ABIOGENESI: PRINCIPALI TEORIE - BIOLOGIA - 2024

L' abiogénesis si riferisce al numero di processi e passaggi che hanno originato le prime forme di vita sulla terra, blocchi di partenza monomerici inerti, che con il passare del tempo hanno potuto aumentare la loro complessità. Alla luce di questa teoria, la vita è nata da molecole non viventi, nelle condizioni appropriate.

È probabile che dopo che l'abiogenesi abbia prodotto sistemi di vita semplici, l'evoluzione biologica abbia agito per dare origine a tutte le forme di vita complesse che esistono oggi.

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Alcuni ricercatori ritengono che i processi di abiogenesi debbano essersi verificati almeno una volta nella storia della terra per dare origine all'ipotetico organismo LUCA o ultimo antenato comune universale (dall'acronimo in inglese, ultimo antenato comune universale), circa 4 miliardi di anni fa di anni.

Si suggerisce che LUCA avesse un codice genetico basato sulla molecola di DNA, che con le sue quattro basi raggruppate in triplette, codificava i 20 tipi di amminoacidi che compongono le proteine. I ricercatori che cercano di capire l'origine della vita studiano i processi di abiogenesi che hanno dato origine a LUCA.

La risposta a questa domanda è stata ampiamente messa in discussione ed è spesso avvolta in una foschia di mistero e incertezza. Per questo motivo, centinaia di biologi hanno proposto una serie di teorie che vanno dall'emergere di una zuppa primordiale a spiegazioni legate alla xenobiologia e all'astrobiologia.

In cosa consiste?

La teoria dell'abiogenesi si basa su un processo chimico mediante il quale le forme più semplici di vita sono emerse da precursori senza vita.

Si presume che il processo di abiogenesi si sia verificato continuamente, in contrasto con la vista dell'emergenza improvvisa in un evento fortunato. Pertanto, questa teoria presuppone l'esistenza di un continuum tra la materia non vivente ei primi sistemi viventi.

Allo stesso modo, viene suggerita una serie di diversi scenari in cui l'inizio della vita potrebbe avvenire da molecole inorganiche. Questi ambienti sono generalmente estremi e diversi dalle condizioni attuali sulla terra.

Queste presunte condizioni prebiotiche vengono spesso riprodotte in laboratorio per cercare di generare molecole organiche, come il famoso esperimento di Miller e Urey.

L'origine della vita: le teorie

L'origine della vita è stata uno degli argomenti più controversi per scienziati e filosofi sin dai tempi di Aristotele. Secondo questo importante pensatore, la materia in decomposizione potrebbe trasformarsi in animali vivi grazie all'azione spontanea della natura.

L'abiogenesi alla luce del pensiero aristotelico può essere riassunta nella sua famosa frase omne vivum ex vivo, che significa "tutta la vita procede dalla vita".

Successivamente, un numero abbastanza ampio di modelli, teorie e speculazioni hanno cercato di chiarire le condizioni ei processi che hanno portato all'origine della vita.

Di seguito verranno descritte le teorie più importanti, sia dal punto di vista storico che scientifico, che hanno cercato di spiegare l'origine dei primi sistemi viventi:

Teoria della generazione spontanea

All'inizio del XVII secolo si postulò che le forme di vita potessero emergere da elementi senza vita. La teoria della generazione spontanea era ampiamente accettata dai pensatori dell'epoca poiché aveva il sostegno della Chiesa cattolica. Pertanto, gli esseri viventi potrebbero germogliare sia dai loro genitori che dalla materia non vivente.

Tra gli esempi più famosi usati per supportare questa teoria ci sono la comparsa di vermi e altri insetti nella carne decomposta, rane che apparivano dal fango e topi che uscivano da vestiti sporchi e sudore.

In effetti, c'erano ricette che promettevano la creazione di animali vivi. Ad esempio, per creare topi da materia non vivente, i chicchi di grano dovevano essere combinati con vestiti sporchi in un ambiente buio e nel corso dei giorni compaiono roditori vivi.

I sostenitori di questa miscela sostenevano che il sudore umano sugli indumenti e la fermentazione del grano fossero gli agenti direttivi della formazione della vita.

Confutazione della generazione spontanea

Nel diciassettesimo secolo, i difetti e le lacune cominciarono a essere notati nelle affermazioni della teoria della generazione spontanea. Non è stato fino al 1668 che il fisico italiano Francesco Redi ha ideato un adeguato progetto sperimentale per rifiutarlo.

Nei suoi esperimenti controllati, Redi mise pezzi di carne finemente tagliati avvolti in mussola in contenitori sterili. Questi barattoli erano adeguatamente coperti con una garza, quindi niente poteva entrare in contatto con la carne. Inoltre, l'esperimento prevedeva un'altra serie di barattoli che non erano chiusi.

Nel corso dei giorni, i vermi sono stati osservati solo nei vasi scoperti, poiché le mosche potevano entrare liberamente e deporre le uova. Nel caso dei barattoli coperti, le uova venivano poste direttamente sulla garza.

Allo stesso modo, il ricercatore Lazzaro Spallanzani ha sviluppato una serie di esperimenti per rifiutare le premesse della generazione spontanea. Per fare questo, ha realizzato una serie di brodi che ha sottoposto a bollitura prolungata per distruggere eventuali microrganismi che vi abiteranno.

Tuttavia, i sostenitori della generazione spontanea hanno affermato che la quantità di calore a cui sono stati esposti i brodi era eccessiva e ha distrutto la "forza vitale".

I contributi di Pasteur

Successivamente, nel 1864, il biologo e chimico francese Louis Pasteur decise di porre fine ai postulati della generazione spontanea.

Per raggiungere questo obiettivo, Pasteur ha prodotto contenitori in vetro noti come "fiaschi a collo di cigno", poiché erano lunghi e curvi alle estremità, impedendo così l'ingresso di eventuali microrganismi.

In questi contenitori Pasteur fece bollire una serie di brodi rimasti sterili. Quando il collo di uno di loro si è rotto, è stato contaminato e i microrganismi hanno proliferato in breve tempo.

Le prove fornite da Pasteur erano inconfutabili, riuscendo a ribaltare una teoria che durava da più di 2.500 anni.

panspermia

All'inizio del 1900, il chimico svedese Svante Arrhenius scrisse un libro intitolato "La creazione dei mondi" in cui suggeriva che la vita provenisse dallo spazio tramite spore resistenti a condizioni estreme.

Logicamente, la teoria della panspermia era circondata da molte controversie, oltre al fatto che non forniva realmente una spiegazione dell'origine della vita.

Teoria chemiosintetica

Nell'esaminare gli esperimenti di Pasteur, una delle conclusioni indirette della sua prova è che i microrganismi si sviluppano solo dagli altri, cioè la vita può venire solo dalla vita. Questo fenomeno è stato chiamato "biogenesi".

Seguendo questa prospettiva, emergerebbero le teorie dell'evoluzione chimica, guidate dal russo Alexander Oparin e dall'inglese John DS Haldane.

Questa visione, chiamata anche teoria chemiosintetica Oparin-Haldane, propone che in un ambiente prebiotico la terra avesse un'atmosfera priva di ossigeno e ricca di vapore acqueo, metano, ammoniaca, anidride carbonica e idrogeno, rendendola altamente riduttiva.

In questo ambiente c'erano forze diverse come scariche elettriche, radiazioni solari e radioattività. Queste forze hanno agito su composti inorganici, dando origine a molecole più grandi, creando molecole organiche note come composti prebiotici.

Miller e Urey sperimentano

A metà degli anni '50, i ricercatori Stanley L. Miller e Harold C. Urey riuscirono a creare un sistema ingegnoso che simulava le presunte condizioni antiche dell'atmosfera sulla terra seguendo la teoria Oparin-Haldane.

Stanley e Urey hanno scoperto che in queste condizioni "primitive", semplici composti inorganici possono dare origine a molecole organiche complesse, essenziali per la vita, come amminoacidi, acidi grassi, urea, tra gli altri.

Formazione di polimeri

Sebbene i suddetti esperimenti suggeriscano un modo plausibile con cui hanno avuto origine le biomolecole che fanno parte di sistemi viventi, non suggeriscono alcuna spiegazione per il processo di polimerizzazione e la maggiore complessità.

Esistono diversi modelli che cercano di chiarire questa domanda. Il primo riguarda le superfici minerali solide, dove l'elevata area superficiale e i silicati potrebbero agire da catalizzatori per le molecole di carbonio.

Nelle profondità dell'oceano, le prese d'aria idrotermali sono una fonte appropriata di catalizzatori, come ferro e nichel. Secondo gli esperimenti di laboratorio, questi metalli partecipano alle reazioni di polimerizzazione.

Infine, nelle fosse oceaniche sono presenti pozze calde, che a causa dei processi di evaporazione potrebbero favorire la concentrazione dei monomeri, favorendo la formazione di molecole più complesse. L'ipotesi del "brodo primordiale" si basa su questo assunto.

Riconciliazione dei risultati di Miller e Pasteur

Seguendo l'ordine delle idee discusso nelle sezioni precedenti, abbiamo che gli esperimenti di Pasteur hanno verificato che la vita non nasce da materiali inerti, mentre le prove di Miller e Urey indicano che lo fa, ma a livello molecolare.

Per conciliare entrambi i risultati, è necessario tenere presente che la composizione dell'atmosfera terrestre oggi è totalmente diversa dall'atmosfera prebiotica.

L'ossigeno presente nell'atmosfera attuale funzionerebbe come un "distruttore" delle molecole in formazione. Va anche considerato che le fonti di energia che presumibilmente hanno guidato la formazione di molecole organiche non sono più presenti con la frequenza e l'intensità dell'ambiente prebiotico.

Tutte le forme di vita presenti sulla terra sono composte da un insieme di blocchi strutturali e grandi biomolecole, chiamate proteine, acidi nucleici e lipidi. Con loro puoi "armare" la base della vita attuale: le cellule.

Nella cellula la vita si perpetua, e su questo principio Pasteur si basa per affermare che ogni essere vivente deve provenire da un altro preesistente.

Mondo RNA

Il ruolo dell'autocatalisi durante l'abiogenesi è determinante, per questo una delle ipotesi più famose sull'origine della vita è quella del mondo RNA, che postula un inizio da molecole a catena singola con capacità di auto-replicazione.

Questa nozione di RNA suggerisce che i primi biocatalizzatori non fossero molecole di natura proteica, ma piuttosto molecole di RNA - o un polimero simile - con la capacità di catalizzare.

Questa ipotesi si basa sulla proprietà dell'RNA di sintetizzare brevi frammenti utilizzando la ricottura che dirige il processo, oltre a promuovere la formazione di peptidi, esteri e legami glicosidici.

Secondo questa teoria, l'RNA ancestrale era associato ad alcuni cofattori come metalli, pirimidine e amminoacidi. Con l'avanzamento e la crescente complessità del metabolismo, sorge la capacità di sintetizzare i polipeptidi.

Nel corso dell'evoluzione, l'RNA è stato sostituito da una molecola più chimicamente stabile: il DNA.

Concezioni attuali dell'origine della vita

Attualmente si sospetta che la vita abbia avuto origine in uno scenario estremo: aree oceaniche vicino a bocche vulcaniche dove le temperature possono raggiungere i 250 ° C e la pressione atmosferica supera le 300 atmosfere.

Questo sospetto nasce dalla diversità delle forme di vita che si trovano in queste regioni ostili e questo principio è noto come "teoria del mondo caldo".

Questi ambienti sono stati colonizzati da archeobatteri, organismi in grado di crescere, svilupparsi e riprodursi in ambienti estremi, probabilmente molto simili a condizioni prebiotiche (comprese basse concentrazioni di ossigeno e alti livelli di CO ₂ ).

La stabilità termica di questi ambienti, la protezione che forniscono contro sbalzi improvvisi e il flusso costante di gas sono alcuni degli attributi positivi che rendono i fondali marini e le bocche vulcaniche ambienti adatti all'origine della vita.

Termini di biogenesi e abiogenesi

Nel 1974, il rinomato ricercatore Carl Sagan pubblicò un articolo che chiariva l'uso dei termini biogenesi e abiogenesi. Secondo Sagan, entrambi i termini sono stati usati erroneamente in articoli relativi a spiegazioni dell'origine delle prime forme viventi.

Tra questi errori c'è l'uso del termine biogenesi come suo contrario. Cioè, la biogenesi è usata per descrivere l'origine della vita a partire da altre forme viventi, mentre l'abiogenesi si riferisce all'origine della vita dalla materia non vivente.

In questo senso, una via biochimica contemporanea è considerata biogenica e una via metabolica prebiologica è abiogenica. Pertanto è necessario prestare particolare attenzione all'uso di entrambi i termini.

Riferimenti

1. Bergman, J. (2000). Perché l'abiogenesi è impossibile. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
2. Pross, A., & Pascal, R. (2013). L'origine della vita: cosa sappiamo, cosa possiamo sapere e cosa non sapremo mai. Open Biology, 3 (3), 120190.
3. Sadava, D. e Purves, WH (2009). Vita: la scienza della biologia. Ed. Medica panamericana
4. Sagan, C. (1974). Sui termini "biogenesi" e "abiogenesi". Origini della vita ed evoluzione delle biosfere, 5 (3), 529-529.
5. Schmidt, M. (2010). Xenobiologia: una nuova forma di vita come strumento di biosicurezza definitivo. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). L'abiogenesi come sfida teorica: alcune riflessioni. Rivista di biologia teorica, 402, 18-20.