La teoria della sintesi abiotica: cos'è e a quali domande cerca di rispondere

Comprendere l'origine della vita è, per l'essere umano, una delle questioni più complesse e mistiche che si possano proporre. In che modo la cellula, l'unità di base degli esseri viventi, è nata da composti non viventi? Qual è la ragione di fondo che ha portato alla comparsa degli esseri viventi dagli elementi che li compongono?

Il semplice concetto di "non vita" è enormemente complesso da comprendere perché, su un pianeta con più di 8,7 milioni di specie stimate (la maggior parte senza scopri), il semplice fatto di concepire la mancanza di materia organica senziente ad un certo punto della storia della Terra è, senza dubbio, una sfida anche per il migliore degli umani. scienziati.

Qui esploreremo un argomento che va oltre l'esistenza stessa dell'essere umano, poiché ci proviamo chiarire le ipotesi e le ipotesi che hanno cercato di spiegare l'origine della vita nel nostro pianeta. È l'ambito di abiogenesi e teoria della sintesi abiotica, dove si tratta di spiegare l'esistenza dell'essere dal nulla.

• Articolo correlato: "Le 10 migliori teorie sull'origine della vita"

Qual è la teoria della sintesi abiotica?

L'abiogenesi si riferisce al processo naturale di emersione della vita dalla sua non esistenza, cioè basato sulla materia inerte, composti organici semplici. La comunità scientifica stima che l'origine della vita risalga a un periodo compreso tra 4.410 milioni di anni, quando il vapore di acqua cominciò a condensarsi regolarmente sulla Terra, e 3.770 milioni di anni fa, momenti in cui i primi segni di vita.

La teoria “classica” dell'origine della vita comporta alcuni insormontabili inconvenienti logistici, che sono stati trattati in articoli di riviste scientifiche. in più istanze. Per comprendere la complessità nel chiarire questo processo, ne presentiamo alcuni:

• Queste postulazioni oscurano il concetto stesso di "vita". Non esiste una conclusione riducibile riguardo all'autosintesi delle forme viventi nello spazio-tempo.
• La produzione dei primi esseri viventi si trova nei mari primitivi, le cui condizioni erano troppo aggressive perché qualsiasi tipo di vita potesse prosperare.
• Stabilisce che i protobionti "hanno ricevuto" la vita per il semplice fatto di acquisire una complessa struttura molecolare.
• Perché qualcosa sia vivo, è necessario il DNA, un fatto quasi inconcepibile in un ambiente climaticamente rigido come i mari primitivi.
• Qual è stato il primo, l'uovo o la gallina? Cioè, come si sono replicati i primi esseri viventi se supponiamo che non avessero DNA o RNA?

È tempo di diventare un po' metafisici, perché il terzo punto di questa lista richiama in particolare la nostra attenzione. Nemmeno ordinando tutte le sostanze necessarie per dare origine al tipo cellulare più semplice di tutti siamo riusciti ad ottenere una struttura che sperimenta la vita, motivo per cui l'"essere" deve costituire qualcosa di più della somma di tutte le sue parti, no?

Sintesi abiotica da molecole organiche: l'esperimento di Miller

La teoria della sintesi abiotica non potrebbe essere concepita oggi senza l'esperimento di Miller, che lo fu effettuato nel 1953 da Stanley Miller e Harold Clayton Urey (biologo e chimico) presso l'Università di Chicago. Per cercare di spiegare l'origine della vita in un ambiente di laboratorio, questi esperti avevano bisogno di una serie di contenitori e tubi di vetro collegati tra loro in un circuito chiuso.

In linea generale, possiamo riassumere l'esperimento nei seguenti concetti: una miscela di acqua, metano, ammoniaca, anidride carbonica, azoto e idrogeno (i composti eventualmente presenti all'epoca dell'origine della vita) e questo è stato sottoposto a scariche elettriche di 60.000 volt a molto Alto.

Da questi elementi, dall'energia fornita al sistema e dai tubi di vetro interconnessi si ottenevano varie molecole organiche, tra cui il glucosio e alcuni amminoacidi. Questi composti sono essenziali per la sintesi proteica da parte delle cellule, cioè le basi della loro crescita e sviluppo.

Dopo questo incredibile esperimento, sono state eseguite varie varianti della procedura in ambienti di laboratorio. Grazie a tentativi ed errori, sono stati raggiunti i seguenti traguardi:

• Sono riusciti a formare, da composti inorganici, 17 dei 20 amminoacidi che compongono le proteine.
• Sono state sintetizzate tutte le basi puriniche e pirimidiniche che permettono la creazione di nucleotidi, che si associano per formare DNA e RNA nella cellula.
• Uno studio afferma di aver creato nucleotidi da basi pirimidiniche, sebbene questo processo sia molto più difficile da realizzare.
• Sono stati creati 9 degli 11 intermediari del ciclo di Krebs.

Nonostante tutti questi progressi, spiegare la formazione della materia organica da quella inorganica rimane un enigma. Ad esempio, si teorizza che, al momento dell'origine della vita, la concentrazione di metano e ammoniaca in l'atmosfera non era delle migliori, motivo per cui l'esperimento che vi abbiamo esposto perde un po' forza. Inoltre, spiegare l'origine delle molecole organiche è il primo passo per comprendere l'emergere del vita, ma come abbiamo visto, un'associazione di molecole richiede qualcosa di "speciale" per essere concepita come vita.

• Potresti essere interessato a: "La teoria dell'evoluzione biologica: cos'è e cosa spiega"

Ipotesi sull'origine della vita

Per un'ipotesi di risposta all'origine della vita, deve risolvere i seguenti dubbi:

• Come sono state create le molecole essenziali che definiscono la vita, cioè amminoacidi e nucleotidi (l'esperimento descritto in precedenza può dare una parziale risposta).
• Come questi composti sono stati associati per dare origine a macromolecole, cioè DNA, RNA e proteine ​​(processo di spiegazione molto più difficile).
• In che modo queste macromolecole sono state in grado di auto-riprodursi (nessuna risposta).
• Come queste macromolecole sono state delimitate in forme autonome separate dall'ambiente, cioè dalla cellula.

Forse l'esperimento di Miller e le sue varianti coprono, in una certa misura, le prime due domande. Anche così, spiegare il resto delle incognite è un compito arduo. Nel 2016, uno studio sulla rivista Nature è riuscito a fare un ulteriore passo avanti in relazione a questo problema: ha studiato la fisica delle piccole "goccioline attive", formate dalla segregazione di molecole in miscele complesse risultanti da cambiamenti di fase. In altre parole, erano goccioline chimicamente attive che riciclavano componenti chimici dentro e fuori dal liquido circostante.

La cosa affascinante di questo studio è che i praticanti hanno scoperto che queste goccioline tendevano a crescere fino alle dimensioni di una cellula e, in una certa misura, divise da processi simili. Questo potrebbe supporre un modello chiaro per la "protocellula prebiotica", cioè, l'esistenza di entità compartimentate in cui si verificano processi chimici nonostante il fatto che non fossero vivi di per sé. Certo, ci stiamo muovendo in aree difficili da capire, ma l'idea generale è quella successivo: si stanno facendo progressi scientifici che cercano di rispondere alle domande postulati.

Altre ipotesi

Abiogenesi sulla Terra, o ciò che è lo stesso, la teoria della sintesi abiotica (creazione della vita dalla materia organica) Non sono le uniche ipotesi considerate per spiegare la vita sul nostro pianeta. Il chiaro esempio di ciò è il panspermia, una corrente completamente diversa che cerca di spiegare l'arrivo dei primi microrganismi sulla Terra attraverso corpi esogeni, cioè meteoriti.

Molte scoperte sono state fatte riguardo a questo argomento, da allora alcune colonie batteriche hanno mostrato resistenza alle condizioni spaziali, l'uscita dall'orbita di un pianeta e la successiva entrata. Tuttavia, non è stato possibile verificare contemporaneamente la sopravvivenza nei 3 stadi e, ancora una volta, si tratta di condizioni di laboratorio.

Anche ipotesi come la panspermia pongono un problema in sé, poiché cercano di spiegare come la vita sia venuta sulla terra, ma non la sua vera origine. Per questo motivo, il fatto che un'associazione di molecole organiche abbia dato origine alla vita rimane, a tutt'oggi, una vera incognita.

Riepilogo

Come abbiamo potuto vedere, dall'esperimento di Miller sono stati fatti enormi passi avanti in termini di teoria della sintesi abiotica: dalla sintesi di quasi tutti gli amminoacidi fino al nucleotide, sono riusciti quasi a creare "tutti" gli elementi necessari dalla materia inorganica affinché una cellula si metta in Marzo.

Sfortunatamente, la domanda rimane: come si sono associate queste molecole per dare origine alla cellula? Ricerche come quella precedentemente descritta e pubblicata sulla rivista Nature provano a rispondere a questa domanda, attraverso il studio di "proto-cellule" non viventi composte da molecole organiche che reagiscono con l'ambiente in modo simile a un'entità cellulare. Certo, c'è ancora molta strada da fare e la questione dell'origine della vita rimane valida.

Riferimenti bibliografici:

• Abiogenesi, L'origine della vita sulla Terra, Nasif Nahle Sabag, Biblioteca Omegalfa.
• Menez, B., Pisapia, C., Andreani, M., Jamme, F., Vanbellingen, Q. P., Brunelle, A.,... & Refrégiers, M. (2018). Sintesi abiotica di amminoacidi nei recessi della litosfera oceanica. Natura, 564(7734), 59-63.
• Zwicker, D., Seyboldt, R., Weber, C. A., Hyman, A. A., Julicher, F. (2017). La crescita e la divisione delle goccioline attive fornisce un modello per le protocellule. Fisica della natura, 13(4), 408-413.