Zoologia Generale 3 - origine della vita

Origine della Vita

• Anticamente si riteneva che il vivente potesse avere origine sia dal vivente (biogenesi) che dalla materia inanimata (abiogenesi)
• Fino al XIX secolo si riteneva che la vita avesse origine per generazione spontanea (almeno per i microrganismi)

NB. Grazie agli esperimenti di Pasteur si è (finalmente) arrivati alla concezione che il vivente si origina solo dal vivente

ma non è sempre stato così

Origine della Vita

• Anticamente si riteneva che il vivente potesse avere origine sia dal vivente (biogenesi) che dalla materia inanimata (abiogenesi).
• Fino al XIX secolo si riteneva che la vita avesse origine per generazione spontanea (almeno per i microorganismi).

NB. Grazie agli esperimenti di Pasteur si è (finalmente) arrivati alla concezione che il vivente si origina solo dal vivente.

ma non è sempre stato così

• L'origine della vita avviene circa 3,8 mld di anni fa, subito dopo il raffreddamento della crosta terrestre (avvenuto 4 mld di anni fa)

La Terra Prebiotica

• La terra prebiotica era caratterizzata da:
  • attivita' vulcanica
  • pioggia costante di meteoriti
  • scariche elettriche
  • radiazioni ultraviolette
• La sua atmosfera primordiale (fortemente riducente) era composta da:
  • Metano (CH₄)
  • Idrogeno (H₂)
  • Anidride Carbonica (CO₂)
  • Ammoniaca (NH₄)
  • Azoto (N₂)
  • Vapore acqueo (H₂O)

NB. Vi era una quasi totale assenza di ossigeno libero (che reagiva velocemente con H₂ o con carbonio, ferro e silice per dare ossidi).

Ipotesi di Oparin - Haldane

• Le più semplici unità viventi (i batteri) ebbero origine gradualmente attraverso il progressivo assemblaggio di molecole inorganiche in molecole organiche più complesse che avrebbero interagito tra loro per formare gli organismi viventi:

1. L'atmosfera era formata da una miscela gassosa (H₂O, CO₂, NH₄) che esposta a raggi UV può originare sostanze organiche.
2. I composti organici indispensabili alla vita si formano spontaneamente nell'atmosfera, sotto l'influenza di luce solare, fulmini e intenso calore prodotto dai vulcani.

3. Le prime molecole organiche si sarebbero accumulate negli oceani per formare un "brodo diluito caldo" (brodo primordiale) in cui carboidrati, grassi, proteine e acidi nucleici si sarebbero assemblati per formare i microrganismi più primitivi.

• Tappe dell’Origine ed Evoluzione della vita

1. Sintesi abiotica delle prime molecole organiche (monomeri)
2. Formazione dei polimeri;
3. Origine di molecole autoreplicanti
4. Origine di Probionti con molecole autoreplicanti al loro interno (cellule)

1) Sintesi abiotica delle prime molecole organiche (monomeri):

"In una piccola pozza calda, in presenza di sali ammoniacali e fosforici, sotto l'effetto di luce e calore un composto proteico dovette formarsi, per andare incontro a cambiamenti sempre più complessi" Charles Darwin

• Le condizioni della Terra primitiva (molto riducenti), in presenza di alte quantità di energia (rappresentate da raggi UV e scariche elettriche) favorirono le reazioni chimiche di sintesi dei composti organici, a partire da molecole più semplici (che si trovavano in atmosfera e nei mari).

NB. Un’ipotesi alternativa propone che i composti organici di base siano stati portati dalle comete

NB. Altre ipotesi individuano come luogo di origine della vita i camini idrotermali delle profondità marine (ovvero luoghi ricchi di sali e calore)

• I primi esperimenti riguardo l’origine della vita furono condotti da Miller e Urey

osservarono la produzione di amminoacidi: zuccheri e basi azotate (ma non osservarono né polimeri né acidi grassi)

2) Formazione dei Polimeri:

• È stato osservato che soluzioni di monomeri organici sgocciolate su un substrato roccioso caldo subiscono la concentrazione dei composti organici (per vaporizzazione dell'acqua) con conseguente formazione spontanea di polimeri di monomeri organici
• Sulla Terra primordiale piogge e onde possono aver sparso soluzioni di monomeri organici su rocce calde facendo poi defluire nel mare i polimeri sintetizzati
• In alternativa questo processo potrebbe essere avvenuto in corrispondenza di camini vulcanici sui fondali marini

3) Origine di Molecole autoreplicanti:

LastUniversalCommonAncestor

usava acidi nucleici per archiviare l'informazione e proteine per la regolazione delle reazioni

all'inizio vi era una molecola in grado di replicarsi da se

• Ipotesi del Mondo a RNA (Woese, Crick)

- L'RNA sarebbe stata la prima molecola depositaria dell'informazione ereditaria in grado di autoreplicarsi, evolversi e dirigere la sintesi proteica

MA

Tutto ciò sarebbe stato possibile se...

... l'RNA prebiotico fosse stato in grado di:

• duplicarsi senza l'ausilio di proteine
• sintetizzare ogni fase della sintesi proteica

NB. Il ribozima è un RNA catalitico con le proprietà sopra descritte (è in grado di catalizzare reazioni chimiche)

4) Origine di protobionti con molecole autoreplicanti al loro interno (cellule)

• Evoluzione della cellula
• è un processo che ha richiesto molto tempo e ha attraversato diverse fasi

1° FASE -> FORMAZIONE DEI PROTOBIONTI

• protobionti: aggregati di molecole prodotte abiotamente non in grado di duplicarsi ma in grado di mantenere un ambiente chimico interno diverso da quello esterno

2° FASE

• un polimero autoreplicante viene inglobato in un protobionte

3° FASE

• affermazione del DNA come deposito dell'informazione, molto più stabile dell'RNA

NB. In un ambiente chiuso (il protobionte) è possibile la selezione perché: prodotti (proteici) dell'RNA sono in dotazione di un singolo protobionte

IL DOMINIO DEI PROCARIOTI

(Da 3,5 a 2 mld di anni fa)

• I procarioti sono i primi organismi comparsi sulla terra
• Presentano una parete interna
• Sono sprovvisti di membrane interne
• Possono essere di molte forme diverse
  • tondi
  • "a batoncino"
  • elicoidali

- Circa 2,1 mld di anni fa nasce una cellula nuova, la cellula eucariote

- La Teoria endosimbiontica spiega l’evoluzione degli eucarioti:

• un procariote ripiega la sua membrana formando membrane interne che finiscono per inglobare il DNA
• questa cellula trattiene rapporti di endosimbiosi con altre cellule procarioti (mitocondri e cloroplasti)

- Il periodo Precambriano è l’arco di tempo prima del Cambriano

(ovvero fino a 600 mln di anni fa) e vede la comparsa dei primi organismi pluricellulari (alghe, funghi e alcuni invertebrati)

La maggior parte dei Phyla di animali fece la sua comparsa nel Cambriano nel giro di pochi milioni di anni dando origine all'ESPLOSIONE CAMBRIANA

es. Fauna del Burgess Shale

Come definire un Animale?

1. sono organismi eucarioti pluricellulari eterotrofi
2. le loro cellule non hanno parete cellulare
3. possiedono i tessuti muscolare e nervoso
4. presentano aspetti tipici del ciclo vitale
5. la regolazione dello sviluppo dell'individuo è regolata e garantita da geni Hox (in proporzione alla complessità)