L’ORIGEN DE LA VIDA I ELS PRIMERS ORGANISMES. Ciències per al món contemporani

Els éssers vius Un ésser viu és matèria organitzada en cèl·lules que fa processos vitals i que mantenen constant el seu medi intern (homeòstasi) Matèria inorgànica Aigua, Sals minerals i Gasos Matèria orgànica formada per C, H, O, N P: Glúcids, Lípids, Proteïnes i Àcids nucleics Nutrició: Intercanviar matèria i energia Reproducció: Fer rèpliques o còpies de si mateixos Relació: Rebre la informació del medi i respondre-hi Teoria cel·lular : 1. La cèl·lula és la unitat morfològica 2. La cèl·lula és la unitat funcional 3. La cèl·lula és la unitat d’origen (unitat genètica)

1. Dades d’interès: Fa uns 13.000 Ma que es va originar l’Univers. Fa 4600 Ma es va originar el Sistema Solar i la Terra. Fa uns 3800 Ma es va consolidar l’escorça sòlida de la Terra i es va formar l’atmosfera, els oceans i els mars. Fa 3500 Ma es va originar la vida sobre la Terra.

La vida sobre la Terra es va originar fa 3. 500 Ma La vida sobre la Terra es va originar fa 3.500 Ma. Això se sap perquè es van descobrir fòssils d’organismes procariotes amb aquesta antiguitat. Els éssers primitius que existien fa 3500 Ma eren similars a bacteris (cianobacteris fòssils: Estromatolits. Tasca 1: Que són i on es trobem?). En aquests 3500 Ma, la vida s’ha desenvolupat ocupant tot el planeta i diversificant-se en molts grups i espècies.

2- Com es va originar la vida a la Terra? Existeixen moltes teories científiques sobre l’origen de la vida sobre la Terra que es poden resumir en dues: Origen en el planeta per la generació espontània a partir de la matèria inanimada . Origen en un altre cos celeste i arribada en aquest a través de cometes si asteroides. Teoria de la panspèrmia

A. La generació espontània En temps de Redi (s. XVII) la gent creia que els éssers vius es podien generar de la matèria inanimada:. Redi, va posar en tres recipients : 1, 2 i 3, un tros de carn. El primer el va deixar destapat, el segon el va tapar amb un pergamí i el tercer amb una fina gassa. Després de varis dies va observar que només al primer apareixien cucs.

Francesco Redi Naturalista i fisiòleg italià, nascut a Arezzo al 1696 i mort a Pisa el 1698. Va demostrar que els insectes no neixen per generació espontània.

B.Els experiments de Pasteur Louis Pasteur (s. XIX) va posar caldo de carn en un matràs (1). Li allargà el coll donant-li forma de S i ho va calentar fins a ebullició (2). Va observar que, després de refredar-lo, en el caldo de carn no es desenvolupaven microorganismes i que es mantenia no contaminat inclús després de molt temps. Si es trencava el coll (3) o s’inclinava el matràs fins que el caldo passés per la zona en forma de S, aquest es contaminava en poc temps.

Louis Pasteur (1822- 1895). Químic i biòleg francès. Va fundar la ciència de la microbiologia, va demostrar la teoria dels gèrmens com causants de malalties, va desenvolupar vacunes contra varies malalties inclosa la ràbia.

Així doncs, no es va poder originar la vida per generació espontània? Els experiments de Redi i Pasteur van demostrar que la generació espontània no era possible i que la vida no es va poder originar per generació espontània. Ara bé, al segle XX, un científic rus, Oparin va plantejar una nova teoria” Teoria sobre l’origen abiòtic dels éssers vius”. Avui es creu, que efectivament la generació espontània no és possible en l’actualitat, però que fa més de 3500 Ma es van donar unes condicions que ho va fer “possible”.

3. La Teoria d’Oparin sobre l’origen de la vida a la Terra 3.1. El punt de partida fa 3500 Ma. L’atmosfera estava formada per metà, amoníac, hidrogen i vapor d’aigua, era reductora i anaeròbia. Hi havia però els principals bioelements que formaven la matèria viva: carboni (C), nitrogen(N), hidrogen (H) i oxigen (O).

3.2. Com es van formar les primeres biomolècules? Les radiacions solars UVA (no capa d’Ozó: Tasca 2. Com es va formar la capa d’Ozó?)i les descàrregues elèctriques proporcionaren l’energia necessària perquè els components de l’atmosfera reaccionessin i es formessin les biomolècules, compostos orgànics senzills com els que ara formen els principals compostos dels éssers vius.

3. 3. Quines van ser aquestes biomolècules 3.3. Quines van ser aquestes biomolècules? Es van formar així, sucres, greixos, aminoàcids i altres molècules senzilles per poder donar lloc a molècules més complexes.

3. 4. Com es va formar el “brou” primitiu 3.4. Com es va formar el “brou” primitiu? Segons Oparin, els compostos orgànics es van formar a l’atmosfera arrossegats cap als mars per les pluges i allí, al llarg dels Ma es van anar concentrant , formant una dissolució concentrada d’aigua, molècules orgàniques i inorgàniques (Tasca 3: Diferència entre compost orgànic i compost inorgànic)el que nomenà “brou primitiu”.

3.5. Els precursors dels bacteris. En aquest “caldo primitiu”, algunes molècules van formar membranes, originaren unes estructures esfèriques anomenades coacervats. Alguns coacervats van poder concentrar al seu interior enzims (Tasca 4: Què són enzims) amb els que fabricar les seves molècules i obtenir energia. Per últim, alguns van poder adquirir el seu propi material genètic i així la capacitat de reproduir-se. Es van formar els procariotes primitius.

Sembla ser que aquests procariotes primitius eren organismes quimiosintètics, és a dir obtenien l’energia a partir de raccions químiques I el carboni a partir del diòxid de carboni Partícula col.loïdal aigua

Després de les primeres cèl.lules: Cèl. quimiosintètiques Després de les primeres cèl.lules: -- el brou escasseja i apareixen cèl·lules que poden fabricar el seu propi aliment (fotosintètiques). -- En el procés de fabricar l’aliment, aquestes algues deixaven anar oxigen (O2). -- Fa uns 2.400 M.a. hi havia prou oxigen com per afirmar que l’atmosfera era oxidant. -- Fa 400 M.a. ja existia la capa d’ozó, i els continents van ser colonitzats per les primeres plantes i animals. Cèl. fotosintètiques

4.Un salt importantíssim: 1953 Experiment que demostrà la síntesi de matèria orgànica a partir de matèria inorgànica. Tasca 5: Explicar l´experiment de Miller Metà, amoníac, hidrogen molecular i vapor d’aigua condensador Esquema de l’aparell experimental amb què Stanley Miller i Harold Urey van produir al laboratori les condicions hipotètiques de l’atmosfera terrestre Van obtenir aminoàcids (1953)

Es creu que aquests primers organismes tenien: Una membrana: per a separar-los del medi extern. Una concentració interna de molècules més grans que en el medi. Això permet que es donin reaccions amb més facilitat Una organització interna senzilla però que permetés l’automanteniment i l’autoreproducció. Àcids nucleics (ADN): molècules capaces de duplicar-se i que contenen informació per a sintetitzar proteïnes. Unes estructures que, encara que molt simples, permetien el metabolisme cel·lular quimiosintètic: obtenien l’energia de reaccions d’oxidació de molècules inorgàniques i obtenien la matèria de molècules orgàniques del brou

4.1. Es posen les bases per a la biologia molecular “DOGMA” DE LA BIOLOGIA: ADN ARN proteïnes Qualsevol reacció dels éssers vius està catalitzada per enzims (un tipus de proteïnes) James Watson i Francis Crick, 25 ABRIL 1953: publiquen, a la revista Nature, un article de menys de dues pàgines i amb un únic dibuix: un senzill esborrany de la doble hèlix, on determinen amb exactitud l'estructura del ADN.

Una altra dada: 1959 Joan Oró, seguint el protocol de Miller però canviant la composició inicial de gasos va obtenir compostos orgànics que formen part dels àcids nuclèics A partir d’àcid cianhídric (HCN), àcid abundant a l’Univers va obtenir adenina, base nitrogenada que forma part de l´ADN

Les roques més velles La roca més vella del món: Uns gneis d’Acasta (Canadà) 4030 milions d’anys Els primers fòssils: Roques amb fòssils a Isua (Grenlàndia) i Apex (Austràlia) de fa 3500 milions d’anys. Eren cèl·lules procariotes Els primers fòssils possibles eucariotes: 2100 milions d’anys de la mina Empire a Michigan Els primers fòssils segurs eucariotes fa 1500 milions d’anys Origen de les cèl·lules eucariotes: -- Hipòtesi autògena de Taylor i Dobson: la cèl·lula es compartimenta -- Hipòtesi de l’endosimbiosi de Lyn Margulis

Teoria endosimbiòntica Va ser formulada per la biòloga nordamericana Lynn Margulis (1967) Explica la presència d'orgànuls intracel·lulars amb genoma propi en les cèlules eucariotes La recolzen: -- ribosomes de tipus bacterià en mitocondris i plastidis. -- genoma circular i es troba lliure. -- estructura de dobles bicapes lipídiques.

CONCEPTES A TENIR EN COMPTE: Procariota: cèl·lula petita, sense nucli i amb estructura molt senzilla. Eucariota: cèl·lules més grans, amb nucli diferenciat. Autòtrof: utilitzen com a font d’energia la llum. Ex/ cianobacteris. Heteròtrof: obtenen matèria orgànica del medi on viuen. Anaerobi: poden viure sense oxigen. Aerobi: ús d’O2

TRANSGÈNICS A LA CARTA Tasca 6: Resum del programa "Quèquicom" sotmet a examen els aliments transgènics. El programa analitza els pros i els contres d'aquests conreus i els seus possibles efectes sobre la salut humana. El blat de moro és l'única planta transgènica que té autorització per ser cultivada a Espanya, i molts pagesos la trien per la seva resistència a les malures. La reportera del programa, Anna Lasaga, fa un viatge pels camps i els laboratoris on s'estudien aquestes plantes per treure'n l'aigua clara sobre què és un transgènic i quins efectes pot tenir en el medi ambient i els éssers humans. Al programa hi participen Joan Serra, tècnic de l'IRTA, i Juli Bergé, un pagès perjudicat per la pol·linització de camps de transgènics pròxims que ha hagut d'abandonar el cultiu ecològic. A més, Francesc Vilarroya, professor de Biotecnologia de la Universitat de Barcelona, explica com processa el cos humà els productes transgènics per poder-los assimilar. I Pere Puigdomènec, director del laboratori CSIC-IRTA, creu que els transgènics són útils i considera excessius els tràmits que es necessiten per autoritzar que un nou transgènic surti al mercat. És un procés caríssim que limita l'aparició d'algunes varietats que, segons aquest investigador, podrien alimentar millor més persones. D'això també es queixa la professora Teresa Capell, que dirigeix un grup de recerca a la Universitat de Lleida que treballa en una pomada vaginal contra la SIDA feta a partir de transgènics. I al plató, Marc Boada explica com es crea un transgènic i altres aplicacions d'aquesta tècnica.

MODIFICAR LA VIDA