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Uploaded byGianni Bianciardi
L'origine della vita
Il documento descrive l'origine della vita sulla Terra, partendo dalla formazione del sistema solare e dalla creazione di un 'brodo primordiale' di composti organici. Viene approfondito l'esperimento di Miller-Urey, che ha dimostrato come le molecole semplici potessero combinarsi per formare aminoacidi, precursori della vita. Infine, si descrivono le tappe evolutive dalla nascita delle cellule procariote fino alla comparsa degli organismi pluricellulari e della vita sulla terraferma.
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L'origine della vita
- 1. L’origine della vita el’esperimento di Miller I.C. San Bernardino, Siena 3D 2014/15 Lorenzo Cembalo-Alessandro Marmi-Tola Petrioli- Duccio Taddei IL SARAGIO
- 2. Il Sole ei pianeti che lo circondano si formarono circa 5 miliardi di anni fa dopo l’esplosione di una supernova che aveva generato al suo interno elementi pesanti a partire dall’idrogeno e dall’elio. La Terra era un’enorme palla incandescente composta in prevalenza da idrogeno ed elio, ma anche da elementi pesanti come carbonio, azoto, ossigeno, ferro e silicio. LA NASCITA DEL SISTEMA SOLARE
- 3. GLI ELEMENTI LEGGERI Inseguito la Terra diventò fredda e i gas più leggeri in parte reagirono con gli elementi più pesanti e in parte si dispersero nello spazio. L’elio si disperse quasi tutto perché è leggero e poco reattivo con altri composti, mentre una parte dell’idrogeno reagì con altri elementi formando composti idrogenati come il metano, l’ammoniaca, l’acido solfidrico e l’acqua .
- 4. GLI ELEMENTI PESANTI Glielementi più pesanti iniziarono a formare un “nucleo” centrale composto soprattutto da ferro e nichel, e un “mantello” posto sopra, formato da elementi pesanti e una “crosta”, la più superficiale, fatta da elementi leggeri come alluminio, potassio e sodio. Mentre si formava la crosta, si liberarono attraverso le spaccature molti gas volatili che arrivavano dall’interno della Terra e che formarono quella che viene considerata l’atmosfera primordiale.
- 5. LA TRASFORMAZIONE DELLEMOLECOLE Alcuni esperimenti hanno dimostrato che in condizioni di alte temperature, temporali frequenti e intensi raggi ultravioletti, molecole inorganiche semplici hanno avuto la possibilità di trasformarsi in sostanze più complesse. Queste sostanze organiche sai sciolsero nel mare e reagirono tra di loro e con i sali inorganici.
- 6. IL BRODO PRIMORDIALE L’accumulodelle sostanze organiche era notevole poiché non esistevano né microrganismi decompositori né ossigeno che avrebbero potuto modificarle. Così si formò una sostanza piuttosto concentrata che gli scienziati chiamano “brodo primordiale”.Oggi una sostanza simile fermenterebbe e produrrebbe esalazioni velenose. In mare alcune molecole avrebbero potuto ripararsi dai raggi ultravioletti, mentre altre avrebbero trovato condizioni ottimali per unirsi e organizzarsi in strutture più complesse, formando i cosiddetti “polimeri”.
- 7. JOHN HALDANE Il biologoinglese John Burdon Sanderson Haldane (1892- 1964) all’incirca intorno al 1920, dopo aver considerato che la Terra all’origine aveva caratteristiche molto diverse rispetto ad oggi, iniziò a trarre alcune conclusioni. All’inizio sulla Terra primitiva non si trovava la vita come invece c’è ora.
- 8. LA TEORIA DIHALDANE Secondo Haldane se attualmente si formasse la materia organica, verrebbe subito eliminata da qualche organismo vivente, mentre allora in totale assenza di microrganismi in grado di decomporla, sarebbe rimasta tranquilla ed avrebbe avuto il tempo di svilupparsi e di diventare più complessa.
- 9. ALEKSANDR OPARIN Nel 1924un ricercatore sovietico Aleksandr Ivanovic Oparin propose teorie simili a quella di Haldane, ma con la differenza che a parere del primo l’atmosfera primitiva doveva essere ricca di idrogeno, secondo lo scienziato inglese invece, era ricca di anidride carbonica. Per avere conferme sperimentali su questa nuova teoria si partirà proprio da questo ultimo presupposto.
- 10. I CONTRASTI CONLA CHIESA Oparin e Haldane affrontarono l’argomentoa dal punto di vista prettamente scientifico tralasciando condizionamenti religiosi e questo ovviamente non venne accettato dai credenti che invece cercavano di dimostrare che la vita non poteva essere stata creata con un incontro casuale tra atomi, ma che era opera di Dio.
- 11. LE COMBINAZIONE DELLEMOLECOLE SEMPLICI In effetti, le proteine, ad esempio, sono molecole estremamente complesse che non si possono essere formate grazie ad incontri casuali con atomi di idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto, ma si è dimostrato sperimentalmente che le combinazioni possibili delle molecole più semplici sono legate da leggi fisiche e chimiche e quindi sono limitate e non casuali.
- 12. STANLEY MILLER Stanley LloydMiller 7 marzo 1930 – 20 maggio 2007) è stato un biochimico statunitense. È noto per i suoi studi nel campo dell'origine della vita, e in modo particolare per l' esperimento di Miller-Urey che dimostrò che dei composti organici possono essere creati da processi fisici abbastanza semplici a partire da sostanze inorganiche. Per svolgere l'esperimento, Miller ricreò le condizioni ambientali che si supponeva esistessero al tempo della Terra primordiale.
- 13. L’ESPERIMENTO DI MILLER-UREY Nel1952 il professore americano Harold Clayton Urey, incaricò un giovane ricercatore, Stanley Lloyd Miller, di eseguire un esperimento. All’interno di una boccia di vetro, Miller mise dell’acqua mantenuta ad alta temperatura e in un’altra boccia una miscela di idrogeno , ammoniaca e metano, cioè tutti quei gas che insieme al vapore acqueo si pensava potessero costituire l’atmosfera primordiale.
- 14. LO SVOLGIMENTO DELL’ESPERIMENTO L’acquacalda, che avrebbe dovuto rappresentare secondo gli scienziati l’oceano primitivo, creava vapore che passando attraverso un tubo arrivava al recipiente che conteneva la miscela di gas. All’interno di quest’ultimo contenitore venivano generate scariche elettriche a 60.000 volt che dovevano riprodurre fenomeni temporaleschi.
- 15. I RISULTATI L’esperimento duròuna settimana, alla fine della quale si osservò con grosso stupore che nel recipiente dell’acqua si trovava un liquido rosso-arancio che conteneva molti composti, ma in particolare alcuni aminoacidi, cioè i precursori delle proteine che sono i componenti principali di ogni essere vivente.
- 16. L’IPOTESI OTTENUTA L’esperimento diMiller dimostrò che da composti semplici, che si pensava fossero presenti nell’atmosfera primordiale, si potevano formare molecole complesse, quelle appunto che si trovano nei composti organici di tutti gli organismi viventi. Si ipotizzò quindi che in un’atmosfera primitiva caratterizzata da continui fenomeni temporaleschi, calore e radiazioni ultraviolette, attraverso semplici processi chimici di sintesi, si sarebbero potuti formare i precursori biologici degli esseri viventi.
- 17. INFORMAZIONI OTTENUTE In seguitole piogge avrebbero trasportato questi semplici composti organici fino al mare, dove, successivamente avrebbero potuto trasformarsi e accrescersi. Creare in laboratorio gli aminoacidi non significa creare un organismo vivente, ma questo fu un importante passo avanti verso la formazione chimica degli esseri viventi. Da allora molti scienziati hanno ripetuto l’ esperimento di Miller con molte varianti.
- 18. ULTERIORI PASSI INAVANTI Una nuova ricostruzione dei classici esperimenti di MIller sulla formazione di composti organici complessi a partire dalle molecole semplici del brodo primordiale dell’antichissima terra hanno mostrato il ruolo centrale dei campi elettrici presenti nell’ambiente.Lo studio è stato condotto da A. Saitta e S. Saija che riferiscono di avere identificato tramite simulazioni al computer il fattore chiave che indirizza le reazioni chimiche a produrre particolari molecole complesse.
- 19. JOAN ORO’ Nel 1961,in un esperimento con una soluzione acquosa di ammoniaca e acido cianidrico, Joan Orò dimostrò che un apporto energetico dovuto a riscaldamento o a scariche elettriche portava alla formazione di adenina, una delle basi azotate che formano i nucleotidi degli acidi nucleici.
- 20. L’IPOTESI DELL’ “EVOLUZIONE”DELLE MOLECOLE Gli esatti progetti di sintesi che portano le molecole semplici a molecole organiche semplici e infine a molecole complesse non sono chiari, per spiegarli sono stati chiamati in causa l’irradiazione UV, l’energia termica delle fonti idrotermali marine le radiazioni di fondo pianeta e perfino le onde d’urto generate dagli impatti dei meteoriti.
- 21. LA NASCITA DEGLIUNICELLULARI Per milioni di anni le molecole si unirono in vario modo formando composti organici complessi che si accumularono nel mare ben protetti dalle acque. Alcune molecole si organizzarono in piccole sfere in grado di riprodursi dividendosi in modo impreciso in due parti. Nacquero così le prime cellule procariote, prive di nucleo ed eterotrofe incapaci cioè di fabbricare autonomamente il propio nutrimento e simili nella struttura ad alcuni attuali batteri.
- 22. L’EFFETTO DEI RAGGIULTRAVIOLETTI I primi unicellulari potevano vivere soltanto protetti dalle acque perchè, mancando l’ossigeno atmosferico, non esisteva ancora lo strato di ozono che impediva ai raggi ultravioletti più aggressivi di andare sulla terra. Quando il nutrimento nell’acqua iniziò a scarseggiare furono avvantaggiate quelle cellule che, grazie a particolari pigmenti contenuti nel citoplasma potevano utilizzare la luce del sole per fabbricare il proprio nutrimento cioè le cellule autotrofe.
- 23. LA COMPARSA DELLAFOTOSINTESI Le cellule autotrife, simili alle attuali alghe azzurre si diffusero e cominciarono a immettere nella atmosfera grandi quantità di ossigeno: lo scarto del loro nutrimento, le cellule autotrofe così facendo misero in pratica la prima fotosintesi.
- 24. L’OSSIGENO NELL’ATMOSFERA Fu propiola nuova presenza di ossigeno nell’atmosfera la causa di un’altra importante tappa evolutiva, grazie all’effetto della fotosintesi i batteri per i quali l’ossigeno era nocivo furono inglobati in altri organismi stabilendo un rapporto di simbiosi: in cambio di protezione fornivano nutrimento alle cellule. Da questo momento gli organismi furono capaci di respirare ossigeno.
- 25. LE CELLULE EUCARIOTE Da1,5 a 0,8 miliardi di anni fa avvenne un’ulteriore e importante tappa evolutiva: comparvero le prime cellule eucariote, dotate cioè di nucleo e capaci di riprodursi per mitosi: la cellula si divide in due cellule identiche contenenti nel nucleo le stesse informazioni ereditate dalla cellula madre.
- 26. COMPAIONO I PLURICELLULARI Lafase successiva dell’evoluzione degli esseri viventi fu la comparsa dei primi semplici organismi pluricellulari 540 milioni di anni fa. Le prime alghe pluricellulari e i primi semplici animali si affermarono rapidamente nelle acque del mare, dove divennero sempre più evolute. Questi esseri avevano enormi vantaggi: vita più lunga, molti discendenti, sono più efficienti perchè cellule di tipo diverso sono specializzate per funzioni diverse.
- 27. LA VITA SULLATERRAFERMA Nel frattempo l’ossigeno prodotto dalla fotosintesi formò attorno alla terra unostrato di ozono che ridusse notevolmente l’aione nociva del sole. Quando alcune alghe spinte dalla carenza d’acqua si adattarono a vivere sulla terraferma trovarono un ambiente ospitale e si diffusero rapidamente. Molto tempo dopo anche gli animali uscirono dall’acqua e si adattarono a vivere nell ambiente terrestre difersificandosi in forme sempre più complesse.
- 28.