EVOLUZIONE PREBIOTICA: DOVE È SUCCESSO E COSA È NECESSARIO - BIOLOGIA - 2025

Il termine evoluzione prebiotica si riferisce alla serie di scenari ipotetici che cercano di spiegare l'origine della vita a partire dalla materia non vivente in un ambiente in condizioni primitive.

È stato suggerito che le condizioni dell'atmosfera primitiva fossero fortemente riducenti, il che ha favorito la formazione di molecole organiche, come amminoacidi e peptidi, che sono i mattoni delle proteine; e purine e pirimidine, che costituiscono gli acidi nucleici - DNA e RNA.

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Condizioni primitive

Immaginare come siano emerse le prime forme di vita sulla Terra può essere una domanda impegnativa - e persino quasi impossibile - se non ci collochiamo nel giusto ambiente primitivo.

Quindi, la chiave per comprendere la vita dalle molecole abiotiche sospese nel famoso "brodo primitivo" è l'atmosfera in quell'ambiente remoto.

Sebbene non vi sia un totale accordo sulla composizione chimica dell'atmosfera, non essendovi modo di confermarla completamente, le ipotesi spaziano dalle composizioni riducenti (CH ₄ + N ₂ , NH ₃ + H ₂ O o CO ₂ + H ₂ + N ₂ ) ad ambienti più neutri (con solo CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

È generalmente accettato che l'atmosfera fosse priva di ossigeno (questo elemento ha aumentato la sua concentrazione in modo significativo con l'arrivo della vita). Per la sintesi efficiente di amminoacidi, purine, pirimidine e zuccheri è necessaria la presenza di un ambiente riducente.

Nel caso in cui l'atmosfera reale in quel momento non avesse queste condizioni chimiche prebiotiche, i composti organici dovevano provenire da particelle di polvere o altri corpi spaziali come i meteoriti.

Dove si è verificata l'evoluzione prebiotica?

Diverse sono le ipotesi in relazione allo spazio fisico sulla Terra che hanno permesso lo sviluppo delle prime biomolecole e replicatori.

Una teoria che ha ottenuto un seguito significativo nella formazione iniziale di biomolecole nelle prese d'aria idrotermali nell'oceano. Tuttavia, altri autori lo trovano improbabile e screditano queste regioni come agenti importanti nella sintesi prebiotica.

La teoria propone che la sintesi chimica sia avvenuta attraverso il passaggio dell'acqua entro un termine gradiente da 350 ° C a 2 ° C.

Il problema con questa ipotesi sorge perché i composti organici si decompongono ad alte temperature (350 ° C) invece di essere sintetizzati, il che suggerisce ambienti meno estremi. Quindi l'ipotesi ha perso consensi.

Cosa è necessario per l'evoluzione prebiotica?

Per effettuare uno studio relativo all'evoluzione prebiotica, è necessario rispondere a una serie di domande che ci permettano di comprendere l'emergere della vita.

Dobbiamo chiederci che tipo di processo catalitico ha favorito l'origine della vita e da dove è stata prelevata l'energia che ha favorito le prime reazioni. Nel rispondere a queste domande, possiamo andare oltre e chiederci se le prime molecole ad apparire fossero membrane, replicatori o metaboliti.

Risponderemo ora a ciascuna di queste domande per ottenere una comprensione di una possibile origine della vita in un ambiente prebiotico.

catalizzatori

La vita, come la conosciamo oggi, richiede una serie di "condizioni moderate" per svilupparsi. Sappiamo che la maggior parte degli esseri organici esiste dove temperatura, umidità e pH sono fisiologicamente accettabili, ad eccezione degli organismi estremofili, che, come suggerisce il nome, vivono in ambienti estremi.

Una delle caratteristiche più rilevanti dei sistemi viventi è l'ubiquità dei catalizzatori. Le reazioni chimiche degli esseri viventi sono catalizzate da enzimi: molecole complesse di natura proteica che aumentano la velocità delle reazioni di diversi ordini di grandezza.

I primi esseri viventi dovevano avere un sistema simile, probabilmente i ribozimi. In letteratura, c'è una questione aperta se l'evoluzione prebiotica possa essersi verificata senza catalisi.

Secondo le prove, in assenza di un catalizzatore l'evoluzione biologica sarebbe stata altamente improbabile, poiché le reazioni avrebbero richiesto intervalli di tempo monumentali. Pertanto, la loro esistenza è postulata durante le prime fasi della vita.

Energia

L'energia per la sintesi prebiotica doveva apparire da qualche parte. Si propone che alcune molecole inorganiche, come i polifosfati e i tioesteri, possano aver svolto un ruolo importante nella produzione di energia per le reazioni, in tempi antecedenti all'esistenza della famosa "moneta" energetica delle cellule: l'ATP.

Energeticamente, la replicazione delle molecole che trasportano l'informazione genetica è un evento molto costoso. Per un batterio medio, come E. coli, un singolo evento di replicazione richiede 1,7 * 10 ¹⁰ molecole di ATP.

Grazie all'esistenza di questa cifra straordinariamente alta, la presenza di una fonte di energia è una condizione indiscutibile per creare un probabile scenario in cui la vita ha avuto origine.

Allo stesso modo, l'esistenza di reazioni di tipo “redox” potrebbe aver contribuito alla sintesi abiotica. Nel tempo, questo sistema potrebbe diventare elementi importanti del trasporto di elettroni nella cella, legati alla produzione di energia.

Quale dei componenti cellulari ha avuto origine per prima?

Ci sono tre componenti di base in una cella: una membrana, che delimita lo spazio cellulare e la trasforma in un'unità discreta; replicatori, che memorizzano le informazioni; e reazioni metaboliche, che si verificano all'interno di questo sistema. L'integrazione funzionale di questi tre componenti dà origine a una cella.

Pertanto, alla luce dell'evoluzione, è interessante chiedersi quale dei tre sia sorto per primo.

La sintesi delle membrane sembra essere semplice, poiché i lipidi formano spontaneamente strutture vescicolari con la capacità di crescere e dividersi. La vescicola consente la conservazione dei replicatori e mantiene concentrati i metaboliti.

Ora, il dibattito si concentra sulla leadership della replicazione rispetto al metabolismo. Coloro che danno più peso alla replicazione, sostengono che i ribozimi (RNA con potere catalitico) sono stati in grado di replicarsi e grazie alla comparsa di mutazioni potrebbe sorgere un nuovo sistema metabolico.

La visione opposta evidenzia l'importanza della generazione di molecole semplici - come gli acidi organici presenti nel ciclo degli acidi tricarbossilici - per la combustione con fonti di calore moderate. Da questo punto di vista, i primi passi dell'evoluzione prebiotica hanno coinvolto questi metaboliti.

Riferimenti

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