Biologia generale

Biologia generale: introduzione

Teorie sull'origine della vita, le molecole della vita

Introduzione, origine della vita

Possiamo definire la biologia come “studio della vita”, ma due domande nascono subito spontanee:

• Che cos’è la vita?
• Dove, come e quando di preciso nacque la vita?

Che cos'è la vita?

Per rispondere alla prima domanda abbiamo parecchie opinioni da analizzare. La NASA definisce la vita con tre parametri: sono viventi solo i sistemi che hanno capacità di automantenersi (cioè la capacità di procurarsi l’energia di cui hanno bisogno), autoreplicarsi (cioè di riprodursi in modo da sopravvivere nel tempo) e di compiere un processo di evoluzione darwiniana (cioè mantenersi stabile nel tempo, ma contemporaneamente di evolversi in modo da adattarsi ai cambiamenti dell’ambiente, come i cambiamenti climatici).

In un dizionario della lingua inglese, i parametri applicati ai “viventi” sono: la presenza di un metabolismo, la crescita, la riproduzione e la capacità di rispondere e cambiare in base all’ambiente; è da notare che la discriminante fra vita e morte qui è individuabile nell’interazione con l’esterno.

Un articolo della rivista scientifica Science, “The seven pillars of life”, può aiutarci a stabilire sette caratteristiche fondamentali, i pilastri, della vita.

• Programma: verso la fine dell’800 uno scienziato tedesco scopre che gli elementi chimici di cui sono composti gli organismi che definiamo “non viventi” sono gli stessi che compongono i “viventi”, cioè carbonio, azoto, idrogeno, ossigeno, ferro (emoglobina del sangue), magnesio (atomo centrale della clorofilla)... Il programma è il progetto che descrive il modo in cui gli elementi sono legati fra loro ed interagiscono. Il DNA è il piano strutturale codificato di base della vita, una successione di geni che viene replicata di generazione in generazione con minimi cambiamenti che mantengono invariata la struttura generale del piano. Nei geni sono “scritte” in forma codificata le formule delle proteine, base delle reazioni dei sistemi viventi.
• Cambiamento: siccome i sistemi viventi non sono in grado di controllare i mutamenti dell’ambiente, questi influenzano la vita stessa, inducendola a cambiare il programma. In un ecosistema si possono verificare cambiamenti sia spaziali che temporali più o meno repentini (giornalieri, stagionali o anche nel corso di intere ere), basta pensare alla biodiversità presente nelle isole Galapagos dovuta alla presenza di diversi tipi di climi presenti in un piccolo arcipelago. Nei sistemi viventi noti, i cambiamenti del programma avvengono attraverso un processo di mutazione e selezione, ecco come nelle Galapagos si sono sviluppate specie di uccelli che differiscono per la forma e la dimensione del becco.
• Compartimentazione: ogni frazione della vita è racchiusa in uno o più “strati” (epitelio, endoteli dei vari organi, membrane e pareti cellulari), questo perché in modo da preservare la vita c’è bisogno al contempo di protezione dall’esterno, ma anche di una connessione con esso (approvvigionamento di sostanze nutritive). La compartimentazione è anche necessaria alla specializzazione di alcune unità (cellule, gruppi di cellule, organi).
• Energia: la vita è per definizione una struttura termodinamicamente instabile, cioè in continuo bisogno di energia, ottenuta grazie al movimento del corpo, di sue parti o delle sostanze chimiche. Essendo i sistemi viventi sistemi aperti, e considerando il secondo principio della termodinamica (l’energia non si crea né si distrugge), deduciamo che la maggior parte delle reazioni che avvengono all’interno di organismi viventi hanno bisogno di elementi che provengono dall’esterno. La principale fonte di energia dell’intero pianeta Terra è il Sole. È qui che entra in gioco la distinzione fra organismi autotrofi (che si nutrono utilizzando solamente sostanze inorganiche, come le piante, che compiono la fotosintesi. Utilizzano cioè l’energia luminosa per sintetizzare glucosio e ricavano l’energia di cui hanno bisogno dall’energia potenziale di legame liberata dalla rottura delle molecole dello zucchero) ed organismi eterotrofi (che si nutrono di sostanze organiche prodotte da organismi autotrofi).
• Rigenerazione: essendo la vita instabile, essa tende sempre al decadimento. Le cellule del nostro corpo muoiono continuamente, l’organismo vivo è in grado di rigenerarle utilizzando energia. Nel corpo umano non sono presenti cellule staminali (totipotenti) se non al momento della formazione dell’embrione, ma le sue cellule sono specializzate; è per questo che le nostre capacità rigenerative sono limitate e che il nostro principale sistema di rigenerazione è il trasporto attivo di sostanze dall’esterno. Alcuni organismi (stelle marine) hanno la capacità di rigenerarsi completamente quando danneggiati; questa capacità viene sfruttata nel caso della riproduzione asessuale o clonazione per cui non è necessaria la differenziazione della specie in maschio e femmina. La riproduzione sessuale è comunque largamente più diffusa rispetto a quella asessuale perché permette una maggiore variabilità della specie.