NASCITA E SVILUPPO DELLA VITA SULLA TERRA Parte

NASCITA E SVILUPPO DELLA VITA SULLA TERRA Parte prima Aldai 24 febbraio 2015

Paradosso della vita • Mondo antico: – esseri superiori creati – esseri inferiori germinazione spontanea • Pasteur: no vita da materia • Darwin: vita evolve dalla vita • Come e’ iniziata la vita: – Creazione – Panspermia – Processo casuale – Processo deterministico

Realismo • La vita come la conosciamo puo’ solo basarsi su acqua e carbonio. • La conformazione stessa degli atomi impedisce catene stabili senza Carbonio • La conformazione della molecola d’acqua conferisce caratteristiche uniche di solvente universale

Paradosso della vita • Creazione: assenza di processi fisici naturali, inaccessibile alla scienza • Panspermia: arrivo dallo spazio. Ipotesi ardita ma sposta solo il problema • Processo casuale: 1/10^600, impossibile • Processo deterministico: tuttora ignoto alla grande, solo vaghe idee fantasiose • In ogni caso a un certo punto della storia la vita compare e questo e’ un fatto

PARADOSSO NEL PARADOSSO • Uova e galline • Tutti gli esseri viventi sulla terra si basano sul metabolismo del DNA e RNA • Il DNA e’ un polimero costituito da 4 tipi di mattoni in sequenza doppio-elicoidale • Il DNA e’ prodotto unicamente da altro DNA e cosi’ i mattoni elementari • L’ RNA e un polimero singolo auto-avvolto

Progetto DNA

L’ elica del DNA

I componenti

La struttura

L’ RNA

I processi

Album di famiglia

PARADOSSO NEL PARADOSSO 2 • Una catena DNA ha da 5 milioni di mattoni (Batteri semplici) a 250 milioni (uomo) • Come e’ nato il DNA? • Stesse problematiche del sorgere della vita • Impossibile assemblaggio casuale • Costruzione per stadi intermedi? • Mondo RNA? • E l’ RNA? Da dove? • Riprenderemo fra poco

SUL LUOGO DELITTO • Il responso dei fossili – Per 4 miliardi di anni niente fossili: solo tracce indirette – Rapporto C 12/C 13 – Scarti batterici – Presenza di elementi di origine biologica – Vita e storia della terra finemente intrecciati

Formazione della Terra

Nasce la Luna

Terra Infuocata

Si formano gli oceani

La testimonianza degli zirconi

Il cratone australiano

Vulcani e maree

La terra adeana

L’ ultimo bombardamento

La scala geologica

La Terra nell’ archeano

Formazione dei continenti e tettonica a zolle

Nasce la vita

La vita lascia le prime tracce: gli stromatoliti

IL GRANDE GAP • Il piu’ grande salto nella storia dell’ Universo • Da amminoacidi di una decina di atomi a batteri da un miliardi, organizzati replicanti e in continua evoluzione • Come puo’ essere successo • Le supposizioni degli scienziati

Approccio top-down • Risaliamo piu’ indietro possibile alle forme piu’ elementari. • Anche i primi batteri comparsi hanno il 50% in comune con l’uomo e sono terribilemente complessi • Niente di precedente ha lasciato tracce • Vicolo cieco

Approccio bottom-up • Cerchiamo processi plausibili per i quali molecole semplici abbiano originato molecole sempre piu’ complesse fino a dotarle di metabolismo riproduzione ed evoluzione, la caratteristiche fondanti della vita • Cerchiamo di riprodurli in laboratorio step by step

Selettivita’ • • • La vita che conosciamo e’ assai schizzinosa. Solo 4 amminoacidi Solo 20 proteine Solo catene dispari Solo molecole destrogire Non conosciamo processi cosi’ selettivi

Ipotesi metabolica Esistono reazioni chimiche cicliche autoreplicanti Il ciclo inverso dell’ acido citrico Molecole replicante domina Processi piu’ efficienti si sviluppano e cristalli polarizzati catalizzano • In qualche modo si impara a trasmettere il progetto di generazione in generazione • Il progetto diviene sempre piu’ complesso e sfocia nel DNA • Il DNA soppianta tutti gli altri meccanismi • •

Ipotesi genetica • L’ inizio e’ una configurazione precorritrice di RNA e DNA molto semplice (PNA? ) che trasmette selettivita’ chimica spaziale • Le catene piu’ stabili crescono e replicano • Col tempo le funzioni si assommano nell RNA • A sua volta cede il compito di conservare il patrimonio genetico e produrre i propri componenti al DNA • Entrambe ipotesi per ora irreplicabili in lab.

I batteri scoprono la fotosintesi. La catastrofe dell’ ossigeno

Ossidazione di mare e terra: bif

L’ andamento dell’ ossigeno nelle ere

Ciclo dei supercontinenti • • • Nome Formazione Vaalbara 3, 6 Kenorlandia 2, 72 Columbia 1, 81 Rodinia 1, 30 Pangea 0, 30

Vaalbara

La prima e piu’ grande glaciazione: la Huroniana (2. 3 miliardi fa)

Terra Palla di Neve

Rinascita della vita: dai procarioti

Agli eucarioti

Progresso fondamentale • Specializzazione delle cellule e quindi predisposizione a organismi mutlicellulari • Apertura alla riproduzione sessuale con cellule riceventi e cellule donanti • Accelerazione drammatica della velocita’ di evoluzione • Ma …………. Non tutto era pronto

Columbia

Il boring billion • • Per un miliardo di anni tutto sembro’ fermarsi Il primo grande supercontinente Columbia Niente mari bassi Mancanza del ferro per “digerire” l’ Azoto Eoni per sostituirlo con Molibdeno o Manganese Lenta ossigenazione degli abissi oceanici Habitat ristretto per gli eucarioti Columbia si spezza e nasce Rodinia

Rodinia

Ciclo dei supercontinenti

Rodinia si spezza • Le Terra tenta ancora una volta di scrollarsi di dosso la vita • La Terra ghiaccia completamente per oltre 200 milioni di anni • Vedremo alla prossima lezione la brillante reazione della vita alle minacce dell’ ambiente

Ghiaccio dai Poli all’ Equatore

Un anticipo: dal ghiaccio emerge Picaia: il primo cordato