L ORIGINE DELLA VITA E L EVOLUZIONE DEI PRIMI ORGANISMI

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Ottavio Chiesa
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1 L ORIGINE DELLA VITA E L EVOLUZIONE DEI PRIMI ORGANISMI

2 Erwin Schrödinger defiva vivente nel suo libro What is Life? del 1944 ciò che "avoids the decay into equilibrium

3 L essere vivente presenta le seguenti caratteristiche: capacità di contrastare l'entropia mantenendo l'omeostasi o stabilità interna al variare delle condizioni esterne; capacità di riprodursi utilizzare energia nei processi anabolici, produrre energia nei processi catabolici conservare e riprodurre l informazione genetica essere separati dallo spazio circostante

riprodursi utilizzare energia nei processi anabolici, produrre energia nei processi

4 1.La Terra si è formata 4.6 miliardi di anni fa. 2.Le prime testimonianze di vita sulla Terra risalgono a circa 3.5 miliardi di anni fa.

6 I PRINCIPALI DATI GEOLOGICI Gli isotopi stabili di alcuni elementi come O, C, Fe, O. I fossili molecolari o biomarkers, costituiti dai resti lipidici o proteici della materia organica intrappolata nei sedimenti. Hanno origine da molecole sintetizzate da organismi precursori e si accumulano nei sedimenti, non mostrando cambiamenti strutturali rilevanti. I resti fossili di parti dell organismo.

11 EVOLUZIONE CHIMICA Oparin (1924) e Haldane (1929) brodo primordiale molecole organiche coacervati o protobionti

13 Lactic acid Glycolic acid Glycine Water Nitrogen Proprionic acid Alanine b-alanine Sarcosine Ammonia Energy Energy Acetic acid Energy Succinic acid Carbon dioxide Carbon monoxide Aldehydes Hydrogen cyanide Formic acid N-Methylalanine b-aminobutyric acid a-aminobutyric acid Methane Hydrogen gas N-Methylurea Urea Valine Proline Norvaline Isovaline Aspartic acid Iminodiacetic acid Glutamic acid Immunoacetic propionic acid Molecole iniziali Primo gruppo di prodotti intermedi Secondo gruppo di prodotti intermedi Esempi dei prodotti finali (isomeri raggruppati in rettangoli)

Hydrogen gas N-Methylurea Urea Valine Proline Norvaline Isovaline Aspartic acid Iminodiacetic acid Glutamic acid Immunoacetic propionic acid

14 La domanda "Come semplici molecole organiche possono formare una protocellula?" è tuttora senza risposta, ma vi sono molte ipotesi. La più accreditata ipotizza come tappa iniziale la comparsa di un mondo a RNA.

fosfato Un gruppo fosfato Uno zucchero pentoso (desossiribosio nel DNA e ribosio

19 ACIDI NUCLEICI Entrambi sono polimeri costituiti da lunghi filamenti di monomeri, detti nucleotidi Ogni nucleotide è formato da 3 componenti molecolari: Gruppo fosfato Un gruppo fosfato Uno zucchero pentoso (desossiribosio nel DNA e ribosio nell RNA) Una base azotata (Citosina,Guanina, Adenina, Timina/Uracile) P Zucchero Base azotata C

20 AC IDI N U C LEICI

23 sintesi di piccole molecole organiche (monomeri) formazione di polimeri (RNA) capacità di autoreplicarsi inclusione dei polimeri in protobioni

24 Dalle molecole organiche alle protocellule Come semplici molecole organiche possono formare una protocellula? primitivo "MONDO A RNA"

Cech e Altman, nel 1982, dimostrarono che molecole di RNA potevano svolgano funzioni enzimatiche (ribozimi), cioè erano in grado di promuovere reazioni chimiche

25 Cech e Altman, nel 1982, dimostrarono che molecole di RNA potevano svolgano funzioni enzimatiche (ribozimi), cioè erano in grado di promuovere reazioni chimiche autonome, senza l'intervento di enzimi proteici. Szostak, attualmente lavora sulla sperimentazione in vitro di molecole artificiali di RNA, premio Nobel per la Medicina nel 2009.

26 Come si sarebbe originato il "mondo a RNA" di Cech e Altman? Eigen ed in seguito Orgel hanno dimostrato che miscele di nucleotidi possono dar luogo a RNA capace di replicarsi (riprodursi), di mutare e di competere con altri organismi.

29 ALTRI MODELLI Autocatalisi Teoria bolla Teoria dell'argilla "Biosfera profonda-calda" modello di Gold Il Mondo a Lipidi Il modello a polifosfati Il modello dell'ecopoiesi

32 FERMENTAZIONE (eterotrofa) glucosio anidride carbonica alcol C 6 H 12 O 6 2 CO C 2 H 5 OH + Energia

33 CHEMIOSINTESI (autotrofa) FOTOSINTESI I (autotrofa) 6CO H 2 S C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O+12S

34 FOTOSINTESI II (autotrofa) radiazione (energia) solare 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2

38 Sud Africa 3500Ma

39 Sud Africa 3000Ma Sud Africa 3000Ma Sud Africa 3000Ma Sud Africa 3300Ma Sud Africa 3200Ma Australia 3400Ma Australia 3400Ma Australia 3400Ma Australia 3500Ma Australia 3500Ma

40 m.a. CANADA

41 Michigan 2300 Ma

46 Microfossili nelle stromatoliti selcificate della Formazione di Gunflint Chert (Canada), circa 2000 m.a. A, B, Eosphaera C, D, Eoastrion E, F, G, Huroniospora H-K, Gunflintia L, M, Animikieia N, Entosphaeroides O-R, Kakabekia L evoluzione della vita conquista la diversificazione!

49 Bitter Springs Fm., Australia (850 m.a.)

50 A-D, Sukhaya Tunguska Fm. della Siberia (1.000 m.a.) F-H, Bitter Springs Fm. (850 m.a.) E, Skillogalee Dolomite, Australia (770 m.a.) I, Chihkan Fm., Kazkhstan (650 m.a.).

51 Acritarchi del Ruyang Group ( m.a.) Shanxi Prov.,Cina La cellula conquista il nucleo con la comparsa dei primi eucarioti!

53 Fauna di Ediacara

61 Fauna Tommotiana

63 Haikoucaris

64 Eldonia

65 Ercaicunia

66 Xianguancia

68 Xianguancia

69 Anomalocaris

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