Origen y diversificación de los seres vivos

Origen y diversificación de los

seres vivos

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¿Qué organismos estudia la Botánica?

Arácnidos

Bacterias

Otros

Sólo una pequeña parte, y aún así...

Hongos

Nematodos

Virus

Cordados

Plantas

Moluscos

Crustáceos

Insectos

Protozoos

Algas

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

Escala de tiempo geológica

http://www.geo.ucalgary.ca/~macrae/timescale/timescale.html Primeros indicios de seres vivos Procariotas Eucariotas unicelulares Eucariotas pluricelulares Plantas terrestres

BIOGENESIS

Condiciones fisicoquímicas

de la Tierra:

• Fuentes de energía:

descargas eléctricas,

erupciones volcánicas,

radiación UV

• Composición de la

atmósfera:

N

N

, CO

gases

gases

nobles, H

nobles, H

y CO

Î

Î

sin O

sin O

• 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)

Î

Gly y otros

aminoácidos

,

azúcares

,

lípidos

,

bases

púricas y pirimidínicas,

ATP

.

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

• 4 600-4 500 Ma: Formación del planeta Tierra a partir de la nube original que dió lugar al Sistema Solar

• 3 800 Ma: Rocas más antiguas datadas (Isua, Groenlandia). Primeros indicios bioquímicos de vida

• 3600 Ma: indicios más antiguos de células(fósiles semejantes a cianobacterias actuales)

Rocas mas antiguas conocidas

Fósiles de animales pluricelulares

Fósiles más antiguos conocidos

Primeros fósiles de eucariotas

Millones de años

Fósiles de algas pluricelulares

PRECAMBRICO

Transición a una

atmósfera oxigenada

Arqueozoico Proterozoico

Procariotas anaerobios y aerobios

• Capacidad de crecer Metabolismo • Auto-replicarse

• Heredar rasgos de sus antepasados • Mutar

¿Qué carácterísticas presenta un organismo vivo?

MODOS DE NUTRICION DE LOS SERES VIVOS

FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE C DONANTE DE e- _{o H}+ _ORGANISMOS

AUTO- (CO2) H2S, S (a) H2O (b) H2O (b) H2O (b) Bacterias Cianófitos Algas Plantas terrrestres FOTO- (luz) HETERO- (CH2O)n

comp. orgánicos Bacterias

AUTO- (CO2) H2, CH4+, (c) NO2-, NH3 Bacterias QUIMIO- (comp. orgánicos) HETERO- (CH2O)n S, Mn++_{, Fe}++ _Bacterias Protozoos Hongos Metazoos * Algas con heterotrofia facultativa, Plantas terrestres aclorofílicas

Margulis L. et al. 1990. Handbook of Protoctista (simplificado)

(a) CO2 + 2 H2S ¿ (CH2O) + H2O + 2 S (b) CO2 + H2O ¿ (CH2O) + O2

Diversificación de los organismos unicelulares

(procariotas): primeras células fotosintéticas

Diversificación:

• Quimiótrofos vs. fotótrofos

• Heterótrofos vs. autótrofos

Organismos fotosintéticos (fotoautótrofos)

• con bacterioclorofilas

• con clorofila a

Î

producción y comienzo de la

acumulación de O2 libre en la atmósfera (2 800

Ma, 1-2% PAL)

Î

Aerobios y anaerobios

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 CO2 Niveles elevados de CO2compensan la poca energía que llega del Sol

Desde el principio, los seres vivos modificaron profundamente la atmósfera

Rocas mas antiguas conocidas

Fósiles de animales pluricelulares

Fósiles más antiguos conocidos

Primeros fósiles de eucariotas

Millones de años

Fósiles de algas pluricelulares

PRECAMBRICO

Transición

a una atmósfera oxigenada

Arqueozoico Proterozoico

Primeras células con orgánulos:

Eucariotas unicelulares

Separación de las tres grandes ramas del árbol de la vida: BACTERIA

ARCHAEA EUKARYA 1 800 Ma:

Primeros fósiles de células con: • orgánulos: núcleo,

mitocondrias, cloroplastos, etc.

• División celular: mitosis • Reproducción sexual: meiosis

C. Woese (1977)

BACTERIA

ARCHAEA

EUKARYA

Edades mínimas de las principales ramas del árbol de la vida, basadas en datos biogeoquímicos y paleontológicos (Brooks, 2003).

Metabolismo y modo de vida:

Todos aerobios,

•

Fotoautótrofos

(clorofila a, H

O,

↑

O

)

• 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)

Primeras células con orgánulos:

Eucariotas unicelulares

(cont.)

Rocas mas antiguas conocidas

Fósiles de animales pluricelulares

Fósiles más antiguos conocidos

Primeros fósiles de eucariotas

Millones de años

Fósiles de

algas pluricelulares

PRECAMBRICO

Transición a una atmósfera oxigenada

Arqueozoico Proterozoico

Eucariotas pluricelulares

Fechas:

1 300 - 1 400 Ma

: primeros fósiles de

algas pluricelulares

1 000 - 800 Ma

: primeros fósiles

animales pluricelulares

Rasgos básicos:

• Las células vecinas están en contacto (plasmodesmos) e interactúan

fisiológicamente Î

• Paredes celulares rígidas (celulosay otros compuestos en los fotoautótrofos; quitinaen heterótrofos)

Quitina

Celulosa

Organismos pluricelulares

•Fotoautótrofos, ±sedentarios (Algas pluricelulares) •Quimioheterótrofos con absorción, ±sedentarios

(algunos Hongos)

•Quimioheterótrofos que ingierenpartículas sólidas, móviles, con sistemas sensoriales y nerviosos bien desarrollados (Animales)

Algas

Hongos

Animales Diversificación de los

organismos

- Continúan viviendo después de reproducirse.

El nº de individuos aumenta a mayor ritmoque en unicelulares - Pueden especializarcélulas, tejidos y órganos

- Presentan mayor volumen y área total de membranas celulares: mayor capacidad de intercambio

- “Esqueleto” formado por las paredes rígidas VENTAJAS DE LOS PLURICELULARES

- Partes (de la planta) pueden aislarse si son atacadas - Tienen ventajas competitivasen 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)

440 -350 Ma

: Silúrico-Devónico Superior

Grupos:

briófitos y primeras plantas vasculares

Silurico Devonico Cooksonia pertoni Tamaño 2.5 cm Silúrico Superior Primeras plantas adaptadas al medio terrestre: capaces de soportar condiciones ‘secas´ Derivadas de algas verdes acuáticas, semejantes a las actuales Charoficeas Plantas terrestres actuales

Charofíceas Plantas terrestres

Pl. vasculares Pl. con semillas

Origen de las plantas terrestres

Plantas vasculares primitivas Briófitos

Las plantas terrestres se diversificaron por dos vias diferentes dando lugar a los Briófitos y Plantas 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.

Son plantas vasculares los

Pteridófitos

y las

Plantas

con semillas

La conquista de la tierra firme por los vegetales

:

primeras

plantas con semillas

417 a 354 Millones

Archaeosperma arnoldii

Origen de las plantas terrestres

Plantas vasculares primitivas

Primeras plantas con semillas

417 a 354 Millones Pteridófitos

En las Plantas con semillas, las estructuras reproductoras mas delicadas están unidas a la planta madre y protegidas (en el óvulo)

El embrión que se forma tras la fecundación, también queda protegido por estructuras de la planta madre (semilla)

Origen de las plantas terrestres

Plantas vasculares primitivas Primeras plantas con semillas

Radiación de las plantas con flores:

Angiospermas Gimospermas

La conquista de la tierra firme por los vegetales

:

comienzo y diversificación de

plantas con flores

(y de los

animales)

Primeros dinosaurios Ruptura de Pangea Primeros mamíferos Primeros pájaros Primeras plantas con flores

Extinción de dinosaurios ammonites, etc.

Primeros mamíferos placentados

Los fósiles más antiguos de plantas con flores se encontraron en China. Tienen 140 a 125 millones de años

Archaefructus liaoningensisSun, Dilcher, Zheng

et Zhou (Sun et al., 1998). Carpelos con semillas hoja

Las plantas con flores (Angiospermas), tienen mayor protección de las estructuras reproductoras que las Gimnospermas. El óvulo está dentro del ovario (carpelos)

Pared del ovario

Pericarpo Ovulo

Estigma _Semilla

Una vez formado el embrión, el óvulose transforma en semilla. Continúa protegida dentro del ovario, que se transforma en fruto.

Acontecimientos importantes en la historia de las plantas y

hongos:

principales grupos

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 los tiempos geológicos los seres vivos se han diversificado:

A lo largo de los tiempos geológicos los seres vivos se han diversificado: Plantas

(fotosíntesis) (absorción)Hongos (ingestión)Animales

Protistas (unicelulares eucariotas, acuáticos) Monera (procariotas´) A lo largo de la historia los seres humanos hemos clasificado los seres vivos

Otra clasificación alternativa

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’

Dinoflagelados Diatomeas Algas pardas ‘Plantas’ •Algas rojas •Algas verdes •Plantas terrestres (=briofitos y plantas vasculares)

‘Unicontos’

Hongos