L’ origine della vita sulla Terra
passato e presente di una ricerca
Anna Garbesi
ISOF (CNR) – Bologna
S3 (INFM/CNR) - Modena
Si è spesso affermato che sono presenti ora tutte le condizioni per la generazione
spontanea di un organismo vivente, quali possono essere state presenti nel passato.
Ma anche se (e quale grosso se!) noi potessimo oggi concepire che in qualche piccolo
stagno, in presenza di ogni sorta di sali di ammonio e fosforo, di luce, calore, elettricità,
eccetera eccetera, si sia venuto a formare un composto proteico, pronto a subire ulteriori
più complesse trasformazioni,
al giorno d’oggi tale materiale verrebbe immediatamente divorato o assorbito, il chè non
sarebbe potuto accadere prima che esseri viventi facessero la loro comparsa.
Charles Darwin 1871 (lettera a Joseph Hooker )
Europa
-
XVII secolo
generazione spontanea
• Gli organismi viventi nascono da altri a loro simili, creati inizialmente
da Dio (Genesi), ma i viventi inferiori (dai topi in giù) possono anche
formarsi da fango, materiale in putrefazione…
•
J.-B. van Helmont
“Ortus medicinae…” 1667
topi da panni sporchi di sudore e chicchi
di grano
F. Redi
“Esperienze intorno alla generazione
degli insetti”
1668
mosche da anguillette d’Arno, taglio di
vitella etc.…?
Antoni van Leeuwenhoek (16321723) inventa il microscopio
Fino a 300 ingrandimenti
“animalculae”
Microorganismi da brodo di carne o infusioni di erbe ?
John Needham (1713-1781) Sì
particelle formative
+ forza vegetativa
Lazzaro Spallanzani (1729-1799) No
se bolli un’ora e sigilli bene
Il dibattito continua e si conclude
Felix Pouchet (1800-1872), nel 1858
esperimenti con infusioni di fieno:
si formano microorganismi
Louis Pasteur (1829-1895), ripete gli
esperimenti e nel 1862:
dimostra che non si formano, se………
Charles Darwin (1809-1882)
“L’origine delle specie” 1859
Vi è qualcosa di grandioso in questa concezione della vita, con i suoi
diversi poteri impressi (dal Creatore) in poche forme, in una forma
sola; e nel fatto che,……….,da un così semplice inizio innumerevoli
forme, bellissime e meravigliose, si sono evolute e continuano ad
evolversi.
Lettera a un amico
1871
Ma anche se (e quale grosso se!) noi potessimo concepire che in
qualche piccolo stagno, in presenza di ogni sorta di sali di ammonio
e di fosforo, di luce, calore, elettricità, etc…,si sia venuto a formare
un composto proteico, pronto a subire ulteriori più complesse
trasformazioni, al giorno d’oggi tale materiale verrebbe
immediatamente divorato o assorbito, il che non sarebbe potuto
accadere prima che esseri viventi facessero la loro comparsa.
Aleksandr Oparin (1894-1980)
Una lunga evoluzione chimica della materia, dai composti semplici
presenti inizialmente, ha portato ai composti organici e quindi ai
viventi primitivi (prima pubblicazione 1924, trad. inglese 1938)
John Haldane (1892-1964)
-Nell’atmosfera primitiva sintesi di piccole molecole organiche
-brodo (zuppa) primordiale nel quale si formano molecole più
complesse
-da assemblaggio casuale la prima cellula (breve articolo 1929)
Il problema dell’origine della vita,
come transizione dal non vivente al
vivente, diventa un aspetto del processo
evolutivo generale della Terra
-ciò che sappiamo e possiamo inferire sulla
Terra primitiva
ciò che sappiamo sugli organismi viventi
si automantiene
vivente
si riproduce
è capace di “mutare”
Esperimento di Stanley Miller 1953
simulazione sistema atmosfera/”oceano”sulla Terra primitiva
Dopo una settimana:
numerosi composti organici, tra i
quali alcuni amminoacidi
Glicina
Alanina
Esperimento di Joan Orò 1960
Formazione di adenina da cianuro di ammonio in acqua a
90° C, per qualche giorno (simulazione)
Inizio di programma sperimentale
il vivente dal non vivente
non è un fatto (non è stato dimostrato)
è una ipotesi di ricerca (da sostanziare con
esperimenti, scoperte osservative e “sensati”
ragionamenti)
Credit: P.L. Luisi
Credit: P.L. Luisi
Cellule odierne
Acidi nucleici (DNA, RNA)
polinucleotidi
Fosfolipidi
lipidi
Proteine (enzimi)
poliamminoacidi
Oggi per sintesi e “attività” di Acidi nucleici
(DNA e RNA) necessarie proteine (enzimi)
Ipotesi per cellula primitiva :
un solo acido nucleico capace di funzionare
anche come enzima
“Mondo a RNA” (1968)
Leslie Orgel
Francis Crick
Carl Woese
(Walter Gilbert)
Sintesi prebiotica di ribosio (RNA) più
facile di quella di desossiribosio (DNA),
etc…
Nel 1982 scoperti RNA che agiscono
come enzimi
Simulazioni: sulle orme di Stanley Miller e di Joan Orò
Sintesi di monomeri
“atmosfere primitive” con diverse composizioni
esempio: anidride carbonica, azoto, acqua con carbonato di calcio
ottenuti amminoacidi con rese comparabili a quelle di Miller
----------------------------------------------------------------------
mononucleotide
J. D. Sutherland (2007,2009)
…..anche dallo spazio…….
Meteorite di Murchinson
(circa 4,6 miliardi di anni)
Contiene amminoacidi, acidi carbossilici, purine e pirimidine,
idrocarburi, polioli
Simulazioni : oligomeri da monomeri
James Ferris 1996
------- oligoadenilato
(anche oligoguanilato)
fino a 100mer
Ernesto Di Mauro e
coll. 2000-9
Possibili membrane di cellule primitive
(Louis Allamandola) da “estratti” di meteoriti e da
ghiacci interstellari simulati
*(David Deamer)
*(Pier Luigi Luisi)
acido oleico
-------------------------------------------Crescita e “replicazione”
di liposomi e vescicole
liposoma
vescicola
Vittorio Somenzi
1969
…….esistono solo dei “sistemi viventi”, nessuna molecola
o sostanza estratta dai quali possiede, di per sé, le proprietà
caratteristiche della vita.
Queste proprietà “emergono” solo da una una determinata
organizzazione di sostanze chimicamente ben definibili che,
in linea di principio, potrebbero domani essere sostituite da
altre, naturali o sintetiche, che l’uomo sapesse organizzare
in modo tale da dar luogo alla comparsa di proprietà
equivalenti…………
concetto di cellula primitiva (cellula “minima”)
ha il numero minimo e sufficiente di componenti
per essere un “ vivente “
si automantiene
“ vivente “ si riproduce
è capace di mutare
Szostak, Bartel, Luisi Nature 2001
credit P.L. Luisi
sintesi su stampo di un segmento di acido nucleico
all’interno di una protocellula modello
Jack Szostak e al., 2008
--monomeri aggiunti all’esterno delle vescicole
--senza enzimi
Sintesi di una proteina entro un liposoma di 200 nm di diametro
83 macromolecole + i monomeri
“intrappolate” in liposomi
Teresa Pereira de Souza, Pasquale Stano, Pier Luigi Luisi
2009
Aleksandr Oparin
(anni ’30)
Ci sta di fronte l’enorme compito di indagare il processo
evolutivo nei suoi singoli stadi..la strada è difficile e lunga..
Una costruzione artificiale, una sintesi di esseri viventi,
appare una meta lontana, ma raggiungibile
Antonio Lazcano
(oggi)
Le attuali tendenze scientifiche in questo campo non sono
orientate necessariamente verso la produzione di un sistema
vivente in vitro, ma piuttosto verso la costruzione di una
narrazione storica coerente che intrecci una grande varietà di
scoperte osservative e di risultati sperimentali
Albert Eschenmoser
(oggi)
Lo scopo del nostro lavoro non è scoprire come, esattamente,
la vita si creò sulla Terra, perché non lo sapremo mai, ma di
concepire e realizzare dei percorsi che mostrano che dalla
materia inanimata può originarsi un vivente.
Mario Ageno “Dal non vivente al vivente”
Ed. Theoria 1991
Antonio Lazcano “La comparsa della vita nell’universo” in
MicroMega Almanacco di scienze – febbraio 2009
Pier Luigi Luisi “The emergence of life” Cambridge U.P. 2006
Iris Fry “L’origine della vita sulla Terra” Garzanti 2002
Christian de Duve “Alle origini della vita” Longanesi 2008
Albert Eschenmoser “The search for the chemistry of life’s origin”
Tetrahedron, pp.12821-44 2007
A. Ricardo, J. Szostak “L’origine della vita” Le Scienze Nov. 2009
Aleksandr I. Oparin “L’origine della vita sulla Terra” Einaudi 1956