Primi processi fotosintetici
La Vita sulla Terra è comparsa tra i 4,4 e i 2,2 miliardi di anni fa, quando le componenti acide dell’acqua di mare e quelle basiche delle esalazioni vulcaniche sottomarine, hanno interagito e hanno determinato la nascita delle prime aggregazioni lipidiche.
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Ambiente cellulare primitivo
Queste sono state le prime rudimentali membrane cellulari che venivano attraversate dagli aminoacidi, alcuni dei quali, trovandosi in un ambiente promiscuo e circoscritto – ambiente cellulare primitivo – , potevano stabilire tra loro reazioni chimiche di legame tali da formare le prime proteine e i primi filamenti di DNA.
Primi organismi unicellulari
Proteine e DNA erano (e sono) i mattoni costituenti e il materiale genetico fondamentali per la nascita delle elementari forme di vita. Queste primissime forme di vita erano di tipo unicellulari e si potevano generare solo in ambienti acquatici al riparo dalle radiazioni ultraviolette del Sole. Il luogo in cui avvennero tali reazioni vitali furono infatti le pozze delle formazioni rocciose rimaste in ombra le quali venivano periodicamente invase dall’acqua durante i grandiosi maremoti primordiali.
Dal Big Bang alle Stelle
Sapere in che modo sia nata la Vita sulla Terra è, al momento attuale, una conoscenza non raggiunta in senso scientifico assoluto, ma esiste una ricostruzione dei principali eventi che hanno portato a questa manifestazione a partire dalla nascita dell’Universo fino ad oggi.
Subito dopo il Big Bang, l’Universo, dalle dimensioni di un atomo è passato a quelle della Terra, sotto forma di un’enorme nuvola di gas. Dopo un miliardesimo di secondo si sono formati il Tempo, lo Spazio e la Forza di Gravità ; dopo un secondo si sono formati protoni, neutroni ed elettroni e, dopo tre minuti, sono nati i nuclei di idrogeno, elio e tracce di litio.
Per i successivi 380 mila anni l’Universo ha continuato ad espandersi in assenza di Luce. Questo perchè la forte densità di materia ha impedito che avvenisse il passaggio dei raggi di Luce.
Polvere di Stelle
Dopo questi primi 380 mila anni senza Luce, la nube di gas primordiale ha cominciato a condensarsi in vari punti dando vita alla formazione delle prime stelle.
Le formazioni stellari avevano (e hanno) un ciclo vitale fatto di tre momenti principali:
- la Nascita della Stella
- la Vita della Stella
- la Morte della Stella
Nella fase terminale della vita di una Stella (Processo di Spegnimento o Morte della Stella) il materiale di combustione inizia ad esaurirsi e a ciò segue in breve tempo il collasso e l’esplosione.
Supernova
L’esplosione di una Stella determina la generazione di una Supernova, cioè di una poderosissima esplosione di materiale stellare che si disperde nello spazio e diventa potenzialmente materiale disponibile per nuove aggregazioni.
Questo materiale stellare tra le altre cose può diventare anche elemento costitutivo per la generazione della vita sulla Terra e (probabilmente) su altri pianeti.
Le protocellule
L’aggregazione di polvere stellare che porta alla generazione della vita è una combinazione, da un punto di vista chimico, di componenti acide e basiche.
La parte acida viene fornita dall’acqua di mare, ricca di cloruro di sodio, e quella basica dai fumi ferrosi che fuoriescono dalle profondità terrestri ed espulsa durante le tumultuose eruzioni vulcaniche della Terra. La combinazione di queste due componenti (acido e base) avviene in mare e ha fornito, tra i 4,4 e i 2,7 miliardi di anni fa, il materiale primordiale necessario alla nascita delle prime forme di vita: le Protocellule.
Dalle protocellule l’evoluzione ha poi consentito la nascita e la proliferazione di cellule sempre più complesse fino all’attuale cellula moderna che è il risultato di un lungo cammino di evoluzione durato milioni di anni.
Maremoti e Luna
Quattro miliardi di anni fa la Luna era molto più vicina alla superficie terrestre rispetto ad oggi e questa vicinanza era la causa di un vigoroso moto ondoso dei mari.
Le acque del mare invadevano continuamente le zolle di terra ferma penetrandovi per diversi chilometri e ritirandosi con altrettanta forza e velocità . A queste alte maree seguiva il ritiro delle acque, ma una parte di essa rimaneva intrappolata nelle depressioni rocciose trasformandosi in pozze d’acqua.
Pozze d’acqua in ombra
Le pozze d’acqua che si formavano nelle zone d’ombia, al riparo dalle alte temperature prodotte dalle radiazioni ultraviolette del Sole diventavano l’ambiente microclimatico ideale per la nascita delle prime forme di vita.
Al clima di umidità prolungato si sommava una condizione fisica di isolamento imposta dal primetro della depressione rocciosa.
Tali condizioni (umidità prolungata più isolamento fisico) davano la stabilità fisica necessaria all’innesco delle reazioni chimiche che portarono alla nascita delle primordiali forme di Vita.
Isolamento + Umidità = Vita
L’ombra genera la vita
All’interno delle pozze non esposte al sole l’acqua marina creava dunque un microambiente favorevole all’innesco della Vita che avvenne con la prima e rudimentale aggregazione di molecole lipidiche che portarono alla costituzione delle primordiali membrane cellulari.
Dagli aminoacidi Proteine e DNA
Le membrane cellulari erano delle barriere fisiche all’interno delle quali si concentravano poi alcuni tipi di aminoacidi che, “costretti” ad interagire dalla ristrettezza degli spazi, generavano le prime aggregazioni proteiche e i primi filamenti di DNA.
Il fatto che queste pozze fossero in ombra impediva alle radiazioni ultraviolette del Sole di colpire e distruggere i filamenti di DNA, passaggio questo fondamentale per la generazione della vita in quanto, la trasmissione del materiale genetico da cellula madre a cellula figlia, era (ed è) il processo attraverso il quale si genera la Vita.
Ad accendere i motori che avrebbero generato la vita sarebbe stato, come detto, l’energia prodotta dalla combinazione di sostanza acide dell’acqua marina e di sostanze basiche dei fumi emanati dalle eruzioni vulcaniche sottomarine contenenti alte concentrazioni di ferro.
Il pianeta Terra attualmente è un insieme variegato di forme di vita: vita vegetale e vita animale; vita semplice e vita complessa animale e/o intelligente (l’Uomo). Tutte queste diverse forme di esistenza vitale hanno in comune il fatto che possono avere parti di DNA già appartenuto in passato ad altre cellule di altri animali o vegetali, magari vissute miliardi di anni fa.
Selezione naturale
In miliardi di anni il DNA nella trasmissione dalla cellula madre alla cellula figlia non genera mai degli individui identici, bensì simili. Ciò significa che nella trascrizione avvengono uno o più “errori” che portano alla creazione di un nuovo materiale genetico che alcune volte fornisce alla nuova vita le “dotazioni” migliori per sopravvivere (mutazioni vantaggiose), mentre in altri casi, l’errore di trasmissione, porta la nuova generazione ad avere degli handicap (mutazioni svantaggiose) e le conseguenze sono, nei casi più gravi, la non sopravvivenza della specie. In questo modo avviene la selezione naturale che altro non è che una competizione per la sopravvivenza e la proliferazione tra individui che si spartiscono le risorse vitali disponibili: chi ha l’arsenale più adatto alla sopravvivenza riesce a proliferare e a trasmettere parte del proprio materiale genetico ai successori; chi non ha tali dotazioni soccombe senza eredi e il suo ramo di specie si estingue.
Da cellula primordiale a cellula moderna
La proprietà principale del DNA è la capacità di cambiare. Di tutte le mutazioni che hanno condotto alla nascita degli organismi complessi (vegetali e animali) la più importante e la più antica è il salto dalla struttura monocellulare alla più complessa struttura pluricellulare.
Fotosintesi
Il salto di specie da un organismo unicellulare a un organismo pluricellulare è iniziato circa 2,4 miliardi di anni fa e questo passaggio è avvenuto attraverso un fenomeno di mutazione chiamato Fotosintesi. La fotosintesi è il processo attraverso il quale la cellula utilizza la luce solare per procurarsi l’energia necessaria a vivere.
Fotosintesi = Uso della luce come fonte energetica per innescare i processi vitali
L’errore fotosintetico
Tale evento da un punto di vista genetico è stato un errore, perché la cellula madre ha “sbagliato” il processo di trascrizione del proprio codice generando una cellula figlia con caratteristiche genetiche diverse: da una cellula madre con materiale genetico incapace di trasformare chimicamente la luce solare e di vivere in un ambiente senza ossigeno (organismi anaerobi), si è generata una cellula figlia che usa la luce del sole per “alimentarsi” e sa vivere in un ambiente dove l’ossigeno è presente (organismi aerobici).
Ossigeno arma di distruzione di massa
I primi organismi a sviluppare la capacità fotosintetica sono stati i cianobatteri (3,5 miliardi di anni fa) i quali, come sostanza di scarto da questo processo, producevano l‘Ossigeno.
- Ciano = pigmento di colore azzurro/verde complementare al rosso, capace cioè di assorbire il colore rosso
- Cianobatterio = detti volgarmente “alghe azzurre”, sono organismi unicellulari
Aerobi e anaerobi
L’Ossigeno in questa epoca primordiale della Terra non era ancora diffuso nell’ambiente.
La Terra a quel tempo era priva dell’ involucro atmosferico attuale in cui l’Ossigeno è la seconda componente chimica dopo l’Azoto e protegge gli esseri che ci vivono dalle radiazioni ultraviolette del Sole.
Ciò significa che le primordiali forme di vita, quelle che sono nate e proliferate nelle fosse ombrose, sopravvivevano in un ambiente privo di ossigeno (erano organismi anaerobi).
I cianobatteri nel corso del tempo hanno vinto la battaglia per la sopravvivenza perché per vivere erano in grado di utilizzare sia il meccanismo aerobico che quello anaerobico.
Atmosfera
L’impiego del meccanismo aerobico ha però determinato un accumulo di ossigeno nell’ambiente e l’ossigeno, essendo tossico per gli organismi anaerobi incapaci di trasformarlo, ha portato la morte progressiva di questi ultimi fino al punto di decretarne l’estinzione.
Da questo momento l’ambiente attorno alla Terra, fino ad un’altezza di 80-100 chilometri, si è progressivamente saturato di ossigeno e si sono create le condizioni per la sopravvivenza di organismi aerobi. Da qui, l’evoluzione cellulare ha dato poi il via ad una selezione che ha portato al passaggio da organismi semplici e unicellulare ad organismi complessi e pluricellulari. Questi ultimi si sono via via specializzati in compiti sempre più complessi e finalizzati prima di tutto al un risparmio energetico.
Prima glaciazione
Il braccio di ferro tra organismi aerobi e anaerobi che ha portato al favore dei primi e all’estinzione dei secondi ha fatto si che l’ossigeno diventasse l’elemento chimico dominante dopo l’azoto e alla diminuzione nel contempo delle temperature, al punto che la Terra si è trasformata in una immensa palla di neve.
Resettare la vita
Siamo nel tardo Proterozoico, tra gli 800 e i 600 milioni di anni fa, in cui quasi tutte le forme di vita sono scomparse e solo pochissime sono riuscite a sopravvivere.
Proterozoico
Prima epoca geologica della storia della Terra
in cui compaiono significative concentrazioni di vita complesse.
Siamo tra i 2 500 e i 538,8 milioni di anni fa.
Nuove montagne
Nel contempo, la Terra, ha subito in quest’epoca un’intensa attività tettonica che ha portato al rialzamento di nuove catene montuose e alla creazione di due supercontinenti. Nelle acque oceaniche invece sono aumentate le formazioni ferrose.
Unicellulari e pluricellulari
Al termine di questa prima e intensa glaciazione ha iniziato a livello cellulare lo sviluppo di organismi sempre più complessi e all’inizio della collaborazione cellulare. Organismi unicellulari si sono uniti con altri organismi cellulari per formare un’aggregazione in cui ogni cellula si occupa specificamente di un solo compito specifico. Si passa in questo modo da organismi unicellulari semplici a organismi pluricellulari complessi che via via apriranno la strada alla nascita di forme di vita sempre più complessa e capaci di adattarsi ad ogni ambiente, fino all’apice evolutivo dell’uomo moderno.
Autore dell’articolo: Pierpaolo Spanu
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