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L'origine della vita
Aristotele (384-322 a.C.)[1]
generazione spontanea ⇒ materia non vivente ⇒ complicato processo
⇒ materia vivente
1] possibilità della generazione spontanea:
Anassimandro (611-547 a.C.) (evoluzione degli uomini dai pesci
é considerato un profeta di Kant, Laplace, Lamarck e Darwin);
Anassimene, (588-524 a.C.) (ipotesi del “brodo primordiale”);
Senofane (565-470a.C);
Parmenide (fine VI sec. a.C. - prima metà V sec. a.C.)
Empedocle (495-435 a.C.);
Democrito (V sec a.C.)
Anassagora (500-428 a.C.).
Alcune delle opere di Aristotele sull’origine della vita
"ΙΣΤΟΡΙΕΣ ΠΕΡΙ ΖΩΩΝ" (Historia animalium) 10 volumi
"ΠΕΡΙ ΖΩΩΝ ΜΟΡΙΩΝ"(De partibus animalium) 4 volumi
"ΠΕΡΙ ΖΩΩΝ ΓΕΝΕΣΕΩΣ" (De generatione animalium) 5 volumi
"ΜΙΚΡΑ ΦΥΣΙΚΑ" (Parva naturalia)
"ΠΕΡΙ ΖΩΩΝ ΠΟΡΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙ ΖΩΩΝ ΚΙΝΗΣΕΩΣ " (De
motu animalium)
ecc
Il dibattito tra “evoluzionismo”
e “creazionismo”
evoluzionisti: coloro che accettano gli argomenti della teoria di Darwin con
i quali la diversità é spiegata sulla base della selezione naturale e
dell'evoluzione.
Gli evoluzionisti si dividono in:
"puntualisti", i quali ritengono che l'evoluzione agisca in modo sporadico e
locale in risposta a variazioni ambientali di rilievo;
"gradualisti" i quali viceversa credono che l'evoluzione agisca in modo
continuo su periodi più lunghi.
creazionisti: coloro che rifiutano la teoria dell'evoluzione e credono che,
invece, tutte le specie, in modo indipendente una dall'altra, siano state
poste sulla Terra da un’entità divina.
Il creazionismo accetta l'esistenza di una microevoluzione, ma rifiuta la
possibilità che una data specie possa evolvere in un'altra specie.
Alcune correnti creazioniste invocano prove statistiche a loro favore.
Breve storia della “disputa”
Generazione di insetti da materiale organico non vivente in carne o frutta in
decomposizione (GS_SI)
Francesco Redi (1626-1698) : recipienti ben chiusi impossibilità di deporvi le uova ⇒
infondatezza dell'ipotesi della generazione spontanea (GS_NO) ⇒ CREAZIONISMO?
Con il microscopio (Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)) si scopre l’esistenza dei batteri
⇒ abate John Tuberville Needham(1713-1781) fisico e naturalista (GS_SI)
Recipiente chiuso ermeticamente (dopo aver bollito il liquido di coltura) ⇒ Lazzaro
Spallanzani (1729-1799) microscopio "infusori" provenivano da germi preesistenti
(GS_NO) ⇒ CREAZIONISMO?
Bollitura e distruzione della “forza vitale” (GS_SI)
Louis Pasteur (1829-1895) ripete le esperienze di Spallanzani: recipienti aperti (collo a S)
polvere, batteri e muffe presenti nell'aria si depositavano sulle pareti del tubo e non
raggiungevano il brodo di coltura. (GS_NO) ⇒ CREAZIONISMO?
problema dell'origine della vita
• nelle condizioni ambientali odierne la vita non si produce spontaneamente (Pasteur)
• testimonianze di una lenta progressiva evoluzione (Darwin)
Soluzioni
1.
la vita é, in qualche modo, giunta sulla Terra dall'esterno
2.
generazione spontanea in condizioni ambientali profondamente diverse dalle attuali
1.
•
•
•
Svante Arrhenius (1859-1927) (quasi abbandonata)
organismo vivente dall'esterno del sistema solare parecchie decine di migliaia di anni
(Proxima Centauri: 4.22 anni luce dalla Terra)
distrutte dalla radiazione cosmica
meteoriti provengono tutti dal sistema solare
1 anno luce = c x 365,25 x 86400 = 9,46 x 1015 m
≈ 63240 unità astronomiche (≡distanza Terra - Sole)
15 x 109 anni (età stimata dell'Universo) ⇐15 x 109 anni luce (raggio dell'Universo)
2. Sulla Terra in un epoca in cui le condizioni ambientali consentivano la generazione
spontanea
quando e come?
modificazioni delle condizioni ambientali sulla superficie della Terra dalla
formazione del pianeta ad oggi
storia dell'origine della Terra
Formazione ed evoluzione della Terra
La formazione del sistema solare
Immanuel Kant (1724-1804)
Pierre-Simon de Laplace (1749-1827)
ipotesi della nebulosa
fredda e immobile
calda e in rotazione
Il modello della nebulosa di Laplace
pianeti esterni di più antica formazione rispetto agli interni
nascita del sistema planetario da:
contrazione gravitazionale di una nube primordiale di gas in rotazione
nebulosa originaria
alta temperatura ⇒ evita l’immediato collasso gravitazionale
lento raffreddamento
contrazione
accelerazione del moto di rotazione
anelli di gas condensati nei pianeti
corpo centrale sole
conservazione del momento angolare
Ipotesi planetesimale di Chamberlain e Moulton
passaggio di un corpo celeste di grande massa
estrazione di una grande quantità di materiale dal sole
condensazione dei pianeti
Ineguale ripartizione della quantità di moto angolare
Il Sole possiede il 99,9 % della massa dell'intero sistema
e contribuisce soltanto per il 2% circa al momento angolare totale
Quantità di moto p = mv,
sistema di punti materiali: P = MvCM
M : massa totale del sistema
vCM : velocità del centro di massa
l=r∧p
r
p
θ
Sistema di corpi in rotazione
momento della quantità di moto (o momento angolare)
r : vettore posizione della particella di massa m e quantità di moto p
(sistema di riferimento inerziale: piano xy = vettori r e p)
momento angolare del corpo (rispetto all'origine)
l=r∧p
Il momento angolare totale di un sistema costituito da N punti é dato da
N r
N
r r
r
r
r
r
LTot = l1 + l 2 + K + l N = ∑ l n = ∑ rn ∧m v n
n =1
n =1
Sistema di punti: momento angolare totale rispetto al C.M. del sistema.
Sistema solare il C.M. coincide, con buona approssimazione
con il centro del Sole.
Teoria dell'accumulazione
M.C.Urey -1952 e T.Gold 1955
(Dal modello della nebulosa di Laplace)
disco di materiale gassoso ruotante attorno al nucleo in modo solidale con il
nucleo stesso
•il nucleo comincia a condensare ⇒ la velocità angolare del nucleo aumenta
•disco (separato dal nucleo ) ≡ satellite quasi-stazionario (troppo lento)
gas residuo tra disco e nucleo ⇒ disco acquista energia
(trascinato dal moto del nucleo)
⇓
spiralizzazione verso l'esterno
⇓
aumento momento angolare
momento angolare totale (sistema isolato) costante
•il nucleo cede progressivamente momento angolare al disco
•il disco si distacca per forza centrifuga: sistema planetario
distribuzione ineguale del momento angolare
ES: Satellite artificiale di massa m in orbita stabile intorno alla Terra, M
FG =
GmM
R2
GmM
EP = −
R
(2)
1 2
E K = mv
2
(1)
(3)
1 2 1 GmM
1
mv =
= − EP
2
2 R
2
(4)
1 GmM
ET = EP + E K = −
= − EK
2 R
(5)
combinando la (1) e la (3)
infine
mv 2
= FC =
R
Satellite artificiale di massa m in orbita ≈stazionaria intorno alla Terra, M,
in presenza di gas residuo che si muove solidarmente con il pianeta
La velocità del satellite > di quella corrispondente all’orbita geostazionaria
vsatellite > v gas _ residuo
Il gas residuo tende a frenare il satellite
Rorbita < Rorbita _ stazionaria
L’energia totale
diminuisce
ET = − E K
EK
L’energia cinetica
aumenta
Il satellite spiralizza verso l’interno e cede metà della sua
energia potenziale al gas residuo, mentre l’altra metà aumenta la
sua energia cinetica
e viceversa
Il satellite spiralizza verso l’esterno prendendo metà della sua
energia potenziale al gas residuo e l’altra metà alla
sua energia cinetica
GM cos t
v=
=
R
R
La velocità sull’orbita diminuisce al
crescere del raggio
GM
Γ = mvR = mR
= m cos t R
R
Il momento della quantità di moto
aumenta
al crescere del raggio
spiegazione soddisfacente delle regolarità caratteristiche del sistema planetario
funzione della distanza dal sole
estremità esterna del disco:
•ridotto irraggiamento
•condensazione di acqua, metano, ammoniaca e altre molecole di
elementi leggeri
interno del disco:
•alte temperature
•allo stato solido solo materiali a più elevato punto di fusione
•(es: ferro, silicio, etc)
aspetti rilevanti del modello :
1) la formazione di un sistema planetario appare un fatto del tutto normale
nel corso della formazione e della evoluzione di una stella
2) i pianeti si sono formati per accumulazione di materiale condensato
a bassa temperatura
3) sono previste le differenze in dimensione e composizione tra i pianeti
L'evoluzione della Terra
Terra: uno dei pianeti intermedi
⇓
distanza dal Sole ⇒ temperatura ⇒ composizione
sviluppo dei sistemi viventi come oggi li osserviamo
1) nucleo:
R nucleo ≈ Rterra /2 (V nucleo ≈ Vterra /8 il volume
Fe e Ni (alta pressione e T ≈ 4000÷7000°)
ρ ≈ 10 gr/cm3
2) mantello :
fino ≈ 50-100 Km dalla superficie
silicati pesanti (contenenti ferro e magnesio)
ρ ≈ 4.5 gr/cm3.
3) crosta:spessore di 50-100Km (fondo degli oceani soli 10 Km)
varietà leggera di rocce silicee
ρ ≈ 2.8 gr/cm3 (strati superficiali), ρ ≈ 3.3 gr/cm3 (strati
profondi)
Resti fossili
Organismo o parti di esso la cui morfologia é stata conservata
nel processo di pietrificazione
Il materiale organico é stato sostituito, molecola per molecola,
da materiale inorganico
Ere geologiche
Pre-cambiano (≈ 4 miliardi di anni): comparsa della vita sulla Terra
La comparsa della vita sulla Terra
Quando?
⇒
datazione mediante isotopi radioattivi
(**)
posizione temporale di alcuni eventi di interesse cosmico-evolutivo