOSPERMAS terrestres Eucariotas pluricelulares Eucariotas unicelulares Procariotas Primeros indicios de seres vivos Escala de tiempo geológica BIOGENESIS Condiciones fisicoquímicas de la Tierra: Fuentes de energía: descargas eléctricas, erupciones volcánicas, radiación UV Composición de la atmósfera: N 2, CO 2, gases nobles, H 2 y CO sin O 2 Impacto de meteoritos Etapas en la evolución de los primeros organismos vivos Acumulación de pequeñas moléculas orgánicas (monómeros) sintetizadas abióticamente (experimentos Miller & Urey, 1953, 1959, y otros) Gly y otros aminoácidos, azúcares, lípidos, bases púricas y pirimidínicas, ATP. Paloma Cubas 1

2 Etapas en la evolución de los primeros organismos vivos Unión abiótica de estos monómeros (aminoácidos, nucleótidos,...) para dar polímeros como proteínas, lípidos y ácidos nucleicos (experimentos de Sidney Fox), en superficies como arcillas, etc. Origen de las moléculas de la herencia (RNA y DNA) Agregación de las moléculas sintetizadas abióticamente en gotas rodeadas de membrana células (protobiontes), con un medio químico interno diferenciado del medio químico externo FECHAS Ma: Formación del planeta Tierra a partir de la nube original que dió lugar al Sistema Solar Ma: Rocas más antiguas datadas (Isua, Groenlandia). Primeros indicios bioquímicos de vida 3600 Ma: indicios más antiguos de células (fósiles semejantes a cianobacterias actuales) Proterozoico Arqueozoico PRECAMBRICO Fósiles de animales pluricelulares Fósiles de algas pluricelulares Primeros fósiles de eucariotas Transición a una atmósfera oxigenada Procariotas anaerobios y aerobios Fósiles más antiguos conocidos Rocas mas antiguas conocidas Qué carácterísticas presenta un organismo vivo? Capacidad de crecer Metabolismo Auto-replicarse Heredar rasgos de sus antepasados Mutar Millones de años MODOS DE NUTRICION DE LOS SERES VIVOS FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE C DONANTE DE e - o H + ORGANISMOS FOTO- (luz) AUTO- (CO 2) H 2S, S (a) (b) H 2O Bacterias Cianófitos (b) H 2O Algas (b) H 2O terrrestres HETERO- comp. orgánicos Bacterias (CH 2O) n QUIMIO- (comp. orgánicos) AUTO- (CO 2) H 2, CH + 4, (c) NO - 2, NH 3 Bacterias HETERO- (CH 2O) n S, Mn ++, Fe ++ Bacterias Protozoos Metazoos * Algas con heterotrofia facultativa, terrestres aclorofílicas Margulis L. et al Handbook of Protoctista (simplificado) (a) CO H 2S (CH 2O) + H 2O + 2 S (b) CO 2 + H 2O (CH 2O) + O 2 Diversificación de los organismos unicelulares (procariotas): primeras células fotosintéticas Diversificación: Quimiótrofos vs. fotótrofos Heterótrofos vs. autótrofos Organismos fotosintéticos (fotoautótrofos) con bacterioclorofilas con clorofila a producción y comienzo de la acumulación de O2 libre en la atmósfera (2 800 Ma, 1-2% PAL) Aerobios y anaerobios Paloma Cubas 2

3 Desde el principio, los seres vivos modificaron profundamente la atmósfera PRECAMBRICO Proterozoico Fósiles de animales pluricelulares Fósiles de algas pluricelulares Primeros fósiles de eucariotas El oxígeno comienza a aparecer en la atmósfera Comienzan las bacterias productoras de oxígeno Bacterias metanógenas comienzan a emitir a la atmósfera Los primeros seres vivos microcópicos comienzan a consumir CO 2 Niveles elevados de CO 2 compensan la poca energía que llega del Sol Arqueozoico Millones de años Transición a una atmósfera oxigenada Fósiles más antiguos conocidos Rocas mas antiguas conocidas Primeras células con orgánulos: Eucariotas unicelulares Edades mínimas de las principales ramas del árbol de la vida, basadas en datos biogeoquímicos y paleontológicos (Brooks, 2003). Separación de las tres grandes ramas del árbol de la vida: BACTERIA ARCHAEA EUKARYA Ma: Primeros fósiles de células con: orgánulos: núcleo, mitocondrias, cloroplastos, etc. División celular: mitosis Reproducción sexual: meiosis BACTERIA EUKARYA ARCHAEA C. Woese (1977) Primeras células con orgánulos: Eucariotas unicelulares (cont.) Metabolismo y modo de vida: Todos aerobios, Fotoautótrofos (clorofila a, H 2 O, O 2 ) Quimioheterótrofos con: - absorción de compuestos orgánicos o - capturan partículas Mixótrofos: pueden funcionar de ambos modos Grupos: algas unicelulares, protozoos, hongos unicelulares Origen: teoría de la endosimbiosis en serie (Margulis, 1970) Proterozoico Arqueozoico Millones de años PRECAMBRICO Fósiles de animales pluricelulares Fósiles de algas pluricelulares Primeros fósiles de eucariotas Transición a una atmósfera oxigenada Fósiles más antiguos conocidos Rocas mas antiguas conocidas Paloma Cubas 3

4 Eucariotas pluricelulares Fechas: Ma: primeros fósiles de algas pluricelulares Ma: primeros fósiles animales pluricelulares Organismos pluricelulares Rasgos básicos: Las células vecinas están en contacto (plasmodesmos) e interactúan fisiológicamente Quitina Paredes celulares rígidas (celulosa y otros compuestos en los fotoautótrofos; quitina en heterótrofos) Celulosa Diversificación de los organismos pluricelulares Fotoautótrofos, ± sedentarios (Algas pluricelulares) Quimioheterótrofos con absorción, ± sedentarios (algunos ) Quimioheterótrofos que ingieren partículas sólidas, móviles, con sistemas sensoriales y nerviosos bien desarrollados (Animales) VENTAJAS DE LOS PLURICELULARES - Continúan viviendo después de reproducirse. El nº de individuos aumenta a mayor ritmo que en unicelulares -Pueden especializar células, tejidos y órganos - Presentan mayor volumen y área total de membranas celulares: mayor capacidad de intercambio - Esqueleto formado por las paredes rígidas - Partes (de la planta) pueden aislarse si son atacadas Algas Animales -Tienen ventajas competitivas en ocupación de espacios, adquisición de nutrientes y luz, más estructuras reproductoras, etc. -Presentan mayor homeostasis La conquista de la tierra firme por los vegetales (y los animales) Ma: Silúrico-Devónico Superior Grupos: briófitos y primeras plantas vasculares Charofíceas terrestres actuales terrestres Pl. vasculares Pl. con semillas Primeras plantas adaptadas al medio terrestre: capaces de soportar condiciones secas Devonico Silurico Cooksonia pertoni Tamaño 2.5 cm Silúrico Superior Derivadas de algas verdes acuáticas, semejantes a las actuales Charoficeas Paloma Cubas 4

5 Las plantas terrestres se diversificaron por dos vias diferentes dando lugar a los Briófitos y vasculares. Dos grupos con distinto grado de adaptación a este medio. Las plantas vasculares presentan: Verdaderos tallos, raíces y hojas, Sistema vascular bien desarrollado, con xilema y floema Adaptación completa a la vida terrestre, son homeohidros. Briófitos vasculares primitivas Son plantas vasculares los Pteridófitos y las con semillas Origen de las plantas terrestres La conquista de la tierra firme por los vegetales: primeras plantas con semillas 417 a 354 Millones Pteridófitos Primeras plantas con semillas 417 a 354 Millones vasculares primitivas Archaeosperma arnoldii Origen de las plantas terrestres En las con semillas, las estructuras reproductoras mas delicadas están unidas a la planta madre y protegidas (en el óvulo) Gimospermas Radiación de las plantas con flores: Angiospermas Primeras plantas con semillas vasculares primitivas El embrión que se forma tras la fecundación, también queda protegido por estructuras de la planta madre (semilla) Origen de las plantas terrestres Paloma Cubas 5

6 La conquista de la tierra firme por los vegetales: comienzo y diversificación de plantas con flores (y de los animales) Extinción de dinosaurios ammonites, etc. hoja Los fósiles más antiguos de plantas con flores se encontraron en China. Tienen 140 a 125 millones de años Primeras plantas con flores Primeros mamíferos placentados Primeros pájaros Primeros mamíferos Ruptura de Pangea Primeros dinosaurios Archaefructus liaoningensis Sun, Dilcher, Zheng et Zhou (Sun et al., 1998). Carpelos con semillas Las plantas con flores (Angiospermas), tienen mayor protección de las estructuras reproductoras que las Gimnospermas. El óvulo está dentro del ovario (carpelos) Una vez formado el embrión, el óvulo se transforma en semilla. Continúa protegida dentro del ovario, que se transforma en fruto. Estigma Semilla Ovulo Pericarpo Pared del ovario Acontecimientos importantes en la historia de las plantas y hongos: principales grupos A lo largo de los tiempos geológicos los seres vivos se han diversificado: 1. Evolución y diversificación de las primeras formas de vida: PROCARIOTAS 2. Origen y desarrollo de las células fotosintéticas: PROCARIOTAS FOTOSINTÉTICOS 3. Primeras células con orgánulos: EUCARIOTAS 4. Primeros organismos multicelulares en los vegetales: ALGAS Y HONGOS PLURICELULARES 5. Conquista del medio terrestre por las plantas: EMBRIOFITOS 6. Desarrollo de tejidos conductores: PLANTAS VASCULARES 7. Comienzo de las plantas con semillas: GIMNOSPERMAS 8. Desarrollo y evolución de las plantas con flores: ANGIOSPERMAS A lo largo de la historia los seres humanos hemos clasificado los seres vivos Paloma Cubas 6

7 A lo largo de los tiempos geológicos los seres vivos se han diversificado: (fotosíntesis) (absorción) Animales (ingestión) Otra clasificación alternativa Protistas (unicelulares eucariotas, acuáticos) Monera (procariotas ) A lo largo de la historia los seres humanos hemos clasificado los seres vivos A lo largo de la historia los seres humanos hemos clasificado los seres vivos Las clasificaciones mas recientes dividen los eucariotas en cinco grandes supergrupos. Los organismos que vamos a estudiar pertenecen a tres de estos supergrupos Cromalveolados Algas rojas Algas verdes terrestres (=briofitos y plantas vasculares) Dinoflagelados Diatomeas Algas pardas Unicontos Keeling, P.K Diversity and evolutionary history of plastids and their hosts. Am. J. Bot. 91: Paloma Cubas 7