¿Cómo se originaron las células? Evolución de las células eucariotas y procariotas

Summary

La evolución celular es un proceso desconocido que dio lugar a las estructuras complejas conocidas como células, las cuales son las unidades fundamentales de la vida. Existen dos tipos de células: procariotas, que carecen de sistemas membranosos y son unicelulares, y eucariotas, más complejas con compartimentos internos y capaces de formar organismos unicelulares y multicelulares. La teoría más aceptada sugiere que la evolución comenzó con moléculas de ácido nucleico capaces de replicarse, como el ADN y ARN, en 'burbujas lipídica' que eventualmente se dividieron y evolucionaron a través de la selección natural. La hipótesis de la 'endosimbiosis' explica la formación de células eucariotas a través de la fusión o ingestión de microorganismos. La investigación en esta área aún está en desarrollo, con la posibilidad de demostraciones experimentales en el futuro.

Takeaways

• 🌱 La evolución celular representa los cambios físicos y químicos que dieron lugar a las estructuras organizadas y complejas conocidas como 'células'.
• 🔬 Existen dos tipos de células en la naturaleza: procariotas y eucariotas, con diferencias en su complejidad y organización interna.
• 🌐 Las células están caracterizadas por tener una membrana que las rodea y un material genético interno que permite su replicación y producción de componentes celulares.
• 🤔 Aún no se conoce con exactitud cómo se formó la primera célula, y es un gran desafío para los biólogos evolutivos.
• 🧬 Las teorías más aceptadas sugieren que la evolución celular comenzó con la aparición de moléculas de ácido nucleico capaces de replicar, como el ADN y el ARN.
• 🌀 La hipótesis del 'mundo de ARN' y la 'sopa primitiva' plantean que moléculas con capacidad autocatalítica se formaron y se encapsularon en burbujas lipídicas.
• 🔄 La división de estas burbujas podría haber permitido el desarrollo de protocelulas capaces de nutrirse y replicar eficientemente.
• 🌿 Las células procariotas, o bacterias, son consideradas los primeros productos de la evolución celular y habitaron la Tierra mucho antes que los eucariotas.
• 🔄 Los procariotas contribuyeron a transformar la superficie y la atmósfera de la Tierra a través de procesos metabólicos como la fermentación y la fotosíntesis.
• 🔬 La hipótesis de la 'endosimbiosis' explica la formación de las células eucariotas a partir de la fusión o ingestión de microorganismos por parte de bacterias ancestrales.
• 🔋 La teoría de la endosimbiosis sugiere que los primeros 'proto-mitocondrias' proporcionaron un sistema de energía y eliminación de desechos a las células anfitriones.
• 🔮 Aunque aún hay muchas incógnitas, los científicos esperan poder demostrar experimentalmente la evolución celular antes de final del siglo XXI.

Q & A

¿Qué representa la evolución celular?

La evolución celular representa todos los cambios físicos y químicos que dieron lugar a las estructuras altamente organizadas y complejas conocidas como 'células'.

¿Cuáles son los dos tipos de células que existen en la naturaleza?

Los dos tipos de células que existen en la naturaleza son las células procariotas y las células eucariotas.

¿Qué es lo que caracteriza a todas las células?

Todas las células están caracterizadas por estar rodeadas por una membrana, tener dentro de ellas moléculas de material genético que proporcionan la información necesaria para producir todos los componentes celulares y multiplicarse para dar lugar a otra célula.

¿Cuáles son las dos principales preguntas que los biólogos evolutivos buscan responder sobre la vida celular?

Las dos principales preguntas son cómo se formó el mecanismo de auto-reproducción de moléculas como el ácido desoxirribonucleico (DNA) y cómo surgieron las membranas celulares para separar el metabolismo en desarrollo de los primeros células del entorno.

¿Qué son las hipótesis conocidas como el 'mundo de ARN', 'caldo primitivo' o 'brotaprim'?

Estas hipótesis se basan en el hecho de que se han observado polímeros de ácido ribonucleico (ARN) con capacidad autocatalítica para producir nuevos fragmentos de ARN cortos, y sugieren que los ARN, nucleótidos, aminoácidos, azúcares simples y algunos compuestos de fosfato se formaron en el pasado y que algunos de estos moléculas pudieron entrar en 'burbujas' de lípidos y continuar su actividad autocatalítica.

¿Cómo se sugiere que las 'burbujas' de lípidos se dividieron para dar lugar a nuevas células?

Se sugiere que estas 'burbujas' se dividieron en dos debido a las fuerzas de tensión superficial, con cada 'hija' manteniendo su actividad autocatalítica interna.

¿Qué son las células procariotas y qué importancia tuvieron en la historia de la Tierra?

Las células procariotas, comúnmente conocidas como procariotas o bacterias, son las primeras células que se creen que habitaron la Tierra y contribuyeron a transformar la superficie terrestre y la atmósfera durante aproximadamente dos mil millones de años antes de la aparición de los organismos eucariotas.

¿Qué procesos permitieron a las bacterias especializarse y adaptarse a las condiciones del planeta?

Las bacterias pudieron especializarse y adaptarse gracias a la transferencia de información genética a través del ADN y ARN, el intercambio horizontal de material genético mediante plasmidios y la cooperación o simbiosis entre bacterias con características diferentes.

¿Qué hipótesis explica la evolución de las células eucariotas?

La hipótesis más aceptada sobre la evolución de las células eukariotas es la de 'endosimbiosis', que se basa en la observación de moléculas de ADN en las mitocondrias de las células eucariotas y sugiere que los descendientes de bacterias se fusionaron o engrosaron con otros microorganismos.

¿Cómo se describe el mecanismo de endosimbiosis y su importancia en la evolución celular?

El mecanismo de endosimbiosis se describe como un proceso evolutivo repentino que, aunque raro, pudo ocurrir con éxito y de forma permanente, permitiendo la creación de nuevas formas de vida a través de la simbiosis de microorganismos.

¿Por qué creen algunos científicos que la demostración experimental de la evolución celular podría lograrse antes del final del siglo XXI?

Algunos científicos creen que la demostración experimental de la evolución celular podría lograrse pronto debido a que, a pesar de que la evolución celular ha estado ocurriendo durante mucho tiempo, solo en las últimas décadas se ha enfocado en responder preguntas relacionadas con este proceso.

Outlines

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🌐 Evolución celular y sus tipos básicos

El párrafo 1 introduce la evolución celular como el proceso de cambios físicos y químicos que condujeron a la formación de las estructuras complejas conocidas como células. Se menciona que aún no se conoce con exactitud cómo se formó la célula, pero se sabe que son las unidades fundamentales de toda vida en la Tierra. Se describen los dos tipos de células: procariotas, que carecen de sistemas de membranas internas y forman organismos unicelulares, y eucariotas, que son más complejas y pueden formar tanto organismos unicelulares como multicelulares. Además, se plantean dos cuestiones fundamentales para la biología evolutiva: cómo se formó el mecanismo de auto-reproducción de la ADN y cómo surgieron las membranas celulares. Se discuten las teorías más aceptadas, como el 'mundo de ARN' y la 'sopa primitiva', y se sugiere que los primeros pasos de la evolución celular involucraron la formación de moléculas de ARN y ADN capaces de replicar dentro de 'burbujas' lipídicas que eventualmente se dividieron y evolucionaron en protocelulas. Finalmente, se especula que los primeros productos de la evolución celular fueron las células procariotas, que habitaron la Tierra mucho antes que los eucariotos.

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🔬 Evolución de las células procariotas y eucariotas

El párrafo 2 explora la evolución de las células procariotas y eucariotas. Se sugiere que las células procariotas, comúnmente conocidas como bacterias, fueron los primeros en aparecer en la Tierra y jugaron un papel crucial en la transformación de la superficie terrestre y la atmósfera durante dos mil millones de años. Estas microorganismos especializaron su metabolismo para obtener energía de los compuestos abundantes en la época, gracias a procesos como la fermentación, la fotosíntesis, la fijaión de nitrógeno atmosférico y la respiración. El intercambio de información genética y la transferencia horizontal de material genético a través de plásmidos permitieron a las bacterias adaptarse rápidamente a condiciones adversas. Se postula que la cooperación estrecha entre bacterias, posiblemente a través de la simbiosis, llevó a la formación de células eucariotas. La hipótesis de la 'endosimbiosis', apoyada por la presencia de ADN en las mitocondrias, sugiere que los descendientes de bacterias se fusionaron o engrosaron con otros microorganismos, dando lugar a las células eucariotas modernas. Este proceso de endosimbiosis se describe como un mecanismo evolutivo repentino y exitoso. El párrafo concluye con la reflexión sobre la larga historia de la evolución celular y la perspectiva de que la demostración experimental de esta evolución podría ser alcanzada antes del final del siglo XXI.

Keywords

💡Evolución celular

La evolución celular se refiere a los cambios físicos y químicos que llevaron a la formación de las estructuras altamente organizadas conocidas como 'células'. Es el tema central del video, ya que todo lo que se discute está relacionado con el origen y desarrollo de las células. En el guion, se menciona que aún no se conoce exactamente cómo se forman las células, lo que subraya la importancia de esta área de estudio en la biología evolutiva.

💡Células

Las células son las unidades fundamentales de toda forma de vida en la Tierra. El guion destaca dos tipos de células: procariotas y eucariotas, y cómo difieren en términos de organización y complejidad. Las células son clave para entender la vida, ya que todas las formas de vida están compuestas por ellas y contienen el material genético necesario para su replicación y funcionamiento.

💡Células procariotas

Las células procariotas son menos complejas y carecen de sistemas de membranas internas. En el guion, se menciona que estas células siempre forman organismos unicelulares y son las primeras en aparecer en la Tierra, lo que indica su importancia en la historia de la vida.

💡Células eucariotas

Las células eucariotas son más complejas y poseen compartimentos de membranas internas, lo que les permite formar tanto organismos unicelulares como multicelulares. El guion sugiere que estas células evolucionaron a partir de las procariotas y son las que forman la mayoría de los seres vivos en la actualidad.

💡Membrana celular

La membrana celular es un componente clave de todas las células, ya que separa el metabolismo interno de la célula del entorno externo. En el guion, se plantea la pregunta de cómo surgieron las membranas celulares, lo que indica su importancia en el desarrollo de las primeras células.

💡Ácido Desoxirribonucleico (ADN)

El ADN es el material genético de las células y es esencial para la replicación autónoma de las moléculas. El guion discute cómo el mecanismo de auto-reproducción del ADN es uno de los aspectos fundamentales de la vida celular que los biólogos evolutivos buscan entender.

💡Mundo de ARN

El 'mundo de ARN' es una de las hipótesis sobre cómo comenzó la evolución celular, basada en la observación de que los polimeros de ARN tienen la capacidad autocatalítica de producir nuevos fragmentos de ARN. Esta hipótesis se menciona en el guion como una teoría aceptada para explicar el origen de la vida celular.

💡Protocélulas

Las protocélulas se refieren a estructuras precelulares que podrían haber existido antes de las células modernas. El guion sugiere que estas estructuras pudieron haber evolucionado a través de millones de años, seleccionando positivamente a aquellos que podían reproducirse y alimentarse eficientemente.

💡Endosimbiosis

La endosimbiosis es la hipótesis que explica el origen de las células eucariotas, sugiriendo que descendieron de bacterias que se fusionaron o engulleron a otros microorganismos. El guion menciona esta teoría como la más aceptada para entender cómo surgieron las células eucariotas a partir de las procariotas.

💡Mitocondrias

Las mitocondrias son organelos presentes en las células eucariotas y se creen que tienen un origen simbiótico, como se sugiere en el guion. Se infiere que fueron el primer 'proto-mitocondria' de las eucariotas, lo que indica su importancia en la energía y el metabolismo celular.

💡Especialización metabólica

La especialización metabólica se refiere a cómo los organismos procariotas adaptaron su metabolismo para obtener energía de los compuestos abundantes en la Tierra en ese momento. El guion menciona que esta adaptación fue posible gracias a procesos como la fermentación, la fotosíntesis y la fixación de nitrógeno atmosférico.

Highlights

Cellular evolution involves the development of complex structures from simpler forms, but the exact process of cell formation remains unknown.

Cells are the fundamental units of life, with two main types: prokaryotic and eukaryotic, differing in complexity and organization.

Prokaryotic cells lack internal membranes and form unicellular organisms, while eukaryotic cells have membrane compartments and can form both unicellular and multicellular beings.

All cells share characteristics such as being membrane-bound and containing genetic material for replication and component production.

Evolutionary biologists seek to understand the origins of DNA replication mechanisms and cell membrane development.

The 'RNA world' hypothesis suggests the early formation of self-replicating nucleic acid molecules as a precursor to cellular life.

Autocatalytic RNA polymers capable of producing new RNA fragments support the 'RNA world' theory.

Molecules like ribonucleic acids, nucleotides, amino acids, and simple sugars may have formed and degraded multiple times in early Earth's history.

Protocells could have developed from molecules replicating within lipid bubbles, feeding off enclosed compounds.

Surface tension may have allowed these protocells to divide, maintaining autocatalytic activity in each daughter cell.

Protocells may have evolved to harness sunlight and carbon compounds for energy, undergoing natural selection over hundreds of millions of years.

The evolution of prokaryotic cells likely preceded eukaryotic cells by two billion years, significantly altering Earth's surface and atmosphere.

Prokaryotic organisms specialized in metabolic processes like fermentation and photosynthesis, adapting to early Earth's conditions.

Genetic information transfer, horizontal gene transfer, and symbiosis among bacteria are key to their evolution and the emergence of eukaryotic cells.

The endosymbiosis theory posits that eukaryotic cells evolved from a symbiotic relationship between different types of bacteria.

Mitochondria in eukaryotic cells are thought to be descendants of engulfed bacteria, providing energy and waste disposal systems.

The endosymbiosis mechanism is considered a rare but successful evolutionary event that contributed to the diversity of eukaryotic cells.

Cellular evolution is an ongoing process, with scientists optimistic about achieving experimental demonstration by the end of the 21st century.

Transcripts

Cellular evolution represents all the physical and chemical changes that gave rise to the

highly organized and complex structures we know as "cells." However,

despite many conjectures,

it is still not known exactly how they formed. Cells are the basic fundamental units

of all living things on earth. Two markedly different cell types exist in nature

: prokaryotic cells and eukaryotic cells.

Prokaryotic cells lack internal membrane systems and always form

unicellular organisms, while eukaryotic cells are more complex, since they have

internal membrane compartments and can form both unicellular and multicellular living beings.

Although they can be very different, all cells are characterized by being

surrounded by a membrane, by having inside them molecules of genetic material that

provide the necessary information to produce all the cellular components

and multiply to give rise to another cell. The main important task for

evolutionary biologists is the demonstration of the evolution of two fundamental aspects for cellular life:

How did the mechanism for the self-replication of molecules such as

deoxyribonucleic acid (DNA, genetic material) form? How did cell membranes arise to

separate the developing metabolism of the first cells from the environment?

Both questions remain open today, since evolutionary biologists have only

made a few inferences in this regard, without any success from the point of view

of experimental demonstration. How did cells originate?

The most accepted theories propose that the beginning of cellular evolution occurred

with the origin of nucleic acid-type molecules capable of replicating (DNA and RNA).

These hypotheses, collectively known as the “RNA world”, the “primitive broth” or the “

primitive broth”, are based on the fact that ribonucleic acid

(RNA) polymers with autocatalytic capacity to produce new short RNA fragments have been observed.

According to these theories, it is likely that ribonucleic acids, nucleotides, amino acids,

simple sugars, and some phosphate compounds have been formed

many times throughout its history . Although many of these compounds surely

degraded without going much further, it is currently thought that it could have been

the case that molecules with the capacity to replicate entered lipid "bubbles"

and could continue with their autocatalytic activity from

" food” obtained from other molecules that were also enclosed in these bubbles.

It is suggested that, subsequently, these bubbles were able to divide into two due

to surface tension forces, with each "daughter" maintaining its internal autocatalytic activity.

The complexity of these bubbles may have implied the ability to feed from

sunlight and some carbon compounds. These “precellular” processes must have

occurred on earth over hundreds of millions of years,

during which different “protocells” probably originated and died out,

positively selecting those capable of reproducing and feeding efficiently.

Thus, the protocells resulting from natural selection acting for hundreds

of millions of years would be the ancestors or the most primitive forms of the

ultra-complex and organized cells that we know today, those that form all living beings.

Evolution of prokaryotic cells Probably the first products

of cellular origin were prokaryotic cells, prokaryotes or bacteria,

as they are commonly known; because it is believed that these inhabited the earth

about two billion years before all eukaryotic organisms.

During those two billion years the first prokaryotic organisms

continuously transformed the Earth's surface and atmosphere. These microorganisms specialized

their metabolism to obtain energy from the compounds

that were abundant on the planet at that time. This "specialization" was possible thanks

to the evolution of metabolic processes such as fermentation, photosynthesis,

atmospheric nitrogen fixation and the use of oxygen in respiration, etc. These abilities

developed by bacteria were only possible thanks to three main processes:

The transfer of information from one organism to another through the inheritance of

molecules of genetic information: deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid

(RNA); which allowed them to develop copies of themselves over time.

The horizontal transfer of genetic material through small DNA molecules

known as plasmids, which allow bacteria to adapt to adverse

environmental conditions in short periods of time. The close cooperation or symbiosis that could

have occurred between bacteria with different characteristics, which possibly allowed them to

face the environmental challenges of the environment, which it is

very likely that they would not have been able to face independently. All of these features, along with the close

cooperation between bacteria, most likely gave rise to eukaryotic cells.

Evolution of eukaryotic cells Currently there are still doubts

about the origin of eukaryotic cells. However, the most accepted hypothesis by

researchers is that of "endosymbiosis", which arose from the discovery of

deoxyribonucleic acid (DNA) molecules in the mitochondria of eukaryotic cells.

With this information, evolutionary biologists inferred that the descendants of bacteria

that lived about three billion years ago in the early oceans somehow

merged with or engulfed other microorganisms. This seems to be "supported" by

the division characteristics of mitochondria, which reproduce directly

by binary fission and at times other than cell division in eukaryotic cells.

The engulfed organism is believed to have been the first “proto-mitochondria” of eukaryotes,

providing the engulfing organism with a waste disposal system and a source

of energy from oxygen, while the “proto-mitochondria” gained food and shelter. .

This "endosymbiosis" mechanism is described as a sudden evolutionary mechanism,

which in few cases could occur successfully and permanently.

The symbiosis between microorganisms to form new organisms together is perhaps

the most important force of change on earth and, taking place for millions of

years consecutively, could have created the great diversity of forms

that we observe in all eukaryotic cells. Cellular evolution has been going on for a long time;

In contrast, scientists have only a few decades focused on answering the

questions related to this process, and many are of the opinion that

experimental demonstration of cellular evolution is likely to be achieved before the end of the 21st century.