L' origen de la vida

1. UNITAT 2:
L’ORIGEN DE LA VIDA

2. (2.1) Composició de la matèria viva
H: 63% H2O (medi indispensable per la majoria
O: 25,5% de reaccions químiques als éssers vius)
C: 9,5%  component bàsic dels compostos orgànics
(glúcids, lípids, proteïnes, àcids nucleics)
N: 1,4%  base de proteïnes

3. Altres elements: 0,6%  composicions molt
petites però indispensables per la vida
per exemple:
Ferro (Fe)  hemoglobina
Seleni (Se)  pel funcionament del fetge
Sofre (S)  cabells i ungles
Potassi (K)  indispensable en els
impulsos nerviosos

4. Condicions per l’aparició de la vida:
• Temperatura adequada: per permetre el funcionament dels
processos metabòlics
• Activitat tectònica: erupcions volcàniques i intrusions
magmàtiques que permetin sortir a la superfície alguns dels
elements que formen part de les molècules vives (com el
Carboni).
• Presència d’aigua líquida: medi on es realitzen les reaccions
químiques necessàries per la vida. Es creu que provenien
d’asteroides i cometes que contenien molta aigua en estat
sòlid.
• Protecció fotoquímica: contra la radiació d’alta freqüència
(raigs gamma, X, UV...). A la Terra hi ha tres barreres de
protecció: la magnetosfera, la ionosfera i la capa d’ozó.

5. (2.2)Què és la vida?
“Vida” = concepte inestable del que no s’ha trobat una
definició prou precisa.
Vida = estat dinàmic de la matèria organitzada,
caracteritzat per l’adaptació i l’evolució davant dels
canvis de l’entorn i per la capacitat de reproduir-se.
És viu allò que és capaç de:
 nodrir-se
relacionar-se
 reproduir-se

6. Actualment
Precursors de les primeres cèl·lules
Experiments de Miller
Síntesi abiòtica (Oparin i Haldane)
No existeix la generació espontània
Experiment de Redi Demostració de Pasteur
Hipòtesi de la panspèrmia
Generació espontània
(2.3) Visió històrica sobre l’origen de la vida.

7.  Generació espontània
Antigament es creia que els éssers vius sorgien per generació
espontània a partir de la matèria orgànica en descomposició,
materials inherts com el fang, la suor, etc.
Aquesta creença es basava en observacions quotidianes com
l'aparició de larves en aliments en descomposició, de mosques a
la carn podrida o de ratolins als fems.
Aristòteles (384-322 a.C.): pensava que de la pluja emergien
les granotes, de la carn en putrefacció les mosques i els cucs i
del fang les anguiles.
J.B. Helmont (1577-1644): per aconseguir ratolins calia
envolicar blat en una camisa bruta i suada, i esperant 21 dies.

8.  Hipòtesi de la panspèrmia
Una altra teoria sorgida en l’antiguitat i defensada per
Anaxàgores proposava que la vida es va originar a l’espai i va
viatjar en forma d’espores d’un sistema planetari a un altre.
A partir del s.XVII es va començar a investigar per comprovar si
era certa la teoria de la generació espontània.

9. Experiment de Redi
Francesco Redi: l'any 1668 va dissenyar un experiment que va
demostrar que les larves que apareixen a la carn podrida no
s'originen per elles mateixes, sinó que procedeixen dels ous que
les mosques han post prèviament sobre la carn.
L'experiment va ser molt criticat per la societat de l'època, i no
va servir per refusar totalment la generació espontània.

10. Demostració de Pasteur
En el segle XVIII va continuar la polèmica, fins que Louis Pasteur,
l'any 1860, va provar la falsedat de la creença tradicional de la
generació espontània. Amb els seus experiments va demostrar
que són els microorganismes de l'aire els qui descomponen la
matèria orgànica, i en va concloure amb què tot ésser viu prové
d'un altre ésser viu.

11. Síntesi abiòtica
L'any 1923 Oparin i Haldane van proposar que en algun moment
de la història de la Terra s'havien format un seguit de molècules
orgàniques senzilles a partir de gasos que hi havia en
l'atmosfera primitiva. Per construir aquesta hipòtesi, es van
basar en els supòsits següents:
 Fa 4.500 milions d'anys, el planeta estava envoltat d'una
atmosfera sense O2 (atmosfera reductora) constituïda per
metà, amoníac, hidrogen, vapor d'aigua i CO2
 L'energia que arribava del Sol i les descàrregues elèctriques
van provocar que els compostos inorgànics interactuessin i
donessin origen a compostos orgànics. Aquests es van
precipitar sobre la superfície terrestre i van ser arrossegats
per la pluja fins als oceans, on van formar la «sopa primitiva».

12.  En aquest mar, i a partir de reaccions químiques, es van
formar els primers compostos orgànics.
 Aquestes molècules es van agrupar formant unes gotetes
anomenades coacervats, que es van anar fusionant entre si.
 Lentament aquests coacervats van anar adquirint les
característiques de les cèl·lules vives i esdevenir
microorganismes anaeròbics perquè a l'atmosfera primitiva
no hi havia O2 lliure.

13. Experiments de Miller Síntesis de matèria orgànica
simple
L'any 1953 el científic Stanley Miller va comprovar
experimentalment la hipòtesi d'Oparin i Haldane. Va
dissenyar un experiment en què en uns recipients reproduïa
les condicions que podien haver existit a la Terra primitiva.
Va sintetitzar aminoàcids
(precursors de les
proteïnes)

14. Experiments de Joan Oró Síntesis d’àcids nucleics.
L'any 1959 el científic Joan Oró va fer servir un protocol
semblant al de Miller, però va canviar la composició dels
gasos. Gasos abundants als cometes: àcid cianhídric,
amoníac, aigua. Va sintetitzar molècules que formen els
àcids nucleics.

15. Hipòtesis del ARN primitiu o de Eigen (Condie i Sloan 1998)
Aparició a l’atzar de molècules de RNA, capaces de replicar-se al
llarg del temps gràcies a mutacions (canvis)
ARN  ARN + proteïnes DNA
Sentit actual de la síntesis de proteïnes: DNA  ARN proteïnes
Informació:
-L’ ADN conté tota la nostra informació.
-L’ ARN copia l’adn i conté la informació
de l’ADN que es podrà llegir per fer
proteïnes
-Proteïnes: realitzen diferents funcions a
les cèl·lules

17. Hipòtesis cristalls d’argila
Els microcristalls dels minerals d’argila poden haver estat un lloc
favorable per a la polimerització (cadenes de molècules més
senzilles). Formant així els primers polímers d’interès biològic.

18. Precursors de les primeres cèl·lules
Unió de molècules
orgàniques simples
Molècules complexes
(proteïnes)
Associacions moleculars
(coacervats) amb àcids
nuclèics a l’interior
Precursors de les primeres
cèl·lules
 ≈ 3500 milions d’anys: origen de la vida.
Primeres cèl·lules: procariotes (sense nucli)
heteròtrofes (s’alimentaven de la matèria
orgànica que hi havia al brou primitiu)
anaeròbies (no hi havia O2)

19.  ≈ 3100 milions d’anys: mutacions organismes capaços de
captar llum solar i sintetitzar la matèria orgànica 
supervivents quan s’acaba la matèria org. del brou primitiu =
avantpassats dels cianobacteris, que, en transformar CO2 i H2O
en comp. org. van alliberar O2 a l’atmosfera (organismes
autòtrofs).

21. ≈ 3100 milions d’anys:
mutacions
≈ 3500 milions d’anys: origen de
la vida
Primeres cèl·lules:
procariotes (sense nucli)
heteròtrofes (s’alimentaven de mat. org.)
anaeròbies (no hi havia O2)
organismes autòtrofs:
CO2 + H2O → comp. org. + O2
organismes aerobis:
respiració cel·lular
una cèl·lula procariota gran en va fagocitar
una de petita establint una relació de benefici
mutu (simbiosi): primera cèl·lula eucariota
≈1500-1700 milions d’anys: teoria
endosimbiòtica (Lynn Margulis, 1980)
≈2000 milions d’anys: proliferació
d'organismes fotosintètics

22. Resum dels coneixements actuals.
 La terra (4600 m.a) originada per condensació gravitatòria de la
pols còsmica i contenia des del principi tots els elements químics
coneguts.
 El refredament de l’escorça durà uns 1000 milions d’anys,
desprenent-se gasos i vapors que, per condensació, donaren lloc
a la hidrosfera i l’atmosfera primitives (el vapor d’aigua al baixar
la temperatura es condensa i forma els núvols, que dóna lloc a
la pluja, la qual, al seu torn, va originar els oceans primitius).
Mantell i nucli continuen actius actualment.
 L’atmosfera primitiva no tenia O2 ni N2, però abundaven H2, NH3
i CO2. Descàrregues elèctriques sobre els oceans van afavorir la
formació de molècules senzilles, precursors de glúcids,
aminoàcids...

23.  Unió de molècules senzilles originarà d’altres més complexes
(proteïnes, àcids nucleics...). En determinades condicions
aquestes molècules es concentren per originar les primeres
protocèl·lules (membranes senzilles amb un àcid nuclèic a
l’interior).
 Protocèl·lules  cèl·lules procariotes  cèl·lules eucariotes.
 Primeres cèl·lules heteròtrofes. Com no hi havia O2 degradaven
molècules orgàniques per fermentació.
 Es va sintetitzar clorofil·la i va aparèixer la fotosíntesi
nutrició autòtrofa.
 Atmosfera canvià de composició enriquint-se d’O2 i N2 i
empobrint-se de CO2 i altres gasos  respiració aeròbia

24.  Protists  regnes de fongs, metazous i metàfits.
 L’evolució provoca una enorme diversificació dels éssers vius
fins a arribar als organismes actuals.