1BTX - Joan Oró

JOANORÓ

Capítol 3. L'origen de la vida

Dossier

Som-hi!

"La ciència, com la filosofia, sempre s’ha mogut per l’intent de respondre preguntes fins aleshores sense resposta."

Joan Oró (1923 - 2004)

els primers fòssils

Els organismes fòssils més antics del planeta són els estromatòlits. Es tracta de roques sedimentàries formades per bacteris fotosintètics (cianobacteris) i que, després de 3500 M.a., segueixen creixent en alguns llacs i mars de diferents indrets de la Terra.

què són?

com són?

on són?

l'evolució prebiòtica

Malgrat els primers éssers vius del registre fòssils daten de fa uns 3500 M.a., es tracta de formes d'organització que ja gaudeixen d'un mínim de complexitat, la qual cosa fa pensar que la vida seria present a la Terra centenars de milions d'anys abans i, probablement, s'hauria originat de manera espontània a partir de reaccions químiques.

1959

Joan Oró

1953

Stanley Miller

1924

Alexander Oparin

on es va originar?

el primer ésser viu

Existeix un consens entre la comunitat científica que el primer ésser viu que va habitar la Terra (LUCA, "Last Universal Common Ancestor") deuria existir fa uns 3700-4000M.a. Probablement seria un organisme unicel·lular i procariota, similar a alguns arqueobacteris que podem trobar actualment en ambients "extrems".

de què estaria fet LUCA?

Membrana plasmàtica

Ribozims*

totes les cèl·lules actuals disposen, a més a més de la membrana, de ribosomes, enzims i material genètic, però aquestes tres funcions les assumirien els ribozims a LUCA.

els extremòfils

Els científics que estudien l'origen de la vida i la possibilitat que aquest fenomen es produeixi també en altres indrets a l'Univers (els astrobiòlegs) es fixen en microorganismes que viuen actualment en indrets que reuneixen condicions similars a les de la Terra primitiva on va sorgir LUCA. Aquests microorganismes s'anomenen extremòfils perquè viuen en hàbitats extrems, inhòspits per a la majoria d'éssers vius, i pertanyen, normalment, a un grup de procariotes anomenats arqueobacteris.

Hipertermòfils

les Olimpíades extremòfiles

Geogemma barossii

121ºC

Halòfils

Halobacterium sp.

x10 Medit.

Alcalòfils

Bacillus sp.

pH >11

Radiació

Thermococcus gammatolerans

x500 humans

Acidòfils

Picrophilus sp.

pH 0,06

Psicròfils

Planococcus halocryophilus

-25ºC

Baròfils

Thermococcus piezophilus

1180 atm

un viatge per la història

Joan Oró sintetitza adenina (un component de l'ADN) a partir d'àcid cianhídric (una molècula inorgànica)

1900

1800

1700

1600

2000

1500

Alexander Oparin

1894 - 1980

L'any 1859 Louis Pasteur va desmentir la generació espontània en els microorganismes, la qual cosa va fer aflorar un nou problema científic: si tots els éssers vius es formen a partir d'un de preexistent, de quina manera va sorgir el primer? Alexander Oparin, un bioquímic rus, va ser el primer en intentar donar resposta a aquesta pregunta.Oparin va proposar l'any 1924 que les primeres molècules orgàniques es formarien a partir de reaccions químiques que únicament podrien produir-se en les condicions de la Terra primitiva. Aquestes molècules s'organitzarien espontàniament en estructures més complexes (similars a les membranes de les cèl·lules), que Oparin anomenaria coacervats i que serien el fruit d'aquest procés d'evolució prebiòtica o química. Els coacervats constituirien les estructures precursores de la primera cèl·lula viva. Més tard, l'any 1929, el bioquímic americà JBS Haldane va arribar a la mateixa conclusió que Oparin. Haldane creia que les condicions òptimes per a la formació de coacervats es donarien en un brou primordial, en aigües calentes i estancades a la superfície de la Terra primitiva.

Joan Oró

1923 - 2004

L'any 1959, poc després del famós experiment de Stanley Miller, Joan Oró va aconseguir sintetitzar adenina a partir d'àcid cianhídric, un compost inorgànic molt tòxic per als éssers vius. L'adenina és una de les quatre bases nitrogenades que formen els nucleòtids de l'ADN i, per tant, es tracta d'una molècula orgànica important i present en totes les cèl·lules de tots els organismes. El descobriment d'Oró sumava evidències a la teoria del brou primordial d'Oparin i Haldane.Dos anys després de la seva troballa, l'any 1961, Joan Oró va detectar la presència d'àcid cianhídric en condrites carbonàcies, un tipus de roca d'origen extraterrestre (present en meteorits), la qual cosa va fer pensar Oró en la hipòtesi de la panspèrmia, segons la qual l'origen de la vida s'hauria produir fora de la Terra. Anys després es trobarien compostos orgànics en meteorits que reforçarien aquesta idea.

Fumaroles hidrotermals

El darrer indret que s'ha especulat que podria haver acollit l'origen del primer ésser viu són les fumaroles hidrotermals. Es tracta de petits volcans submarins propers a les dorsals oceàniques, que alliberen contínuament gasos com el metà (CH4), l'hidrogen (H2) o el vapor d'aigua (a més de 200ºC). En aquestes condicions extremes, resguardades, però, de la inestabilitat de la superfície del planeta, podrien haver sorgit cèl·lules quimioautòtrofes, capaces d'obtenir energia dels gasos de les fumaroles tal com ho fan alguns bacteris extremòfils encara actualment.

Stanley Miller

1930 - 2007

L'any 1953 el nordamericà Stanley Miller va simular les condicions de la Terra primitiva en un laboratori i va aconseguir sintetitzar aminoàcids i altres molècules precursores de compostos orgànics. L'experiment de Miller és molt rellevant pel fet que demostra les tesis d'Oparin i Haldane, sobre l'origen de la vida a la Terra en les condicions de fa 4000 M.a.

Mescla de gasos (CH4, H2O, NH3, H2) que simulaven , segons Miller, l'atmosfera de la Terra primitiva, sotmesos a descàrregues elèctriques (emulant els llamps i l'impacte de meteorits).

Tub de condensació que refredava el vapor d'aigua i el condensava per tal de poder recollir-lo juntament amb els compostos formats a l'atmosfera.

Aigua bullint, simulant els càlids oceans i llacs de la Terra de fa 4000 M.a.

Matràs que recollia el vapor d'aigua condensat i les substàncies formades al matràs amb la barreja de gasos.

Els ribozims

Tota cèl·lula ha de ser capaç de construir-se a ella mateixa per mitjà de reaccions químiques pròpies (metabolisme) i ha de ser capaç també de reproduir-se i donar lloc a una nova cèl·lula que també disposi de les mateixes capacitats. A les nostres cèl·lules i a les de tots els éssers vius amb qui convivim aquestes funcions les porten a terme molècules específiques, com l'ADN (on hi ha les instruccions genètiques), els enzims (que possibiliten les reaccions metabòliques i són proteïnes) i els ribosomes (que llegeixen l'ADN i sintetitzen proteïnes).El descobriment, a la dècada de 1986, dels ribozims, que eren molècules de RNA que acceleraven reaccions químiques, com ho fan els enzims i que, alhora , eren capaces d'autoreplicar-se, va permetre a Walter Gilbert formular la hipòtesi del "Món de RNA" per explicar l'origen de les primeres cèl·lules. Aquesta teoria suggeria que, en un inici, els primers éssers vius no gaudirien d'un genoma d'ADN, sinó que estarien formats per diferents molècules de RNA catalítiques i autoreplicatives, com els ribozims, envoltades d'una membrana plasmàtica. L'evolució conduiria, posteriorment, a la substitució del RNA per DNA i a l'adopció de les proteïnes en el paper d'enzims. Els ribosomes, presents a totes les cèl·lules actuals, són vestigis d'aquells ribozims de LUCA i dels seus descendents propers.

Brou primordial

Alexander Oparin i JBS Haldane van proposar a la dècada de 1920 que l'evolució prebiòtica hauria tingut lloc en un medi aquós ric en molècules precursores de compostos orgànics i temperatures elevades, al qual van anomenar "brou primordial". Els substrats argilosos i la radiació ultravioleta haurien facilitat les reaccions químiques que van portar a la síntesi espontània de les primeres molècules orgàniques i, posteriorment, dels coacervats descrits per Oparin. Segons el bioquímic rus, les primeres cèl·lules serien quimioheteròtrofes i s'alimentarien dels compostos orgànics dissolts al brou.

Estromatòlits

zona de creixement

el tapís microbià de cianobacteris continua creixent a la superfície, allunyat del sediment que s'acumula

ciment

les secrecions de carbonat de calci dels cianobacteris atrapen i uneixen sediments per formar les capes més fosques

interior

l'interior de l'estromatòlit conté capes concèntriques d'antics bacteris fossilitzats i dels sediments que van retenir

la base de l'estromatòlit i es troba fermament adherida al terra

base

Panspèrmia

L'any 1961 Joan Oró va detectar la presència d'àcid cianhídric en condrites carbonàcies (un tipus de meteorits força freqüents). Tenint en compte que el bioquímic català havia aconseguit sintetitzar adenina a partir d'aquest compost inorgànic, Oró va suggerir la possibilitat que la vida s'originés fora del planeta i arribés a la Terra per mitjà dels meteorits. Aquesta hipòtesi es va anomenar "panspèrmia" i va rebre un impuls quan, pocs anys després, es van detectar molècules orgàniques a l'interior de condrites carbonàcies. Científics eminents com Carl Sagan o el mateix Alexander Oparin van alinear-se amb Oró en la defensa de la teoria de la panspèrmia per explicar l'origen extraterrestre de la vida.

La membrana plasmàtica

Tota cèl·lula es caracteritza per tenir un metabolisme propi. És a dir, a l'interior d'una cèl·lula es produeixen reaccions químiques, algunes de les quals són úniques i diferents de les que es produeixen en cèl·lules d'altres éssers vius. És per això que un primer pas cap a una organització biològica hauria de consistir, inevitablement, en la separació d'un medi intern aquós (on tindran lloc aquestes reaccions) i un medi extern (també aquós). Aquesta és la funció de la membrana plasmàtica. Malgrat les primeres membranes probablement eren proteiques, ben aviat van incloure lípids amfipàtics, com els fosfolípids, que constitueixen les membranes cel·lulars de la majoria d'espècies actuals.

Algunes proteïnes possibiliten el transport de substàncies de dins a fora de la cèl·lula o a l'inrevés.

Les proteïnes faciliten la comunicació entre l'interior i l'exterior de la cèl·lula.

Els glicolípids i les glicoproteïnes permeten a la cèl·lula reconèixer i unir-se a altres cèl·lules veïnes.

Els fosfolípids són lípids amfipàtics, amb un cap polar i una cua apolar. Això els permet estar en contacte amb els medis intern i extern (aquosos) i, alhora, evitar el pas de substàncies polars gràcies a un interior hidròfob.

El colesterol és un greix present a les cèl·lules animals que confereix fluïdesa a la membrana.