TEORIE DELL'EVOLUZIONE CELLULARE - BIOLOGIA - 2025

Le teorie dell'evoluzione cellulare sono spiegazioni che cercano di capire quando e come sono emerse le cellule. Normalmente si riferiscono a cellule eucariotiche, cioè quelle che hanno un nucleo separato da una membrana cellulare dove contengono il materiale genetico.

A differenza delle cellule procariotiche, che sono più semplici e sono apparse circa 3,7 miliardi di anni fa sulla Terra, le cellule eucariotiche sono molto più complesse, più grandi e di recente comparsa.

Immagine ad alta definizione di un organismo unicellulare. Tramite Youtube.

Poiché le cellule eucariotiche sono la base della maggior parte degli esseri viventi, come piante e animali, sono state sviluppate diverse teorie sulla loro origine e sul perché sono apparse.

Sviluppo delle prime cellule

Le prime cellule apparvero almeno 3,7 miliardi di anni fa, circa 750 milioni di anni dopo la formazione della Terra. Sebbene non sappiamo con certezza come siano apparse le prime cellule, sappiamo abbastanza precisamente come si sono sviluppate.

Tuttavia, una delle teorie più accettate sulla formazione delle prime cellule è la seguente: date le condizioni atmosferiche della Terra primordiale, una scarica di energia può causare la formazione spontanea di molecole organiche.

Ciò è stato dimostrato dagli esperimenti di Stanley Miller negli anni '50, in cui è riuscito a creare molecole organiche da idrogeno, metano e ammoniaca.

Successivamente si formarono le prime molecole organiche complesse (chiamate anche macromolecole). Ad un certo punto dell'evoluzione di queste molecole, la prima in grado di replicarsi è emersa utilizzando i materiali del suo ambiente. Poi, per la prima volta, è nata una cellula.

Queste prime celle avrebbero potuto riprodursi liberamente all'inizio, data la mancanza di concorrenza per il carburante utilizzato. Tuttavia, poiché il loro numero aumentò notevolmente (proprio a causa di questa mancanza di concorrenza), le cellule dovettero presto diventare più sofisticate per continuare a riprodursi. Inizia così il processo di evoluzione.

Tipi di cellule e loro sviluppo

Per molti anni si è creduto che esistessero solo due tipi di cellule, quella procariotica (che letteralmente significa "senza nucleo") e quella più complessa e ad esordio successivo. Tuttavia, negli ultimi due secoli, sono stati identificati altri tipi di cellule che non si adattano alle caratteristiche di nessuno degli altri due.

Queste celle sono note dagli anni '90 come "archaea", che letteralmente significa "antiche". In questo modo, oggi viene utilizzato un sistema di classificazione di tre domini: Archaea, Bacteria ed Eucaria.

Celle di Archaea

Gli Archaea (conosciuti anche come Archaea) sono cellule prive di nucleo, molto simili ai batteri ma con determinate caratteristiche che le hanno portate ad essere considerate organismi indipendenti.

Come tutte le altre cellule, sono organismi microscopici. La loro parete cellulare è molto resistente, il che consente loro di vivere in ambienti estremi (anche sugli asteroidi nello spazio, senza la protezione di alcun tipo di atmosfera).

Anche la loro dieta è molto diversa, poiché sfruttano composti inorganici come l'idrogeno, l'anidride carbonica o lo zolfo invece dell'ossigeno.

Cellule procariotiche (batteri)

Le cellule procariotiche sono le più semplici dei tre tipi. Hanno solo una membrana cellulare, che circonda l'interno della cellula. Al suo interno possiamo trovare il materiale genetico sospeso all'interno del citoplasma, così come alcuni ribosomi (gli organelli che generano energia all'interno della cellula).

Le cellule procariotiche, nonostante siano di molti tipi diversi, sono tutte classificate come batteri. Per adattarsi all'ambiente in modo più efficiente, molti di loro hanno altre aggiunte, come i flagelli per muoversi liberamente o una parete appiccicosa, la capsula, che consente loro di aderire ad altri organismi.

Cellule eucariotiche

Le cellule eucariotiche sono le più complesse e le più grandi dei tre tipi. Differiscono dai procarioti e dagli archaea principalmente per il fatto che hanno un nucleo, dove immagazzinano il DNA. Inoltre, hanno diversi tipi di organelli cellulari, che consentono loro di svolgere diversi tipi di funzioni.

Le cellule eucariotiche sono la base di tutta la vita complessa che esiste sulla Terra. Per questo motivo, gli scienziati hanno studiato la sua origine per molti decenni e hanno sviluppato la cosiddetta teoria endosimbiotica dello sviluppo cellulare.

Teoria endosimbiotica dell'evoluzione cellulare

Le cellule eucariotiche sono molto più sviluppate degli archaea o dei batteri. Solo pochi decenni fa è stata trovata una spiegazione soddisfacente per la sua comparsa: la teoria endosimbiotica.

Questa teoria si basa sulle somiglianze che i mitocondri ei cloroplasti delle cellule eucariotiche hanno con i batteri, sia nella loro forma che nella loro funzione.

Pertanto, gli scienziati che lo difendono propongono che a un certo punto dell'evoluzione, una grande cellula abbia assorbito un batterio e abbia iniziato a usarlo per estrarre l'energia necessaria per sopravvivere e riprodursi.

I batteri assorbiti, nel frattempo, hanno acquisito maggiori probabilità di lasciare prole, oltre a una maggiore sicurezza essendo all'interno di una cella più grande. Pertanto, si è verificata una relazione simbiotica; da qui il nome della teoria.

Dopo milioni di anni di evoluzione, mitocondri e cloroplasti, che in precedenza erano batteri indipendenti, si sono specializzati. Pertanto, non possono più sopravvivere al di fuori della cella.

Evidenze per la teoria endosimbiotica

Nel linguaggio quotidiano usiamo la parola "teoria" per descrivere un'opinione che non è basata su fatti. Tuttavia, nel mondo della scienza una teoria è una spiegazione di un fenomeno confermato da esperimenti e osservazioni.

La teoria endosimbiotica non fa eccezione. Diversi indizi ci portano a pensare che sia così che sono nate le cellule animali e vegetali. Alcune di queste prove sono le seguenti:

• Mitocondri e cloroplasti hanno il proprio DNA → Questi due tipi di organelli sono gli unici che hanno DNA all'interno del loro citoplasma, essendo separati dal DNA principale della cellula.
• Entrambi gli organelli si riproducono da soli → Poiché hanno il proprio DNA, i cloroplasti ei mitocondri possono replicarsi indipendentemente dalla cellula e dirigere la propria divisione.
• Hanno una membrana cellulare → A differenza del resto degli organelli della cellula, sia i mitocondri che i cloroplasti hanno una doppia membrana cellulare che li separa dal resto. Questo tipo di membrana è presente anche nei batteri.

Riferimenti

1. "Cellule procariotiche" in: Khan Academy. Estratto il: 17 gennaio 2018 da Khan Academy: es.khanacademy.org.
2. "Differenze tra cellula eucariotica e procariotica" in: Difference Between. Estratto il: 17 gennaio 2018 da Difference Between: difference-entre.com.
3. "Dai procarioti agli eucarioti" in: Understanding Evolution. Estratto il: 17 gennaio 2018 da Understanding Evolution: evolution.berkeley.edu.
4. "L'origine e l'evoluzione delle cellule" in: NCBI. Estratto il: 17 gennaio 2018 da NCBI: ncbi.nlm.nih.gov.
5. "L'evoluzione della cellula" in: Learn Genetics. Estratto il: 17 gennaio 2018 da Learn Genetics: learn.genetics.utah.edu.