Origine della vita

L'origine della vita sulla Terra è un problema scientifico non ancora risolto. Ci sono molte idee, ma pochi fatti chiari.

La maggior parte degli esperti concorda sul fatto che tutta la vita oggi si è evoluta per via della comune discendenza da un'unica forma di vita primitiva. Non si sa come si sia evoluta questa forma di vita primitiva, ma gli scienziati pensano che sia stato un processo naturale avvenuto circa 3.900 milioni di anni fa. Questo è in accordo con la filosofia del naturalismo: sono ammesse solo le cause naturali.

Non si sa se il metabolismo è venuto prima o la genetica. L'ipotesi principale che supporta la genetica in primo luogo è l'ipotesi del mondo RNA, e quella che supporta il metabolismo in primo luogo è l'ipotesi del mondo delle proteine.

Un altro grosso problema è come si sono sviluppate le cellule. Melvin Calvin, vincitore del Premio Nobel per la Chimica, ha scritto un libro sull'argomento, così come Alexander Oparin. Ciò che collega la maggior parte dei primi lavori sull'origine della vita è l'idea che prima dell'inizio della vita ci deve essere stato un processo di cambiamento chimico. Un'altra questione che è stata discussa da J.D. Bernal e altri è l'origine della membrana cellulare. Concentrando le sostanze chimiche in un unico punto, la membrana cellulare svolge una funzione vitale.

Stromatoliti dalla Bolivia, dal Proterozoico (2,3 miliardi di anni fa). Sezione verticale levigata.Zoom
Stromatoliti dalla Bolivia, dal Proterozoico (2,3 miliardi di anni fa). Sezione verticale levigata.

Stromatoliti che crescono nel Parco Nazionale di Yalgorup in AustraliaZoom
Stromatoliti che crescono nel Parco Nazionale di Yalgorup in Australia

Stromatoliti dalla Bolivia, dal Proterozoico (2,3 miliardi di anni fa). Sezione verticale levigata.Zoom
Stromatoliti dalla Bolivia, dal Proterozoico (2,3 miliardi di anni fa). Sezione verticale levigata.

Stromatoliti che crescono nel Parco Nazionale di Yalgorup in AustraliaZoom
Stromatoliti che crescono nel Parco Nazionale di Yalgorup in Australia

Storia degli studi sull'origine della vita

Generazione spontanea

Fino all'inizio del XIX secolo molte persone credevano nella regolare generazione spontanea di vita dalla materia non vivente. Questa era chiamata generazione spontanea, ed è stata smentita da Louis Pasteur. Egli dimostrò che senza spore non crescevano batteri o virus su materiale sterile.

Darwin

In una lettera a Joseph Dalton Hooker dell'11 febbraio 1871, Charles Darwin propose un processo naturale per l'origine della vita.

Ha suggerito che la scintilla originale della vita potrebbe essere iniziata in un "laghetto caldo, con ogni sorta di ammoniaca e sali fosforici, luci, calore, elettricità, ecc. Un composto proteico si è poi formato chimicamente pronto a subire cambiamenti ancora più complessi". Spiegava poi che "al giorno d'oggi tale materia sarebbe stata istantaneamente divorata o assorbita, cosa che non sarebbe accaduta prima della formazione di creature viventi".

Haldane e Oparin

Nessun progresso reale è stato fatto fino al 1924 quando Alexander Oparin ha ragionato che l'ossigeno atmosferico impediva la sintesi delle molecole organiche. Le molecole organiche sono i mattoni necessari per l'evoluzione della vita. Nel suo L'origine della vita, Oparin sosteneva che un "brodo primordiale" di molecole organiche poteva essere creato in un'atmosfera priva di ossigeno attraverso l'azione della luce del sole. Queste si combinerebbero in mode sempre più complesse fino a formare goccioline. Queste goccioline "crescerebbero" per fusione con altre goccioline, e si "riprodurrebbero" per fissione in goccioline figlie, e quindi avrebbero un metabolismo primitivo in cui sopravvivono quei fattori che promuovono la "integrità cellulare", quelli che non si estinguono. Molte teorie moderne sull'origine della vita prendono ancora le idee di Oparin come punto di partenza.

Più o meno nello stesso periodo J.B.S. Haldane ha anche suggerito che gli oceani pre-biotici della Terra, che erano molto diversi da quelli attuali, avrebbero formato una "zuppa calda e diluita". In questa zuppa, i composti organici, i mattoni della vita, avrebbero potuto formarsi. Questa idea è stata chiamata biopoiesi, il processo della materia vivente che si evolve da molecole auto-replicanti ma non viventi.

Alexander Oparin (a destra) al laboratorioZoom
Alexander Oparin (a destra) al laboratorio

Storia degli studi sull'origine della vita

Generazione spontanea

Fino all'inizio del XIX secolo molte persone credevano nella regolare generazione spontanea di vita dalla materia non vivente. Questa era chiamata generazione spontanea, ed è stata smentita da Louis Pasteur. Egli dimostrò che senza spore non crescevano batteri o virus su materiale sterile.

Darwin

In una lettera a Joseph Dalton Hooker dell'11 febbraio 1871, Charles Darwin propose un processo naturale per l'origine della vita.

Ha suggerito che la scintilla originale della vita potrebbe essere iniziata in un "laghetto caldo, con ogni sorta di ammoniaca e sali fosforici, luci, calore, elettricità, ecc. Un composto proteico si è poi formato chimicamente pronto a subire cambiamenti ancora più complessi". Spiegava poi che "al giorno d'oggi tale materia sarebbe stata istantaneamente divorata o assorbita, cosa che non sarebbe accaduta prima della formazione di creature viventi".

Haldane e Oparin

Nessun progresso reale è stato fatto fino al 1924 quando Alexander Oparin ha ragionato che l'ossigeno atmosferico ha impedito la sintesi delle molecole organiche. Le molecole organiche sono i mattoni necessari per l'evoluzione della vita. Nel suo L'origine della vita, Oparin sosteneva che un "brodo primordiale" di molecole organiche poteva essere creato in un'atmosfera priva di ossigeno attraverso l'azione della luce del sole. Queste si combinerebbero in mode sempre più complesse fino a formare goccioline. Queste goccioline "crescerebbero" per fusione con altre goccioline, e si "riprodurrebbero" per fissione in goccioline figlie, e quindi avrebbero un metabolismo primitivo in cui sopravvivono quei fattori che promuovono la "integrità cellulare", quelli che non si estinguono. Molte teorie moderne sull'origine della vita prendono ancora le idee di Oparin come punto di partenza.

Più o meno nello stesso periodo J.B.S. Haldane ha anche suggerito che gli oceani pre-biotici della Terra, che erano molto diversi da quelli attuali, avrebbero formato una "zuppa calda e diluita". In questa zuppa, i composti organici, i mattoni della vita, avrebbero potuto formarsi. Questa idea è stata chiamata biopoiesi, il processo della materia vivente che si evolve da molecole auto-replicanti ma non viventi.

Le prime condizioni sulla Terra

Non c'è quasi nessun record geologico di prima di 3,8 miliardi di anni fa. L'ambiente che esisteva in epoca Adea era ostile alla vita, ma non si sa quanto lo fosse. C'è stato un tempo, tra 3,8 e 4,1 miliardi di anni fa, che è conosciuto come il Bombardamento Pesante Tardivo. È così chiamato perché si pensa che allora si siano formati molti crateri lunari. La situazione su altri pianeti, come la Terra, Venere, Mercurio e Marte, deve essere stata simile. Questi impatti probabilmente sterilizzerebbero la Terra (uccidendo ogni forma di vita), se esistesse in quel momento.

Diverse persone hanno suggerito che le sostanze chimiche nella cella danno indizi su come dovevano essere i primi mari. Nel 1926, Macallum ha notato che la composizione inorganica del citosol cellulare differisce drasticamente da quella dell'acqua di mare moderna: "la cellula... ha dotazioni trasmesse da un passato quasi remoto come l'origine della vita sulla terra". Per esempio: "Tutte le cellule contengono molto più potassio, fosfato e metalli di transizione rispetto ai moderni ... oceani, laghi o fiumi". "Sotto l'atmosfera primordiale anossica, dominata dalla CO2, la chimica dei bacini interni dei campi geotermici sarebbe [come la chimica all'interno] delle cellule moderne".

Temperatura

Se la vita si è evoluta nelle profondità dell'oceano, vicino a un condotto idrotermale, potrebbe aver avuto origine già 4-4,2 miliardi di anni fa. Se invece la vita si è originata sulla superficie del pianeta, un'opinione comune è che avrebbe potuto farlo solo tra i 3,5 e i 4 miliardi di anni fa.

Lazcano e Miller (1994) suggeriscono che il ritmo dell'evoluzione molecolare è stato dettato dalla velocità di ricircolo dell'acqua attraverso le bocchette di ventilazione sottomarine a metà oceano. Il ricircolo completo richiede 10 milioni di anni, quindi qualsiasi composto organico prodotto da allora sarebbe stato alterato o distrutto da temperature superiori a 300 °C. Si stima che lo sviluppo di un genoma di 100 kilobasi di un eterotrofo primitivo del DNA/proteina in un cianobatterio filamentoso del gene 7000 avrebbe richiesto solo 7 milioni di anni.

Storia dell'atmosfera terrestre

In origine, l'atmosfera della Terra era quasi priva di ossigeno libero. Essa si è gradualmente trasformata in quella che è oggi, per un periodo di tempo molto lungo (vedi Grande evento di ossigenazione). Il processo è iniziato con i cianobatteri. Sono stati i primi organismi a produrre ossigeno libero attraverso la fotosintesi. La maggior parte degli organismi oggi ha bisogno di ossigeno per il suo metabolismo; solo pochi possono utilizzare altre fonti per la respirazione.

Quindi ci si aspetta che i primi proto-organismi fossero chemioautotrofi e non utilizzassero la respirazione aerobica. Erano anaerobici.

Le prime condizioni sulla Terra

Non c'è quasi nessun record geologico di prima di 3,8 miliardi di anni fa. L'ambiente che esisteva in epoca Adea era ostile alla vita, ma non si sa quanto lo fosse. C'è stato un tempo, tra 3,8 e 4,1 miliardi di anni fa, che è conosciuto come il Bombardamento Pesante Tardivo. È così chiamato perché si pensa che allora si siano formati molti crateri lunari. La situazione su altri pianeti, come la Terra, Venere, Mercurio e Marte, deve essere stata simile. Questi impatti probabilmente sterilizzerebbero la Terra (uccidendo ogni forma di vita), se esistesse in quel momento.

Diverse persone hanno suggerito che le sostanze chimiche nella cella danno indizi su come dovevano essere i primi mari. Nel 1926, Macallum ha notato che la composizione inorganica del citosol cellulare differisce drasticamente da quella dell'acqua di mare moderna: "la cellula... ha dotazioni trasmesse da un passato quasi remoto come l'origine della vita sulla terra". Per esempio: "Tutte le cellule contengono molto più potassio, fosfato e metalli di transizione rispetto ai moderni ... oceani, laghi o fiumi". "Sotto l'atmosfera primordiale anossica, dominata dalla CO2, la chimica dei bacini interni dei campi geotermici sarebbe [come la chimica all'interno] delle cellule moderne".

Temperatura

Se la vita si è evoluta nelle profondità dell'oceano, vicino a un condotto idrotermale, potrebbe aver avuto origine già 4-4,2 miliardi di anni fa. Se invece la vita si è originata sulla superficie del pianeta, un'opinione comune è che avrebbe potuto farlo solo tra i 3,5 e i 4 miliardi di anni fa.

Lazcano e Miller (1994) suggeriscono che il ritmo dell'evoluzione molecolare è stato dettato dalla velocità di ricircolo dell'acqua attraverso le bocchette di ventilazione sottomarine a metà oceano. Il ricircolo completo richiede 10 milioni di anni, quindi qualsiasi composto organico prodotto da allora sarebbe stato alterato o distrutto da temperature superiori a 300 °C. Si stima che lo sviluppo di un genoma di 100 kilobasi di un eterotrofo primitivo del DNA/proteina in un cianobatterio filamentoso del gene 7000 avrebbe richiesto solo 7 milioni di anni.

Storia dell'atmosfera terrestre

In origine, l'atmosfera della Terra era quasi priva di ossigeno libero. Essa si è gradualmente trasformata in quella che è oggi, per un periodo di tempo molto lungo (vedi Grande evento di ossigenazione). Il processo è iniziato con i cianobatteri. Sono stati i primi organismi a produrre ossigeno libero attraverso la fotosintesi. La maggior parte degli organismi oggi ha bisogno di ossigeno per il suo metabolismo; solo pochi possono utilizzare altre fonti per la respirazione.

Quindi ci si aspetta che i primi proto-organismi fossero chemioautotrofi e non utilizzassero la respirazione aerobica. Erano anaerobici.

Modelli attuali

Non esiste un "modello standard" su come è iniziata la vita. La maggior parte dei modelli accettati sono costruiti sulla biologia molecolare e sulla biologia cellulare:

  1. Poiché ci sono le condizioni giuste, si creano alcune piccole molecole di base. Queste sono chiamate monomeri della vita. Gli amminoacidi sono un tipo di queste molecole. Questo è stato dimostrato dall'esperimento Miller-Urey di Stanley L. Miller e Harold C. Urey nel 1953, e ora sappiamo che questi blocchi di base sono comuni in tutto lo spazio. All'inizio della Terra li avrebbe avuti tutti.
  2. Fosfolipidi, che possono formare i due strati lipidici, un componente principale della membrana cellulare.
  3. Nucleotidi che potrebbero unirsi in molecole di RNA casuali. Questo potrebbe aver portato a ribozimi auto-replicanti (ipotesi del mondo RNA).
  4. La concorrenza per i substrati selezionerebbe le mini-proteine in enzimi. Il ribosoma è fondamentale per la sintesi delle proteine nelle cellule attuali, ma non abbiamo idea di come si sia evoluto.
  5. All'inizio, gli acidi ribonucleici sarebbero stati catalizzatori, ma più tardi, gli acidi nucleici sono specializzati per uso genomico.

L'origine delle biomolecole di base, pur non essendo risolta, è meno controversa del significato e dell'ordine dei passi 2 e 3. Le sostanze chimiche di base da cui si pensa si sia formata la vita sono:

L'ossigeno molecolare (O2) e l'ozono (O3) erano rari o assenti.

Tre fasi

  • Fase 1: L'origine dei monomeri biologici
  • Fase 2: L'origine dei polimeri biologici
  • Fase 3: L'evoluzione da molecole a cellule

Bernal ha suggerito che l'evoluzione potrebbe essere iniziata presto, qualche tempo tra la fase 1 e la fase 2.

Modelli attuali

Non esiste un "modello standard" su come è iniziata la vita. La maggior parte dei modelli accettati sono costruiti sulla biologia molecolare e sulla biologia cellulare:

  1. Poiché ci sono le condizioni giuste, si creano alcune piccole molecole di base. Queste sono chiamate monomeri della vita. Gli amminoacidi sono un tipo di queste molecole. Questo è stato dimostrato dall'esperimento Miller-Urey di Stanley L. Miller e Harold C. Urey nel 1953, e ora sappiamo che questi blocchi di base sono comuni in tutto lo spazio. All'inizio della Terra li avrebbe avuti tutti.
  2. Fosfolipidi, che possono formare i due strati lipidici, un componente principale della membrana cellulare.
  3. Nucleotidi che potrebbero unirsi in molecole di RNA casuali. Questo potrebbe aver portato a ribozimi auto-replicanti (ipotesi del mondo RNA).
  4. La concorrenza per i substrati selezionerebbe le mini-proteine in enzimi. Il ribosoma è fondamentale per la sintesi delle proteine nelle cellule attuali, ma non abbiamo idea di come si sia evoluto.
  5. All'inizio, gli acidi ribonucleici sarebbero stati catalizzatori, ma più tardi, gli acidi nucleici sono specializzati per uso genomico.

L'origine delle biomolecole di base, pur non essendo risolta, è meno controversa del significato e dell'ordine dei passi 2 e 3. Le sostanze chimiche di base da cui si pensa si sia formata la vita sono:

L'ossigeno molecolare (O2) e l'ozono (O3) erano rari o assenti.

Tre fasi

  • Fase 1: L'origine dei monomeri biologici
  • Fase 2: L'origine dei polimeri biologici
  • Fase 3: L'evoluzione da molecole a cellule

Bernal ha suggerito che l'evoluzione potrebbe essere iniziata presto, qualche tempo tra la fase 1 e la fase 2.

Origine delle molecole organiche

Ci sono tre fonti di molecole organiche sulla Terra:

  1. sintesi organica da fonti di energia (come la luce ultravioletta o le scariche elettriche).
  2. consegna da parte di oggetti extraterrestri come meteoriti carbonacee (condriti);
  3. sintesi organica guidata da shock da impatto.

Le stime di queste fonti suggeriscono che i pesanti bombardamenti precedenti ai 3,5 miliardi di anni fa hanno reso disponibili quantità di sostanze organiche paragonabili a quelle prodotte da altre fonti di energia.

L'esperimento di Miller e la zuppa primordiale

Nel 1953 uno studente laureato, Stanley Miller, e il suo professore, Harold Urey, eseguirono un esperimento che mostrava come le molecole organiche potessero formarsi sulla Terra dai precursori inorganici.

L'ormai famoso esperimento Miller-Urey ha utilizzato una miscela altamente ridotta di gas - metano, ammoniaca e idrogeno - per formare monomeri organici basici, come gli amminoacidi. Ora sappiamo che per più della prima metà della storia della Terra la sua atmosfera era quasi priva di ossigeno.

Gli esperimenti di Fox

Negli anni '50 e '60, Sidney W. Fox studiò la formazione spontanea di strutture peptidiche in condizioni che avrebbero potuto esistere all'inizio della storia della Terra. Ha dimostrato che gli amminoacidi potrebbero da soli formare piccoli peptidi. Questi aminoacidi e piccoli peptidi potrebbero essere incoraggiati a formare membrane sferiche chiuse, chiamate microsfere.

Origine delle molecole organiche

Ci sono tre fonti di molecole organiche sulla Terra:

  1. sintesi organica da fonti di energia (come la luce ultravioletta o le scariche elettriche).
  2. consegna da parte di oggetti extraterrestri come meteoriti carbonacee (condriti);
  3. sintesi organica guidata da shock da impatto.

Le stime di queste fonti suggeriscono che i pesanti bombardamenti precedenti ai 3,5 miliardi di anni fa hanno reso disponibili quantità di sostanze organiche paragonabili a quelle prodotte da altre fonti di energia.

L'esperimento di Miller e la zuppa primordiale

Nel 1953 uno studente laureato, Stanley Miller, e il suo professore, Harold Urey, eseguirono un esperimento che mostrava come le molecole organiche potessero formarsi sulla Terra dai precursori inorganici.

L'ormai famoso esperimento Miller-Urey ha utilizzato una miscela altamente ridotta di gas - metano, ammoniaca e idrogeno - per formare monomeri organici basici, come gli amminoacidi. Ora sappiamo che per più della prima metà della storia della Terra la sua atmosfera era quasi priva di ossigeno.

Gli esperimenti di Fox

Negli anni '50 e '60, Sidney W. Fox studiò la formazione spontanea di strutture peptidiche in condizioni che avrebbero potuto esistere all'inizio della storia della Terra. Ha dimostrato che gli amminoacidi potrebbero da soli formare piccoli peptidi. Questi aminoacidi e piccoli peptidi potrebbero essere incoraggiati a formare membrane sferiche chiuse, chiamate microsfere.

Condizioni speciali

Alcuni scienziati hanno suggerito condizioni speciali che potrebbero rendere più facile la sintesi cellulare.

Il mondo dell'argilla

Un modello in argilla per l'origine della vita è stato suggerito da A. Graham Cairns-Smith. La teoria dell'argilla suggerisce che molecole organiche complesse sono sorte gradualmente su una piattaforma preesistente non organica, cioè cristalli di silicato in soluzione.

Modello della biosfera calda e profonda

Negli anni '70, Thomas Gold propose la teoria secondo cui la vita non si è sviluppata sulla superficie della Terra, ma diversi chilometri sotto la superficie. La scoperta alla fine degli anni '90 di nanobe (strutture filamentose più piccole dei batteri, ma che possono contenere DNA nelle rocce profonde) potrebbe sostenere la teoria di Gold.

È ormai ragionevolmente assodato che la vita microbica è abbondante a basse profondità della Terra (fino a cinque chilometri sotto la superficie) sotto forma di arcaismi estremofili, piuttosto che i più noti eubatteri (che vivono in condizioni più accessibili).

L'oro ha affermato che per sopravvivere è necessario un gocciolamento di cibo da una fonte profonda e irraggiungibile, perché la vita che nasce in una pozza di materiale organico rischia di consumare tutto il suo cibo e di estinguersi. La teoria dell'oro era che il flusso di cibo è dovuto alla fuoriuscita di gas metano primordiale dal mantello terrestre.

Auto-organizzazione e replica

L'auto-organizzazione e l'auto-replicazione sono il segno distintivo dei sistemi viventi. Le molecole non viventi a volte mostrano queste caratteristiche in condizioni adeguate. Per esempio, Martin e Russel hanno dimostrato che le membrane cellulari che separano il contenuto dall'ambiente e l'auto-organizzazione delle reazioni redox auto-contenute sono gli attributi più conservati degli esseri viventi. Essi sostengono che una materia inorganica come quella sarebbe l'ultimo antenato comune della vita.

Condizioni speciali

Alcuni scienziati hanno suggerito condizioni speciali che potrebbero rendere più facile la sintesi cellulare.

Il mondo dell'argilla

Un modello in argilla per l'origine della vita è stato suggerito da A. Graham Cairns-Smith. La teoria dell'argilla suggerisce che molecole organiche complesse sono sorte gradualmente su una piattaforma preesistente non organica, cioè cristalli di silicato in soluzione.

Modello della biosfera calda e profonda

Negli anni '70, Thomas Gold propose la teoria secondo cui la vita non si è sviluppata sulla superficie della Terra, ma diversi chilometri sotto la superficie. La scoperta alla fine degli anni '90 di nanobe (strutture filamentose più piccole dei batteri, ma che possono contenere DNA nelle rocce profonde) potrebbe sostenere la teoria di Gold.

È ormai ragionevolmente assodato che la vita microbica è abbondante a basse profondità della Terra (fino a cinque chilometri sotto la superficie) sotto forma di arcaismi estremofili, piuttosto che i più noti eubatteri (che vivono in condizioni più accessibili).

L'oro ha affermato che per sopravvivere è necessario un gocciolamento di cibo da una fonte profonda e irraggiungibile, perché la vita che nasce in una pozza di materiale organico rischia di consumare tutto il suo cibo e di estinguersi. La teoria dell'oro era che il flusso di cibo è dovuto alla fuoriuscita di gas metano primordiale dal mantello terrestre.

Auto-organizzazione e replica

L'auto-organizzazione e l'auto-replicazione sono il segno distintivo dei sistemi viventi. Le molecole non viventi a volte mostrano queste caratteristiche in condizioni adeguate. Per esempio, Martin e Russel hanno dimostrato che le membrane cellulari che separano il contenuto dall'ambiente e l'auto-organizzazione delle reazioni redox auto-contenute sono gli attributi più conservati degli esseri viventi. Essi sostengono che una materia inorganica come quella sarebbe l'ultimo antenato comune della vita.

Teorie

Ipotesi del mondo RNA

In questa ipotesi, si dice che l'RNA funzioni sia come enzima che come contenitore di geni. In seguito, il DNA ha assunto il suo ruolo genetico.

L'ipotesi del mondo dell'RNA propone che la vita basata sull'acido ribonucleico (RNA) precede l'attuale mondo della vita basata sull'acido desossiribonucleico (DNA), l'RNA e le proteine. L'RNA è in grado sia di immagazzinare informazioni genetiche, come il DNA, sia di catalizzare reazioni chimiche, come un enzima. Può aver sostenuto la vita pre-cellulare ed è stato un passo importante verso la vita cellulare.

Ci sono alcune prove a sostegno di questa idea:

  1. Ci sono alcuni RNA che funzionano come enzimi.
  2. Alcuni virus usano l'RNA per ereditarietà.
  3. Molte delle parti più fondamentali della cellula (quelle che evolvono più lentamente) richiedono RNA.

Metabolismo e proteine

Questa idea suggerisce che le proteine hanno funzionato come enzimi prima di tutto, producendo il metabolismo. Dopo di che il DNA e l'RNA hanno cominciato a funzionare come contenitori di geni.

Questa idea ha anche alcune prove a sostegno di ciò.

  1. Le proteine come enzima sono essenziali per la vita di oggi.
  2. Alcuni aminoacidi si formano da sostanze chimiche più basiche nell'esperimento Miller-Urey. Alcuni negano questa idea perché le proteine non possono copiare se stesse.

Lipidi

In questo schema le membrane a doppio strato lipidico si presentano precocemente. Una volta che le sostanze chimiche organiche sono racchiuse, è allora possibile una biochimica più complessa.

Teorie

Ipotesi del mondo RNA

In questa ipotesi, si dice che l'RNA funzioni sia come enzima che come contenitore di geni. In seguito, il DNA ha assunto il suo ruolo genetico.

L'ipotesi del mondo dell'RNA propone che la vita basata sull'acido ribonucleico (RNA) precede l'attuale mondo della vita basata sull'acido desossiribonucleico (DNA), l'RNA e le proteine. L'RNA è in grado sia di immagazzinare informazioni genetiche, come il DNA, sia di catalizzare reazioni chimiche, come un enzima. Può aver sostenuto la vita pre-cellulare ed è stato un passo importante verso la vita cellulare.

Ci sono alcune prove a sostegno di questa idea:

  1. Ci sono alcuni RNA che funzionano come enzimi.
  2. Alcuni virus usano l'RNA per ereditarietà.
  3. Molte delle parti più fondamentali della cellula (quelle che evolvono più lentamente) richiedono RNA.

Metabolismo e proteine

Questa idea suggerisce che le proteine hanno funzionato come enzimi prima di tutto, producendo il metabolismo. Dopo di che il DNA e l'RNA hanno cominciato a funzionare come contenitori di geni.

Questa idea ha anche alcune prove a sostegno di ciò.

  1. Le proteine come enzima sono essenziali per la vita di oggi.
  2. Alcuni aminoacidi si formano da sostanze chimiche più basiche nell'esperimento Miller-Urey. Alcuni negano questa idea perché le proteine non possono copiare se stesse.

Lipidi

In questo schema le membrane a doppio strato lipidico si presentano precocemente. Una volta che le sostanze chimiche organiche sono racchiuse, è allora possibile una biochimica più complessa.

Panspermia

Questa è l'idea suggerita da Arrhenius, e sviluppata da Fred Hoyle, che la vita si è sviluppata altrove nell'universo ed è arrivata sulla Terra sotto forma di spore. Questa non è una teoria di come la vita è iniziata, ma una teoria di come potrebbe essersi diffusa. Potrebbe essersi diffusa, ad esempio, ad opera dei meteoriti.

Alcuni sostengono che i primi Marte fossero un posto migliore per iniziare la vita rispetto alla Terra. Le molecole che si sono combinate per formare materiale genetico sono più complesse del "brodo primordiale" di sostanze chimiche organiche (a base di carbonio) che esisteva sulla Terra quattro miliardi di anni fa. Se l'RNA è stato il primo materiale genetico, allora i minerali contenenti boro e molibdeno potrebbero contribuire alla sua formazione. Questi minerali erano molto più comuni su Marte che sulla Terra.

Panspermia

Questa è l'idea suggerita da Arrhenius, e sviluppata da Fred Hoyle, che la vita si è sviluppata altrove nell'universo ed è arrivata sulla Terra sotto forma di spore. Questa non è una teoria di come la vita è iniziata, ma una teoria di come potrebbe essersi diffusa. Potrebbe essersi diffusa, ad esempio, ad opera dei meteoriti.

Alcuni sostengono che i primi Marte fossero un posto migliore per iniziare la vita rispetto alla Terra. Le molecole che si sono combinate per formare materiale genetico sono più complesse del "brodo primordiale" di sostanze chimiche organiche (a base di carbonio) che esisteva sulla Terra quattro miliardi di anni fa. Se l'RNA è stato il primo materiale genetico, allora i minerali contenenti boro e molibdeno potrebbero contribuire alla sua formazione. Questi minerali erano molto più comuni su Marte che sulla Terra.

Pagine correlate

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Domande e risposte

D: Qual è l'origine della vita sulla Terra?


R: L'origine della vita sulla Terra è un problema scientifico che non è ancora stato risolto. La maggior parte degli esperti concorda sul fatto che tutta la vita odierna si sia evoluta da un'unica forma di vita primitiva, ma non si sa come questa prima forma di vita si sia evoluta.

D: Quali sono le due ipotesi principali sull'ordine di sviluppo della genetica e del metabolismo?


R: Le due ipotesi principali sull'ordine di sviluppo della genetica e del metabolismo sono l'ipotesi del mondo dell'RNA, che sostiene la genetica per prima, e l'ipotesi del mondo delle proteine, che sostiene il metabolismo per primo.

D: Chi ha scritto libri su come si sono sviluppate le cellule?


R: Melvin Calvin, vincitore del Premio Nobel per la Chimica, e Alexander Oparin hanno scritto libri sullo sviluppo delle cellule.

D: Cosa collega la maggior parte dei primi lavori sull'origine della vita?


R: L'idea che prima dell'inizio della vita debba esserci stato un processo di cambiamento chimico collega la maggior parte dei primi lavori sull'origine della vita.

D: Chi ha discusso l'origine delle membrane cellulari?


R: J.D Bernal e altri hanno discusso l'origine delle membrane cellulari.

D: Quali elementi verificabili devono essere presenti perché qualcosa sia considerato vivo?


R: Per essere considerato vivo, qualcosa deve includere l'RNA, i meccanismi di codifica e decodifica dell'RNA e i meccanismi di costruzione delle proteine a partire dagli aminoacidi.

D: Quale campo studia la biogenesi?



R: La ricerca di una teoria verificabile della biogenesi è un campo di ricerca separato.

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