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Origine della vita sulla Terra. Generazione spontanea Aristotele (384 a.C - 322 a.C) fu il primo a riflettere profondamente sul problema dellorigine della.

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Presentazione sul tema: "Origine della vita sulla Terra. Generazione spontanea Aristotele (384 a.C - 322 a.C) fu il primo a riflettere profondamente sul problema dellorigine della."— Transcript della presentazione:

1 Origine della vita sulla Terra

2 Generazione spontanea Aristotele (384 a.C a.C) fu il primo a riflettere profondamente sul problema dellorigine della vita. Egli ammetteva la possibilità della generazione spontanea (formazione di organismi viventi dalla materia non vivente), nellattuale atmosfera, come era in effetti comune osservare (ad esempio vermi e insetti che si generavano in alcuni siti). Questa tesi fu confutata solo a metà del 19-esimo secolo dopo diversi tentativi in laboratorio ad opera di alcuni sperimentatori. (1862) Louis Pasteur, dimostra che i microrganismi si generano solo da altri microorganismi nelle condizioni ambientali attuali. Egli fece alcuni esperimenti utilizzando ampolle di vetro a collo di cigno, che non permettevano ai microorganismi presenti nellaria di raggiungere il brodo nutritivo contenuto nellampolla. Nel brodo bollito non si originavano microorganismi.

3 Esperimento di Francesco Redi Firenze, 1668

4 Esperimento di L. Spallanzani Modena, 1760

5 Esperimento di Pasteur

6 La generazione spontanea richiederebbe: laccumulo in qualche parte di una notevole quantità di composti organici e dellapporto di una sorgente di energia libera che permetta lattuarsi di processi chimici. Un tale accumulo oggi è impossibile: per linsidia dei microrganismi ovunque presenti in natura e pronti ad utilizzare tutti i materiali organici comunque disponibili a causa dellazione ossidante dellatmosfera (che presenta un eccesso di ossigeno) che tende ad ossidare le molecole organiche complesse non completamente ossidate non consentendo loro una lunga sopravvivenza. Nelle condizioni attuali la vita non può originarsi dalla materia inorganica

7 Condizioni atmosferiche primordiali In passato, invece, è possibile che le condizioni ambientali sulla superficie della Terra abbiano consentito la formazione di semplici composti organici dalla materia inorganica. Latmosfera gassosa attorno alla Terra, al momento della sua formazione e subito dopo, doveva contenere in grande prevalenza idrogeno ed elio, come la nube gassosa da cui ha tratto origine. Abbondanza relativa degli elementi nel cosmo Elementoogni 10 6 atomig per tonnellataElementoOgni 10 6 atomig per tonnellata H Mg42680 He Si35660 O S12250 Ne Ni5200 N 1860Al354 C Na346 Fe642370Ca253

8 Atmosfera primordiale (riducente) 1.metano 2.biossido di carbonio 3.ammoniaca 4.idrogeno 5.azoto 6.vapor acqueo

9 Paleozoico Mesozoico Cenozoico Specie umana Piante terrestri Animali Eucarioti pluricellulari Eucarioti unicellulari Origine del sistema solare e della Terra Miliardi di anni fa Accumulo di ossigeno nellatmosfera Procarioti

10 IL BRODO PRIMORDIALE Agli inizi de XX° secolo A.I. Oparin, biochimico russo, propone un nuovo tipo di generazione spontanea, non come atto di creazione ma bensì dell'inevitabile, benchè casuale aggregazione di molecole inorganiche in una atmosfera primordiale assai diversa da quella attuale. Latmosfera primordiale era ricca di metano,ammoniaca, acqua, composti che reagivano facilmente tra loro sotto lazione del calore terrestre, dei fulmini, degli ultravioletti della radiazione solare non ancora schermata, come avviene oggi, dalla fascia di ozono. Dalle reazioni si formavano composti del carbonio come formaldeide, urea, amminoacidi che venivano trasportate dalle piogge nei mari andando a costituire il così detto "brodo caldo primigenio".

11 Coacervati In questa soluzione calda alcune molecole avevano una tendenza ad associarsi in complessi più grandi. In milioni di anni, questi aggregati, a loro volta, si associarono tra loro generando spontaneamente dei coacervati, che rappresentavano, secondo Oparin,i costituenti fondamentali dei primi organismi viventi.

12 Approccio sperimentale Nel 1953 Stanley Miller condusse uno storico esperimento. Questo tendeva a simulare le condizioni ambientali nella atmosfera primordiale.

13 Sintesi prebiotiche Esperimento di Miller Miller riprodusse lambiente primordiale (oceano – atmosfera) in laboratorio e simulò uno dei possibili fenomeni naturali apportatori di energia al sistema (le scariche elettriche dei temporali). Una beuta contenente acqua (che riproduceva lidrosfera) comunicava attraverso un tubo di vetro con unampolla contenente una miscela gassosa (che riproduceva latmosfera), contenente CH 4, NH 3 e H 2 O allo stato gassoso dovuto allevaporazione dellacqua che veniva fatta bollire, che veniva fatta attraversare da una scarica elettrica che simulava le scariche elettriche dei temporali. Un refrigeratore dopo lampolla permetteva la condensazione di eventuali composti sintetizzati nellampolla e la loro raccolta in una trappola.

14 Risultati esperimento di Miller Composto resa % moli*10^4 Composto resa % moli*10^4 Acido formicoAcido alfa-ammino-n-butirrico Glicina AAAcido alfa-idrossibutirrico Acido glicolicoAcido succinico Alanina AAUrea Acido latticoAcido imminoacetico propionico Beta-alaninan-metil-urea Acido aceticon-metil-alanina Acido propionicoAcido glutammico AA Acido imminodiaceticoAcido aspartico AA SarcosinaAcido alfa-amminoisobutirrico Principali prodotti ottenibili col metodo di Miller

15 Altri esperimenti Dopo di lui molti altri ricercatori hanno fatto esperimenti come quello di Miller, cambiando la composizione, utilizzando diverse sorgenti di energia ottenendo risultati qualitativamente concordanti con produzione di tutti i principali aminoacidi naturali e alcuni precursori del DNA, primo tra i quali ladenina. si può pertanto ritenere dimostrato che, in condizioni di atmosfera riducente, contenente solo H 2, CH 4, NH 3, H 2 O (vapore), a cui viene fornita energia libera che permetta delle ionizzazioni, si produce a partire da essa, nel liquido di raccolta, una grande varietà di specie molecolari diverse.

16 Ambiente favorevole alla polimerizzazione LOceano primitivo Circa 4.5 miliardi di anni fa quando la crosta terrestre si era ormai raffreddata al punto da permettere la condensazione del vapore acqueo, si formarono gli oceani. Nelloceano primitivo le molecole non gassose via via sintetizzate nellatmosfera potevano accumularsi, rimescolarsi continuamente, venire a contatto e reagire chimicamente ed erano protette dalle radiazioni ultraviolette. La temperatura superficiale della Terra almeno negli ultimi 3 o 4 miliardi di anni non deve essere sensibilmente variata poiché i processi responsabili della temperatura sono rimasti pressocchè costanti: 1.Radiazione solare 2.Calore proveniente dallinterno della Terra 3.Radioattività Effetto serra

17 Polimerizzazione dellRNA Levento decisivo per la comparsa della vita va ricercato nella formazione di acido ribonucleico in grado di catalizzare la propria duplicazione.

18 Il primo materiale genetico e i primi enzimi potrebbero essere stati costituiti da RNA Unipotesi condivisa è che i primi geni fossero brevi filamenti di RNA che si autoduplicavano senza lintervento di proteine, forse su superfici argillose. G A G G C G G G C C C A A A A U U U U G CU A UG C A U U CGGU U UG C A U A UG C A 1 2 Formazione di semplici «geni», costituiti da brevi polimeri di RNA Assemblaggio di una catena di RNA complementare, il primo passo della duplicazione del gene originale Monomeri

19 Il mondo a RNA

20 La comparsa delle prime cellule fu probabilmente preceduta da aggregati molecolari avvolti da membrane Autoduplicazione dellRNA Il duplicato serve da stampo per formare un polipeptide. Il polipeptide agisce come unpolipeptide primitivo enzima che favorisce la duplicazione dellRNA RNA Polipeptide La più antica forma di cooperazione molecolare in cui semplici geni a RNA venivano tradotti in proteine senza lintervento di altre strutture.

21 LM 650 Membrana Polipeptide RNA Semplici membrane potrebbero aver protetto questi aggregati molecolari formati da RNA e polipeptidi, su cui la selezione naturale avrebbe agito favorendo un grado via via maggiore di cooperazione molecolare che avrebbe poi dato origine alle prime cellule procariotiche.

22 Microsfere proteinoidi S. W.Fox e K. Harada hanno scoperto successivamente che è possibile polimerizzare termicamente le molecole di amminoacidi; essi sono riusciti ad ottenere dei polimeri contenenti 18 amminoacidi che si trovano comunemente nelle proteine. Tali polimeri venivano circondate da membrane formando strutture dette microsfere proteinoidi. Le quali possono svolgere alcune reazioni chimiche analoghe a quelle delle cellule.

23 Possibili ulteriori siti di origine della vita Unaltra recente ipotesi è che la vita si sia originata negli abissi marini con una particolare e peculiare localizzazione : a contatto di sorgenti idrotermali formate da afflussi di acqua caldissima (con temperature anche superiori ai 100° C), provenienti dal contatto con gli strati sottostanti ancora fluidi. Le alte temperature avrebbero favorito la polimerizzazione delle molecole organiche e lo svolgersi delle prime reazioni metaboliche

24 Teoria esobiologica la vita è stata seminata da meteoriti (panspermia) I primi composti organici semplici possono essersi formati nello spazio per interazione dei raggi cosmici o solari con la polvere interstellare (effetto fotoelettrico), che potrebbero essere state portati sulla Terra da meteoriti, asteroidi e comete, a seguito del loro impatto con la Terra. È una ipotesi possibile dimostrata dal ritrovamento di composti organici nelle meteoriti.

25 Asteroidi, Meteoriti e Comete

26 Tre passi fondamentali origine delle prime cellule comparsa dellossigeno nellatmosfera origine della cellula eucariotica

27 ORIGINE DELLE PRIME CELLULE Lavvento dei primi esseri viventi segnò la fine dellera della selezione chimica e linizio di quella della selezione naturale. Purtroppo non ci sono molte tracce fossili delle prime cellule

28 STROMATOLITI Ammassi (anche fossili) di procarioti (cianobatteri) anaerobici, foto- o chemiosintetizanti

29 Polipeptidi torna


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