QUANDO LA MATERIA VIVEQUANDO LA MATERIA VIVE

UN PO’ DI STORIAUN PO’ DI STORIA

– AristoteleAristotele, , (384-322 a.C.): afferma la(384-322 a.C.): afferma la

generazione spontaneagenerazione spontanea

Per Per generazione spontaneagenerazione spontanea (o (o abiogenesiabiogenesi) si intende la ) si intende la

credenza, molto diffusa dall'antichità fino al credenza, molto diffusa dall'antichità fino al XVII secolo, ,

secondo cui la vita possa nascere in modo "spontaneo" dalla secondo cui la vita possa nascere in modo "spontaneo" dalla

materia inerte o inanimata, tramite l'effetto di "flussi vitali".materia inerte o inanimata, tramite l'effetto di "flussi vitali".

Si riteneva infatti che Si riteneva infatti che Dio avesse creato direttamente solo avesse creato direttamente solo

gli esseri viventi "superiori" (come l'uomo e i grandi gli esseri viventi "superiori" (come l'uomo e i grandi

animali), mentre quelli "inferiori" (come i animali), mentre quelli "inferiori" (come i vermi e gli e gli insetti) )

potessero nascere spontaneamente dal potessero nascere spontaneamente dal fango o da carcasse o da carcasse

in in putrefazione. .

Le rane dal fangoLe rane dal fango

HomunculusHomunculus““Se la fonte di vita, chiusa in un'ampolla di vetro Se la fonte di vita, chiusa in un'ampolla di vetro

sigillata ermeticamente, viene seppellita per sigillata ermeticamente, viene seppellita per quaranta giorni in letame di cavallo e quaranta giorni in letame di cavallo e opportunamente magnetizzata comincia a opportunamente magnetizzata comincia a muoversi e a prendere vita. Dopo il tempo muoversi e a prendere vita. Dopo il tempo prescritto assume forma e somiglianza di prescritto assume forma e somiglianza di essere umano, ma sarà trasparente e senza essere umano, ma sarà trasparente e senza corpo fisico. Nutrito artificialmente con corpo fisico. Nutrito artificialmente con arcanum sanguinis hominisarcanum sanguinis hominis per quaranta per quaranta settimane e mantenuto a temperatura costante settimane e mantenuto a temperatura costante prenderà l'aspetto di un bambino umano. prenderà l'aspetto di un bambino umano. Chiameremo un tale essere Chiameremo un tale essere HomunculusHomunculus, e può , e può essere istruito ed allevato come ogni altro essere istruito ed allevato come ogni altro bambino fino all'età adulta, quando otterrà bambino fino all'età adulta, quando otterrà giudizio ed intelletto.”giudizio ed intelletto.”

Paracelso (1493 – 1541)Paracelso (1493 – 1541)

Van HelmontVan Helmont(1579-1644)(1579-1644)

medico, naturalista e chimico fiammingo, medico, naturalista e chimico fiammingo, spiega come si deve procedere per spiega come si deve procedere per ottenere la generazione spontanea di topi ottenere la generazione spontanea di topi da una camicia sporca di sudore e da da una camicia sporca di sudore e da alcuni chicchi di grano: basta mettere il alcuni chicchi di grano: basta mettere il tutto in un vaso aperto e attendere circa tutto in un vaso aperto e attendere circa 21 giorni (!!!)21 giorni (!!!)

All'epoca la Chiesa sostenevaAll'epoca la Chiesa sosteneva

questo tipo di posizioni, questo tipo di posizioni,

in accordo con il passaggio in accordo con il passaggio

della Bibbia (Libro dei Giudici, 14)della Bibbia (Libro dei Giudici, 14)

dove si parla di api nate dalladove si parla di api nate dalla

carogna di un leone. carogna di un leone.

Francesco RediFrancesco Redi (1668, (1668, Esperienze Esperienze intorno alla generazione degli insetti):intorno alla generazione degli insetti):

se la carne era sigillata in un recipiente in modo se la carne era sigillata in un recipiente in modo che gli insetti non potessero depositarvi le uova che gli insetti non potessero depositarvi le uova non nascevano larve su di essanon nascevano larve su di essa

Un secolo dopo, Un secolo dopo, Lazzaro Spallanzani, , dimostrò che liquidi isolati e bolliti dimostrò che liquidi isolati e bolliti rimanevano sterili. Ma si continuò rimanevano sterili. Ma si continuò a credere che vermi e insetti potesseroa credere che vermi e insetti potessero nascere spontaneamente da materia nascere spontaneamente da materia organica in decomposizione organica in decomposizione

Louis Pasteur, nel 1862,, nel 1862,ripeté gli esperimenti ripeté gli esperimenti di Spallanzani, ma condi Spallanzani, ma conaccorgimenti tecnici che li resero accorgimenti tecnici che li resero inconfutabiliinconfutabili

Oparin e Haldane: Oparin e Haldane: brodo primordiale brodo primordiale

dalla metà degli anni ‘20 la ricerca in questo dalla metà degli anni ‘20 la ricerca in questo campo diventa una vera e propria scienzacampo diventa una vera e propria scienza

1924: viene pubblicato “L’origine della vita” 1924: viene pubblicato “L’origine della vita” di Alexander. I. Oparindi Alexander. I. Oparin

Lo scenario presupponeva due “laboratori” Lo scenario presupponeva due “laboratori” separati: l’atmosfera e l’oceanoseparati: l’atmosfera e l’oceano

La conferma di MillerLa conferma di Miller

nell’atmosfera primordiale erano contenutinell’atmosfera primordiale erano contenuti

CHCH44 , NHNH33 , ,HH22O,COO,CO22

Grazie a scariche elettriche e radiazioni UV Grazie a scariche elettriche e radiazioni UV reagivano tra loro formando alcuni reagivano tra loro formando alcuni aminoacidi, urea, acido formico, aldeidiaminoacidi, urea, acido formico, aldeidi

Le prove: Stanley Miller agli inizi degli anni Cinquanta conferma l’ipotesi di Oparin e dimostra la sintesi degli amminoacidi

LALACUNE NELL’ESPERIMENTO CUNE NELL’ESPERIMENTO DI MILLERDI MILLER

L’esperimento non spiega come queste L’esperimento non spiega come queste molecole non venissero degradate e molecole non venissero degradate e come avvenisse la polimerizzazionecome avvenisse la polimerizzazione

IPOTESI FENOTIPICAIPOTESI FENOTIPICA Prevede l’aggregazione di macromolecole Prevede l’aggregazione di macromolecole

proteiche attraverso l’azione di proteiche attraverso l’azione di catalizzatori (argille, zeoliti, pirite, etc.).catalizzatori (argille, zeoliti, pirite, etc.).

Secondo l’esperimento di Fox Secondo l’esperimento di Fox (1965) è avvenuto in aree costiere(1965) è avvenuto in aree costiere in presenza di vulcani attivi con la in presenza di vulcani attivi con la

formazione di microsfere proteinoidi, non formazione di microsfere proteinoidi, non ancora assimilabili a cellule.ancora assimilabili a cellule.

IPOTESI GENOTIPICAIPOTESI GENOTIPICA

Nel brodo primordiale, secondo questa Nel brodo primordiale, secondo questa ipotesi, sono comparsi per primi gli acidi ipotesi, sono comparsi per primi gli acidi nucleici (DNA, RNA)(Mnucleici (DNA, RNA)(Müüller, 1967; Eigen, ller, 1967; Eigen, 1971) DNA---RNA---Proteine1971) DNA---RNA---Proteine

Gilbert (1986) sostiene che molecole di Gilbert (1986) sostiene che molecole di RNA, attraverso le Zeoliti che RNA, attraverso le Zeoliti che funzionavano da catalizzatori, si siano funzionavano da catalizzatori, si siano formate prima (retrovirus) RNA---DNA---formate prima (retrovirus) RNA---DNA---ProteineProteine

Catalizzatori MineraliCatalizzatori Minerali  

Cairns–Smith (1982) propose l’ipotesi Cairns–Smith (1982) propose l’ipotesi che a proteggere le molecole che a proteggere le molecole complesse da fattori esterni siano complesse da fattori esterni siano stati i minerali e che le argille minerali stati i minerali e che le argille minerali funzionassero da catalizzatorifunzionassero da catalizzatori

Piccoli comparti che si formano nei Piccoli comparti che si formano nei minerali come l’argilla avrebbero minerali come l’argilla avrebbero ospitato queste molecole ospitato queste molecole (adsorbimento), offrendo loro anche il (adsorbimento), offrendo loro anche il supporto per il loro assemblaggio.  supporto per il loro assemblaggio.  

Le argille minerali hanno una struttura Le argille minerali hanno una struttura cristallina molto complessa (tetraedri cristallina molto complessa (tetraedri semplici e complessi a formare semplici e complessi a formare strutture a fogli sovrapposti) quindi strutture a fogli sovrapposti) quindi potrebbero fornire le basi per una potrebbero fornire le basi per una evoluzione attraverso selezione evoluzione attraverso selezione naturale.naturale.

        

Studi condotti sulle montmorilloniti mostrerebbero la loro capacità di Studi condotti sulle montmorilloniti mostrerebbero la loro capacità di accelerare la conversione spontanea di micelle di acidi grassi in vescicole.accelerare la conversione spontanea di micelle di acidi grassi in vescicole.

Capacità legata all’accumulo di carica negativa sulla superificie delle argille.

Le argille vengono spesso incapsulate in queste vescicole e ciò suggerirebbe una via per una possibile “incapsulazione prebiotica” di superfici cataliticamente attive dentro membrane vescicolari.

micellavescicola

montmorillonite

La “pizza primordiale”La “pizza primordiale”

(G. Wachtershauser, 1988) (G. Wachtershauser, 1988) 

Secondo questa teoria la vita poteva originarsi Secondo questa teoria la vita poteva originarsi in ambiente marino con:in ambiente marino con:

pH quasi neutro, elevata salinità, alta pH quasi neutro, elevata salinità, alta temperatura e alta pressione,temperatura e alta pressione,

in presenza di idrogeno solforato, anidride in presenza di idrogeno solforato, anidride carbonica e azoto, ioni ferrosi e metalli carbonica e azoto, ioni ferrosi e metalli catalitici, catalitici,

in prossimità di emanazioni vulcaniche.in prossimità di emanazioni vulcaniche.

Sulla superficie del nostro pianeta esistono dei Sulla superficie del nostro pianeta esistono dei luoghi dove si può avere la concomitanza di luoghi dove si può avere la concomitanza di tutti questi fattori:tutti questi fattori: i Vents idrotermali i Vents idrotermali

          

Le stromatolitiLe stromatoliti

Ipotesi della panspermiaIpotesi della panspermiaLa vita si sarebbe diffusa sulla Terra La vita si sarebbe diffusa sulla Terra

dall’Universo in almeno due dall’Universo in almeno due modi:modi:

Planetaria:Planetaria: prevede che la vita si prevede che la vita si sia originata sui pianeti e abbia sia originata sui pianeti e abbia viaggiato nello spazio sotto viaggiato nello spazio sotto forma di “semi” (Arrhenius, 1907)forma di “semi” (Arrhenius, 1907)

CosmicaCosmica: ammette che geni, : ammette che geni, virus e batteri nascano e si virus e batteri nascano e si moltiplichino nello spazio e moltiplichino nello spazio e arrivino grazie a comete (Hoyle, arrivino grazie a comete (Hoyle, 1978)1978)

Wild 2Wild 2

Nel primo decennio del Nel primo decennio del XXI secolo la teoria ha la teoria ha ricevuto alcune conferme sperimentali nel ricevuto alcune conferme sperimentali nel ritrovamento, da parte della ritrovamento, da parte della sonda Stardust, di , di tracce di ammine e lunghe catene carboniose nei tracce di ammine e lunghe catene carboniose nei materiali raccolti dalla materiali raccolti dalla cometa Wild 2..

La Nasa ha lanciato la sonda Stardust il 7 febbraio 1999.

La sonda ha eseguito un incontro ravvicinato (flyby) della

cometa il 2 gennaio 2004 ed ha rac colto dei campioni del materiale emesso dalla chioma cometaria, che è stato riportato a Terra insieme alla polvere interstellare

Wild 2 ripresa dalla camera di navigazione della missione Stardust durante il periodo di massimo avvicinamento ( 2 Gennaio 2004)

Immagine presa dalla distanza 500 km (esposizione di 10-millisecondi)

Tre riserveTre riserve– Cintura AsteroidaleCintura Asteroidale

– Materia “solida” ricca in silicati, parzialmente Materia “solida” ricca in silicati, parzialmente riprocessata nell’evoluzione della nebulosa solare riprocessata nell’evoluzione della nebulosa solare primordiale primordiale

– Fascia di KuiperFascia di Kuiper Comete di Corto Periodo: oggetti ricchi in Comete di Corto Periodo: oggetti ricchi in

ghiacci,volatili e materiale organico, rapprentativi dei ghiacci,volatili e materiale organico, rapprentativi dei planetesimi formatisi nelle regioni esterne del planetesimi formatisi nelle regioni esterne del Sistema PlanetarioSistema Planetario

– Nube di OortNube di Oort Comete di Lungo Periodo: oggetti ricchi in ghiacci e Comete di Lungo Periodo: oggetti ricchi in ghiacci e

materiale organico rappresentativi delle zone di materiale organico rappresentativi delle zone di formazione di Giove ( solo parzialmente),Saturno, formazione di Giove ( solo parzialmente),Saturno, Urano e NettunoUrano e Nettuno

Dove trovare la materia primordiale?

Le comete sono oggetti “fragili”, di forma Le comete sono oggetti “fragili”, di forma irregolare composte di una mistura di ghiacci irregolare composte di una mistura di ghiacci diversi e polvere.diversi e polvere.

Esse hanno orbite ellittiche che le portano da Esse hanno orbite ellittiche che le portano da zone fredde, oltre l’orbita di Plutone, a zone zone fredde, oltre l’orbita di Plutone, a zone calde, ove i ghiacci che le costituiscono calde, ove i ghiacci che le costituiscono sublimano dando luogo ad una spettacolare sublimano dando luogo ad una spettacolare attivitàattività

Il loro interesse risiede nella materia che le Il loro interesse risiede nella materia che le costituisce, che si suppone sia stata elaborata costituisce, che si suppone sia stata elaborata termicamente solo in modo limitatotermicamente solo in modo limitato..

Le comete conserverebbero memoria del Le comete conserverebbero memoria del materiale da cui Sole e pianeti si sono materiale da cui Sole e pianeti si sono

originati originati

Perché le comete?

I composti organici sono relativamente comuni nello spazio, I composti organici sono relativamente comuni nello spazio, specialmente al dispecialmente al di fuori del fuori del sistema solare, dove i composti volatili non evaporano per effetto del calore solare. del calore solare.

Le comete sono rivestite da strati esterni in materiale Le comete sono rivestite da strati esterni in materiale scuro, ritenuto essere simile al catrame composto di materiale scuro, ritenuto essere simile al catrame composto di materiale organico organico complesso formato da semplici composti del carbonio andati complesso formato da semplici composti del carbonio andati incontro a incontro a reazioni dovute soprattutto all'irraggiamento da parte degli reazioni dovute soprattutto all'irraggiamento da parte degli ultravioletti. ultravioletti.

Si può supporre che una pioggia di materiale dalle comete Si può supporre che una pioggia di materiale dalle comete possa aver portatopossa aver portato sulla Terra quantità significative di tali complessi organici.sulla Terra quantità significative di tali complessi organici.

Chioma e coda di una Chioma e coda di una cometacometa

Cometa di HalleyCometa di Halley

Il nucleo della cometa ripreso dalla sonda Giotto nel 1986

CHEMICAL COMPOSITION (%) OF:HALLEY’S COMETHALLEY’S COMET MISTER HALLEYMISTER HALLEY

HH 55.255.2 63.063.0

CC 11.011.0 9.59.5

NN 2.42.4 1.41.4

OO 27.627.6 25.525.5

H and O contained in H and O contained in waterwater

50%50% 75%75%Conclusion:

About 80% mass of Comets and Man is constituted by C, H, O, N

C (EARTH)C (EARTH) 0.1%0.1% == 10101717 TONS TONS

C (HALLEY) C (HALLEY) 11%11% == 10101010 TONS TONS

C (LIFE)C (LIFE) 0.0007%0.0007% == 10101212 TONS TONS

HH22O (OCEANS)O (OCEANS) 1.61.6 xx 10101818 TONS TONS

COMETARY MATTER CAPTURED 1020 TONS

→ CLIFE = 100 CHALLEY

OORT-CLOUD ABOUT 1012 COMETS

Comets deliver huge amounts of water to planets

Zucchero dallo spazioZucchero dallo spazio“ “ Il Il brodo primordialebrodo primordiale è dolce e viene preparato è dolce e viene preparato

nella cucina dello spazio, con la polvere di stelle a nella cucina dello spazio, con la polvere di stelle a fornire gli ingredienti e gli astri in via di fornire gli ingredienti e gli astri in via di formazione che danno il calore necessario. Il formazione che danno il calore necessario. Il radiotelescopio delle Alpi di Grenoble, il cui occhio radiotelescopio delle Alpi di Grenoble, il cui occhio è guidato da un gruppo di astronomi italiani, è guidato da un gruppo di astronomi italiani, francesi e spagnoli, ha individuato una molecola francesi e spagnoli, ha individuato una molecola di zucchero che fluttua nello spazio a 26mila anni di zucchero che fluttua nello spazio a 26mila anni luce da noi con una temperatura simile a quella luce da noi con una temperatura simile a quella della Terra durante una giornata estiva. Non si della Terra durante una giornata estiva. Non si tratta ancora di un extraterrestre così come la tratta ancora di un extraterrestre così come la fantascienza lo immagina, ma con tutta fantascienza lo immagina, ma con tutta probabilità quel che si è scoperto è la lettera alfa probabilità quel che si è scoperto è la lettera alfa dell'alfabeto che compone la vita…” dell'alfabeto che compone la vita…”

2CH2O → CH2OH−CHO2CH2O → CH2OH−CHOglicolaldeideglicolaldeide

(dal quotidiano la Repubblica 28/11/2008)(dal quotidiano la Repubblica 28/11/2008)

METEORITE DI MURCHISONMETEORITE DI MURCHISON Si tratta di una meteorite di probabile Si tratta di una meteorite di probabile

origine cometaria, di tipo carbonaceo origine cometaria, di tipo carbonaceo caduta nel villaggio di Murchison in caduta nel villaggio di Murchison in Australia nel 1969.Australia nel 1969.

Sono stati rinvenuti centinaia di pezzi(circa Sono stati rinvenuti centinaia di pezzi(circa 100 kg)100 kg)

E’ importanteE’ importante perché contiene 92 perché contiene 92 diversi aminoacidi e diversi aminoacidi e le xantine,precursori le xantine,precursori delle basi azotatedelle basi azotate

La missione RosettaLa missione Rosetta

Il 26 febbraio 2004 è partita Rosetta, la missione dell’ESA per lo studio delle comete.Il suo lungo viaggio fra i pianeti del sistema solare fra 10 anni la porterà a studiare da vicino il nucleo della cometa Churyumov-Gerasimenko

Il Microscopio elettronico mostra una struttura a catena di probabile origine biologica su di un frammento del meteorite ALH 84001

Meteorite da Marte

Il Carbonio

E’ l’elemento chiave dei composti organici:

è unico nelle sue proprietà chimiche e forma un certo numero di composti superiore al numero totale di tutti i composti che tutti gli altri elementi sono in grado di formare combinandosi tra di loro.

molecola CH4 (metano)

Il silicio

Anche il silicio ha la capacità di formare lunghe molecole a catena, ma non ha dato origine a un proprio tipo di vita: è solo dormiente …?

Cristallo di quarzo