Origine della vita e prime forme di vita sulla terra

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1 Origine della vita e prime forme di vita sulla terra

2 Metà del XIX secolo Si chiude la disputa tra: Generazione spontanea Biogenesi

3 La scoperta che la vita si origina dalla vita pone altri quesiti: Origine della vita stessa Origine della diversità biologica Una risposta al secondo quesito arriva nel XX secolo con il neodarwinismo

4 Origine della vita sulla terra Storia geologica della terra forme di vita che in essa si sono sviluppate La terra conserva tracce dell evoluzione biologica attraverso: Fossili:ciò che rimane di un organismo vissuto nel passato Nella storia della terra si sono succedute flore e faune diverse i fossili più antichi Stromatoliti (3,5 miliardi di anni fa)

5 stromatoliti Rappresentati da colonne di sedimenti prodotte da organismi fotosintetici bentonici ad organizzazione procariotica simili ai cianobatteri. I cianobatteri si sviluppano in film batterici che intrappolano le particelle di sedimento,queste impediscono l ingresso della luce inducendo il film batterico a formarsi sulla loro superficie stratificazione

6 Per comprendere l origine della vita Caratteristiche dei viventi ossia : Organizzazione in una o più cellule Individuazione della condizione necessaria per l origine della cellula Capacità di autoreplicarsi Individuazione dell origine dell informazione genetica

7 Considerando la struttura e il metabolismo che caratterizza tutte le cellule Si può affermare: la vita si è originata in ambiente acquatico con tutta probabilità marino Atmosfera povera di ossigeno e priva di fascia ozono protezione UV

8 Ambienti sottomarini termali Sono ritenuti idonei all origine delle prime sostanze organiche e dei successivi composti sino ad arrivare alle prime cellule Vulcanismo sottomarino sorgenti subacque liberazione di anidride carbonica e metano+zolfo acido solforica alte temperature e pressioni avrebbe generato l acido cianidrico per la sintesi di nucleotidi e aminoacidi(sintesi abiotica) e da qui a proteine ed acidi nucleici

9 .Quello che si pensa è che si sia passato dal mondo inorganico delle piccole molecole a quello organico delle grandi molecole e poi ancora oltre fino alle strutture finemente coordinate presenti negli esseri viventi.

10 La comparsa della vita sulla terra si fa risalire a 3,5 miliardi di anni fa. 4,5 miliardi di anni fa la crosta terrestre si era andata consolidando dopo che il pianeta si era individualizzato dal sistema solare

11 Dal punto di vista scientifico, la spiegazione dell'origine della vita parte dal presupposto fondamentale che le prime forme viventi si originarono da materiale non vivente, attraverso reazioni che, attualmente, non sono più in atto sul nostro pianeta.

12 Ipotesi di Oparin e Haldane L opinione più diffusa che si richiama ad Oparin,è che la vita abbia avuto origine sul nostro pianeta in condizioni molto diverse da quelle attuali. Immaginò un mondo antico in cui erano presenti le condizioni chimiche e le risorse energetiche necessarie alla sintesi abiotica delle molecole organiche

13 L'ESPERIMENTO DI MILLER Nel 1953 un giovane ricercatore americano, Stanley Lloyd Miller, fresco di laurea, fu incaricato dal suo professore, Harold Clayton Urey, premio Nobel per la chimica nel 1934, di mettere alla prova le ipotesi di Oparin-Haldane.

14 L esperimento di Miller mostra che i composti organici(fra cui aminoacidi e basi azotate) possono essere sintetizzati in condizioni che simulano quelle dell atmosfera primitiva, composta da idrogeno,ammoniaca,idrogeno solforato,metano,e con alte temperature,scariche elettriche e radiazioni ultraviolette. Era un atmosfera priva di ossigeno. Gli agglomerati organici così formati,attraverso una complessa e a volte oscura evoluzione biochimica,avrebbero formato i primi viventi: I Protobionti

15 Due bocce di vetro riempite rispettivamente di acqua tenuta ad alta temperatura(mare primordiale) e di una miscela di idrogeno (H 2 ), ammoniaca (NH 3 ) e metano (CH 4 ), cioè di quei gas che, insieme al vapore acqueo (H 2 O), si riteneva fossero i costituenti principali dell involucro gassoso(atmosfera) che più di quattro miliardi di anni fa circondava la Terra. L acqua calda, che rappresentava l'oceano ancestrale, produceva vapore che attraverso un tubo veniva convogliato nel recipiente il quale conteneva i gas dell'atmosfera primitiva. All interno di quel recipiente venivano generate scariche elettriche a volt riproducenti i fenomeni temporaleschi frequenti e intensi all'inizio della storia del nostro pianeta.

16 Analizzando il contenuto della soluzione trovò numerosi composti organici (tra cui alcuni degli aminoacidi che costituiscono le proteine degli esseri viventi)

17 Dalla sintesi abiotica di piccole molecole organiche(nucleotidi,aminoacidi)all unione di questi monomeri in polimeri acidi nucleici,proteine Alcune di queste molecole acquisiscono la capacità di autoreplicarsi ereditarietà Queste molecole trovandosi all interno di membrane selettive primi viventi

18 Protobionti I protobionti agglomerati organici derivati da complessa evoluzione biochimica,sono sistemi considerati possibili precursori della cellula procariote. Si tratta di un aggregato di molecole organiche abiogenetiche circondate da una membrana o di una struttura simile ad una membrana. I protobionti esibiscono alcune delle proprietà associate alla vita, tra cui una semplice riproduzione, un metabolismo ed un'eccitabilità, così come il mantenimento di un ambiente chimico interno differente da quello circostante.

19 Capacità di autoreplicarsi Si ritiene che la prima molecola capace di portare un informazione sia stata un RNA Singolo filamento Interazione diretta con l ambiente E più facile ottenere da sostanze inorganiche Uracile che Timina RNA ha attività catalitica(ribozima) Un RIBOZIMA anche noto come enzima a RNA, è una molecola di RNA in grado di catalizzare una reazione chimica.

20 Nel corso dell evoluzione l RNA sarebbe stato sostituito dall DNA più stabile nel tempo consente l accumulo di un minor numero di mutazioni

21 Prime cellule procariotiche Con l accumulo di sequenze nucleotidiche all interno del protobionte: Formazione prime vie metaboliche che con la selezione naturale si differenziano sempre più Enzimi specifici processi metabolici complessi e specializzati Cellula procariotica

22 Primi procarioti Eterotrofi probabilmente a causa della carenza di ossigeno atmosferico Operavano la Glicolisi anaerobica per ricavare energia da composti organici. La sola eterotrofia porta però alla riduzione della disponibilità di sostanza organica;per questo motivo probabilmente risultò vantaggiosa :FOTOSINTESI

23 I primi cianobatteri liberavano ossigeno come prodotto di scarto che dopo aver saturato i mari giunse a liberarsi nell atmosfera.compaiono le alghe eucariotiche e la concentrazione dell ossigeno aumenta portando all ossidazione e quindi alla morte di molti organismi procariotici tranne quelli che sopravvissero in ambienti anaerobi dove ancor oggi troviamo i loro discendenti.

24 Masse di Archaea che prediliggono ambienti caldi e acidi e formano un tappeto arancione all interno del camino di un vulcano,in Giappone.Residui di zolfo sono visibili ai bordi del tappeto di archaea.

25 Solo presenza di batteri(procarioti) anaerobi I cianobatteri sviluppano capacità fotosintesi Ossia a partire dall anidride carbonica + acqua producono sostanza organica e ossigeno Estinzione di quasi tutti i batteri anaerobi(eccetto ambienti anaerobi) Organismi procarioti a respirazione aerobica

26 alcuni batteri svilupparono la capacità di metabolizzare l ossigeno,e visto che il metabolismo aerobico è più vantaggioso(procede ad una velocità più elevata e produce più energia)questi batteri rimpiazzarono quelli anaerobi nella maggior parte degli ambienti terrestri. ci sono voluti molti milioni di anni affinchè la terra avesse un atmosfera ricca di ossigeno,per più di due miliardi di anni il nostro pianeta è stato abitato solo da procarioti unicellelari.

27 1 miliardo di anni fa la concentrazione atmosferica di ossigeno è divenuta abbastanza elevata da permettere la comparsa delle grandi cellule eucariotiche

28 In che modo si è evoluta l organizzazione a compartimenti della cellula eucariotica a partire dalla più semplice condizione procariotica? il sistema delle membrane interne si sia evoluto grazie alla perdita della parete cellulare rigida posseduta dai procarioti, a partire da invaginazioni della membrana citoplasmatica procariotica con funzioni specializzate.

29 L origine della cellula eucariotica la Teoria dell Endosimbiosi Seriale Sembrerebbe che la cellula eucariotica si sia evoluta attraverso un processo di simbiosi:un procariota di grosse dimenzioni ingloba piccoli procarioti eterotrofi aerobici,i quali convivono come simbionti fornendo energia al batterio ospite in tal modo si ha l origine dei mitocondri (quindi ai Protozoi). L endosimbiosi di un cianobatterio autotrofo aerobico ha successivamente portato all evoluzione dei cloroplasti(permettono alla cellula di produrre sostanze organiche a partire dall energia solare) (quindi ai Protisti vegetali.).

30 L origine della cellula eucariotica

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32 Nel corso dell evoluzione sarebbe avvenuto un trasferimento di geni dall endosimbionte all ospite

33 Gli scarsi dati raccolti mostrano che forme simili agli attuali protozoi erano presenti circa 800 milioni di anni fa. L ecosistema primitivo, fatto esclusivamente da produttori(che ricavano la sostanza organica grazie alla fotosintesi direttamente dalla sostanza inorganica)viene sostituito da un ecosistema in cui sono presenti anche organismi consumatori che ricavano la sostanza organica da altri organismi.. Nasce così la predazione. Sembra che questo abbia permesso la comparsa di animali pluricellulari,infatti la competizione portava a favorire organismi più grandi e complessi.

34 La pluricellularità sembra si sia attuata attraverso la formazione di colonie mediante la simbiosi di unicellulari della stessa specie con successiva differenziazione della cellule associate (circa 600 milioni di anni fà)

35 Storia della vita sulla terra Progenitore comune degli animali sembrerebbe si sia originato da colonie di protisti flagellati dai quali sembrerebbe si siano originati anche gli attuali coanoflagellati Protisti:eucarioti unicellulari alghe unicellulari e protozoi

36 La linea evolutiva più antica,rispetto a gli altri metazoi,risulta essere quella dei PORIFERI.detti parazoi perché privi di veri tessuti; con cellule simili ai coanoflagellati

37 Protisti flagellati Parazoi(poriferi) Metazoi (640milioni di anni fa) Animali marini già complessi a simmetria raggiata o bilaterale

38 milioni di anni fa Grande radiazione adattativa di organismi animali Compaiono tracce di animali complessi rappresentanti di diversi phyla di metazoi marini con scheletro presenti anche attualmente :ESPLOSIONE DEL CAMBRIANO

39 Durante il Devoniano(400 milioni di anni fa)negli scenari evolutivi comparve una grande varietà di pesci,acque interne e mari. Agli Agnati infatti si aggiunsero un gruppo di vertebrati nei quali la seconda e la terza coppia di archi scheletrici (che sostengono le fessure branchiali)si trasformarono in quello che viene detto arco orale comprendente un elemento dorsale,la mascella,e uno ventrale,con i quali l apertura buccale poteva essere spalancata o chiusa,trasformandosi in bocca organo di presa;mentre la fessura si trasforma in spiracolo.si aggiungono,potenti muscoli masticatori e i denti. agnati e gnatostomi Artropodi terrestri Spiracolo:Orifizio attraverso cui inseriscono acqua e aria

40 Carbonifero ( Ma) primi insetti alati e si diversificano gli Anfibi Permiano ( Ma) Rettili Triassico ( ) dinosauri primi mammiferi Giurassico ( ) Uccelli Cretaceo estinzione di massa Radiazione dei mammiferi

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