Categorie: Astrobiologia
Tags: cellula molecole autoreplicanti mondo a rna origini della vita
Scritto da: peppe
Commenti:33
Origini della vita: il mondo a RNA
Non c’è un’unica ipotesi sull’origine della vita. L’origine della vita, infatti, riguarda una fase del lontano passato della Terra databile a circa 3,8 miliardi di anni fa. È difficile trovare tracce riguardo questo periodo. Non esistono fossili perché non c’era niente da fossilizzare. Si possono trovare tracce di attività biologica. Il più delle volte, però, si può giungere al compimento di una teoria osservando ciò che la vita è oggi.
Cosa sappiamo oggi?
La vita è costituita da unità funzionali dette cellule. Ci sono organismi formati da una sola cellula, gli unicellulari, e quelli costituiti da più cellule, i pluricellulari. È logico pensare che siano nati prima gli unicellulari e poi i pluricellulari.
Il ragionamento quindi si sposta sull’origine della cellula.
Abbiamo visto come la cellula attuale abbia un complesso macchinario per crescere e riprodursi, il quale viene spiegato dal cosiddetto dogma centrale della biologia. Riassumendo, ci sono tre tipi di protagonisti, DNA, RNAe proteine, che, grazie all’interazione e coordinazione delle loro funzioni, permettono la sopravvivenza della cellula. Il DNA contiene le informazioni per costruire le proteine, enzimi,ecc. Questa informazione viene dapprima trascritta nel RNA. A questo punto RNA viene tradotto nella proteina corrispondente.
Per maggiori informazioni vedi articolo sul dogma centrale della biologia.
La cellula è governata da un acido nucleico (DNA) che è in grado di replicarsi, ovvero fare copie di se stesso. Durante il ciclo cellulare, la cellula cresce e si sviluppa e nel momento in cui si giunge al punto critico di dividersi in due cellule, il DNA è già replicato. Le copie di DNA, nel momento della divisione, si smistano equamente nelle due cellule figlie.
Questo macchinario è già piuttosto complesso ma, per quello che si sa, era già presente sin da gli inizi della vita o poco tempo dopo (milioni di anni?). La sua complessità ha fatto ipotizzare, tuttavia, che potesse esserci stato un macchinario più semplice per far sopravvivere la cellula e, solo successivamente, questo si sarebbe evoluto nel macchinario del dogma della biologia attuale.
Tutto sembra quindi ruotare sul fatto che una molecola sia capace di replicarsi. Dalle considerazioni fatte ci vorrebbe un macchinario piuttosto semplice.
Da qui nasce l'ipotesi del mondo a RNA la quale prevede che, all'inizio, ci fosse solo RNA a fare "il lavoro sporco", da una parte quello di codice genetico e dall'altra il ruolo di proteine, o meglio enzimi, predisposte alla replicazione della cellula. Bisogna dire che questa ipotesi non è l’unica esistente ma ha preso molti consensi nella comunità scientifica. Questo non vuol dire che gli avvenimenti siano andati secondo questa ipotesi.
Questa ipotesi nasce per la stretta interdipendenza tra DNA e proteine. Se è vero che il DNA serve per costruire le proteine, anche le proteine servono per costruire il DNA. Questa è la classica domanda: chi viene prima? L’uovo o la gallina?
La questione però potrebbe essere più semplice perché l’RNA potrebbe, come detto prima, aver ricoperto entrambi i ruoli all’inizio. L’RNA potevano agire da enzimi nelle reazioni implicate nella loro stessa formazione. Quindi l’RNA sembra poter essere stato il primo gene ed enzima che ha permesso a questa molecola di autoreplicarsi.
Tutto sarebbe iniziato con la formazione casuale di una molecola di RNA capace di creare copie di se stessa identiche. Probabilmente questa replicazione non era perfetta e poteva incorrere ad errori. Il risultato fu la formazione di varianti di RNA, alcune delle quali avrebbero potuto essere in grado di replicarsi meglio. In sostanza, si pensa, ci fu una sorta di evoluzione del RNA.
Le varie tipologie di RNA autoreplicanti entrarono in competizione per i nucleotidi , i mattoni di base dell’RNA, per poter costruire copie di loro stesse. Chi riusciva ad accaparrarseli con maggior efficienza prevaleva sulle altre. La pena fu l’eliminazione delle molecole con minore efficienza. Queste nuove molecole di RNA avrebbero avuto la capacità di costruire piccole proteine, che inizialmente rinforzarono la capacità di replicarsi del RNA poiché assunsero un ruolo nella costruzione del materiale genetico.
Questo produsse un sistema sempre più efficiente. Infine a questo sistema si affiancò il DNA producendo una divisione di ruoli fondamentale. Il DNA conserva l’informazione genetica mentre gli RNA poterono concentrarsi meglio nella trasmettere l’informazione alle proteine, le quali divennero ottimi enzimi o ricoprirono altri ruoli fondamentali per la crescita e sopravvivenza della cellula.
Riassumendo, questo è il mondo a RNA. Un RNA che, nel meccanismo attuale, gioca un ruolo intermediario tra DNA e proteine (vedi immagine sopra) ma che, in passato, possa aver ricoperto il ruolo di codice genetico (ruolo attualmente del DNA) e di enzimi (ruolo attuale delle proteine). D’altronde, nella biologia attuale, sono stati scoperti degli RNA capaci di svolgere un ruolo enzimatico, chiamati ribozimi. Lecito pensare che lo fossero anche in passato.
Poi l’RNA ha il vantaggio di essere a singolo filamento, ovvero costituito da una sola sequenza di nucleotidi mentre il dna è formato da due filamenti che interagiscono tra loro a formare una doppia elica, una struttura molto più complessa. Secondo logica, quindi, dovrebbe valere il fatto che è la cosa più semplice a formarsi prima (il condizionale è d’obbligo).
Resta il fatto che questa ipotesi si basa su una molecola che si autoreplica, la quale è stato in grado di gestire tutto il sistema cellula.
(peppe)
33 commenti
come sempre, i grandi del passato vengono troppo sottostimati nel presente...
Molto plausibile questa visione del processo evolutivo interessante come questo si ripeta ad ogni nascita partendo dal RNA appunto passando per la cellula arrivando fino alla forma finale.
Vedi ad esempio come si forma il feto che ripercorre le tappe fondamentali dello sviluppo dalla forma di vita più semplice arrivando alla più complessa includendo anche nella sua formazione la durata stessa della vita vedi i telomeri che in base alla specie determinano la durata stessa della vita.
Impressionante pensare come la natura abbia creato un meccanismo tanto complesso partendo da elementi tanto semplici.
Hai perfettamente ragione Enzo ma non sempre succede così per fortuna
una cosa mi sento di aggiungere...parlo senza prove quindi prendete con le pinze ciò che segue. è solo un'osservazione.
esistono i retrovirus. questi virus sono costituiti da un rna come "materiale genetico" ma, nel corso della sua riproduzione, passa a uno stato di dna.
Quindi nel mondo attuale un passaggio rna -> dna è documentato ma ha bisogno di un'enzima per far avvenire questo passaggio.
Se il mondo a rna è stata la regola nel lontano passato, qualcosa potrebbe aver innescato un processo simile a quello dei retrovirus?
magari è così che è nato il DNA?
ciò parlando nell'ottica di mondo a RNA.
ripeto sono mie considerazioni personali, prive di fondamento, ma basate su osservazioni del mondo attuale. prendetele con le pinze.
Peppe, quindi nell'evoluzione, vale sempre il discorso che il più forte (nel senso di quello che si riproduce meglio) soppianta il più debole? Il DNA è in tutto ciò che vive, ma perchè solo il DNA?
caro Gaetano,
parliamo di un periodo molto lontano, circa 3,8 milardi di anni fa. Quindi è un periodo dove prove di quanto avvenuto sono difficili da reperire. Tuttavia, gli scienziati hanno proposto ipotesi e teorie sulla base di osservazioni del mondo reali e grazie allo sviluppo di branche di scienza, come biologia molecolare ecc.
Oggi osserviamo il prodotto finito dell'evoluzione. Ovvero di un mondo dominato dagli acidi nucleici (DNA ed RNA). Oggi vediamo come queste molecole siano veramente brave a gestire il sistema vita. Entrambe sono formate da un trenino di nucleotidi, le unità di base. Si presume che materiale per costruire gli acidi nucleici ci doveva essere. Ci dovevano essere anche le condizioni ambientali per costruire.
è plausibile che all'inizio ci siano state una varietà di molecole che sono entrate in competizione ed è plausibile che la molecola "migliore" abbia finito a prevalere sulle altre per un gioco di un'evoluzione molecolare".
è anche plausibile che le varie molecole abbiano iniziato la vita di strutture viventi indipendentemente tra loro. poi la popolazione "migliore" (quella basata sull'acido nucleico) ha finito per soppiantare le altre, sempre per una questione di evoluzione molecolare.
tanto per fare un paragone sembra l'evoluzione dell'uomo. c'erano tante specie di homo conviventi per poi finire ad averne solo una dopo che la nostra specie ha fatto fuori in modo definitivo ai neanderthal
Non solo Neanderthal, ma anche tutti gli altri. Pare che la mossa vincente dell'uomo moderno sia stato il "pensiero creativo". Tu cosa ne pensi?
beh lo ha aiutato parecchio nell'adattarsi meglio.
l'ipotesi più plausibile è la competizione per le risorse. l'uomo moderno sapeva sfruttare il territorio meglio dei neanderthal e quindi aveva impedito quest'ultimi di sopravvivere.
comunque sono state trovate prove che nei nostri geni ci sia un pezzo di neanderthal.
In un libro di cui non ricordo né titolo né autore (ma che potrei trovare facilmente perché ce l'ho da qualche parte in soffitta), ho letto che l'adolescenza avrebbe costituito un importante vantaggio per l'uomo in termini evolutivi, a partire dalla preistoria.
Infatti, secondo l'autore, l'uomo sarebbe l'unico animale che, protraendo a lungo l'infanzia e quindi l'apprendimento basato su gioco ed imitazione, consentirebbe ai suoi "cuccioli" di entrare nella vita adulta con maggiore esperienza e conseguente capacità di affrontarne i pericoli e trovare soluzioni.
Ti risulta, Peppe?
Leggo molto interessato i vostri commenti io posso solo aggiungere di tener sempre ben presente il fattore "casualità" che ha influito molto nella direzione dell'evoluzione della vita sin dall'inizio poi via via in tutte le sue forme e quindi ha giocato un ruolo sicuramente di primo piano anche nel risultato evolutivo che dai primi ominidi ci ha consegnato l'uomo attuale (a parte l'intelletto
) così come è. 
si Daniela, ne ho sentito parlare. d'altronde in quegli anni il cucciolo di uomo modella ancora il proprio cervello.
Cara Daniela,
non dimentichiamo che fa tutto parte del grande gioco dell'evoluzione (biologica e culturale).
Il protrarsi dell'infanzia è possibile solo in specie nelle quali le cure parentali sono praticate in modo efficiente.
Le maggiori cure parentali presuppongono lo sviluppo di una forte socialità.
La forte socialità dipende dalla possibilità di creare gruppi più o meno numerosi.
Gruppi numerosi vuol dire vivere in un ambiente che mette a disposizione le risorse per la sopravvivenza. Se queste risorse mancano c'è allora bisogno di un cervello che le "generi" (agricoltura anzichè caccia e raccolta?)
Bene, ho illustratio una piccola parte della ricetta che serve a "diventare uomini".
Secondo Johanson e Edey il primo passo, veramente importante, sulla strada per diventare uomini, fu compiuto dai nostri lontani antenati quando assunsero la stazione eretta, liberando le mani. Questo evento non fu determinato da uno scopo progettuale, ma "imposto" dall'ambiente. Il seguito della storia si è sviluppato "quotidianamente" sulla base delle pressioni ambientali esercitate via via ed in modo CASUALE sui nostri progenitori.
Cara Daniela, ti consiglio vivamente di leggere il libro di Johanson e Edey: "Lucy: le origini dell'umanità" in cui si traccia proprio il percorso evolutivo che ha condotto fino a noi. E' molto ben fatto, perfino divertente.
Per inciso, Donald Johanson è il paleoantropologo che scoprì, in Africa Orientale - 1974, i resti di un'ominide (l'apostrofo è d'obbligo, trattandosi di una signora) poi denominato Australopithecus Afarensis, per gli amici ... Lucy.
Lucy in the sky with diamonds .....
A proposito, spesso ho la sensazione di vivere in un mondo nel quale gli australopitechi non si sono estinti!
Vi capita la stessa cosa?
A dire la verità, Alvy, preferirei vivere in un mondo con più australopitechi e meno "esseri evoluti"
che, in nome di questa o quella ideologia, ricorrono alla violenza fisica e psicologica per ottenere i loro scopi...
Prendo senz'altro nota del libro che mi hai consigliato e lo inserisco nella "lista d'attesa" di ciò che vorrei leggere: fortuna che si sta avvicinando l'estate durante la quale, di solito, riesco a sfoltire la lista!
Alvermag, ho anche io quel libro di Lucy, che mi piacque molto quando lo lessi negli anni 90. Ma le cose sono un po cambiate in questi ultimi decenni e certe teorie non rispondo sempre alle evidenze. Troppo lineari e, da quel poco che ho capito, non più attuali in alcuni parti.
Comunque c'è una domanda che, secondo me, utile ai fini dell'evoluzione e che fino ad ora non ho trovato risposte: coma mai l'uomo ha il cervello diviso in due parti? Perchè l'evoluzione avrebbe dovuto avere questo atteggiamento? Mah....
Ciao Sandro.
Si hai ragione, ma vedi, per noi dilettanti non è semplice seguire i continui sviluppi ed aggiornamenti delle scoperte scientifiche.
Credo che la lettura di testi che introducono determinati argomenti sia comunque utile ad attivare il cervello e far acquisire nuove conoscenze, altrimenti non si capisce perchè si dovrebbe leggere il Dialogo sui Masimi Sistemi o l'Origine delle Specie.
Leggere buoni testi scientifici, possibilmente scritti da professionisti, comporta una necessità di analisi del problema, fa capire quali scogli si siano dovuti superare per giungere all'attuale visione delle cose.
Nel caso specifico, il libro di Johanson, maledettamente godibile, pone una serie di quesiti per i quali bisogna necessariamente passare per provare a dare certe risposte.
Anche il darwinismo "sensu stricto" è superato ed ormai si parla di neo-darwinismo; come si fa però a parlare delle ultime scoperte e della nuova visione tralasciando i lavori di Darwin?!?!
Bravo Alvy !!! Casualità poi per i poveri australopitechi noi "UOMINI" ci dimentichiamo spesso che con loro abbiamo in comune il 99,9% del DNA.
Daniela mi inchino alla saggezza delle donne ma non ne dubitavo.
C'è un'immagine che non posso dimenticare, tra scienza e poesia ...
Da qualche parte in Africa Orientale furono trovate le tracce fossili del passaggio di due australopitechi afarensi, intenti a percorrere un tratto di una pianura.
Sono le orme di un maschio e di una femmina, lasciate qualche milione di anni fa.
Bene, un artista li disegnò mentre, procedendo per la loro strada, avevano lo sguardo volto al cosmo.
E' una rappresentazione che fa pensare .... molto poetica, forse poco scientifica ma .... immaginifica.
caro Sandro,
il cervello è diviso in due emisferi ma non sono identici. Essi possono differire per alcuni aspetti funzionali. Se non erro il linguaggio, per esempio, è prerogativa dell'emisfero sinistro per dirne una. però è stato notato come una bambina che aveva in pratica un solo emisfero riusciva a sopravvivere nonostante la mancanza dell'altro emisfero. Aveva alcune difficoltà nel movimento o nel parlare però sembrava una bambina del tutto normale.
è stato notato come l'emisfero presente in assenza del suo simmetrico si sia fatto carico delle funzioni di quest'ultimo. un cervello molto plastico capace di modellarsi in base alla situazione. c'è molto da studiare ancora
caro alvy, ma darwin non è morto nella visione del neo darwinismo....semplicemente ogni buona teoria scientifica nel corso del tempo si può modificare grazie a nuove scoperte che semntiscono o confermano varie osservazioni. negli ultimi 150 anni l'avvento di nuove scienze e i mezzi tecnologici che si evolvevano hanno reso sempre più efficace la ricerca e quindi questa teoria ha accumulato conoscenze che darwin non aveva.
basta che non mi si accosti darwin alle scimmie di cui lui non fa menzione poichè sull'evoluzione dell'uomo egli disse: "luce si farà sulle origini dell'uomo". i suoi detrattori però gli accolarono l'etichetta che l'uomo discende dalle scimmmie"
Ciao Sandro provo a darti una risposta alla tua domanda di come mai il cervello ha due emisferi?
Allora ragionandoci con quello che ho a disposizione
Si sa per certo che i due emisferi sono specializzati in funzioni specifiche ma comunque interconnessi nel processo di ragionamento infatti se una parte viene lesa l'altra ne risente comunque.
Io credo che la risposta stia nella comunicazione interscambio tra cellule che si sono evolute e specializzate per ricevere ed elaborare informazioni specifiche e su qui non ci piove.
Allora veniamo alla nostra bipolarità...
Con la lotta per la sopravvivenza le specie viventi hanno sviluppato il cervello strumento formidabile ad un certo punto l'evoluzione ha portato ad dei neuroni specifici probabilmente nei cervelli primordiali il fatto di avere parti del cervello divise adibite a varie funzioni ha favorito queste forme di vita a rispetto ad altre
Il pensiero stesso è interscambio di informazioni all'inizio dell'evoluzione quando entrano in gioco necessità degli esseri viventi di decidere sul come agire li si forma la corteccia celebrale la sala comandi.
L'evoluzione aveva bisogno di una sala comandi il cervello ha sviluppato una corteccia celebrale prima per reagire d'istinto agli stimoli poi pian piano attraverso la necessità di sopravvivere ha favorito lo sviluppo del controllo sugli stessi nelle situazioni che gli esseri viventi si trovarono ad affrontare e poi via via fini ad arrivare al vertice evolutivo attuale
Traendo le conclusioni noi ora ci chiediamo come mai due emisferi io dico che il segreto è l'interscambio di informazioni che abbisognava di almeno due elementi per potersi attuare chissà se l'evoluzione in futuro non porti ha sviluppare un terzo emisfero che sviluppi una forma di comunicazione telepatica sai che fregature per le compagnie telefoniche e via via chissà cosa ci riserverà in futuro l'evoluzione....
... per parte di madre o di padre?
caro foscoul a proposito di cervello mi fai emergere brutti ricordi legati all'esame di neuroanatomia. mamma quanti collegamenti che c'erano. dovevamo studiare i nervi. originavano da una parte, passano da quell'altra, poi magari biforcano, si intersecano cambiano direzione, e giungono a destinazione. e questo era solo una minima parte. il resto era ancora più complicato.
ora però la prendo con il sorriso
Gesù disse siamo tutti fratelli azz che sfiga!!!
Ciao Peppe dici bene ancora e per fortuna il cervello resta una macchina troppo complessa per essere compresa e riprodotta artificialmente e meglio rimanga così.
Grazie Foscoul.
L'unico problema, secondo il mio modesto parere, è che sono ipotesi non suffragate da prove scientifiche, attualmente non dimostrabili seppur, ovviamente, espresse in tutta la loro logicità e competenza e sulle esperienze di "vita" fin qui maturate.
Grazie a tutti per le risposte.
Ma come avete detto voi, ma c'è molto da fare ancora.....
Certamente Sandro! Grazie a te.
Caro Peppe,
sono un po' in ritardo con i post, vorrei comunque farti questa domanda: che tu sappia, con le attuali tecnologie, è possibile replicare o simulare in qualche modo una riproduzione basata solo su RNA? (diversa quindi dai visrus da te citati)
Una piccola nota poi sul discorso che sono state trovate prove che nei nostri geni ci sia un pezzo di neanderthal: probabilmente le mie informazioni non saono aggiornate, tuttavia ciò che sapevo è che la nostra specie non avrebbe mai potuto accoppiarsi (intendo riprodursi) con quella dei neanderthal, esattamente come non possiamo farlo con le scimmie (o qualsiasi altro animale) anche se i geni che ci dividono sono veramente pochi.
Un caro saluto,
Alex.
Caro Alex per la riproduzione con i neanderthal per quel che mi risulta ci sono analisi sul nostro genoma che dimostrano cio. Ricordo che feci questa domanda alla mia prof di biologia molecolare e lei mi confermo che casi di incrocio sono avvenuti e ne portiamo i segni sul codice genetico.
Grazie Peppe,
sicuramente sei più aggiornato e preparato di me.
Per quanto riguarda invece la mia domanda sulla simulazione di riproduzione basata solo su RNA tramite le attuali tecnologie, sai se c'è stato qualche esperimento?
Ciao,
Alex.
Scusami mi era sfuggita l altra parte di commento. A me non risulta un esperimento del genere. Almeno non ho mai letto nulla riguardo ma mi alletterebbe davvero leggere una notizia così. Sarebbe davvero straordinario. Anzi a tempo debito mi dedicherò a fare ricerche
OK grazie ancora per la tua cortesia