Apr 17

Origini della vita: tra continuità e processo spontaneo

Come si fa a individuare la vita?

La domanda è davvero banale. Basta guardare ciò che si ha di fronte e subito si può porre una delle due etichette: vita o non vita. Cosa sono un muro, una casa, un diamante, un coltello? Cosa sono, invece, un gatto, un essere umano, una pianta, un batterio? Il nostro intuito ci fa rispondere “non vita” alla prima domanda e “vita” alla seconda. Per valutare se si è compreso il concetto, rispondetemi: cos’è un tavolo di legno?

Se dovessimo però dare una definizione al concetto di vita, la questione sarebbe davvero così scontata?

Grossolanamente si potrebbe affermare che passare dalla non vita alla vita e come passare dalla notte al giorno passando per l’alba. Quest’ultima sarebbe il confine che si frappone tra i due sistemi. L’alba, però, come del resto il confine tra vivente e non vivente, non sembrerebbe così definita.

Saremmo in grado di individuare l’alba ad occhio nudo? Ci vorrebbe un’enorme fortuna a individuarla. Se, grossolanamente, l’alba è identificata come il primo chiarore che si scorge dopo il buio notturno, allora non è una questione così semplice. Il nostro occhio infatti ha un limite nel percepire le minime variazioni di luce  e, probabilmente, quando riusciremmo a scorgere il primo chiarore, l’alba è già passata da un pezzo.

Anche per la vita, il confine che separa il vivente e il non vivente è veramente delicato.

Un chimico russo, Oparin propose un’ipotesi sull’origine della vita che pone le sue basi, forse banali ma importanti, sul principio di continuità, vale a dire il principio secondo cui, tra materia non vivente e vivente, almeno qualitativamente, non c’è una sorta di separazione. Ci deve essere stato un passaggio in cui materia inanimata, costituita da materiale basato sulla chimica del carbonio, è diventata parte della vita.

Questo passaggio deve essersi verificato in modo spontaneo e deve essersi basato sul fatto che molecole primordiali si sarebbero dovute assemblare, appunto spontaneamente, in complessità e funzionalità crescenti.

Partiamo da semplici molecole presenti nel brodo primordiale. Esse devono reagire spontaneamente, aiutate da energia esterna presente nell’ambiente. Si creano le molecole biologiche semplici. Le cosidette unità della vita o monomeri. Esse si devono assemblare a formare le macromolecole complesse costituendo i compartimenti cellulari. L’insieme di questi compartimenti costituiscono le cellule. Ma questa appartenenza non deve limitarsi a un qualcosa di strutturale. Per poter parlare di vita, la cellula ha bisogno che questi compartimenti interagiscano tra loro e con l’ambiente esterno. Si instaura un complesso di reazioni chimiche che non sono separate tra loro ma dipendono l’una dall’altra per mantenere un grado di ordine per consentire alla cellula di vivere e riprodursi. L’insieme delle reazioni prende il nome di metabolismo cellulare.

Un essere vivente, però, non è un semplice assemblaggio di atomi o molecole. Una molecola racchiude in sé le proprietà dei singoli atomi ma l’organizzazione crescente in qualcosa di più complesso porta sempre all’emergere di nuove proprietà, non spiegabili con le singole proprietà delle parti che costituiscono l’intera struttura. Idrogeno e ossigeno hanno le loro proprietà chimico – fisiche ma queste da sole non spiegano le proprietà chimico – fisiche dell’acqua.

Un’altra considerazione: se è stato possibile passare da materia inanimata alla vita, sotto il segno di una sorta di continuità, ciò può riprodursi in laboratorio? Se servono alcune molecole e un ambiente reattivo per farle reagire e portarle alla logica della vita, è possibile fare degli esperimenti che portano al risultato sperato della vita.

Questo è stato provato più  e più volte. Primo fra tutti è sicuramente Miller con la sua ampolla. Oparin aveva già proposto quale miscela di gas (brodo primordiale) poteva essere utile per creare molecole che poi si sarebbero rivelate importanti per la costruire la materia vivente. Tra queste ci sono vapore acqueo, idrogeno (H2), metano (CH4) e ammoniaca (NH3). Serviva una fonte di energia e i fulmini erano un ottimo indizio. Stabilita quale miscela era più adatta, Miller la fece percorrere da scariche elettriche, simulando appunto i fulmini. Grazie all’energia che veniva sprigionata, nel giro di un po’ di tempo si creò una torbidità che, analizzata, ha rivelato molecole organiche come amminoacidi.

Immagine1

Tra questi elementi descritti sopra abbiamo anche gli amminoacidi, precursori delle proteine. Sono quelli contrassegnati dall’asterisco.

Anche le basi azotate, precursori degli acidi nucleici (DNA e RNA),  sembrano di facile realizzazione. Ad esempio, Orò et al dimostrarono come acido cianidrico e cianato, molecole abbastanza semplici, possano dare origine, attraverso semplice condensazione (grossolanamente unione di molecole), all’adenina e alla guanina, due delle basi azotate.

basi

In conclusione, se semplici reazioni di composti semplici con l’ausilio di una fonte di energia possono dare origine facilmente a composti complessi che poi sono risultati decisivi per costruire il vivente, allora le prospettive di ricerca della vita fuori dalla Terra sembrano aumentare.

(peppe)

 

20 commenti

  1. bello Peppe... :-P
    insomma, tutto dipende da quello che il nostro "bambino" riesce a fare con quei mattoncini regalati da mamma stella. Se è proprio bravo riesce anche a fare muovere i giocattoli da soli!

  2. Mario Fiori

    Favolosa la vita e tutti i suoi misteri

  3. Alvermag

    Questo tuo articolo mi fa venire in mente il titolo di un famoso libro: "Il caso e la necessità" di Jacques Monod.

    Come dire che l'Universo ha in sè - nel suo DNA, se mi si passa l'ardito paragone - la necessità di sintetizzare molecole complesse le quali poi, a loro volta, in funzione delle condizioni locali, evolvono nelle forme più diverse.

    E' un pò come quel gioco in cui si può lasciar cadere una pallina all'interno di una teca nella quale sono posti degli ostacoli che indirizzano la pallina ora a destra ora a sinistra.
    Non si sa quale sarà la posizione finale della pallina (funzione delle interazioni, difficilmente definibili, con gli ostacoli incontrati) ma si sa che deve NECESSARIAMENTE scendere per via della gravità.
    Le interazioni con gli ostacoli potremmo considerarle CASUALI, ma casuali per ignoranza o perchè effettivamente tali? E se potessimo conoscere, in ogni istante, le asperità di ciascun ostacolo in ciascun punto, la sua temperatura, la velocità di arrivo della pallina, le irregolarità della sua superficie ecc.? Saremmo in grado di calcolare il punto di arrivo della pallina alla base della teca?

    Questo ragionamento mi porta ad allargare la questione alla ... termodinamica. Anni fa lessi un libro in cui l'autore (Mario Ageno) analizzava le ragioni che conducono alla scarsa o nulla capacità di previsione degli effetti di fenomeni naturali (fenomeni irreversibili). La sua conclusione è che questa ignoranza nasce dalla impossibilità di calcolare analiticamente, istante per istante, tutte le cause che determinano uno stato del sistema: quindi, non impossibilità fisica ma ... limiti tecnologici ed intellettuali. Si dovrebbero risolvere sistemi di equazioni con centinaia o migliaia o milioni di componenti. Se non ricordo male la posizione di Ageno si contrappone a quella di Ilia Prigogine.

    E allora, spazio anche alla MQ con le sue variabili nascoste, la non località, la scuola di Copenaghen e diavolerie annesse e connesse.

    Forse sto facendo un minestrone di questioni molto distanti ma ....
    ..... non sarà che siamo sempre di fronte allo stesso mistero che una volta chiamiamo MQ, un'altra volta fenomeni NATURALI (parlo di macrosistemi) ed un'altra ancora VITA ?!?! :roll:

    P.S.: Ottimo percorso quello per cui ci stai conducendo, caro Peppe.
    Fra quante puntate cominceremo a vedere i dinosauri? :mrgreen:

  4. Attenzione Alvy, a non confondere il caos con un percorso a ostacoli, anche se sono miliardi e miliardi... Nel primo caso non esiste soluzione analitica (la famosa farfalla dell'Himalaya), nel secondo esiste una legge causale comunque... La vita è caos oppure complesso causale molto complicato? 8-O

  5. Alvermag

    Scusa Enzo, quando scrivi legge caSUale intendi legge caUSale?

    La mia opinione, del tuto trascurabile, è che la vita sia (possa essere) un complesso caUSale cioè necessario, sia nella fase iniziale di sintesi delle molecole che nella fase evolutiva che segue.

    Mentre però la prima fase sembra essere più omogenea (gli atomi di base sono quelli e la loro sintesi conduce alla produzione di molecole complesse che sono ancora quelle che conosciamo) la seconda mi pare più complessa. Entra infatti in ballo la "sinergia molecolare" che, insieme alle infinite possibili sollecitazioni di ambienti molto diversi, conduce alla comparsa di molteplici specie regalandoci la biodiversità che conosciamo: le basi sono comuni ma gli sviluppi molto diversi.
    Appare allora maledettamente complicato far rientrare questa seconda fase negli stessi paradigmi della prima. Io non credo che la vita sia caSUale, nè caotica: oltretutto sembra contravvenire al secondo principio della termodinamica. Penso che sia caUSalmente determinata rispondendo alle sollecitazioni esterne secondo il principio di causa-effetto, nè più nè meno di una sfera soggetta ad una determinata forza.

    Tu scrivi: "Nel primo caso (caos) non esiste soluzione analitica...". E' proprio questo il mio dubbio. Ne siamo sicuri? Non saranno problemi troppo complessi per poter essere analizzati? Oppure c'è qualche "teorema" che dimostri l'asserzione? Perchè se ci si basa su un principio, beh, di spazio per il dubbio ce ne sarà sempre.

    Lo so, le mie sono chiacchiere in libertà.

    Buona domenica a tutti

  6. Alvermag

    ... e comunque Enzo, siamo proprio sicuri che il CAOS sia CAOTICO? 8-O

    Dove li mettiamo gli ATTRATTORI (più o meno strani)? A me sembra che siano un'ottima base di partenza per normalizzare l'anormalità ... 8-O 8-O

    In ogni CASO, se si analizza la questione in modo veramente attento, si giunge facilmente alla risposta, e questa risposta non può che essere BOH! 8-O 8-O 8-O

  7. caro Alvy,
    sì, hai ragione, volevo scrivere caUSale...
    Riguardo al caos esso è definito abbastanza bene ed esiste già il caos stabile... Comunque io intendo tutto ciò che non è possibile determinare in base alle condizioni iniziali. O, anche, tale che la pur minima differenza porta a differenze di tipo asintotico. Ossia, dati certi mattoncini è impossibile stabilire cosa ne verrà fuori. E' così anche la vita o è invece essenzialmente deterministica? La storia degli attrattori più o meno strani non è così confermata e poi può essere solo un periodo momentaneo...
    Vita e caos sono stati introdotti in modo molto interessante in Jurassic Park e nella sua seconda parte... vale la pena leggerli anche solo per questa visione... (scartata nei film, ovviamente).

  8. peppe

    caro Alvy,
    considerando gli articoli attuali, mancano all'incirca 3,7635 miliardi di anni per giungere alla fine dei dinosauri e all'avanzare dei mammiferi. :mrgreen:

  9. peppe

    errata corrige
    3735 miliardi di anni circa

  10. Alvermag

    Scusa Peppe, ma quale calendario usi?

    Se gli avvenimenti descritti hanno avuto per teatro la Terra primordiale, 3,76 mld di anni mi sembrano un lasso di tempo congruente.

    Se invece gli avvenimenti descritti hanno avuto per teatro l'Universo primordiale, allora potremmo parlare di una quindicina di mld di anni.

    Come ti vengono fuori 3735 miliardi di anni?

  11. peppe

    uso la Terra come riferimento al momento.

    Diciamo che 3,8 miliardi di anni fa circa è un tempo limite. è il "momento" in cui si pensi che la vita sia attecchita sulla Terra, ma non esistono date precise. mi sembra ovvio questo.
    Oltre tale tempo si è certi che la vita sulla Terra sia già in attività. prima di questo tempo limite? magari ci saranno studi che confermano la presenza della vita prima di questo tempo ma considera che la terra aveva bisogno di raffreddarsi e stabilizzarsi.
    il tempo di 3,8 miliardi di anni è un numero che ho studiato nel mio percorso di studi e devo dirti l'ho incontrato anche in alcune letture.
    come al solito, sono sempre ipotesi. 3,735 è solo la differenza di 3,8 miliardi (origine presunta della vita) - 65 milioni di anni (fine dei dinosauri).

  12. peppe

    a voler essere pignoli i dinosauri sono ancora tra noi. 65 milioni di anni fa si sono estinti i grandi rettili ma alcuni "dinosauri", o meglio i loro discendenti, sono sempre intorno a noi.

  13. Alvermag

    Scusami Peppe, io mi riferivo al fatto che nel tuo secondo commento è saltata una virgola e quindi 3,735 mld di anni sono diventati 3.735 mld di anni: effettivamente un pò troppi anche per un Universo nato da un Multiverso 8-O .

    Ora ci siamo. :lol:

  14. Alvermag

    " .... alcuni “dinosauri”, o meglio i loro discendenti, sono sempre intorno a noi".

    Perdonami Peppe ma non sta bene mancare di rispetto in questo modo ad Enzo.
    E dai, non è carino .... :wink:

  15. Alvy, Alvy, tu rischi grosso! Io discendo direttamente dai velociraptor... non so se mi spiego... (sempre per restare in ambito Jurassic Park) :mrgreen:

  16. Daniela

    Ma non l'hai capito, Alvy?! 8-O
    Dopo avere letto l'articolo su Cerere pubblicato da Media Inaf, Peppe si è confuso e, non sapendo se scrivere 3,735 o 3.735, ha tolto tutto ed è saltato fuori 3735 :-D

    Scusa, Peppe, non fare caso alle mie farneticazioni...
    Spero che la serie dei tuoi articoli continui a lungo perché sono davvero interessanti!

  17. Dany è una profonda psicologa!!!! :-P

  18. Alvermag

    Dany è una profonda psicologa?

    Vuol dire che analizzando i nostri commenti è in grado d'inquadrarci tutti?!?! 8-O

    Eh no, ragazzi, un circolare non può essere inquadrato! :wink:

  19. Daniela

    Non mi dirai, Alvy, che nel tuo mondo a 52 dimensioni non siete ancora riusciti a quadrare il cerchio?!
    Che delusione questi alieni!! :-|

    Buona giornata a tutti i Circolari da un Segmento piccolo piccolo che sta faticosamente provando ad allargarsi!
    :mrgreen:

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:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

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