Teorie principali di Abiogenesi

ilabiogenesi Si riferisce alla serie di processi e passaggi che hanno originato le prime forme di vita sulla terra, a partire da blocchi di monomero inerti, che nel tempo sono riusciti ad aumentare la loro complessità. Alla luce di questa teoria, la vita nasce dalle molecole non viventi, nelle condizioni appropriate.

È probabile che dopo che l'abiogenesi abbia prodotto sistemi di vita semplici, l'evoluzione biologica agirà per dare origine a tutte le forme complesse di vita che esistono oggi.

Alcuni ricercatori ritengono che i processi di abiogenesi avrebbero dovuto verificarsi almeno una volta nella storia della Terra per dare origine all'ipotetico organismo LUCA o ultimo comune antenato universale (delle abbreviazioni in ingleseultimo antenato comune universale), circa 4 miliardi di anni fa.

Si suggerisce che LUCA debba avere un codice genetico basato sulla molecola del DNA, che con le sue quattro basi raggruppate in triplette, codificate per i 20 tipi di amminoacidi che costituiscono le proteine. I ricercatori che cercano di comprendere l'origine della vita studiano i processi di abiogenesi che hanno dato origine a LUCA.

La risposta a questa domanda è stata ampiamente messa in discussione ed è spesso coperta da una nebbia di mistero e incertezza. Per questo motivo, centinaia di biologi hanno proposto una serie di teorie che riguardano l'emergere di una zuppa primordiale alle spiegazioni relative alla xenobiologia e all'astrobiologia.

indice

• 1 Che cos'è?
• 2 L'origine della vita: teorie
  • 2.1 Teoria della generazione spontanea
  • 2.2 Confutazione della generazione spontanea
  • 2.3 Contributi di Pasteur
  • 2.4 Panspermia
  • 2.5 Teoria chemosintetica
  • 2.6 Esperimento Miller e Urey
  • 2.7 Formazione del polimero
  • 2.8 Conciliare i risultati di Miller e Pasteur
  • 2.9 RNA World
• 3 Le attuali concezioni dell'origine della vita
• 4 termini biogenesi e abiogenesi
• 5 riferimenti

Cos'è?

La teoria dell'abiogenesi si basa su un processo chimico mediante il quale forme di vita più semplici sono emerse da precursori senza vita.

Si presume che il processo di abiogenesi si sia verificato continuamente, in contrasto con la vista di emergenza improvvisamente in un evento di fortuna. Quindi, questa teoria presuppone l'esistenza di un continuum tra la materia non vivente e i primi sistemi viventi.

Allo stesso modo, sono suggeriti una serie di scenari diversi in cui l'inizio della vita potrebbe iniziare dalle molecole inorganiche. Generalmente questi ambienti sono estremi e diversi dalle condizioni attuali della terra.

Queste presunte condizioni prebiotiche sono di solito riprodotte in laboratorio per cercare di generare molecole organiche, come il famoso esperimento Miller e Urey.

L'origine della vita: teorie

L'origine della vita è stata uno dei temi più controversi di scienziati e filosofi fin dai tempi di Aristotele. Secondo questo importante pensatore, la materia in decomposizione potrebbe essere trasformata in animali con la vita grazie all'azione spontanea della natura.

L'abiogenesi alla luce del pensiero aristotelico può essere riassunta nella sua famosa frase omne vivum ex vivo,che significa "tutta la vita viene dalla vita".

Successivamente, un numero abbastanza grande di modelli, teorie e speculazioni hanno cercato di chiarire le condizioni e i processi che hanno portato all'origine della vita.

Di seguito descriveremo le teorie più rilevanti, sia dal punto di vista storico che scientifico, che hanno cercato di spiegare l'origine dei primi sistemi viventi:

Teoria della generazione spontanea

All'inizio del XVII secolo fu postulato che le forme di vita potessero emergere da elementi senza vita. La teoria della generazione spontanea fu ampiamente accettata dai pensatori del tempo in quanto aveva il sostegno della Chiesa cattolica. Quindi, gli esseri viventi potrebbero germinare sia i loro genitori che la materia non vivente.

Tra gli esempi più famosi usati per sostenere questa teoria c'è l'apparizione di vermi e altri insetti nella carne decomposta, le rane che apparivano dal fango e dai topi che emersero dai vestiti sporchi e dal sudore.

In effetti, c'erano ricette che promettevano la creazione di animali vivi. Ad esempio, per creare topi da materiale non vivente, i chicchi di grano dovevano essere combinati con vestiti sporchi in un ambiente buio e con il passare dei giorni apparivano i roditori vivi.

I sostenitori di questo mix sostenevano che il sudore umano negli indumenti e la fermentazione del grano erano gli agenti che dirigevano la formazione della vita.

Confutazione della generazione spontanea

Nel diciassettesimo secolo cominciarono a notare difetti e lacune nelle affermazioni della teoria della generazione spontanea. Fu solo nel 1668 che il fisico italiano Francesco Redi ideò un progetto sperimentale adeguato per respingerlo.

Nei suoi esperimenti controllati, Redi mise in contenitori sterili pezzi di carne tagliata finemente e avvolta nella mussola.Questi vasi erano adeguatamente coperti di garza, quindi nulla poteva entrare in contatto con la carne. Inoltre, l'esperimento ha contato con un'altra serie di bottiglie che non erano coperte.

Con il passare dei giorni, i vermi sono stati osservati solo nei vasi che sono stati scoperti, dal momento che le mosche potevano liberamente entrare e depositare le uova. Nel caso dei vasi tappati, le uova sono state poste direttamente sulla garza.

Allo stesso modo, il ricercatore Lazzaro Spallanzani ha sviluppato una serie di esperimenti per respingere le premesse della generazione spontanea. Per questo, ha elaborato una serie di brodi che ha sottoposto a ebollizione prolungata per distruggere qualsiasi microrganismo che vivrà lì.

Tuttavia, i sostenitori della generazione spontanea sostenevano che la quantità di calore a cui erano esposti i brodi era eccessiva e distruggeva la "forza vitale".

Contributi di Pasteur

Più tardi, nel 1864, il biologo e chimico francese Louis Pasteur decise di porre fine ai postulati della generazione spontanea.

Per raggiungere questo obiettivo, Pasteur fabbricò contenitori di vetro noti come "fiaschi con colli di cigno", poiché erano lunghi e curvi alle estremità, impedendo così l'ingresso di qualsiasi microrganismo.

In questi contenitori Pasteur faceva bollire una serie di brodi rimasti sterili. Quando il collo di uno di loro si spezzò, divenne contaminato e i microrganismi proliferarono in breve tempo.

Le prove fornite da Pasteur erano inconfutabili, riuscendo a demolire una teoria che durò per più di 2.500 anni.

panspermia

Agli inizi del 1900, il chimico svedese Svante Arrhenius scrisse un libro intitolato "La creazione dei mondi"In cui ha suggerito che la vita proviene dallo spazio attraverso spore resistenti a condizioni estreme.

Logicamente, la teoria della panspermia era circondata da molte polemiche, inoltre non contribuiva realmente a spiegare l'origine della vita.

Teoria chemosintetica

Nell'esaminare gli esperimenti di Pasteur, una delle conclusioni indirette della sua evidenza è che i microrganismi si sviluppano solo dagli altri, cioè la vita può venire solo dalla vita. Questo fenomeno è stato chiamato "biogenesi".

Seguendo questa prospettiva, emergerebbero le teorie sull'evoluzione chimica, guidate dal russo Alexander Oparin e dall'inglese John D. S. Haldane.

Questa vista chiamata anche teoria chemiosintetica Oparin-Haldane, che propone un ambiente terra prebiotico possedeva un'atmosfera priva di ossigeno e ad alto contenuto di vapore acqueo, metano, ammoniaca, anidride carbonica e idrogeno e, quindi era altamente riducendo.

In questo ambiente c'erano forze diverse come le scariche elettriche, la radiazione solare e la radioattività. Queste forze agirono su composti inorganici, dando origine a molecole più grandi, creando molecole organiche note come composti prebiotici.

Esperienza Miller e Urey

A metà degli anni '50, i ricercatori Stanley L. Miller e Harold C. Urey sono stati in grado di creare un ingegnoso sistema che simulava le presunte condizioni ancestrali dell'atmosfera sulla terra seguendo la teoria di Oparin-Haldane.

Stanley e Urey hanno dimostrato che in queste condizioni "primitive", semplici composti inorganici possono originare molecole organiche complesse, essenziali per la vita, come aminoacidi, acidi grassi, urea, tra gli altri.

Formazione di polimeri

Sebbene gli esperimenti menzionati in precedenza suggeriscano un modo plausibile con cui sono originate le biomolecole che fanno parte dei sistemi viventi, esse non suggeriscono alcuna spiegazione del processo di polimerizzazione e aumento di complessità.

Ci sono diversi modelli che tentano di chiarire questa domanda. Il primo riguarda le superfici minerali solide, in cui l'area superficiale elevata ei silicati potrebbero agire da catalizzatori per le molecole di carbonio.

Nelle profondità oceaniche, le prese d'aria idrotermiche sono una fonte appropriata di catalizzatori, come ferro e nichel. Secondo gli esperimenti nei laboratori, questi metalli partecipano alle reazioni di polimerizzazione.

Infine, nelle fosse degli oceani ci sono stagni bollenti, che per processi di evaporazione potrebbero favorire la concentrazione dei monomeri, favorendo la formazione di molecole più complesse. In questa ipotesi si basa l'ipotesi del "zuppa primordiale".

Conciliare i risultati di Miller e Pasteur

Seguendo l'ordine di idea discussa in sezioni precedenti abbiamo esperimenti di Pasteur hanno dimostrato che la vita non proviene da materiali inerti, mentre Miller e Urey prove indicano che se succede, ma a livello molecolare.

Per riconciliare entrambi i risultati è necessario tenere presente che la composizione dell'atmosfera terrestre oggi è completamente diversa dall'atmosfera prebiotica.

L'ossigeno presente nell'atmosfera attuale funzionerebbe come un "distruttore" delle molecole in formazione.Dobbiamo anche considerare che le fonti di energia che presumibilmente promuovevano la formazione di molecole organiche non sono più presenti con la frequenza e l'intensità dell'ambiente prebiotico.

Tutte le forme di vita presenti sulla Terra sono composte da un insieme di grandi blocchi strutturali e biomolecole, chiamate proteine, acidi nucleici e lipidi. Con loro puoi "costruire" le basi della vita attuale: le cellule.

Nella cellula, la vita si perpetua e su questo principio Pasteur si basa per affermare che ogni essere vivente deve provenire da un altro preesistente.

RNA World

Il ruolo di autocatalisi durante abiogenesis è fondamentale, quindi, uno dei più famosi sull'origine della vita ipotesi è il mondo di RNA, che pone a partire da molecole a singolo filamento con la capacità di auto-replicazione.

Questa nozione di RNA suggerisce che i primi biocatalizzatori non erano molecole di natura proteica, ma molecole di RNA - o un polimero simile a questo - con la capacità di eseguire la catalisi.

Questa ipotesi si basa sulla proprietà dell'RNA di sintetizzare brevi frammenti usando un rinvenimento che dirige il processo, oltre a promuovere la formazione di peptidi, esteri e legami glicosidici.

Secondo questa teoria, l'RNA ancestrale era associato ad alcuni cofattori come metalli, pirimidine e amminoacidi. Con l'avanzare e l'aumento della complessità nel metabolismo, sorge la capacità di sintetizzare i polipeptidi.

Nel corso dell'evoluzione l'RNA è stato sostituito da una molecola chimicamente più stabile: il DNA.

Le attuali concezioni dell'origine della vita

Attualmente si sospetta che la vita abbia avuto origine in uno scenario estremo: aree oceaniche vicino a camini vulcanici dove le temperature possono raggiungere i 250 ° C e la pressione atmosferica supera le 300 atmosfere.

Questo sospetto sorge a causa della diversità delle forme di vita presenti in queste regioni ostili e questo principio è noto come "teoria del mondo caldo".

Questi ambienti sono stati colonizzati da archebatteri organismi in grado di crescere, svilupparsi e riprodursi in ambienti estremi, condizioni prebiotiche probabilmente molto simili (compresi basso tenore di ossigeno ed elevata CO₂).

La stabilità termica di questi ambienti, fornisce protezione contro improvvisi cambiamenti e il flusso costante di gas sono alcuni degli attributi positivi che rendono il fondo marino e bocche vulcaniche ambienti come adatti per l'origine della vita.

Termini biogenesi e abiogenesi

Nel 1974, il famoso ricercatore Carl Sagan pubblicò un articolo che chiariva l'uso dei termini biogenesi e abiogenesi. Secondo Sagan, entrambi i termini sono stati abusati in articoli relativi alle spiegazioni sull'origine delle prime forme viventi.

Tra questi errori sta usando il termine biogenesi come proprio controsenso. Cioè, la biogenesi è usata per descrivere l'origine della vita da altre forme viventi, mentre l'abiogenesi si riferisce all'origine della vita dalla materia non vivente.

In questo senso, un percorso biochimico contemporaneo è considerato biogenico e una via metabolica prebiologica è abiogenica. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione all'utilizzo di entrambi i termini.

riferimenti

1. Bergman, J. (2000). Perché l'abiogenesi è impossibile. Creation Research Society Quarterly, 36(4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). L'origine della vita: ciò che sappiamo, ciò che sappiamo e ciò che non sapremo mai. Biologia aperta, 3(3), 120190.
3. Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). La vita: la scienza della biologia. Ed. Panamericana Medical.
4. Sagan, C. (1974). Sui termini "biogenesi" e "abiogenesi". Origini della vita ed evoluzione delle biosfere, 5(3), 529-529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologia: una nuova forma di vita come strumento ultimo per la sicurezza biologica. Bioessays, 32(4), 322-331.
6. Serafino, L. (2016). L'abiogenesi come una sfida teorica: alcune riflessioni. journale di biologia teorica, 402, 18-20.