Origine della vita e prime
forme di vita sulla terra
Metà del XIX secolo
Si chiude la disputa tra:
• Generazione spontanea
• Biogenesi
La scoperta che la vita si origina dalla vita
pone altri quesiti:
• Origine della vita stessa
• Origine della diversità biologica
Una risposta al secondo quesito arriva nel XX secolo con il neodarwinismo
Origine della vita sulla terra
• Storia geologica della terra←→forme di vita che
in essa si sono sviluppate
La terra conserva tracce dell’evoluzione biologica
attraverso:
• Fossili:ciò che rimane di un organismo vissuto
nel passato
Nella storia della terra si sono succedute flore e
faune diverse
i fossili più antichi Stromatoliti (3,5 miliardi di anni
fa)
stromatoliti
• Rappresentati da colonne di sedimenti prodotte
da organismi fotosintetici bentonici ad
organizzazione procariotica simili ai cianobatteri.
• I cianobatteri si sviluppano in film batterici che
intrappolano le particelle di sedimento,queste
impediscono l’ingresso della luce inducendo il
film batterico a formarsi sulla loro
superficie→stratificazione
Per comprendere l’origine della vita
• Caratteristiche dei viventi ossia :
Organizzazione in una o più cellule
Individuazione della condizione necessaria
per l’origine della cellula
Capacità di autoreplicarsi
Individuazione dell’origine dell’informazione
genetica
Considerando la struttura e il metabolismo
che caratterizza tutte le cellule
• Si può affermare:
la vita si è originata in ambiente acquatico
con tutta probabilità marino
Atmosfera povera di ossigeno e priva di
fascia ozono protezione UV
Ambienti sottomarini termali
• Sono ritenuti idonei all’origine delle prime
sostanze organiche e dei successivi composti
sino ad arrivare alle prime cellule
Vulcanismo sottomarino→sorgenti subacque
liberazione di anidride carbonica e metano+zolfo
acido solforica alte temperature e
pressioni→avrebbe generato l’acido cianidrico
per la sintesi di nucleotidi e aminoacidi(sintesi
abiotica) e da qui a proteine ed acidi nucleici
………………………….Quello che si pensa è che si
sia passato dal mondo inorganico delle
piccole molecole a quello organico delle
grandi molecole e poi ancora oltre fino alle
strutture finemente coordinate presenti
negli esseri viventi.
• La comparsa della vita sulla terra si fa
risalire a 3,5 miliardi di anni fa.
• 4,5 miliardi di anni fa la crosta terrestre si
era andata consolidando dopo che il
pianeta si era individualizzato dal sistema
solare
• Dal punto di vista scientifico, la
spiegazione dell'origine della vita parte
dal presupposto fondamentale che le
prime forme viventi si originarono da
materiale non vivente, attraverso reazioni
che, attualmente, non sono più in atto sul
nostro pianeta.
Ipotesi di Oparin e Haldane
• L’opinione più diffusa che si richiama ad
Oparin,è che la vita abbia avuto origine
sul nostro pianeta in condizioni molto
diverse da quelle attuali.
• Immaginò un mondo antico in cui erano
presenti le condizioni chimiche e le risorse
energetiche necessarie alla sintesi
abiotica delle molecole organiche
L'ESPERIMENTO
DI
MILLER
Nel 1953 un giovane
ricercatore
americano,
Stanley Lloyd Miller, fresco
di laurea, fu incaricato dal
suo
professore,
Harold
Clayton Urey, premio Nobel
per la chimica nel 1934, di
mettere alla prova le
ipotesi di Oparin-Haldane.
• L’esperimento di Miller mostra che i
composti organici(fra cui aminoacidi e basi
azotate) possono essere sintetizzati in
condizioni che simulano quelle
dell’atmosfera primitiva, composta da
idrogeno,ammoniaca,idrogeno
solforato,metano,e con alte
temperature,scariche elettriche e
radiazioni ultraviolette. Era un atmosfera
priva di ossigeno.
• Gli agglomerati organici così
formati,attraverso una complessa e a volte
oscura evoluzione biochimica,avrebbero
formato i primi viventi: I Protobionti
Due bocce di vetro riempite
rispettivamente di acqua tenuta
ad
alta
temperatura(mare
primordiale) e di una miscela di
idrogeno (H2), ammoniaca (NH3) e
metano (CH4), cioè di quei gas
che, insieme al vapore acqueo
(H2O), si riteneva fossero i
costituenti
principali
dell’involucro gassoso(atmosfera)
che più di quattro miliardi di anni
fa circondava la Terra. L’acqua
calda, che rappresentava l'oceano
ancestrale, produceva vapore che
attraverso
un
tubo
veniva
convogliato nel recipiente il quale
conteneva i gas dell'atmosfera
primitiva. All’interno di quel
recipiente venivano generate
scariche elettriche a 60.000 volt
riproducenti
i
fenomeni
temporaleschi frequenti e intensi
all'inizio della storia del nostro
pianeta.
Analizzando
il
contenuto
della
soluzione
trovò
numerosi
composti
organici
(tra
cui
alcuni
degli
aminoacidi
che
costituiscono
le
proteine degli esseri
viventi)
• Dalla sintesi abiotica di piccole molecole
organiche(nucleotidi,aminoacidi)all’unione
di questi monomeri in polimeri→acidi
nucleici,proteine
• Alcune di queste molecole acquisiscono la
capacità di autoreplicarsi→ereditarietà
• Queste molecole trovandosi all’interno di
membrane selettive→primi viventi
Protobionti
• I protobionti agglomerati organici derivati da complessa
evoluzione biochimica,sono sistemi considerati possibili
precursori della cellula procariote.
Si tratta di un aggregato di molecole organiche
abiogenetiche circondate da una membrana o di una
struttura simile ad una membrana. I protobionti
esibiscono alcune delle proprietà associate alla vita, tra
cui una semplice riproduzione, un metabolismo ed
un'eccitabilità, così come il mantenimento di un
ambiente chimico interno differente da quello
circostante.
Capacità di autoreplicarsi
• Si ritiene che la prima molecola capace di
portare un’informazione sia stata un RNA
Singolo filamento
Interazione diretta con l’ambiente
E’ più facile ottenere da sostanze inorganiche
Uracile che Timina
RNA ha attività catalitica(ribozima) Un RIBOZIMA
anche noto come enzima a RNA, è una molecola di
RNA in grado di catalizzare una reazione chimica.
• Nel corso dell’evoluzione l’RNA sarebbe
stato sostituito dall’ DNA più stabile nel
tempo consente l’accumulo di un minor
numero di mutazioni
Prime cellule procariotiche
• Con l’accumulo di sequenze nucleotidiche
all’interno del protobionte:
Formazione prime vie metaboliche che con
la selezione naturale si differenziano
sempre più
→
Enzimi specifici processi metabolici
complessi e specializzati→
Cellula procariotica
Primi procarioti
• Eterotrofi probabilmente a causa della
carenza di ossigeno atmosferico
• Operavano la Glicolisi anaerobica per
ricavare energia da composti organici.
La sola eterotrofia porta però alla riduzione
della disponibilità di sostanza organica;per
questo motivo probabilmente risultò
vantaggiosa :FOTOSINTESI
• I primi cianobatteri liberavano ossigeno
come prodotto di scarto che dopo aver
saturato i mari giunse a liberarsi
nell’atmosfera.Compaiono le alghe
eucariotiche e la concentrazione
dell’ossigeno aumenta portando
all’ossidazione e quindi alla morte di molti
organismi procariotici tranne quelli che
sopravvissero in ambienti anaerobi dove
ancor oggi troviamo i loro discendenti.
Masse di Archaea che prediliggono ambienti caldi e acidi e
formano un tappeto arancione all’interno del camino di un
vulcano,in Giappone.Residui di zolfo sono visibili ai bordi del
tappeto di archaea.
• Solo presenza di batteri(procarioti)
anaerobi
↓
I cianobatteri sviluppano capacità
fotosintesi
Ossia a partire dall’anidride carbonica +
acqua producono sostanza organica e
……ossigeno
Estinzione di quasi tutti i batteri
anaerobi(eccetto ambienti anaerobi)
Organismi procarioti
a respirazione
aerobica
alcuni batteri svilupparono la capacità di metabolizzare
l’ossigeno,e visto che il metabolismo aerobico è più
vantaggioso(procede ad una velocità più elevata e
produce più energia)questi batteri rimpiazzarono quelli
anaerobi nella maggior parte degli ambienti terrestri.
•ci sono voluti molti milioni di anni affinchè
la terra avesse un atmosfera ricca di
ossigeno,per più di due miliardi di anni il
nostro pianeta è stato abitato solo da
procarioti unicellelari.
• 1 miliardo di anni fa la concentrazione
atmosferica di ossigeno è divenuta
abbastanza elevata da permettere la
comparsa delle grandi cellule eucariotiche
In che modo si è evoluta
l’organizzazione a compartimenti
della cellula eucariotica a partire
dalla più semplice condizione
procariotica?
il sistema delle membrane interne si
sia evoluto grazie alla perdita della
parete cellulare rigida posseduta dai
procarioti, a partire da invaginazioni
della membrana citoplasmatica
procariotica con funzioni
specializzate.
L’origine della cellula eucariotica
la Teoria dell’Endosimbiosi Seriale
• Sembrerebbe che la cellula eucariotica si sia evoluta
attraverso un processo di simbiosi:un procariota di
grosse dimenzioni ingloba piccoli procarioti eterotrofi
aerobici,i quali convivono come simbionti fornendo
energia al batterio ospite in tal modo si ha l’origine dei
mitocondri (quindi ai Protozoi).
• L’endosimbiosi di un cianobatterio autotrofo aerobico ha
successivamente portato all’evoluzione dei
cloroplasti(permettono alla cellula di produrre sostanze
organiche a partire dall’energia solare) (quindi ai Protisti
vegetali.).
L’origine della cellula eucariotica
• Nel corso dell’evoluzione sarebbe
avvenuto un trasferimento di geni
dall’endosimbionte all’ospite
• Gli scarsi dati raccolti mostrano che forme simili agli
attuali protozoi erano presenti circa 800 milioni di
anni fa.
• L’ecosistema primitivo, fatto esclusivamente da
produttori(che ricavano la sostanza organica grazie alla
fotosintesi direttamente dalla sostanza inorganica)viene
sostituito da un ecosistema in cui sono presenti
anche organismi consumatori che ricavano la
sostanza organica da altri organismi.
. Nasce così la predazione.
Sembra che questo abbia permesso la comparsa di animali
pluricellulari,infatti la competizione portava a favorire
organismi più grandi e complessi.
La pluricellularità sembra si sia attuata attraverso la
formazione di colonie mediante la simbiosi di unicellulari
della stessa specie con successiva differenziazione della
cellule associate (circa 600 milioni di anni fà)
Storia della vita sulla terra
• Progenitore comune degli animali
sembrerebbe si sia originato da colonie di
protisti flagellati dai quali sembrerebbe si
siano originati anche gli attuali
coanoflagellati
Protisti:eucarioti unicellulari alghe unicellulari e protozoi
• La linea evolutiva più antica,rispetto a gli
altri metazoi,risulta essere quella dei
PORIFERI .detti parazoi perché privi di
veri tessuti; con cellule simili ai
coanoflagellati
Protisti flagellati
• Parazoi(poriferi)
• Metazoi (640milioni
di anni fa)
Animali marini già
complessi a
simmetria raggiata o
bilaterale
570-505 milioni di anni fa
• Grande radiazione adattativa di organismi
animali
Compaiono tracce di animali complessi
rappresentanti di diversi phyla di metazoi
marini con scheletro presenti anche
attualmente :ESPLOSIONE DEL
CAMBRIANO
• Durante il Devoniano(400 milioni di anni fa)negli
scenari evolutivi comparve una grande varietà di
pesci,acque interne e mari. Agli Agnati infatti si
aggiunsero un gruppo di vertebrati nei quali la seconda
e la terza coppia di archi scheletrici (che sostengono
le fessure branchiali)si trasformarono in quello che viene
detto arco orale comprendente un elemento dorsale,la
mascella,e uno ventrale,con i quali l’apertura buccale
poteva essere spalancata o chiusa,trasformandosi in
bocca organo di presa;mentre la fessura si trasforma in
spiracolo.Si aggiungono ,potenti muscoli masticatori e i
denti.
• agnati e gnatostomi
• Artropodi terrestri
Spiracolo:Orifizio attraverso cui inseriscono
acqua e aria
• Carbonifero (360-286Ma)
primi insetti alati e si diversificano gli Anfibi
• Permiano (286-245 Ma)
Rettili
• Triassico (245-208)
dinosauri primi mammiferi
• Giurassico (208-144)
Uccelli
• Cretaceo
estinzione di massa Radiazione dei mammiferi
