Originea vieții

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Pământul a fost mult timp considerat ca fiind singurul loc în care viața s-ar putea dezvolta

Abiogeneza (din grecescul a-bio-geneza , „origini non-biologice”), sau în mod informal originea vieții , [1] [2] [3] este procesul natural prin care viața provine din materie non-vie, precum ca simpli compuși organici. [1] [4] [5]

Trecerea de la un sistem non-viu la un organism viu nu a fost un eveniment unic, ci mai degrabă un proces gradual de creștere a complexității sistemului. [6] [7] [8] [9] Abiogeneza este studiată prin combinarea cunoștințelor de biologie moleculară , paleontologie , astrobiologie și biochimie pentru a determina modul în care organizarea crescândă a reacțiilor chimice abiotice în sistemele non-vii a condus la originea vieții atât pe Pământ și în alte locuri ale universului , după un timp de la naștere (care este urmărit până la un eveniment colosal cunoscut sub numele de Big Bang , despre care se estimează că a avut loc acum aproximativ 13,8 miliarde de ani) până în prezent. [10]

Tu incepi

Originea vieții pe Pământ poate fi datată într-o perioadă cuprinsă între 4,4 miliarde de ani în urmă, când apă lichidă a apărut pe suprafața Pământului [11] și 2,7 miliarde de ani în urmă, când primele dovezi incontestabile ale vieții sunt verificate de izotopi stabili [12] [ 13] și biomarkeri moleculari care arată activitatea fotosintezei . [14] [15] . Cu toate acestea, se crede că viața a luat naștere în urmă cu aproximativ 3,9 miliarde de ani, când pământul a început să se răcească la o temperatură la care apa ar putea fi în mare parte lichidă; acest lucru este confirmat de descoperirile de structuri microbiene care datează de acum 3,7 miliarde de ani în rocile verzi din Isua , în Groenlanda [16] . În plus, diferite campanii de cercetare au atestat prezența cianobacteriilor fosile închise în roci stromatolitice din Australia de Vest cu o vechime de aproximativ 3,5 miliarde de ani [17] .

Conceptul de origine a vieții a fost tratat încă din cele mai vechi timpuri în contextul diferitelor religii și în filozofie: odată cu dezvoltarea modelelor științifice, adesea în contrast cu ceea ce este afirmat literal în textele sacre ale religiilor, originea vieții a devenit o temă de dezbatere între știință și credință. [18] Din punct de vedere științific, explicația originii vieții pleacă de la presupunerea fundamentală că primele forme vii au provenit din material non-viu.

Explicații

Întrebarea cu privire la originea vieții pe Pământ a apărut mai ales ca urmare a dezvoltării teoriei evoluției prin selecție naturală, dezvoltată independent de AR Wallace și CR Darwin în 1858 , care sugerează că toate formele de viață sunt legate de relații de descendență comună prin ramificație arbori filogenetici care duc înapoi la un singur progenitor, extrem de simplu din punct de vedere biologic. Problema a fost de a înțelege cum a apărut această formă primordială simplă, probabil o celulă foarte asemănătoare cu procariotele moderne și care conține informații genetice , stocate în acizi nucleici , precum și proteine și alte biomolecule indispensabile supraviețuirii și reproducerii sale . Procesul evolutiv care a condus la formarea unui sistem complex și organizat (adică prima ființă vie) care a pornit de la lumea prebiotică a durat sute de milioane de ani și s-a desfășurat prin etape succesive ale evenimentelor, pe care după un număr mare de încercări le-au avut a dus la sisteme progresiv mai complexe.

Primul pas fundamental a fost producerea de molecule organice simple, cum ar fi aminoacizii și nucleotidele , care constituie elementele constitutive ale vieții. Experimentele lui Stanley Miller și ale altora au arătat că acest eveniment a fost fezabil în condițiile chimico-fizice ale Pământului primordial, caracterizat printr-o atmosferă reducătoare. Mai mult, descoperirea moleculelor organice în spațiu, în interiorul nebuloaselor și meteoriților a arătat că aceste reacții au avut loc și în alte locuri ale universului, atât de mult încât unii oameni de știință cred că primele biomolecule au fost transportate pe Pământ prin intermediul meteoriților.

Ultimele întrebări

Cea mai dificilă întrebare este de a explica cum din acești compuși organici simpli, concentrați în mări într-un bulion primordial , celulele ar putea fi formate cu cerințele minime esențiale pentru a fi considerate vii, adică capacitatea de a utiliza materiale prezente în mediu pentru a menține propria structură, organizare și capacitatea de a se reproduce. Mulți oameni de știință au încercat să clarifice prin ipoteze și experimente pașii fundamentali care au dus la viață, inclusiv originea primilor polimeri biologici și printre aceștia a unei molecule capabile să producă copii ale sale, replicatorul, din care genele noastre și formarea primele membrane biologice , care au creat compartimente izolate de mediul extern, în care au evoluat primele sisteme de reacție și primele căi metabolice catalizate de enzime . În ciuda acestui fapt, reconstrucția istoriei vieții prezintă încă multe întrebări, în special în ceea ce privește succesiunea evenimentelor. Progresul în acest domeniu de cercetare este împiedicat de lipsa înregistrărilor fosile și de dificultatea de a reproduce aceste procese în laborator .

Istoria conceptului în știință

Teoria generației spontane

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: generația spontană .
Un text din 1658 care descrie insecte. Înainte de 1668 se credea că insectele prind viață prin „generație spontană”.

Prin generație spontană (sau abiogeneză) înțelegem credința, foarte răspândită din antichitate până în secolul al XVII-lea , potrivit căreia viața se poate naște „spontan” din materie inertă sau neînsuflețită, prin efectul „fluxurilor vitale”.

Se credea că Dumnezeu a creat în mod direct doar ființe vii „superioare” (cum ar fi oamenii și animalele mari), în timp ce cele „inferioare” (cum ar fi viermii și insectele ) ar putea apărea spontan din noroi sau carcase putrezite .

În acest sens, chimistul Jean Baptiste van Helmont a venit să furnizeze următoarea rețetă pentru „fabricarea șoarecilor”:

Lăsați o cămașă murdară sau cârpe într-un recipient deschis, cum ar fi o oală sau butoi, care conține câteva boabe de grâu sau furaje, iar șoarecii vor apărea peste 21 de zile. Vor fi masculi și femele adulte capabile să se împerecheze și să reproducă alți șoareci . [19]

Această teorie a fost infirmată în secolul al XVII-lea , grație unor experimente ale lui Francesco Redi și Lazzaro Spallanzani .

Francesco Redi în 1668 , [20] pentru a determina dacă a avut loc sau nu procesul de generare spontană , a realizat un experiment riguros în acest sens, care reprezintă un exemplu clasic de aplicare a metodei experimentale la biologie.

Experimentul lui Francesco Redi asupra abiogenezei. O bucată de carne se pune într-un borcan de sticlă; în borcanul deschis (1a și 1b) apar larve și muște, în timp ce în borcanul închis (2a și 2b) nu se formează nici muște, nici larve.

Redi a luat opt ​​borcane, în care a introdus bucăți de diferite animale: un șarpe, niște pești, niște anghile și o bucată de carne de bou și le-a împărțit în două grupe de patru:

  • Fără capac („grup de control”, în care s-au reprodus condițiile prezente în locurile în care „generația spontană” a fost mai evidentă, cum ar fi măcelarii etc.)
  • Cu capac („grup experimental )

În borcanele grupului de control s-au observat muște , care au intrat în contact direct cu carnea și, după scurt timp, s-au dezvoltat mai multe larve . Nici larvele, nici muștele nu au fost găsite în borcanele cu dop.

Din aceste rezultate, Redi a dedus că muștele puteau fi generate doar de alte muște: în borcanul deschis, muștele intraseră și își depuseseră ouăle pe carne; în borcanul închis, însă, muștele, neputând să intre, nu au putut să-și depună ouăle pe carne.

Aceste rezultate nu au fost încă concludente, deoarece Redi, pentru a elimina orice îndoieli cu privire la posibilitatea ca lipsa circulației aerului , în recipientele închise, să fi putut cumva să interfereze cu dezvoltarea larvelor, a efectuat un alt experiment în care borcanele grupului experimentale au fost închise cu tifon , care a permis circulația aerului, împiedicând intrarea muștelor. Din nou nu s-au dezvoltat larve, confirmând rezultatele experimentale anterioare.

De-a lungul anilor, teoria generației spontane a fost abandonată treptat. Cu toate acestea, apariția, dezvoltarea și îmbunătățirea microscopului au dus la o revigorare generală a teoriei, deoarece au fost descoperite alte forme de viață, necunoscute anterior, cum ar fi ciuperci , bacterii și diverse protozoare : de fapt s-a observat că este suficient pentru a pune substanțele organice în descompunere într-un loc cald pentru o perioadă scurtă de timp și „fiare vii” ciudate au apărut la suprafață.

In anul 1745 - anul 1750 , John Turberville Needham , [21] o engleză cler și naturalist, pornind de la observația că microorganismele au prosperat în diferite supe, obținută din infuzie de carne sau legume, atunci când acestea au fost expuse la aer, a concluzionat că în cadrul tuturor materie, inclusiv aerul și oxigenul , a existat o „forță de viață” responsabilă de generarea spontană. [22] Pentru a corobora această teză, el a fiert câteva supe câteva minute, pentru a elimina orice microb contaminant și le-a turnat în baloane „curate”, închise cu dopuri; chiar și în acest caz, totuși , el a observat creșterea microorganismelor.

Câțiva ani mai târziu ( 1765 ), Lazzaro Spallanzani , [23] un stareț și biolog italian , nefiind convins de concluziile lui Needham, a efectuat experimentul similar cu diferite variații, aplicând o metodă mai riguroasă: Mai întâi, a supus la fierbere un ' acum supele, apoi a sigilat baloanele de sticlă care conțineau bulionul topind deschiderile. Bulionul obținut a fost steril și nu s-a detectat creșterea microorganismelor nici după câteva zile. Într-un grup de control, a fiert bulionul doar câteva minute și a observat că microorganismele cresc în aceste baloane. Într-un al treilea grup a fiert bulionul timp de o oră, dar a închis baloanele cu dopuri de plută (care erau suficient de largi pentru trecerea aerului) și a observat, de asemenea, dezvoltarea microorganismelor în acesta. Spallanzani a concluzionat că, în timp ce o oră de fierbere a sterilizat supa, câteva minute nu au fost suficiente pentru a ucide toate formele vii prezente inițial și, în plus, că microorganismele ar putea fi transportate și pe calea aerului, așa cum sa întâmplat în baloanele celui de-al treilea grup.

Aceste rezultate au declanșat o discuție aprinsă între Spallanzani și Needham cu privire la sterilizare ca metodă de respingere a generației spontane. Needham a susținut că supra fierberea bulionului folosit pentru sterilizarea recipientelor a ucis „forța vieții”, în timp ce fierberea scurtă nu a fost suficient de împovărătoare pentru a o distruge, astfel încât microbii au fost în continuare capabili să se dezvolte. El a susținut, de asemenea, că utilizarea containerelor sigilate a împiedicat intrarea forței de viață . Dimpotrivă, în containerele deschise ar putea pătrunde aer proaspăt, începând astfel generația spontană . [24]

Un grup de furnici care se hrănesc cu carcasa unui șarpe. Ipoteza „generației spontane” a apărut probabil din interpretări eronate ale observațiilor fenomenelor de acest fel.

Când controversa a devenit prea plină de viață, Academia de Științe din Paris a oferit un premiu oricui ar putea arunca o lumină asupra acestui subiect. Premiul a fost câștigat în 1864 de Louis Pasteur , care printr-un experiment simplu a reușit să infirme teoria generației spontane. El a folosit flacoane cu gât de gâscă pentru experimentele sale, care au permis intrarea oxigenului , un element esențial pentru dezvoltarea vieții, dar au împiedicat lichidul din interior să intre în contact cu contaminanți precum spori și bacterii . El a fiert conținutul baloanelor, ucigând astfel orice viață din interior și a arătat că microorganismele reapăreau numai dacă gâturile baloanelor erau rupte, permițând astfel pătrunderea contaminanților.

Prin acest experiment simplu, dar ingenios, Louis Pasteur a reușit să infirme definitiv teoria generației spontane și, așa cum a spus el însuși într-o seară științifică la Sorbona din Paris :

Teoria generației spontane nu va putea niciodată să-și revină după lovitura fatală pe care i-a provocat-o acest experiment simplu .

Spre teorii moderne

Într-o scrisoare adresată lui Joseph Dalton Hooker din 1 februarie 1871 , Charles Darwin a sugerat că scânteia inițială a vieții ar fi putut să apară într-un „ iaz mic și cald, care conține amoniac și săruri de fosfor, lumină , căldură , electricitate etc., astfel încât o proteină a fost produsă chimic gata să sufere schimbări noi și mai complexe ”. El a continuat să explice că „ astăzi o astfel de materie ar fi devorată sau absorbită instantaneu, ceea ce nu s-ar fi întâmplat înainte de formarea creaturilor vii ”. Cu alte cuvinte, prezența vieții în sine împiedică generarea spontană de compuși organici simpli să se producă astăzi pe Pământ; o împrejurare care face căutarea originii vieții dependente de condițiile sterile ale laboratorului.

O abordare experimentală a problemei a depășit capacitățile științei de laborator în vremea lui Darwin și nu s-au făcut progrese reale până în 1924 , când Aleksandr Ivanovici Oparin a simțit că lipsa de oxigen atmosferic a precedat lanțul evenimentelor, ceea ce ar fi condus la evoluția vieții . De fapt, potrivit lui Oparin, catalizatorul primelor reacții a fost constituit din radiații ultraviolete care, în prezența oxigenului, ar fi fost protejate prompt de formarea ozonului . Acest mecanism este explicat în publicația savantului intitulată Originea vieții pe Pământ , în care Oparin a emis ipoteza că, într-o atmosferă săracă în oxigen și prin acțiunea soarelui, ar fi produse molecule organice care, acumulate în mările primitive, ar fi au format o „ supă primordială ”. Aceste prime substanțe organice s-ar fi combinat pentru a forma molecule din ce în ce mai complexe, până la coacervate . Aceste picături, asemănătoare ca aspect cu celulele actuale, ar fi crescut prin fuziune cu alte picături și s-ar fi reprodus prin divizare în picături fiice, obținându-se astfel un metabolism primordial în care acei factori care au promovat integritatea celulară s-au menținut, spre deosebire de ceilalți. Multe teorii moderne despre originea vieții păstrează ideea lui Oparin ca punct de plecare.

Modele actuale

Precambrian Stromatolitele în formarea Siyeh,Parcul Național Glacier . În 2002, William Schopf de la UCLA a publicat un articol controversat în revista științifică Nature, afirmând că formațiunile geologice precum cele aparțineau algelor microbiene fosilizate de acum 3,5 miliarde de ani. [25] Dacă este adevărat, ar fi cea mai veche formă de viață cunoscută de pe Pământ .

În realitate, nu există un model standard al originii vieții. Cu toate acestea, modelele acceptate în prezent se bazează pe unele descoperiri despre originea componentelor moleculare și celulare ale vieții, care sunt enumerate mai jos:

  1. Condițiile pre-biotice au permis dezvoltarea anumitor molecule mici ( monomeri ) care sunt de bază pentru viață, cum ar fi aminoacizii . Acest lucru a fost demonstrat în cursul experimentului Miller-Urey de Stanley Miller și Harold Urey în 1953 .
  2. Fosfolipidele (dacă au o lungime adecvată) pot forma spontan un strat stratificat, componenta de bază a membranei celulare .
  3. Polimerizarea nucleotidelor în molecule aleatorii de ARN poate să fi dat naștere la ribozime auto-replicante ( ipoteza lumii ARN ).
  4. O selecție naturală îndreptată spre o eficiență catalitică și o diversitate mai mari a produs ribozime cu activitate peptidil-transferazică (de unde și sinteza proteinelor mici), din formarea complexelor dintre oligopeptide și molecule de ARN. Astfel s-a născut primul ribozom , iar sinteza proteinelor a devenit mai răspândită.
  5. Proteinele au depășit ribozimele în ceea ce privește capacitatea catalitică, devenind astfel biopolimerii dominanți. Acizii nucleici au fost limitați la o funcție pur genomică .

Există îndoieli cu privire la ordinea cronologică exactă a etapelor 2 și 3, deoarece apariția ARN-ului auto-replicant poate fi precedată formării primelor membrane biologice. Originea biomoleculelor fundamentale, deși nu a fost stabilită, este mai puțin controversată. Substanțele fundamentale din care se crede că s-a format viața sunt:

Oxigenul molecular (O 2 ) și ozonul (O 3 ) au fost ambele rare sau absente.

A fost sintetizată o „ protocellă ” folosind componente de bază, care aveau proprietățile necesare vieții prin așa-numitul „bottom-up” (în engleză : „bottom-up”) [26] . Unii cercetători lucrează în acest domeniu, în special Steen Rasmussen la Laboratorul Național Los Alamos și Jack Szostak la Universitatea Harvard . Alți cercetători găsesc o abordare „de sus în jos” mai viabilă. O astfel de abordare, încercată de Craig Venter și alții de la The Institute for Genomic Research , implică modificarea celulelor procariote existente pentru a obține celule cu din ce în ce mai puține gene, încercând să discearnă unde sunt realizate cerințele minime de viață. Biologul John Desmond Bernal a inventat termenul de biopoieză pentru acest proces și a sugerat că există unele „etape” clar definite care ar putea fi recunoscute pentru a explica originea vieții:

  • etapa 1: originea monomerilor biologici
  • etapa 2: originea polimerilor biologici
  • etapa 3: evoluția de la molecule la celulă.

Bernal a sugerat că evoluția darwiniană trebuie să fi început devreme, undeva între etapele 1 și 2.

Biologul evoluționist Eugene Koonin a propus calcule [27] care sugerează că probabilitățile implicate devin admisibile pentru a justifica posibilitatea de a ajunge la sistemul de traducere / replicare prin selecția darwiniană numai dacă se acceptă teoria multiversului .

Originea moleculelor organice

Experimente Miller

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: experimentul Miller-Urey și Ipoteza lumii la IPA .

În 1953, un recent absolvent, Stanley Miller , și profesorul său, Harold Urey , au efectuat un experiment care a dovedit că moleculele organice s-ar fi putut forma spontan pe Pământul timpuriu din precursori anorganici. În ceea ce a trecut în istorie sub denumirea de „experimentul Miller”, o soluție gazoasă foarte reducătoare, conținând metan , amoniac , hidrogen și vapori de apă , a fost utilizată pentru a forma, sub expunerea unei descărcări electrice continue, câțiva monomeri organici de bază, precum aminoacizii . Rămâne controversat dacă soluția de gaz utilizată în experiment reflectă într-adevăr compoziția atmosferei primordiale a Pământului. Alte gaze mai puțin reducătoare produc mai puțină cantitate și varietate de produse.
S-a crezut cândva că în atmosfera prebiotică erau prezente cantități apreciabile de oxigen molecular, ceea ce ar preveni în esență formarea moleculelor organice; cu toate acestea, comunitatea științifică de astăzi consideră că această ipoteză este înșelătoare.

În 1961 Joan Oró , de la Universitatea din Houston , a pregătit o soluție apoasă conținând amoniac și acid cianhidric , un compus care s-a format în atmosfera reducătoare propusă de Miller și a obținut, împreună cu aminoacizii, cantități mari de adenină , o substanță azotată. bază prezentă atât în ​​acizi nucleici, cât și în ATP . Celelalte baze azotate au fost, de asemenea, obținute în experimente similare, din reacțiile dintre cianura de hidrogen și alți compuși care ar fi putut proveni din atmosfera primordială, cum ar fi cianogenul și cianoacetilena . [28]

Cyril Ponnamperuma în laboratoarele NASA în timpul unui experiment pentru a verifica posibilitatea vieții pe Jupiter , în urma binecunoscutului experiment Stanley Miller . Lanțurile polimerice se formează prin injectarea descărcărilor electrice într-un amestec de acetilenă și metan la temperaturi foarte scăzute.

În 2006, un alt experiment a arătat că o ceață densă organică a învăluit Pământul timpuriu. [29] O astfel de ceață organică ar putea da naștere la concentrațiile mari de metan și dioxid de carbon despre care se crede că sunt prezente în atmosfera Pământului la acea vreme. Odată formate, aceste molecule organice ar cădea înapoi pe suprafața pământului, permițând vieții să înflorească la nivel global. [30]

Moleculele organice de acest tip sunt evident foarte îndepărtate de o formă de viață complet completă și auto-reproductivă , dar într-un mediu lipsit de forme de viață preexistente, aceste molecule s-ar fi acumulat și ar fi furnizat un mediu bogat pentru evoluția chimică („ bulion primordial ”) ). Pe de altă parte, formarea spontană a polimerilor complexi din monomeri generați abiotic în astfel de condiții nu este un proces direct. Mai mult, unii izomeri ai monomerilor organici de bază, care ar fi evitat formarea de polimeri, s-au format în concentrații mari în experiment.

Au fost ipotezate alte surse de molecule complexe, inclusiv cele de origine extraterestră sau inter- stelară . De exemplu, din analize spectrale, se știe că astfel de molecule organice sunt prezente pe comete și pe meteoriți . În 2004 , o echipă a găsit urme de hidrocarburi aromatice policiclice (HAP) într-o nebuloasă , în prezent cel mai complex tip de moleculă găsit vreodată în univers. HAP-urile au fost, de asemenea, propuse ca precursori ai ARN-ului în așa-numita „ ipoteză mondială IPA ”.

Se poate argumenta că întrebarea crucială la care această teorie nu oferă un răspuns exhaustiv este modul în care moleculele organice relativ simple s-au polimerizat pentru a forma structuri mai complexe, chiar până la protocelă . De exemplu, într-un mediu apos, hidroliza oligomerilor / polimerilor în monomerii lor constituenți este favorizată în ceea ce privește condensarea monomerilor simpli în polimeri. Mai mult, experimentul lui Miller produce diferite substanțe care ar putea da naștere la reacții de schimb dublu cu aminoacizi sau blocarea creșterii lanțului peptidic.

Experimente recente bazate pe experimente Miller

În anii 1950 și 1960 , Sidney W. Fox a studiat formarea spontană a structurilor peptidice în condiții care ar fi putut să apară la începutul Pământului. El a arătat că aminoacizii ar putea forma spontan peptide mici. Acești aminoacizi și peptide mici ar putea fi induse pentru a forma membrane sferice închise, numite „microsfere”. [31] Experimente mai recente efectuate de chimistul Jeffrey Bada la Scripps Institution of Oceanography ( La Jolla , California ) sunt similare cu cele efectuate de Miller. Cu toate acestea, Bada a menționat că în modelele actuale ale condițiilor timpurii ale Pământului, dioxidul de carbon și azotul formează nitriți , care distrug aminoacizii pe măsură ce se formează. Cu toate acestea, pe Pământul timpuriu trebuie să fi existat cantități semnificative de fier și carbonați capabili să neutralizeze efectele nitriților. Când Bada a efectuat un experiment similar cu cel al lui Miller cu adăugarea de minerale de fier și carbonat, produsele erau bogate în aminoacizi. Acest lucru sugerează că originea unor cantități semnificative de aminoacizi s-ar fi putut produce la începutul Pământului, chiar dacă dioxidul de carbon și azotul erau prezenți în atmosferă . [32]

Ipoteza lui Eigen

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: teoria cvasispeciei .

La începutul anilor șaptezeci , o echipă de oameni de știință adunați în jurul lui Manfred Eigen de la Institutul Max Planck a încercat să rezolve definitiv misterul originii vieții. Au căutat să examineze etapele de tranziție dintre haosul molecular din supa primordială și un sistem de auto-replicare a macromoleculelor simple.

Într-un „hiperciclu”, sistemul de stocare a informațiilor (poate ARN ) produce o enzimă , care catalizează formarea unui alt sistem informațional și așa mai departe în ordine, până când produsul acestuia din urmă ajută la formarea primului sistem informațional. Tratate matematic, hiperciclurile pot da naștere la cvasispecii , care prin selecția naturală au intrat într-o formă de evoluție darwiniană. Un impuls pentru teoria hipercicletei a fost descoperirea că ARN-ul în anumite circumstanțe se transformă în ribozime , o formă de enzime .

Ipoteza Wächtershäuser

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: teoria fier-sulf a lumii .
O fumarolă neagră în Oceanul Atlantic.

Un alt posibil răspuns la puzzle-ul de polimerizare a fost furnizat în anii 1980 de Günter Wächtershäuser în teoria sa despre lume a fierului-sulfului . În această teorie, el a postulat evoluția submarină a căilor biochimice ca fundament al evoluției vieții. [33] Mai mult, el a prezentat un sistem consistent pentru urmărirea unei căi retrospective de la biochimia modernă la reacțiile ancestrale, care au furnizat căi alternative pentru sinteza blocurilor organice din compuși gazoși simpli.

Spre deosebire de experimentul clasic Miller, care depinde de sursele de energie externe (cum ar fi simularea fulgerului sau a radiațiilor ultraviolete ), „sistemele Wächtershäuser” funcționează cu o resursă de energie endogenă, sulfuri de fier și alte minerale precum pirita . Reacția redox a acestor sulfuri metalice

libera energia che non solo è disponibile per la sintesi di molecole organiche, ma anche per la formazione di oligomeri e polimeri . È pertanto ipotizzato che tali sistemi possano evolvere in insiemi autocatalitici di entità metabolicamente attive e autoreplicantesi, che avrebbero preceduto le forme di vita oggi conosciute.

L'esperimento così eseguito produsse una quantità relativamente bassa di dipeptidi (dallo 0,4% al 12,4%) ed una ancora minore di tripeptidi (0,10%) e gli scienziati notarono che a quelle stesse condizioni i dipeptidi si idrolizzano rapidamente. Un'altra critica che si può muovere è che l'esperimento non includeva nessuna delle organomolecole che probabilmente avrebbero reagito o interrotto la catena. [34]

L'ultima modifica all'ipotesi ferro-zolfo fu apportata da William Martin e Michael Russell nel 2002 . Nello scenario da loro ipotizzato, le prime forme di vita cellulari si sarebbero evolute all'interno di vulcani sottomarini sui fondali di mari molto profondi.

Schema biogeochimico dell'ecosistema dei vulcani sottomarini

Queste strutture consistono di piccole caverne, coperte da leggeri muri membranosi formati da solfuri metallici. Pertanto, tali strutture risolverebbero molti punti critici dei sistemi puri di Wächtershäuser:

  1. le micro-caverne forniscono un modo per concentrare le molecole appena sintetizzate, aumentando perciò la possibilità di formare oligomeri;
  2. i gradienti di temperatura nel vulcano permettono di raggiungere le condizioni ottimali per le reazioni parziali in differenti regioni del vulcano (sintesi dei monomeri in quelle più calde, oligomerizzazione nelle parti più fredde);
  3. lo scorrere di acqua idrotermale dalle strutture fornisce una fonte costante di energia e di molecole semplici ( solfuri metallici appena precipitati);
  4. il modello consente una successione di diversi passaggi dell'evoluzione cellulare (chimica prebiotica, sintesi di monomeri e oligomeri, sintesi di peptidi e proteine, mondo dell' RNA , assemblaggio di proteine ribonucleari e mondo del DNA ) in una singola struttura, facilitando lo scambio tra tutti gli stadi di sviluppo;
  5. la sintesi dei lipidi come mezzo di protezione delle cellule contro l'ambiente non è necessaria, fino a che tutte le basilari funzioni cellulari sono sviluppate.

Questo modello localizza il LUCA ("Ultimo Antenato Comune Universale") nel vulcano sottomarino, piuttosto che assumerne l'esistenza come forma di vita libera. L'ultimo passo evolutivo sarebbe stata la sintesi di una membrana lipidica che, alla fine, avrebbe permesso agli organismi di abbandonare il sistema di microcaverne dei vulcani sottomarini e iniziare vite indipendenti. Questa acquisizione tardiva dei lipidi è coerente con la presenza di membrane lipidiche completamente diverse negli archaebatteri e negli eubatteri e con la notevole somiglianza di molti aspetti della fisiologia cellulare di tutte le forme di vita.

Ipotesi sull'origine dell'omochiralità

Alanina R e L

Un'altra questione irrisolta nell'evoluzione chimica è l'origine dell' omochiralità , cioè la presenza negli organismi viventi di molecole organiche con la stessa configurazione (ad esempio, gli amminoacidi sono tutti nella configurazione L, mentre il ribosio e il deossiribosio degli acidi nucleici hanno configurazione D). L'omochiralità, spiegabile semplicemente con un'iniziale asimmetria, è essenziale per la formazione di ribozimi e proteine funzionali. Un lavoro eseguito tra il 2001 ed il 2003 da scienziati al Purdue identificò l'amminoacido serina come probabile causa prima dell'omochilarità delle molecole organiche. [35] [36] La serina, infatti, forma legami particolarmente saldi con gli amminoacidi della stessa chiralità, risultando in un oligo peptide di circa otto molecole, nel quale gli amminoacidi hanno la stessa configurazione, D o L . Questa proprietà non è condivisa dagli altri amminoacidi, che sono in grado di formare legami deboli anche con amminoacidi di chiralità opposta. Benché il mistero sul perché la serina L divenne dominante sia ancora insoluto, questo risultato suggerisce una risposta alla questione della trasmissione chirale, poiché una volta che l'asimmetria si è stabilita, le molecole organiche di una chiralità diventano dominanti.

Uno studio su alcuni amminoacidi, ritrovati sul meteorite Murchison , dimostrava che c'era una maggiore percentuale di L-alanina e L-acido-glutammico rispetto ai corrispondenti enantiomeri D. [37] Da questi risultati si è formulata l'ipotesi di una probabile origine nello spazio dell'omochiralità. Secondo questa teoria, la luce polarizzata all'interno del disco protoplanetario potrebbe aver provocato una fotodecomposizione selettiva di uno dei due enantiomeri , conducendo a un eccesso dell'altro. [38]

Altri studi hanno dimostrato che il decadimento beta può determinare una degradazione preferenziale dell'isomero D-leucina, in una miscela racemica . Quest'osservazione, associata alla possibile presenza di 14 C nelle molecole prebiotiche identifica il decadimento radioattivo come una probabile causa all'origine dell'omochiralità. [39]

Un'altra teoria si basa sulla caratteristica dei cristalli chirali di concentrare sulla loro superficie uno dei due enantiomeri. Quest'osservazione ha condotto all'ipotesi di un possibile scenario prebiotico, in cui cristalli naturali chirali hanno agito da catalizzatori per l'assemblaggio di macromolecole formate da unità monomeriche chirali. [40] .

Di recente è stata formulata l'ipotesi, supportata da simulazioni al computer, che una serie di eventi di estinzione selettiva possa avere selezionato un certo tipo di chiralità in una fase assai primordiale della vita [41]

Dalle molecole organiche alle protocellule

La domanda " Come semplici molecole organiche possono formare una protocellula ? " è tuttora senza risposta, ma vi sono molte ipotesi. Alcune di queste postulano come tappa iniziale la comparsa degli acidi nucleici, mentre altre ritengono antecedenti l'evoluzione delle reazioni biochimiche e dei pathways . Recentemente stanno emergendo modelli ibridi che combinano gli aspetti delle due ipotesi.

Modello "Prima i Geni": il mondo a RNA

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Ipotesi del mondo a RNA .
Confronto tra le basi di RNA e DNA

L'ipotesi del mondo a RNA suggerisce che molecole relativamente corte di RNA , capaci di catalizzare la propria replicazione, potrebbero essersi formate spontaneamente. È difficile valutare la probabilità di tale evento, ma sono state avanzate varie teorie sulle possibili modalità di formazione di queste molecole.

Le prime membrane cellulari si sarebbero formate spontaneamente da proteinoidi, molecole simili a proteine che vengono prodotte riscaldando soluzioni amminoacidiche e, se presenti alla corretta concentrazione in ambiente acquoso, formano microsfere che si comportano in modo simile a compartimenti racchiusi in membrana . Altre possibilità includono sistemi di reazioni chimiche all'interno di substrati di argilla o sulla superficie di rocce di pirite . I fattori che supportano l'importante ruolo del RNA nelle prime fasi della vita sulla Terra sono:

  • la sua abilità nel replicarsi;
  • la sua capacità sia di immagazzinare informazioni che di catalizzare reazioni chimiche (come nei ribozimi );
  • i suoi molteplici ruoli come intermedio nell'espressione e nel mantenimento dell'informazione genetica (nella forma di DNA ) negli organismi superiori;
  • Il ruolo centrale assunto dall' rRNA all'interno dei ribosomi nel catalizzare la formazione del legame peptidico della catena proteica nascente;
  • la possibilità di ottenere le sintesi chimiche dei suoi componenti in condizioni che approssimano quelle della Terra primordiale.

I problemi che sollevano dubbi contro questa ipotesi sono legati, in particolare:

  • all'instabilità dell'RNA, soprattutto quando viene esposto alla radiazione ultravioletta ;
  • alla difficoltà di ottenere i nucleotidi presenti nella molecola di RNA in esperimenti di laboratorio, a partire dai suoi componenti;
  • alla scarsità in soluzione di fosfati disponibili, necessari a formare la spina dorsale;
  • alla difficoltà di ottenere le basi citosina e uracile in esperimenti in vitro;
  • all'instabilità della base citosina, che è facilmente idrolizzata ;
  • al problema legato al ribosio , che viene prodotto in vitro come miscela dei due enantiomeri D ed L.

Esperimenti recenti hanno rilevato che le prime stime sulle dimensioni di una molecola di RNA capace di auto-replicarsi erano molto probabilmente fortemente sottostimate. Le forme attuali della teoria del mondo a RNA propongono che molecole più semplici, in grado di auto-replicarsi, abbiano preceduto l'RNA (che un altro "Mondo" si sarebbe evoluto producendo successivamente il Mondo a RNA).

Secondo alcuni studiosi, acidi nucleici alternativi potrebbero essersi formati in tempi prebiotici, precedendo il mondo a RNA. Uno dei possibili candidati è il piranosil-RNA (p-RNA), molto simile alla molecola di RNA ma che, al posto del ribosio, presenta un versione modificata di questo, con un anello a sei atomi. Questo polimero, prodotto da Eschenmoser, può formare strutture a duplice filamento e si è dimostrato più adatto dello stesso RNA all'auto-replicazione in assenza di un sistema enzimatico. [42] Altri acidi nucleici possibili precursori dell'RNA sono il PNA , che invece possiede uno scheletro di tipo proteico, il TNA (Threose nucleic acid), ed il GNA (Glycerol nucleic acid).

Attualmente, tuttavia, le varie ipotesi hanno un impianto sperimentale incompleto: molte di esse possono essere simulate e testate in laboratorio, ma la scarsità di rocce sedimentarie risalenti a quel periodo della Terra primordiale conferisce scarse opportunità di verificare quest'ipotesi con certezza.

Modelli "Prima il Metabolismo": mondo a ferro-zolfo e altri

Molti modelli respingono l'idea dell'auto-replicazione di un " gene -nudo" e ipotizzano la comparsa di un primitivo metabolismo che avrebbe fornito l'ambiente per il successivo emergere della replicazione dell'RNA.

Una delle prime formalizzazioni di quest'idea fu avanzata nel 1924 da Alexander Oparin , che postulò la presenza di primitive vescicole auto-replicantesi, antecedenti all'evoluzione della struttura del DNA. Varianti più moderne, risalenti agli anni ottanta e novanta , includono la teoria del mondo a ferro-zolfo di Günter Wächtershäuser ei modelli introdotti da Christian de Duve basati sulla chimica dei tioesteri . Tra le argomentazioni più astratte e teoriche a sostegno dell'emergenza del metabolismo in assenza geni si includono un modello matematico introdotto da Freeman Dyson all'inizio degli anni ottanta e l'idea di Stuart Kauffman a proposito di insiemi autocatalitici, discussi più tardi in quel decennio.

Tuttavia, l'idea che un ciclo metabolico chiuso, come il ciclo dell'acido citrico , si possa formare spontaneamente (come proposto da Günter Wächtershäuser) rimane priva di supporto. Secondo Leslie Orgel , un leader negli studi sull'origine della vita degli ultimi decenni, le cose non cambieranno in futuro. In un articolo intitolato Self-Organizing Biochemical Cycles , [43] Orgel riassume la sua analisi sull'argomento affermando: "Non vi sono attualmente ragioni per credere che cicli formati da più passaggi, come il ciclo riduttivo dell'acido citrico, si siano auto-organizzati su una superficie composta da FeS o FeS 2 o da qualche altro minerale". È possibile che un altro tipo di pathway metabolico si sia evoluto al principio della vita. Per esempio, invece del ciclo riduttivo dell'acido citrico, il pathway "aperto" dell' acetil-CoA (uno dei quattro modi oggi riconosciuti per la fissazione del biossido di carbonio in natura) risulta più compatibile con l'ipotesi dell'auto-organizzazione sulla superficie di un solfuro metallico. L' enzima chiave di questo pathway, la monossido di carbonio deidrogenasi/acetil-CoA sintetasi, ospita gruppi misti nichel - ferro - zolfo nei suoi centri di reazione e catalizza la formazione dell' acetil-CoA in un singolo passaggio.

Teoria delle bolle

Le onde che s'infrangono sulla riva creano una delicata schiuma composta da bolle . I venti che soffiano sugli oceani hanno la tendenza a portare gli oggetti galleggianti a riva, come la legna che si accumula sulla battigia. È possibile che, nei mari primordiali, le molecole organiche si siano concentrate sulle rive più o meno allo stesso modo. Inoltre, le acque costiere poco profonde tendono anche a essere più calde, concentrando ulteriormente le molecole con l' evaporazione . Mentre le bolle composte soprattutto da acqua si dissolvono rapidamente, quelle oleose possiedono una maggiore stabilità.

Rappresentazione del doppio strato fosfolipidico.

I fosfolipidi costituiscono un buon esempio di composto oleoso ritenuto abbondante nei mari prebiotici. Siccome i fosfolipidi contengono una testa idrofila da un lato, e una coda idrofobica dall'altro, hanno la tendenza spontanea a formare membrane lipidiche in acqua. Una bolla formata da un unico strato può contenere solo olio, e, pertanto, non è favorevole a ospitare molecole organiche idrosolubili. D'altro canto, una bolla lipidica a doppio strato può contenere acqua e, al momento della sua formazione nei mari primitivi, potrebbe aver intrappolato e concentrato numerose molecole organiche idrosolubili, tra le quali zuccheri, proteine e anche polimeri di acidi nucleici, e per questo motivo rappresenta il precursore più probabile delle moderne membrane cellulari . [44] All'interno di questa bolla neoformata, le molecole organiche catturate potrebbero aver reagito formando composti organici più complessi. Inoltre, l'acquisizione di una proteina all'interno del doppio strato, aumentando la stabilità della membrana, può aver offerto un vantaggio selettivo ad alcune bolle, poiché le macromolecole in esse contenute hanno interagito per un periodo di tempo maggiore, sintetizzando nuove proteine e acidi nucleici. Quando queste bolle si sono dissolte, a causa delle sollecitazioni meccaniche e del moto ondoso, hanno rilasciato nel mezzo circostante il loro contenuto di molecole organiche, le quali, a loro volta, possono essere state catturate all'interno di nuove bolle in formazione, realizzando una forma primitiva di trasmissione genetica. Una sequenza di questi processi avvenuta nei mari primordiali, grazie alla selezione naturale, potrebbe aver trasformato le bolle primitive nelle prime cellule, dalle quali poi si sono evoluti i primi procarioti , eucarioti ed, infine, gli organismi pluricellulari. [45]

Similmente, le bolle formate interamente da molecole simili a proteine, denominate microsfere , si formeranno spontaneamente alle giuste condizioni. Ma non sono un probabile precursore delle moderne membrane cellulari, dal momento che le membrane cellulari sono formate prevalentemente da composti lipidici che amminoacidici .

Altri modelli

Autocatalisi

L' etologo britannico Richard Dawkins , nel suo libro Il racconto dell'antenato. La grande storia dell'evoluzione edito nel 2004, sostenne l'ipotesi di un possibile ruolo dell' autocatalisi nelle prime fasi dell'origine della vita. Gli autocatalitici sono sostanze che catalizzano la propria produzione, e pertanto sono dei semplici replicatori molecolari. In questo libro, Dawkins cita esperimenti effettuati da Julius Rebek ed i suoi colleghi allo Scripps Research Institute in California , nei quali combinarono ammino adenosina e pentafluorofenilestere con l'autocatalita ammino adenosina triacido estere (AATE). Varianti di AATE, contenuti in un analogo sistema sperimentale, mostrarono di possedere la proprietà di catalizzare la propria sintesi. Questo esperimento dimostrò la possibilità che l'autocatalisi poteva manifestare competizione all'interno di una popolazione di entità con caratteristiche di ereditarietà, che poteva essere interpretata come una forma rudimentale di selezione naturale .

Teoria dell'argilla

Una teoria basata sull' argilla fu avanzata da A.Graham Cairns-Smith dell' University of Glasgow nel 1985 e adottata come un'ipotesi plausibile anche da altri scienziati (tra cui Richard Dawkins ). La teoria di Graham Cairns-Smith postula la formazione graduale di molecole organiche complesse su una piattaforma inorganica preesistente, presumibilmente cristalli di silicati in soluzione. In pratica, si propone un modello di "vita dalla roccia".

Cairns-Smith è uno strenuo critico di altri modelli di evoluzione chimica. [46] Tuttavia, ammette che, come molti altri modelli dell'origine della vita, anche il suo contiene dei risvolti problematici (Horgan 1991).

Peggy Rigou dell' Institut national de la recherche agronomique ( INRA ), a Jouy-en-Josas , in Francia, riporta sull'edizione dell'11 febbraio 2006 della rivista Science News [47] che i prioni sono capaci di legarsi alle particelle di argilla e migrare quando l'argilla diventa carica negativamente. Anche se in questa relazione non c'è alcun riferimento sulle possibili implicazioni per le teorie sull'origine della vita, questa ricerca suggerisce che i prioni possano rappresentare un probabile pathway per le prime molecole replicantesi.

"Biosfera profonda-calda" modello di Gold

La scoperta dei nanobi (strutture filiformi contenenti DNA e di dimensioni inferiori ad un batterio) in rocce profonde, portò negli anni novanta alla formulazione, da parte di Thomas Gold , di una controversa teoria secondo cui le prime forme di vita non si svilupparono sulla superficie terrestre, ma vari chilometri al di sotto della crosta. È noto che la vita microbica è abbondante fino a cinque chilometri al di sotto della superficie terrestre nella forma degli archaea , che generalmente si considerano come anteriori o per lo meno contemporanei agli eubatteri , molti dei quali vivono sulla superficie, inclusi gli oceani. Si ritiene che la scoperta di vita microbica sotto la superficie di altri corpi celesti nel nostro Sistema Solare darebbe una credibilità rilevante a questa teoria. Secondo Gold una sorgente profonda di sostanza organica, asciutta e difficile da raggiungere, promuove la sopravvivenza, perché la vita che si forma in una pozzanghera di materiale organico tende a consumare tutto il cibo fino ad estinguersi.

Il Mondo a lipidi

I fosfolipidi sono in grado di formare membrane biologiche

Secondo questa teoria le prime entità autoreplicantesi erano composti organici simili ai lipidi. È noto che i fosfolipidi formano spontaneamente doppi strati in acqua - la stessa struttura delle odierne membrane cellulari. Anche altre molecole anfifiliche , con una catena lunga idrofoba ed una testa polare, sono in grado di formare spontaneamente strutture simili a vescicole racchiuse da membrane. Queste catene carboniose erano presenti sulla Terra primordiale, dove la loro capacità di auto organizzarsi in strutture sovramolecolari può essere stata determinante per l'emergere della vita. Infatti, i corpi lipidici formati da anfifili possiedono, nella zona centrale apolare, molecole capaci di assorbire la luce visibile e utilizzarla per numerose reazioni, tra cui la sintesi di altre molecole anfifiliche a partire da precursori presenti nell'ambiente. Le molecole neosintetizzate, inserendosi nel doppio strato, provocano l'espansione delle vescicole, le quali, in seguito ad eccessiva espansione, vanno incontro ad una scissione spontanea, conservando la stessa composizione dei lipidi nella progenie.

Questo processo può aver rappresentato una prima forma di replicazione e di trasferimento dell'informazione. Secondo questo modello, infatti, sulla Terra primordiale esistevano diversi tipi di questi corpi lipidici, alcuni dei quali, grazie alla loro particolare composizione, possedevano capacità catalitiche superiori, e quindi si accrescevano e replicavano più velocemente degli altri, trasferendo la loro informazione composizionale alla progenie; in questo modo si sarebbe realizzata una forma di selezione naturale e solo in seguito, l'evoluzione condusse alla comparsa di entità polimeriche come l' RNA o il DNA più adatte alla conservazione dell'informazione. [48]

Il modello a polifosfati

Il problema con la maggior parte degli scenari abiogenetici è che l' equilibrio termodinamico degli amminoacidi con i peptidi è spostato nella direzione degli amminoacidi liberi; sono stati spesso tralasciati, infatti, i meccanismi che hanno indotto la polimerizzazione . La risoluzione di questo problema può essere rilevata nelle proprietà dei polifosfati, [49] [50] generati dalla polimerizzazione di ioni monofosfato ordinari PO 4 −3 ad opera della radiazione ultravioletta . I polifosfati inducono la polimerizzazione degli amminoacidi in peptidi, guidando il processo contro la direzione dell'equilibrio. Grandi quantità di ultravioletti erano probabilmente presenti negli oceani primordiali. Il problema fondamentale, tuttavia, sembra essere che il calcio reagisce con il fosfato solubile formando fosfato di calcio insolubile, per cui occorre trovare un meccanismo plausibile per mantenere gli ioni calcio liberi in soluizione. Forse, la risposta potrebbe trovarsi in alcuni complessi stabili e non reattivi come il citrato di calcio .

Il modello dell'ecopoiesi

Il modello dell'ecopoiesi propone che i cicli biogeochimici degli elementi biogenici, catalizzati da un'atmosfera primordiale ricca di ossigeno, generato dalla fotolisi del vapore acqueo , siano stati la base di un metabolismo planetario che precedette e condizionò la graduale evoluzione della vita. [51]

Vita "primitiva" extraterrestre

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Esobiologia .

Un'alternativa all'abiogenesi terrestre è l'ipotesi che la vita primitiva si sia originariamente formata in ambiente extraterrestre, o nel cosmo o su un pianeta vicino ( Marte ). (Si noti che l' esogenesi è legata, ma non coincide con la nozione di panspermia ).

La presenza di acqua

Distese ghiacciate su Europa .

Per questo motivo ultimamente rivestono particolare importanza le osservazioni dei pianeti esterni alla Terra o addirittura fuori dal Sistema Solare . Per cercare la presenza di vita su questi pianeti, ci si concentra principalmente sulla ricerca di acqua allo stato liquido, considerata indispensabile alla formazione di entità viventi. In questi casi, la situazione è molto diversa: il calore necessario per la presenza di acqua allo stato liquido non è più legata principalmente all'energia ricevuta dal Sole , ma da quella prodotta all'interno dei singoli pianeti per effetto della forza gravitazionale e del decadimento radioattivo . Per esempio, si ipotizza la possibile presenza di acqua allo stato liquido all'interno dei cosiddetti satelliti di ghiaccio , dove le forze di marea indotte dal pianeta stirano e distorcono la crosta causando l'innalzamento della temperatura oltre il punto di fusione. [52]

Acqua su Marte

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Vita su Marte .

Varie missioni spaziali sono state effettuate sul pianeta rosso al fine di verificare la presenza di acqua. Sul suolo marziano sono state rintracciate tracce di ematite , un minerale che si forma solamente in presenza di acqua e sono state osservate zone sedimentarie che si ipotizza possano essersi formate per azione erosiva di un liquido; il rover Opportunity ha inoltre ottenuto riscontri che in un antico passato l'acqua esisteva allo stato fluido sulla superficie di Marte.

I solchi, che si originano dal bordo rialzato del cratere, sono attribuiti al ruscellamento di liquidi (probabilmente acqua) sulla superficie di Marte

Nel dicembre del 2006 Mars Global Surveyor ha fornito le prove fotografiche che a tutt'oggi l'acqua fuoriesce da fenditure lasciando depositi sul terreno. Altre fotografie hanno mostrato alvei di antichi fiumi, isole che sorgevano al loro interno, prove inconfutabili che un tempo il liquido scorreva formando le caratteristiche formazioni ora visibili. Ma col diminuire del campo magnetico il vento solare ha spazzato via la primitiva atmosfera facendo diminuire drasticamente la pressione ed eliminando quasi completamente l'acqua dalla superficie.

Nel marzo del 2004 la sonda Mars Express ha rilevato la presenza di metano nell'atmosfera di Marte, e siccome questo gas può persistere solo per poche centinaia di anni, essa viene spiegata solamente attraverso un processo vulcanico o geologico non identificato o con la presenza di certe forme di vita estremofile. Secondo altri esperti, il minerale chiamato olivina in presenza di acqua potrebbe essere stato convertito in serpentina , e questo fenomeno potrebbe essere successo in qualche posto nel sottosuolo di Marte ed aver liberato abbastanza metano da poter essere stato rilevato dalle sonde. Ancora il Mars Express nel febbraio 2005 ha segnalato la presenza di formaldeide , altro indizio di presenza di vita microbica .

Nel novembre del 2005 i ricercatori dell' ESA hanno comunicato che la sonda utilizzando il radar MARSIS ha individuato quello che probabilmente è un lago ghiacciato largo fino a 250 chilometri nel sottosuolo del pianeta ad una profondità di circa 2 chilometri. Il bacino del lago deriverebbe da un impatto di un meteorite che in seguito si sarebbe riempito di materiale ricco di ghiaccio. Tramite MARSIS si sono potuti contare i crateri nascosti dai sedimenti e dalle colate laviche della regione nord di Marte. Il numero di questi crateri è comparabile con il numero di quelli presenti nella regione sud, quindi entrambe le regioni si sarebbero formate nello stesso arco temporale. [53] Lo strumento MARSIS inoltre ha permesso di effettuare una stima di massima della quantità d'acqua immagazzinata sotto forma di ghiaccio nella regione del polo sud. [54]

Nel maggio 2008 è atterrata la sonda Phoenix su una regione polare con il compito di analizzare l'ambiente per verificare se vi possano vivere i microorganismi; il lander con un braccio meccanico ha scavato nel terreno ed analizzato il materiale ottenuto. Si ritiene che i terreni, analizzati da Phoenix siano vecchi di 50.000 e forse un milione di anni, e potrebbero avere tracce di un antico clima marziano più temperato. Il 1º agosto 2008 in una conferenza stampa la NASA ha annunciato la rilevazione da parte della sonda Phoenix di ghiaccio presente a 5 centimetri sotto il suolo marziano. [55]

L'arrivo sulla Terra

I composti organici sono relativamente comuni nello spazio, specialmente al di fuori del sistema solare , dove i composti volatili non evaporano per effetto del calore solare. Le comete sono rivestite da strati esterni in materiale scuro, ritenuto essere simile al catrame composto di materiale organico complesso formato da semplici composti del carbonio andati incontro a reazioni dovute soprattutto all'irraggiamento da parte degli ultravioletti. Si può supporre che una pioggia di materiale dalle comete possa aver portato sulla Terra quantità significative di tali complessi organici.

La cometa Hale-Bopp . L'impatto di comete come questa con la superficie terrestre potrebbe aver rilasciato una gran quantità di complessi organici

Un'ipotesi alternativa ma legata a quest'ultima, proposta per spiegare la presenza della vita sulla Terra così presto su un pianeta appena raffreddato, con un tempo per l'evoluzione prebiotica evidentemente molto ridotto, è che la vita si sia formata inizialmente su Marte . A causa delle sue minori dimensioni, Marte si sarebbe raffreddato prima della Terra (una differenza di centinaia di milioni di anni), permettendo processi prebiotici mentre la Terra era ancora troppo calda. La vita sarebbe poi stata trasportata sulla Terra quando il materiale crostale subì esplosioni a causa di impatti con comete e asteroidi . Marte avrebbe continuato a raffreddarsi molto velocemente divenendo ostile alla prosecuzione dell'evoluzione e anche all'esistenza stessa della vita (perse la sua atmosfera a causa di un blando vulcanesimo). La Terra sta andando incontro allo stesso destino, ma a minore velocità.

Questa ipotesi non risponde in realtà alla domanda su come si sia originata la vita, ma semplicemente sposta la questione su un altro pianeta o su una cometa. Tuttavia, il vantaggio di un'origine extraterrestre della vita primitiva è che la vita non deve necessariamente essersi evoluta su ciascun pianeta per esservi presente, ma piuttosto da un singolo luogo da cui si sarebbe diffusa nella galassia ad altri sistemi stellari attraverso comete e meteoriti. L'evidenza a supporto della plausibilità del concetto è scarsa, ma trova dimostrazione nello studio recente delle meteoriti marziane ritrovate in Antartide e negli studi sui microbi estremofili [56] e sui risultati di esperimenti sulla resistenza all'esposizione nello spazio di alcune forme di vita terrestri . Un ulteriore sostegno all'ipotesi viene dalla recente scoperta di un ecosistema batterico la cui sorgente di energia è la radioattività . [57]

L'origine della vita nella cultura

L'interrogativo di come abbia avuto origine la vita ha coinvolto molto la cultura umana e prima che la scienza elaborasse le teorie che oggi conosciamo, è tramite la mitologia , la religione e la filosofia che l'uomo ha provato a fornire risposte a tale interrogativo.

Religione e mitologia

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cosmogonia .
Secondo l' induismo , Brahmā è il padre di tutti gli esseri viventi.

Il concetto di creazione permea tutte le culture, e in talune è comune la mancanza di un processo evolutivo. Le dottrine o complesso di miti che si rifanno alla creazione possono tuttavia essere fra loro molto diversi, spostandosi da cultura a cultura. Infatti alcuni miti fanno nascere il mondo dalle lotte intestine tra le divinità , altri affidano la creazione ad un'unica divinità che fa nascere il creato dal nulla mentre, per altri ancora, la Terra e tutto ciò che ci circonda sarebbe fuoriuscito da un uovo cosmico primordiale. In ognuno di questi miti, le varie società e le varie culture hanno inserito gli elementi e le metafore che ritenevano più rappresentativi della loro concezione del mondo. Alcuni ritengono che il mito della creazione influenzi l'atteggiamento degli uomini che vivono nella società che gli ha dato vita, anche se essi non vi credono.

Australiani aborigeni

Nella cultura degli aborigeni australiani , la creazione del mondo svolge un ruolo fondamentale. La creazione risale al Tempo del sogno , in cui gigantesche creature totemiche attraversarono la Terra cantando di ciò che incontravano (rocce, pozze d'acqua, animali, piante) e così facendo portarono questi elementi alla creazione vera e propria.

Babilonia

Il mito della creazione babilonese è stato descritto nell' Enûma Elish , di cui esistono varie versioni e copie, la più antica delle quali è datata al 1700 aC
Secondo questa descrizione, il dio Marduk si armò per combattere il mostro Tiamat . Marduk distrusse Tiamat, tagliandola in due parti che divennero la terra e il cielo. Dopo, distrusse anche il marito di Tiamat, Kingu , usando il suo sangue per creare l'umanità.

Bantu

Secondo i Bantu, in origine la Terra non era altro che acqua e oscurità. Mbombo , il gigante bianco, governava questo caos. Un giorno egli sentì un fortissimo dolore allo stomaco e vomitò il sole, la luna e le stelle. Il sole splendeva perfidamente e l'acqua evaporò nelle nuvole. Gradualmente, apparvero delle colline asciutte. Mbombo vomitò di nuovo e questa volta vennero fuori gli alberi, gli animali, le persone e molte altre cose: la prima donna, il leopardo, l'aquila, l'incudine, la scimmia Fumu, il primo uomo, il firmamento, la medicina e la luce. Nchienge , la donna delle acque, viveva ad Est. Ella aveva un figlio, Woto, e una figlia, Labama. Woto fu il primo re dei Bakuba.

Buddismo

Il Buddismo normalmente ignora le questioni riguardanti l'origine della vita. Il Buddha a questo riguardo disse che sarebbe stato possibile ponderare su queste questioni per tutta la vita senza tuttavia avvicinarsi al vero obiettivo, la cessazione della sofferenza.

Cherokee

In principio, c'era solo l'acqua. Tutti gli animali vivevano sopra di essa ed il cielo era sommerso. Erano tutti curiosi di sapere cosa ci fosse sotto l'acqua ed un giorno Dayuni'si , lo scarabeo acquatico, si offrì volontario per esplorare. Esplorò la superficie, ma non riuscì a trovare nessun terreno solido. Esplorò sotto la superficie fino al fondo e tutto quello che trovò fu del fango che portò in superficie. Dopo aver preso il fango, esso cominciò a crescere ea spargersi tutto intorno, fino a che non divenne la Terra così come la conosciamo.

Dopo che tutto ciò accadde, uno degli animali attaccò questa nuova terra al cielo con quattro stringhe. La terra era ancora troppo umida, così mandarono il grande falco nel Galun'lati per prepararla per loro. Il falco volò giù e quando raggiunse la terra dei Cherokee era così stanco che le sue ali cominciarono a colpire il suolo. Ogni volta che colpivano il suolo si formava una valle od una montagna. Gli animali poi decisero che era troppo buio, così crearono il sole e lo misero lì dove è tutt'oggi.

Cina

In Cina sussistono cinque maggiori punti di vista sulla creazione.

  • Secondo il primo non ci sono le prove necessarie per spiegare la creazione e le sue origini.
  • Il secondo si fonda sull'idea che il paradiso e la terra erano un'entità unica che poi si separò in due parti.
  • Il terzo, apparso relativamente tardi nella storia della cultura cinese, è quello del Taoismo . Secondo questo il Tao è la forza alla base della creazione grazie alla quale, dal nulla si è creato il tutto, ovvero dal vuoto si è generata la materia (rispettivamente lo yin e lo yang ) e da questi è nata ogni cosa attraverso i vari processi naturali.
  • Il quarto, anch'esso relativamente giovane, è il mito di Pangu . Secondo questa spiegazione, offerta dai monaci Taoisti secoli dopo Lao Zi , l'universo nacque da un uovo cosmico . Una divinità, Pangu, nascendo da quell'uovo lo ruppe in due parti: quella superiore divenne il cielo e quella inferiore la terra. Man mano che la divinità crebbe le due parti dell'uovo si separarono sempre più e, quando Pangu morì, le parti del suo corpo divennero varie zone terrestri.
  • Il quinto è costituito da racconti tribali non legati in un sistema unicizzante.

Bibbia

Un mosaico del Duomo di Monreale , raffigurante la creazione delle specie animali ad opera di Dio .

Nella Bibbia si narra che Dio avrebbe creato il mondo, ivi inteso l' universo , in sei giorni, riposandosi il settimo. Alcune dottrine cristiane insegnano che si tratta di giorni letterali , mentre altre credono che il termine "giorno" debba essere inteso come Ere creative , della durata di migliaia, se non milioni, di anni e il riferirsi a giorni sia solo un espediente per facilitare la comprensione con un'immagine il più semplice e comprensibile da tutti [ senza fonte ] . Nella Genesi , il primo libro del testo sacro per ebrei e cristiani, ma riconosciuto tale anche dai musulmani, la narrazione della Creazione occupa i capitoli 1,1-2,4a [58] . La Genesi si apre con le seguenti frasi: «In principio Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe e deserta e le tenebre ricoprivano l'abisso e lo spirito di Dio aleggiava sulle acque.»

Filosofia

Sin dalle origini della filosofia occidentale, in particolare nella filosofia greca , il problema dell'origine della vita è stato posto al centro della riflessione; le varie scuole di pensiero si distinguono fra quelle che attribuivano l'origine del cosmo a un principio statico (l'acqua, il numero, il logos , l'essere), ovvero a una pluralità di fattori(amore e odio, gli atomi etc.) che, mediante un equilibrio dinamico, assicurano il divenire della vita. Nel Poema sulla natura Parmenide sostiene che la molteplicità ei mutamenti del mondo fisico sono illusori, e afferma, contrariamente al senso comune, che sola realtà è l' Essere : immutabile, ingenerato, finito, immortale, unico, omogeneo, immobile, eterno. Questa concezione è diametralmente opposta alla tesi formulata da Eraclito , secondo il quale tutto il mondo non è che un flusso perennemente in divenire, nel quale nessuna cosa è mai la stessa poiché tutto si trasforma ed è in una continua evoluzione. Pur se la filosofia di Eraclito ci è giunta in modo frammentario, egli sembra quindi ancorare la realtà al tempo e alle continue trasformazioni che esso comporta; in questo senso sostiene che solo il cambiamento e il movimento siano reali e che l'identità delle cose sia illusoria: per Eraclito tutto scorre ( panta rei ). Anche gli atomisti democritei si opponevano alla concezione di immobilismo degli eleati . La teoria atomistica prevedeva, in effetti, la coesistenza di Essere e Non essere. La realtà sarebbe originata da scontri casuali di atomi che si uniscono formando gli enti sensibili. Una teoria differente è elaborata da Anassagora secondo cui la vita sulla Terra si sarebbe sviluppata in seguito allo sviluppo di "semi" presenti in tutto l'Universo, armonizzati da un Nous, una sorta di intelligenza divina. Tale ipotesi è stata ripresa nell'Ottocento e prende il nome di panspermia . Secondo Platone , il mondo visibile sarebbe opera del Demiurgo , una sorta di divinità che avrebbe traslato il mondo perfetto delle idee nel mondo terreno imperfetto. Diversa invece la concezione aristotelica: secondo Aristotele , infatti, essendo Dio puro pensiero e immutabile, non può creare il mondo, che è anch'esso eterno. Come riporta Cicerone ( Tuscolane , 15, 42): «il mondo non ha mai avuto origine, poiché non vi è stato alcun inizio, per il sopravvenire di una nuova decisione, di un'opera così eccellente»

Arte

Affresco della Cappella Sistina, raffigurante la creazione dell'uomo.

Anche varie opere artistiche (letterarie, pittoriche, ecc.) hanno affrontato il tema dell'origine della vita. Il tema della Creazione , preso dalla Genesi si trova in innumerevoli cicli pittori e musivi di storie dell' Antico Testamento .

Michelangelo dipinse alcuni affreschi sul soffitto della Cappella Sistina in cui rappresentava scene tratte dai primi capitoli della Genesi : una di queste rappresentava la creazione del primo uomo, Adamo , in cui Dio viene rappresentato come un vecchio signore che fluttua in aria con il suo mantello e che conferisce la vita a Adamo sfiorandolo con la mano.

Il Tintoretto eseguì a Venezia nel 1550 la sua Creazione degli Animali , oggi conservata nelle Gallerie dell'Accademia . Vi si può vedere il Creatore in mezzo ad una brillante luce nella Terra ancora oscura dopo la creazione della Terra stessa nel secondo giorno; e si può ammirare la scena del quarto giorno: pesci, uccelli ed anche mammiferi. Raffaello Sanzio nel 1519 a Roma aveva già eseguito un bellissimo dipinto sulla creazione degli animali con lo stesso titolo del Tintoretto; esso è visitabile nella Loggia di Raffaello nel Vaticano . In esso gli animali sono tutti intorno al Creatore, anche gli animali mitici, come l'unicorno.

Note

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Bibliografia

Voci correlate

Collegamenti esterni

Podcast, video