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L'origine della vita

Esistono cinque caratteristiche che distinguono un organismo vivente da un oggetto inanimato: la riproduzione, la crescita e lo sviluppo, l’adattamento all’ambiente, la risposta agli stimoli e la trasformazione dell’energia. Tutti gli organismi viventi sono formati da una o più cellule simili. Molto probabilmente tale origine remota ha avuto luogo nell’acqua, poiché gli oceani primordiali contenevano tutti gli elementi necessari all’evoluzione chimica prebiotica (tale composto viene talvolta definito brodo primordiale). Inoltre è necessario considerare che all’epoca la composizione dell’atmosfera era molto diversa da quella attuale. In modo particolare, non essendo presente l’ossigeno, e quindi l’ozono, le radiazioni ultraviolette letali provenienti dal sole erano libere di raggiungere la superficie del nostro pianeta. L’acqua, tuttavia, anche se poco profonda, rappresenta uno schermo ideale contro le radiazioni UV e può avere rappresentato un’ulteriore agevolazione nelle fasi iniziali dell’evoluzione biotica in ambiente acquatico.

Il pensiero di Oparin

La prima teoria riguardo all’origine della vita venne elaborata dal biochimico Oparin. Secondo questo scienziato, la comparsa della vita sulla Terra fu preceduta da una lunga evoluzione chimica. L’ambiente primitivo in cui si svolsero questi eventi aveva due proprietà importanti: 1) l’ossigeno libero era quasi del tutto assente nell’atmosfera, mentre era ancora abbondante l’idrogeno; 2) i quattro elementi chimici (idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto), che oggi costituiscono più del 95% dei tessuti degli organismi viventi, erano già disponibili nell’atmosfera e nelle acque. Oparin ipotizzò che, in tali condizioni, dai gas dell’atmosfera si sarebbero potute formare grandi quantità di molecole complesse, che in seguito si sarebbero raccolte dando origine al brodo primordiale. Col passare del tempo queste molecole sarebbero diventate via via più numerose e sempre più vicine; a causa della maggiore concentrazione, si sarebbero poi combinate dando luogo a piccoli aggregati più complessi. A questo punto, all’evoluzione chimica avrebbe fatto seguito l'evoluzione prebiologica, con la formazione di piccoli sistemi primitivi, detti coacervati, che si possono ritenere il punto di partenza di tutto il mondo vivente. Insieme a Miller dimostrarono che si potevano formare spontaneamente alcune semplici biomolecole, come gli amminoacidi, che sono i componenti di base di tutti gli organismi viventi.

La cellula procariota

Le prime cellule viventi erano cellule procarioti anaerobiche ed eterotrofe, riconducibili a batteri. Questi si nutrivano dei composti organici presenti nell'ambiente e ricavavano l'energia necessaria al proprio mantenimento grazie a processi di fermentazione. Il progressivo impoverimento delle sostanze nutritive nel brodo primordiale favorì quelle cellule che avevano sviluppato la capacità di attuare la fotosintesi, cioè utilizzare il diossido di carbonio e la radiazione solare per ricavare energia. Comparvero così le prime cellule autotrofe, i cianobatteri. L'atmosfera inizò ad arricchirsi di ossigeno e si crearono le condizioni favorevoli per l'evoluzione dei batteri aerobici, cioè in grado di effettuare la respirazione cellulare, un processo più efficiente della fermentazione per ricavare energia dagli alimenti. Secondo le ipotesi circa 1,6 miliardi di anni fa alcuni batteri anaerobici, che si nutrivano inglobando batteri interi, avrebbero dato origine alle cellule eucarioti. Ciò sarebbe avvenuto in seguito al verificarsi di due tipi di simbiosi metaboliche:1. tra un batterio anaerobico ed eterotrofo e un batterio aerobico: in questo caso si sarebbe formata la cellula animale; 2. tra un batterio aerobico e un cianobatterio: in questo caso si sarebbe formata la cellula vegetale.