ORIGENES DE LA VIDA

INSTITUTO SUPERIOR DE FORMACION DOCENTE DR. ARTEMIO MORENO

CATEDRA: BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

PROFESORA: DRA. ALEJADRA BERTETO

UNIDAD N°1

TEMAS:

·       ORIGEN DE LA VIDA

·       TEORIA CELULAR

·       VIRUS

·       DIVISION DE LAS ORGANISMOS SEGÚN SU RESPIRACION

·       DIVISION DE LAS ORGANISMOS SEGÚN SU ALIMENTACION

·       EXTREMOFILOS

·       FOTOSINTESIS

·       MINERALIZACION

EL ORIGEN DE LA VIDA

El origen de la vida ha tenido en todas las civilizaciones una explicación cuyo denominador común era la intervención divina. La ciencia, sin embargo, ante esta gran pregunta necesitaba buscar causas, reglas o mecanismos que dieran a ese hecho una justificación constatable.

La generación espontánea de la vida fue una teoría autorizada y desautorizada consecutivamente en varias ocasiones entre 1668 y 1862, año éste último en que se disipó la incógnita. En 1668 el médico italiano Francesco Redi demostró que las larvas de mosca de las carnes en descomposición se producían a causa de puestas previas, y no espontáneamente por la propia carne. La generación espontánea quedaba en parte desautorizada (no exenta de polémica) a pesar del arraigo que esa teoría tenía en la historia de la biología.

La polémica sobre la generación espontánea se avivó aún más cuando en 1677 Antoni Van Leeuwenhoeck, un fabricante de microscopios y pionero en descubrimientos sobre los protozoos, desautorizó de nuevo la antigua teoría cuando experimentó sobre microorganismos sólo visibles al microscopio, ante la aparente constatación de que estos seres aparecían espontáneamente en los alimentos en descomposición. Demostró que las pulgas y gorgojos no surgían espontáneamente a partir de granos de trigo y avena, sino que se desarrollaban a partir de diminutos huevos.

Tuvieron que transcurrir cien años para que en 1768 el fisiólogo italiano Lazzaro Spallanzani (uno de los fundadores de la biología experimental) demostrase la inexistencia de generación espontánea. Hirviendo un caldo que contenía microorganismos en un recipiente de vidrio, y cerrándolo después herméticamente para evitar la entrada de aire, el líquido se mantuvo claro y estéril. Los inmovilistas de esa época no dieron validez al experimento, a pesar de su rotundidad, y expusieron como argumento que se había alterado el aire del interior del recipiente por efecto del calor, eliminando los principios creadores de la vida.

El problema seguía sin resolverse definitivamente en la segunda mitad del siglo XIX, hasta que el biólogo francés Louis Pasteur se propuso emprender una serie de experimentos para solventar la cuestión de la procedencia de esos microorganismos que, en apariencia, se generaban espontáneamente. En 1862 Pasteur llegó a la conclusión de que los gérmenes penetraban en las sustancias procedentes de su entorno.

Ese descubrimiento dio lugar a un debate feroz con el biólogo francés Félix Pouchet, y más tarde con el respetado bacteriólogo inglés Henry Bastion; éste último mantenía que la generación espontánea podía darse en condiciones apropiadas. Una comisión de la Academia de Ciencias aceptó oficialmente en 1864 los resultados de Pasteur, a pesar de ello los debates duraron hasta bien entrada la década de 1870.

Teoría de Alexander Ivánovich Oparin

En la actualidad, la base de referencia de la teoría evolutiva del origen de la vida, se debe al bioquímico soviético Alexander Ivánovich Oparin, aunque el británico John Burdon Sanderson Haldane sostuvo una idea similar. Oparin postuló en 1924 que las moléculas orgánicas habían podido evolucionar reuniéndose para formar sistemas que fueron haciéndose cada vez más complejos, quedando sometidos a las leyes de la evolución. Según esta teoría, los océanos contenían en sus orígenes gran cantidad de compuestos orgánicos disueltos. En un proceso que requirió mucho tiempo, esas moléculas se fueron agrupando en otras mayores y éstas a su vez en complejos temporales. Alguno de esos complejos se convirtió en un protobionte tras adquirir una serie de propiedades, por las cuales podía aislarse e introducir en su interior ciertas moléculas que le rodeaban y liberar otras.

Las funciones metabólicas, la reproducción y el crecimiento habrían aparecido después de que el protobionte adquiriera la capacidad de absorber e incorporar las moléculas a su estructura, para finalmente conseguir separar porciones de sí mismo con iguales características.

La teoría de Oparin fue experimentada con validez por Stanley Miller en 1953, como parte de su tesis doctoral dirigida por H. Urey; consiguiendo obtener compuestos orgánicos complejos después de reproducir las condiciones primitivas del planeta en un aparato diseñado al efecto. Miller creó un dispositivo, en el cual la mezcla de gases que imitan la atmósfera primitiva, es sometida a la acción de descargas eléctricas, dentro de un circuito cerrado en el que hervía agua y se condensaba repetidas veces. Se producían así moléculas orgánicas sencillas, y a partir de ellas otras más complejas, como aminoácidos, ácidos orgánicos y nucleótidos.

Se abrió así camino a la obtención de numerosas moléculas orgánicas. En condiciones de laboratorio se han conseguido sintetizar azúcares, glicerina, aminoácidos, polipéptidos, ácidos grasos, o porfirinas que es la base de la clorofila y hemoglobina, etc.

Una condición indispensable para la evolución de la vida a partir de materia orgánica no viva, era la existencia de una atmósfera terrestre carente de oxígeno libre. En opinión de Haldane, que sostenía esa idea, durante el proceso biogenético los compuestos orgánicos no podrían ser estables en una atmósfera oxidante (con O2); serían los organismos fotosintéticos los que posteriormente producirían el O2 atmosférico actual.

En resumen, la vida surgió en unas condiciones ambientales muy distintas a las actuales, las de la Tierra primitiva, a partir de moléculas orgánicas que no competían con ningún otro organismo vivo. Mediante la intervención de la selección natural se habrían ido diversificando hasta los actuales organismos.

Formación de las primeras células

Se ha convenido que el proceso de formación de las primeras células debió superar varias etapas de evolución, tres de carácter prebiológico (química) y una biológica: constitución de la Tierra, síntesis prebiológica, fase subcelular y fase protocelular.

Constitución de la Tierra

Durante la constitución de la Tierra la atmósfera era reductora, debido a la carencia de oxígeno de los gases emitidos al enfriarse las rocas diferentes tipos de energía, como descargas eléctricas o radiaciones ultravioleta irían formando aminoácidos, azúcares y bases orgánicas.

 Las descargas eléctricas y radiaciones ultravioleta darían lugar a la polimerización gradual en el medio acuoso.

Se estima que tuvo lugar hace unos 5.000 millones de años. El enfriamiento de las rocas emitía gases a la atmósfera ricos en compuestos de carbono y carentes de oxígeno (reductores).

Síntesis Prebiológica

Se produce a partir de los monómeros, o moléculas sencillas procedentes de los gases de la atmósfera primitiva, que posteriormente quedarían disueltos en el medio líquido. Aminoácidos, azúcares y bases orgánicas se irían formando mediante diferentes tipos de energía, descargas eléctricas o radiaciones ultravioletas. Éstos, en el medio acuoso, tendrían una polimerización gradual dando lugar a macromoléculas o cadenas proteicas y de ácidos nucleicos.

Fase Subcelular

Las microesferas de proteinoides (según Fox) o coacervados (según Oparin), consistentes en gotitas ricas en polímeros, inician su separación dentro del medio acuoso, que primitivamente tenía una consistencia de sopa. Por selección química, se generarían posteriormente protobiontes individualizados independientes del entorno  (formados por proteínas y ácidos nucleicos).

Fase Protocelular

Se activa un mecanismo de autorreproducción, y una evolución  biológica por selección natural. Ese mecanismo genético asegura que las protocélulas hijas adquieran las mismas propiedades químicas y metabólicas de las protocélulas padre, es decir, se realiza una transmisión hereditaria, que a su vez permite la existencia de mutaciones (evolución biológica).

Las actuales bacterias anaeróbicas como las de tipo Clostridium (fermentadoras), serían parecidas a las que en el origen de la Tierra tendrían los primeros seres vivos, que, probablemente, consistirían en formas unicelulares heterótrofas; de todas formas, estas bacterias actuales requieren adquirir en el entorno moléculas energizadas constituidas por reacciones no biológicas.

Las primeras células que dependían, como ya se dijo, de materia orgánica formada por diferentes fuentes de energía como las descargas eléctricas (que comenzaría a escasear), prescindieron progresivamente de esa energía cuando la fotosíntesis entró en acción. La atmósfera comenzó entonces a recibir O2, y por evolución aparecerían las cianobacterias o algas azules, cuyos sedimentos fueron identificados en microfósiles de hace unos 3.500 millones de años.

La atmósfera del planeta cambió de reductora a oxidante en los 2.000 millones que siguieron a los procesos descritos. De cada cinco moléculas una era de O2. Con la formación de la capa de ozono se redujeron las radiaciones ultravioleta, y por esa razón las condiciones que permitieron la aparición de la vida desaparecieron definitivamente.

TEORIA CELULAR

La teoría celular afirma que:

1.    Que todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.

2.    Las reacciones químicas de los organismos, incluidos los procesos que liberan energía, y las reacciones biosintéticas, ocurren dentro de la célula.

3.    Todas las células se originan de otras células.

4.    Contienen material genético, que transmiten de una generación a otra.

VIRUS

 Virus (del latín virus, «toxina» o «veneno») es un agente infeccioso microscópico que sólo puede multiplicarse dentro de las células de otros organismos. Los virus infectan todos los tipos de organismos, desde animales y plantas, hasta bacterias y arqueas. Los virus son demasiado pequeños para poder ser observados con la ayuda de un microscopio óptico, por lo que se dice que son submicroscópicos. El primer virus conocido, el virus del mosaico del tabaco. fue descubierto por Martinus Beijerinck en 1899,1 2 y actualmente se han descrito más de 5.000, si bien algunos autores opinan que podrían existir millones de tipos diferentes.Los virus se hallan en casi todos los ecosistemas de la Tierra y son el tipo de entidad biológica más abundante. El estudio de los virus recibe el nombre de virología,6 una rama de la microbiología.

A diferencia de los priones y viroides, los virus se componen de dos o tres partes: su material genético, que porta la información hereditaria, que puede ser ADN o de ARN; una cubierta proteica que protege a estos genes —llamada cápside— y en algunos también se puede encontrar una bicapa lipidia que los rodea cuando se encuentran fuera de la célula —denominada envoltura vírica—. Los virus varían en su forma, desde simples helicoides o icosaedros hasta estructuras más complejas. El origen evolutivo de los virus aún es incierto, algunos podrían haber evolucionado a partir de plásmidos (fragmentos de ADN que se mueven entre las células), mientras que otros podrían haberse originado desde bacterias. Además, desde el punto de vista de la evolución de otras especies, los virus son un medio importante de transferencia horizontal de genes, la cual incrementa la diversidad genética.

Los virus se diseminan de muchas maneras diferentes y cada tipo de virus tiene un método distinto de transmisión. Entre estos métodos se encuentran los vectores de transmisión, que son otros organismos que los transmiten entre portadores. Los virus vegetales se propagan frecuentemente por insectos que se alimentan de su savia, como los áfidos, mientras que los virus animales se suelen propagar por medio de insectos hematófagos. Por otro lado, otros virus no precisan de vectores: el virus de la gripe (rinovirus) se propaga por el aire a través de los estornudos y la tos y los norovirus son transmitidos por vía fecal-oral, o a través de las manos, alimentos y agua contaminados. Los rotavirus se extienden a menudo por contacto directo con niños infectados. El VIH es uno de los muchos virus que se transmiten por contacto sexual o por exposición con sangre infectada.

No todos los virus provocan enfermedades, ya que muchos virus se reproducen sin causar ningún daño al organismo infectado. Algunos virus como el VIH pueden producir infecciones permanentes o crónicas cuando el virus continúa replicándose en el cuerpo evadiendo los mecanismos de defensa del huésped.  En los animales, sin embargo, es frecuente que las infecciones víricas produzcan una respuesta inmunitaria que confiere una inmunidad permanente a la infección. Los microorganismos como las bacterias también tienen defensas contra las infecciones víricas, conocidas como sistemas de restricción-modificación. Los antibióticos no tienen efecto sobre los virus, pero se han desarrollado medicamentos antivirales para tratar infecciones potencialmente mortal

Los virus sólo se multiplican en células vivientes. La célula huésped debe proporcionar la energía y la maquinaria de síntesis, también los precursores de bajo peso molecular para la síntesis de las proteínas virales y de los ácidos nucleicos. El ácido nucleico viral transporta la especificidad genética para cifrar todas las macromoléculas específicas virales en una forma altamente organizada.

La única característica de la multiplicación viral consiste en que, poco después de su interacción con una célula huésped, el virión infectante se desintegra y pierde la infecciosidad que se puede medir. Esta fase del ciclo celular se llama periodo de eclipse; su duración varía dependiendo del virus y de la célula huésped en particular, y termina con la formación de las primeras partículas virales descendientes infecciosas. El periodo de eclipse es, en realidad, de intensa actividad sintética, puesto que la célula se redirige hacia la satisfacción de las necesidades del "pirata" viral. En algunos casos, tan pronto como el ácido nucleico viral penetra a la célula huésped, el metabolismo celular es recanalizado exclusivamente hacia la síntesis de nuevas partículas virales. En otros casos, los procesos metabólicos de la célula huésped no se alteran significativamente, aunque la célula sintetiza proteínas virales y ácidos nucleicos.

Los virus han desarrollado diversas estrategias para lograr la multiplicación en las células huéspedes parasitadas por ellos. Aunque los detalles varían de un grupo a otro, el patrón general de los ciclos de replicación es semejante.

Fijación, penetración y pérdida de la cubierta:

La primera etapa de la infección viral es la interacción de un virión con un sitio receptor específica de la superficie celular. Las moléculas receptoras difieren para los distintos virus, y son proteínas en algunos casos (por ejemplo, picornavirus) y oligosacáridos en otros (por ejemplo, ortovirus y paramixovirus). La presencia o la ausencia de receptores desempeña una función determinante de primer orden en el tropismo celular y la patogenia viral; por ejemplo, el poliovirus es capaz de fijarse sólo en las células del sistema nervioso central y las vías digestivas de los primates. Se cree que la fijación en receptores refleja homologías configurativas fortuitas entre la estructura de la superficie del virión y un componente de la superficie celular. Por ejemplo, el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) se une al receptor CD4 en las células del sistema inmunitario y se cree que el virus de la rabia interactúa con los receptores de acetilcolina y que el virus de Epstein-Barr reconoce al receptor para el tercer componente del complemento en las células B. Es probable que cada célula susceptible posea por lo menos 100,000 sitios receptores para un virus dado.

Después de la fijación, la partícula viral entra en la célula. Esta etapa se conoce como penetración, viropexia o fagocitosis. En algunos sistemas, se realiza por endocitosis mediada por receptores, con captación de las partículas virales ingeridas dentro de endosomas. Están menos claros los detalles de la penetración en otros sistemas. Ocurre perdida de la cubierta de manera concomitante con la penetración o poco después de la misma. La pérdida de la cubierta, o descubrimiento, es la separación física del ácido nucleico viral (o, en algunos casos, de las nucleocápsides inteARNs) a partir de los componentes estructurales externos del virión. En este momento se pierde la infecciosidad del virus original.

Los virus son los únicos agentes infecciosos en los que la disolución del agente infectante es una etapa obligatoria de la vía de la replicación.

Síntesis de los componentes virales:

Poco después de quedar descubierto el genoma viral, se inicia la fase sintética del ciclo de replicación del virus. El aspecto esencial de la replicación viral consiste en que deben transcribirse los ARNm específicos del ácido nucleico viral para que se exprese y duplique con éxito la información genética. Una vez que se logra esta etapa, los virus recurren a los componentes de la célula para traducir el ARNm. Diversas clases de virus emplean vías diferentes para sintetizar los ARNm según la estructura del ácido nucleico viral. Algunos virus (por ejemplo, rhabdovirus, ortomixovirus y paramixovirus) poseen ARN polimerasas que sintetizan a los ARNm. Los virus ARN de este tipo se llaman virus de tira negativa (de sentido negativo), puesto que su genoma de ARN de una sola tira es complementario del ARNm, el cual se designa por acuerdo general como de tira positiva (o de sentido positivo).

Durante la replicación viral se sintetizan todas las macromoléculas especificadas del virus en una secuencia muy organizada. En algunas infecciones por virus, notablemente las producidas por virus de doble tira que contienen ADN, se sintetizan proteínas virales tempranas poco después de la infección y aparecen proteínas tardías sólo durante la fase tardía del proceso infeccioso, una vez que ha ocurrido la síntesis del ADN viral. Pueden activarse o no genes tempranos cuando se elaboran los productos tardíos. En contraste, se expresa al mismo tiempo la mayor parte de la información genética de los virus que contienen ARN o toda ella. Además de estos controles temporales, existen también controles cuantitativos puesto que no se elaboran todas las proteínas virales en las mismas cantidades. Las proteínas específicas del virus pueden regular la extensión de la transcripción del genoma o la traducción del ARNm viral.

Buenos modelos para el estudio de la expresión genética son los virus y los bacteriófagos pequeños de los animales. Su pequeño tamaño ha permitido aclarar la secuencia total de nucleótidos de unos cuantos virus. Esto ha hecho que se descubran genes sobrepuestos en los que se emplean algunas secuencias de ADN para la síntesis de dos polipéptidos diferentes, ya sea mediante el empleo de dos armazones de lectura diferentes o por medio de dos moléculas de ARNm que emplean los mismos armazones de lectura pero puntos de iniciación diferentes. Un sistema viral (adenovirus) reveló por primera vez el fenómeno de procesamiento de ARNm que se llama "empalme", por medio del cual se generan las secuencias de ARNm que codifican una proteina determinada a partir de secuencias separadas del modelo, con empalme de las secuencias no codificadoras intermedias de la transcripción.

Se encuentra la variación más amplia en las estrategias de la expresión genética entre los virus que contienen ARN. Algunos viriones poseen polimerasas (ortomixovirus, reovirus); otros sistemas emplean mensajes subgenómicos generados a veces por empalme (ortomixovirus, retrovirus); por último, algunos virus sintetizan grandes precursores poliproteínicos que se someten a procesamiento y segmentación para generar los productos génicos finales (picornavirus, retrovirus).

La extensión a la que las enzimas específicas del virus participan en estos procesos varía de un grupo a otro. En general, los virus de mayor tamaño (herpesvirus, poxvirus) son más independientes de las funciones celulares que los virus de menor tamaño. Esta es una razón de que los virus de mayor tamaño sean más sensibles a la quimioterapia antiviral, porque se dispone de más procesos específicos de los virus como blancos de la acción farmacológica.

Los sitios intracelulares en los que ocurren los diferentes acontecimientos de la replicación viral, varían de un grupo a otro. Es posible plantear algunas generalizaciones. La proteína viral se sintetiza en el citoplasma, sobre los polirribosomas compuestos por ARNm específico del virus y ribosomas de la célula huésped. El ADN viral suele replicarse en el núcleo. El ARN genómico viral se duplica generalmente en el citoplasma celular, aunque hay excepciones.

Morfogénesis y liberación:

Los genomas virales recién sintetizados y los polipéptidos de la cápside se ensamblan para formar los virus descendientes. Las cápsides icosaédricas pueden condensarse en ausencia de ácido nucleico, en tanto que las nucleocápsides de los virus de simetría helicoidal no pueden formarse sin ARN viral. No existen mecanismos especiales para la liberación de virus carentes de cubierta; las células infectadas acaban por experimentar lisis y liberar las partículas virales.

Los virus cubiertos maduran por un proceso de gemación. Se insertan glucoproteínas de cubierta específica del virus en las membranas celulares y, a continuación, las nucleocápsides hacen gemación a través de la membrana a nivel de estos sitios modificados y, al hacerlo así, adquieren su cubierta. La gemación ocurre a menudo a nivel de la membrana plasmática y puede abarcar a otras membranas de la célula. Los virus cubiertos no son infecciosos hasta que han adquirido sus cubiertas. Por lo tanto, no se acumulan de manera típica viriones descendientes infecciosos en el interior de la célula infectada.

La maduración viral es a veces un proceso ineficaz. Pueden acumularse cantidades excesivas de componentes virales y participar en la formación de cuerpos de inclusión en la célula (ver antes). Como resultado de los profundos efectos dañinos de la replicación viral, se desarrollan por último efectos citopáticos celulares y la célula muere. Sin embargo, hay casos en que el virus no lesiona a la célula y se producen infecciones persistentes y prolongadas.

Los virus sólo se multiplican en células vivientes. La célula huésped debe proporcionar la energía y la maquinaria de síntesis, también los precursores de bajo peso molecular para la síntesis de las proteínas virales y de los ácidos nucleicos. El ácido nucleico viral transporta la especificidad genética para cifrar todas las macromoléculas específicas virales en una forma altamente organizada.

La única característica de la multiplicación viral consiste en que, poco después de su interacción con una célula huésped, el virión infectante se desintegra y pierde la infecciosidad que se puede medir. Esta fase del ciclo celular se llama periodo de eclipse; su duración varía dependiendo del virus y de la célula huésped en particular, y termina con la formación de las primeras partículas virales descendientes infecciosas. El periodo de eclipse es, en realidad, de intensa actividad sintética, puesto que la célula se redirige hacia la satisfacción de las necesidades del "pirata" viral. En algunos casos, tan pronto como el ácido nucleico viral penetra a la célula huésped, el metabolismo celular es recanalizado exclusivamente hacia la síntesis de nuevas partículas virales. En otros casos, los procesos metabólicos de la célula huésped no se alteran significativamente, aunque la célula sintetiza proteínas virales y ácidos nucleicos.

Los virus han desarrollado diversas estrategias para lograr la multiplicación en las células huéspedes parasitadas por ellos. Aunque los detalles varían de un grupo a otro, el patrón general de los ciclos de replicación es semejante.

DIVISION DE LAS ORGANISMOS SEGÚN SU RESPIRACION

Tipos de Respiración de los Seres Vivos

Los seres vivos desde los unicelulares hasta los multicelulares, se dividen según su tipo de respiración y se clasifican de la siguiente manera:

1º Respiración celular Aerobia, mecanismo respiratorio a nivel celular en presencia de O2 atmosférico dentro de unos orgánulos membranosos llamados Mitocondrias.

2º Respiración celular Anaerobia, propio de las bacterias anaerobias y de los aerobios (vía alternativa para la degradación), sin presencia de O2 atmosférico.

3º En los animales multicelulares, como los Anélidos y los batracios (sapos y ranas), la respiración es Cutánea(a nivel de la epidermis), en los Anfibios maduros, aparte de la respiración cutánea ocurre la respiración por DEGLUCIÓN (ingestión de aire), y la pulmonar.

4º En Peces, la respiración es Branquial.

5º En Anfibios en estado larval y en Salamandras, la respiración es braquial (órganos ramificados muy enrojecidos por la cantidad de capilares sanguíneos).

6º En los insectos (langosta), la respiración la realiza una estructura propia de ellos llamada tráqueas y filotráqueas,(arácnidos) estas se comunican al exterior por medio de un orificio en la superficie de su cuerpo llamado Opérculo o Espiráculo.-

7º En reptiles, aves y mamíferos, la respiración es Pulmonar, se realiza en los alvéolos pulmonares llamada "HEMATOSIS".

DIVISIÓN DE LOS ORGANISMOS SEGÚN SU ALIMENTACIÓN

Los organismos se dividen en Autótrofos, Heterótrofos y Saprótrofos.

SERES AUTÓTROFOS

Nutrición autótrofa es la capacidad de ciertos organismos de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".

Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dioxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos

Tipos de autotrofos

Los seres vivos basan su composición en compuestos en los que el elemento químico definitorio es el carbono (compuestos orgánicos), y los autótrofos obtienen todo el carbono a través de un proceso metabólico de fijación del carbono llamado ciclo de Calvin. Sin embargo se distinguen unos de otros por la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de sintetizar sustancias orgánicas; hay dos clases principales, los fotoautótrofos, que emplean la luz para realizar la fotosíntesis, y los quimioautótrofos, que extraen la energía de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas, minerales, en el interior de la tierra o en el fondo del océano.1

Seres autótrofos

Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimenticia, ya que absorben la energía solar o fuentes inorgánicas como el dióxido de carbono y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y el de otros seres vivos llamados heterótrofos que los utilizan como alimento. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas.

 Tarea ecológica

Los autótrofos forman el primer eslabón en las cadenas tróficas, en tanto que productores primarios de la materia orgánica que circula a través de ellas. Son necesariamente los organismos más abundantes, ya que —dada la eficiencia limitada de los procesos metabólicos— cada eslabón está mucho menos representado que los siguientes.

Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimentaria, ya que obtienen los átomos que necesitan de fuentes inorgánicas, como el dióxido de carbono, y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos, llamados heterótrofos, que las utilizan como alimento. A la vez, obtienen la energía de fuentes abióticas como la luz solar (fotosíntesis) o reacciones químicas entre sustancias minerales (quimiosíntesis).

HETERÓTROFOS

Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez.

Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas que han obtenido de los seres autótrofos por ingestión (animales) o absorción (descomponedores). Por ejemplo, los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y la materia obtenidas de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos (las plantas) que comieron sus presas.

Tipos de organismos

Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene su carbono y nitrógeno de la materia orgánica de otros y también en la mayoría de los casos obtiene su energía de esta manera. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, los hongos, gran parte de las bacterias y de las arqueas. En el heterotrofismo las sustancias nutritivas son materias orgánicas ricas en energía (carbohidratos, lípidos, proteínas), pues los seres heterótrofos son incapaces de tomar energía libre para transformar materia inorgánica en orgánica. Estos organismos viven, por tanto, a expensas de la materia orgánica (viva, muerta o en descomposición) sintetizada por los autótrofos, o a expensas de otros seres heterótrofos.

 Proceso

La nutrición heterótrofa se realiza cuando la célula va consumiendo materia orgánica ya formada. En este tipo de nutrición no hay, pues, transformación de materia inorgánica en materia orgánica. Sin embargo, la nutrición heterótrofa permite la transformación de los alimentos en materia celular propia.

 Ejemplos

Poseen este tipo de nutrición algunas bacterias, los protozoos, los hongos y los animales.

 Etapas

El proceso de nutrición heterótrofa de una célula se puede dividir en siete etapas:

1. Captura. La célula atrae las partículas alimenticias creando torbellinos mediante sus cilios o flagelos, o emitiendo seudópodos, que engloban el alimento.

2. Ingestión. La célula introduce el alimento en una vacuola alimenticia o fagosoma. Algunas células ciliadas, como los paramecios, tienen una especie de boca, llamada citostoma, por la que fagocitan el alimento.

3. Digestión. Los lisosomas vierten sus enzimas digestivas en el fagosoma, que así se transformará en vacuola digestiva. Las enzimas descomponen los alimentos en las pequeñas moléculas que las forman.

4. Paso de membrana. Las pequeñas moléculas liberadas en la digestión atraviesan la membrana de la vacuola y se difunden por el citoplasma.

5. Defecación o egestión. La célula expulsa al exterior las moléculas que no le son útiles.

6. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en el citoplasma. Su fin es obtener energía para la célula y construir materia orgánica celular propia.

7. Excreción. La excreción es la expulsión al exterior, a través de la membrana celular, de los productos de desecho del catabolismo. Estos productos son normalmente el dióxido de carbono (CO2), el agua (H2O) y el amoniaco (NH3).

 Fases del metabolismo

El metabolismo se divide en dos fases:

1.         Anabolismo o fase de construcción en la que, utilizando la energía bioquímica procedente del catabolismo y las pequeñas moléculas procedentes de la digestión, se sintetizan grandes moléculas orgánicas.

2.         Catabolismo o fase de destrucción, en la que la materia orgánica, mediante la respiración celular, es oxidada en el interior de las mitocondrias, obteniéndose energía bioquímica.

SAPRÓTROFOS

En ecología se llama saprotrofia a la dependencia que muchos organismos, llamados saprótrofos, tienen para su nutrición de los residuos procedentes de otros organismos, tales como hojas muertas, cadáveres o excrementos. También se puede llamar al fenómeno saprobiosis y a los organismos que lo representan, saprobios (generalmente usado como adjetivo) o saprobiontes.

Entre los saprótrofos pueden distinguirse los saprótrofos obligados, es decir, aquellos que no tienen otra manera de recabar nutrientes, y los saprótrofos facultativos, aquellos que durante la mayor parte de su vida emplean otro medio de nutrición y sólo son saprótrofos durante un fase, como la normalmente parásita Venturia pirina.

Un saprófito (del griego σαπρος, saprós, "podrido" y φυτος fitos, "planta") es un organismo heterótrofo vegetal que obtiene su energía de materia orgánica muerta o de los detritos desechados por otros seres vivos, de los cuales extrae los compuestos orgánicos que requiere como nutrientes. El término es sólo aplicable a organismos osmótrofos, tradicionalmente tratados como vegetales, aunque rara vez son plantas en sentido estricto, siendo más a menudo protistas, y sobre todo bacterias u hongo. El uso de este término sigue siendo corriente, a pesar de la pérdida de contenido que el concepto de vegetal ha sufrido con el progreso de la clasificación. Reino vegetal. El uso que en ecología tiene la palabra descomponedor la aproxima a este significado, aunque también se usa a veces en el sentido más amplio de saprótrofo.

Los saprófitos son casi invariablemente organismos cuyas células están dotadas de pared, que realizan una nutrición osmótrofa. Primero secretan enzimas que hidrolizan las moléculas orgánicas de los residuos, liberando así biomoléculas solubles que luego absorben por ósmosis a través de sus cubiertas celulares, la pared celular y la membrana plasmática. La suya es una actividad crucial en la cadena trófica, pues es el primer paso de un proceso, la descomposición, que devuelve al entorno en forma de iones libres los componentes empleados por los organismos muertos, cerrando los ciclos de los nutrientes. Los descomponedores actúan sobre todo clase de restos orgánicos y, en algunos casos, sólo ellos son capaces de reutilizar provechosamente algunos compuestos.

Durante mucho tiempo se consideró que algunas plantas —algunas orquídeas, y todas las especies de la familia Monotropaceae— que carecen de clorofila y son incapaces por lo tanto de fotosintetizar la energía que requieren eran también saprótrofas. Sin embargo, investigaciones recientes señalan que estas plantas en realidad parasitan a otros vegetales, a menudo empleando un hongo con el que sus raíces están en relación simbiótica (una relación micorrizal); la literatura contemporánea las denomina mico-heterótrofas. Ejemplos de esta clase de plantas incluyen la Monotropa uniflora y la Neottia nidus-avis.

Los saprófagos son organismos de alimentación fagótrofa que ingieren activamente material sólido, en lugar de sustancias disueltas, al que luego digieren dentro del marco del organismo, en fagosomas los unicelulares, en el tubo digestivo los animales pluricelulares. Se llama detritívoros sobre todo a los pequeños fagótrofos que procesan residuos sobre todo vegetales, y que son muy importantes en el edafón, es decir, la biota del suelo. El término se utiliza también, menos habitualmente, para referirse a animales que se alimentan de carroña, como los buitres o las hienas.

EXTREMÓFILOS

Un extremófilo (de extremo y la palabra griega φιλíα=afecto, amor, es decir "amante de -condiciones- extremas") es un microrganismo que vive en condiciones extremas, entendiéndose por tales aquellas que son muy diferentes a las que viven la mayoría de las formas de vida en la Tierra.

Los extremófilos del tipo termófilo producen algunos de los vistosos colores de la fuente termal Grand Prismatic Spring, en el Yellowstone National Park.

Hasta hace poco tiempo se pensaba que en los lugares donde crecen los extremófilos era imposible que hubiera vida. Por ejemplo, en las aguas enormemente ácidas del río Tinto; pero las hay; muchas pertenecen al dominio Archaea. Y también hay cientos de miles de virus desconocidos y por catalogar.

Las enzimas que poseen los organismos extremófilos (apodadas extremo enzimas) son funcionales cuando otras no lo son.

Podemos hacer la siguiente clasificación:

•          Anhidrobiosis: Viven en ausencia de agua. Ejemplo: Selaginella lepidophylla

•          Acidófilo: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, como el Picrophilus, los organismos de la cuenca del Río Tinto, en Huelva, o la arquea que habita en una mina californiana llamada Iron Mountain, que crece en PH negativo.

•          Alcalófilo: Se desarrollan en ambientes muy alcalinos (básicos).

•          Barófilo: Se desarrollan en ambientes con presión muy alta.

•          Halófilo: Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del género Halobacterium, que viven en entornos como el Mar Muerto.

•          Endolito: Organismo de suelos profundos. Viven a muchos metros bajo el suelo, incluso en medio de rocas.

•          Psicrófilo: Se desarrollan en ambientes de temperatura muy fría, como la Polaromonas vacuolata.

•          Radiófilo: Soportan gran cantidad de radiación, como la bacteria Deinococcus radiodurans o unos microbios recogidos en los acantilados de Devon, Inglaterra, que consiguieron sobrevivir casi 600 días expuestos a los rayos cósmicos y sin oxígeno.

•          Termófilo: Se desarrollan en ambientes a temperaturas superiores a 45 °C, algunos de ellos, los hipertermófilos tienen su temperatura òptima de crecimiento por encima de los 80 °C., como el Pyrococcus furiosus. En una lluvia roja en Kerala (India), Godfrey Louis aisló unas células inertes a temperatura normal, sin ADN, que son capaces de reproducirse a 121 grados centígrados y son de presunto origen extraterrestre.1

•          Xerófilo: Se desarrollan en ambientes con muy baja humedad.

•          Los tardígrados, que se deshidratan para quedar como muertos durante cientos de años en condiciones de criptobiosis y pueden resistir en el espacio.

Algunas bacterias pertenecen a varios de estos grupos. La mayor parte de los extremófilos son microrganismos, hay archaeas (arqueobacterias), procariotas (bacterias) y eucariotas. Su pequeño tamaño y el hecho de que su metabolismo es muy adaptable ha permitido que colonicen ambientes que son mortales para seres pluricelulares. Aunque hay que señalar que también hay organismos pluricelulares, sobre todo entre los barófilos. Es especialmente destacable el caso de los tardígrados, micrometazoos capaces de sobrevivir en diversas condiciones de criptobiosis (anoxi, anhidro y osmobiosis).

Un hecho curioso es que estudiando los extremófilos de Yellowstone (fuentes termales: termófilos) el Dr. Brock de la Universidad de Madison (Estados Unidos) encontró la bacteria Thermus aquaticus. Por ser resistente al calor, permitió desarrollar la técnica de Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) que ha sido fundamental para el desarrollo de la ingeniería genética.

Recientemente se ha descubierto en el lago Mono, California, un nuevo organismo que sustituye el fósforo para funcionar con arsénico, el GFAJ-1El.

El estudio de los microorganismos extremófilos es importante también para disciplinas como la Exobiología. Un estudio de 2011 sugirió que algunos organismos extremófilos terrestres, como el Deinococcus radiodurans podrían ser capaces de sobrevivir en el espacio exterior.2

También son materia de estudio para la Ecología, pues estas formas de vida pueden degradar materias tóxicas, dañinas o perjudiciales para el entorno natural y el ser humano.

FOTOSINTESIS

La fotosíntesis (del griego antiguo φώτο [foto], "luz", y σύνθεσις [síntesis], "unión") es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química.

Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la fotosíntesis.

La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz.

La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

FASE PRIMARIA O LUMÍNICA

La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila.

La clorofila es un compuesto orgánico, formado por moléculas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio.

Estos elementos se organizan en una estructura especial: el átomo de magnesio se sitúa en el centro rodeado de todos los demás átomos.

La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, el enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula de agua, se rompe por efecto de la luz.

El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente, y la energía no utilizada es almacenada en moléculas especiales llamadas ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso descrito.

FASE SECUNDARIA U OSCURA

La fase oscura de la fotosíntesis es una etapa en la que no se necesita la luz, aunque también se realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y depende directamente de los productos obtenidos en la fase lumínica.

En esta fase, el hidrógeno formado en la fase anterior se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos; es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.

Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C6HI2O6), un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho.

Después de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones químicas que dan lugar a la formación de almidón y varios carbohidratos más.

A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento.

Cada uno de estos procesos no requiere de la participación de luz ni de la clorofila, y por ende se realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla con el agua presente en las hojas y es absorbido por unos tubitos minúsculos que existen en el tallo de la planta y, a través de éstos, es transportado hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es utilizado para fabricar celulosa, el principal constituyente de la madera.

El resultado final, y el más trascendental, es que la planta guarda en su interior la energía que proviene del Sol.  Esta condición es la razón de la existencia del mundo vegetal porque constituye la base energética de los demás seres vivientes.

Por una parte, las plantas son para los animales fuente de alimentación, y, por otra, mantienen constante la cantidad necesaria de oxígeno en la atmósfera permitiendo que los seres vivos puedan obtener así la energía necesaria para sus actividades.

Si los químicos lograran reproducir la fotosíntesis por medios artificiales, se abriría la posibilidad de capturar energía solar a gran escala. En la actualidad se trabaja mucho en este tipo de investigación. Todavía no se ha logrado sintetizar una molécula artificial que se mantenga polarizada durante un tiempo suficiente para reaccionar de forma útil con otras moléculas, pero las perspectivas son prometedoras.

IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos:

1. La síntesis de materia orgánica a partir de la materia inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.

2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos

3. En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.

5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.

Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

MINERALIZACION

Es la transformación de los detritos orgánicos que caen al suelo, en minerales, que son fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas.

Son especialmente importantes el Nitrógeno, Fosforo y Potasio, además de otras sales minerales y micronutrientes.

La desintegración de los productos vegetales, tales como hojas, raíces y ramas, depende de su contenido o lignina, que es un polisacárido muy resistente a la descomposición, aunque también depende de las condiciones del clima.

El primer paso es la formación del “HUMUS”, que es una sustancia amorfa de aspecto coloidal, de color café amarillento, y de una composición química muy compleja.

Esta se forma de una manera relativamente rápida pero su mineralización es muy lenta, y se hace a expensas de las bacterias anaeróbicas, que, por acción enzimática, descompone las grandes moléculas orgánicas, para formar moléculas pequeñas de fácil absorción.

Podemos  medir  la  actividad  metabólica  de  microrganismos  heterotróficos Estudiando la mineralización de sustratos orgánicos.  Definimos mineralización como la degradación completa de un compuesto a sus constituyentes  minerales,  en  donde  el carbono orgánico es oxidado hasta CO2.  Dado que la descomposición de un sustrato orgánico por medio del proceso de respiración aeróbica tiene como productos principales a CO2 y H2O, la evolución de CO2 puede utilizarse como un indicador bastante preciso de la actividad respiratoria de comunidades en agua y suelo.  Dicho objetivo se cumple en la medida que el ensayo de mineralización es realizado bajo condiciones aeróbicas.

Por  otro  lado,  los  ensayos  de  mineralización  nos  permiten  evaluar  el  efecto  de variaciones  de  factores  bióticos  y  abióticos  sobre  la  descomposición  de  materia orgánica.  A través de los estudios de mineralización podemos entonces determinar la susceptibilidad  y  razón  de  descomposición  de  compuestos  orgánicos  naturales  y sintéticos.  De  esta  forma,  podemos  anticipar  el  impacto  ambiental  de  substancias orgánicas identificadas como xenobióticos y/o tóxicos.

BIBLIOGRAFIA:

BIOLOGIA, Curtis y Barnes, séptima edición, ed. Panamericana

http://www.manualdelombricultura.com

http://ocw.um.es/ciencias/ecologia

http://myprofeciencias.wordpress.com/2011/01/31/teoras-del-origen-de-la-vida/

http://www.natureduca.com/cienc_bio_origenvida1.php

http://es.scribd.com/doc/86308/teoria-del-origen-de-la-vida

http://edafologia.ugr.es/introeda/tema02/transf.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Abiog%C3%A9nesis

http://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis

http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Fotosintesis.htm