1 LEZIONE 1 Origine Della Vita

8/19/2019 1 LEZIONE 1 Origine Della Vita

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Radiazione difusa che ancora persiste

da un ipotetico BIG BANG, 13,7miliardi di anni a

l'universo nasce da un!N"# di in$nita densit%

e temperatura che sisare&&e espansoauto enerandosi (teoriaBIG BANG)

origine della vitaBig

Bang


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*istema solare

+ ertur&azione ravitazionale+ #nda d urto innescata dall esplosione diuna supernova

Gi antesca nu&e di polveri e as (idro eno, elio-.)peri erica ad una alassia comincia a collassare suse stessa per efetto della ravit%.

/a nu&e comincia ad assumere una orma s erica

/a parte centrale della nu&e 0 R#"#*" //Areazioni termonucleari ener ia e luce la stella siaccende 0 *#/

0


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La terra nasce 4,5 miliardi di anni fa

Le rocce datate più antiche risalgonoa 3,8 miliardi di anni (Isua , Groenlandia)

I più antichi microfossili in rocce dell !ustraliaoccidentale dell et" di 3,5 miliardi di anni#

$ono forme procariotiche gi" complesse

La vita pu% essere nata molto tempo prima,gi" 3,& miliardi di anni fa'''


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Gli esseri viventi sono

SISTEMI (porzioni di mondo fisico poste sottoosservazione) -complessi (formati da più parti)

-aperti (scambiano con l’esterno materia edenergia)


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;7=I/>

$-!9BI =I 9!0>7I! >= >/>7GI!

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-! !-I0! =I >@;L@>7$I

on le seg!enti caratteristic"e#


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IAN" 2 aratteristiche

rioti pluricellulari otosintetici

ilite pecto+cellulosicao come orma di riserva car&oidratica prevalente

7appresentano il &&,5 della iomassa del nostro pianeta

roduCione di ;$$IG>/; $orgente alimentare

-om usti ili fossili -himica vegetale

!ssor imento di -; !ssor imento di inDuinanti

9itigaCione del clima Benessere psico6sico


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I procarioti dominano la storia evoluti

da 3,4 a 5 miliardi di anni a

!ntenatoEantenati comuni

=ominioBacteria

=ominio!rchea

=ominio>ucaria

-hromista rotista

lantaeungi

!nimalia

9onera


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9eta olismo delle prime forme viven

anismi eterotro6 che, vivendo in condiCionisochF anossiche, erano costretti a operare la fermentaCione

e sostanCe assor ite dall*am iente#anCa organica continuamente formata per via a iotica#

Il tasso di produCione dellesostanCe organiche vennesuperatodal tasso di utiliCCaCione dellestesserime forme autotrofe operavano una fotosintesiro ia, analoga a Duella di certi atteri attuali#

orso di Duesto tipo di meta olismo non viene prodotto ossigenoe elemento secondario della reaCione

viene li erato acido solforico a partire da Colfo ed acDua )#

oco più tardi, da Duesti procarioti anaero i si originarono i primiorganismi in grado di operare una fotosintesi aero ia(in pratica i precursori dei moderni -iano atteri )#


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L’ossigeno inizia ad accumularsi

nell’atmosfera 2,7 miliardi di anni faFotosintesi non ossigenica

Cianobatteri comparsi probabilmente già 3,5 miliardi di anni fa

Fotosintesi ossigenica (CIANOBATTE I!

Atmosfera grad"almente passa darid"cente ad ossidante


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La vita EUCARIOTICA inizia circa 2, miliardi di anni fa

ossili più antichi

>cosistemiatterici

ormaCione=ella 0erra

7occepiù antiche

!rchea metagenici

!rchea in gradodi ridurre i solfati

rimi eucariotiunicellulari

>ucariotipluricellulari

!lghe auna di

>diacara

-!9B7I!/;esci

ianteterrestri

iante con 6ore

7ettili

9ammiferi

! 9>/0; del livellodi ossigeno

Le piu grandiestinCionii


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##$$"n po% di storiaAristotele, (3&' 3)) a$C$!

genera*ione spontanea+

ogni fradici"me di cada-ere corrotto, ed ogni so**"ra di ."alsiasi altra cosa p"trefatta, ingenera i -ermi e gli prod"ce $

!alla materia inanimata si forma s"ontaneamente la vita e#uesta $ continuamente generata dagli influssi vitali dei#uali la materia $ "ermeata

%rancesco Redi (/0)0 /01& !genera*ione spontanea 2non nasce-ano lar-e sopra la carne, se ."esta erasigillata (o coperta con gar*a! in "n recipiente inmodo c e gli insetti non potessero depositar-i le

"o-a (/00&!

http://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_redi_francesco&orid=GEDEA_redi_francesco&todo=LinkToFreehttp://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_redi_francesco&orid=GEDEA_redi_francesco&todo=LinkToFree


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Anton4 -an ee"6enoec7 (/03) /8)3!,

scopri-a i microrganismi gra*ie ad "nalente d9ingrandimento$

a scoperta f" com"nicata alla o4al:ociet4 di ondra con "na lettera datata1;/


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=n secolo dopo, a**aro :pallan*ani (/8)1 > /811! dimostr? c e li."idi isolatie bolliti rimane-ano sterili$

Obie*ione@ Il riscaldamento delleinf"sioni altera le condi*ioni dell9ariaimpedendo la -ita all9interno deirecipienti c i"si

In seg"ito a ."esti st"di, -enne nominato direttore scientificoed amministrativo della &cole normale di 'arigi(

o"is aste"r , nel /&0), ripet gli esperimentidi :pallan*ani, ma con accorgimenti tecnici

c e li resero inconf"tabili

http://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_pasteur_louis&orid=GEDEA_pasteur_louis&todo=LinkToFreehttp://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_miller_stanley_lloyd&orid=GEDEA_miller_stanley_lloyd&todo=LinkToFreehttp://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_miller_stanley_lloyd&orid=GEDEA_miller_stanley_lloyd&todo=LinkToFreehttp://www.sapere.it/gr/ArticleViewServletOriginal?otid=GEDEA_pasteur_louis&orid=GEDEA_pasteur_louis&todo=LinkToFree


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"alsiasi forma di -ita pro-iene da "na forma di -ita preesistente

rincipio della DITA A A DITA BIOGENE:I

Ha c e dire dei primi organismi2

a -ita non sorta in "n pianeta similealla Terra att"ale,

Ha s" "na Terra GIODANE++++ scaric e elettric e, radia*ioni

"ltra-iolette,atti-ità -"lcanica imponente

composi*ione particolare dell%atmosfera


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TA E di "n Ipotetico scenario@

/! a sintesi abiotica di piccole molecole organic e o monomeri,."ali aminoacidi e n"cleotidi

)! l%"nione di ."este piccole molecole (monomeri! in polimeri,."ali proteine ed acidi n"cleici

3! l%origine di molecole dotate di potere di a"toreplica*ione,c e finirono per rendere possibile l%ereditarietàJ

'! l% impacc ettamento di ."este molecole all%interno di KprotobiontiL,goccioline circondate da "na membrana capaci di mantenere "nambiente c imico interno di-erso da ."ello circostante$


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Oparin e Maldane@

dalla metà degli anni ‘20 la ricerca inquesto campo diventa una vera e propriascienza 1924 viene pubblicato “L’origine della vita” diAlexander. I. Oparin atmos era primordialesen!a ossigeno libero ma ormata da unamiscela di gas c"e entrano in soluzione neglioceani (brodo primordiale#nell’atmosfera erano contenuti H 2O, Fe, CO 2,H2S , in presenza di H 2 si formano CH 4 e NH3

http://www.anisn.it/scienza/evoluzione2005/archibatteri.htmhttp://www.anisn.it/scienza/evoluzione2005/archibatteri.htm


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a conferma di Hiller

$tanle% &iller agli inizi degli anni Cinquanta con erma l’ ipotesi di Oparin e dimostra la sintesidegli amminoacidi

$%ac&!a' !n oceano primitivo inminiat!ra' era manten!ta inebollizione' in modo c"e

contin!amente si trasformassein gas' c"e' venendo acontatto con le altre sostanze'poteva reagire con esse e poiricondensare' grazie allapresenza di !n apparatorefrigerante Il materialeformatosi poteva essereestratto ed analizzato opoalc!ni giorni di trattamento' lasol!zione f! sottoposta adanalisi e i ris!ltati f!ronoesaltanti# nel li&!ido erano

presenti aminoacidi

http://www.anisn.it/scienza/evoluzione2005/glossario.htmhttp://www.anisn.it/scienza/evoluzione2005/glossario.htm


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Alc"ni scien*iati anno messo in d"bbio le teorie di Hiller s"l r"olo dell%atmosfera primiti-a nella forma*ione disostan*e organic e

isorse essen*iali per le macrosintesi fornite da camini -"lcanici e da fratt"re oceanic e della crosta

Nel )


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e condi*ioni presenti s"lla terra primordiale anno portatoalla forma*ione di polimeri

E% dimostrato sperimentalmente c e il calore e la-apori**a*ione dell%ac."a s" opport"ni s"bstrati

ind"cono la spontanea aggrega*ione di monomeriin polimeri@

forma*ione di macromolecole biologic ee del primo HATE IA E GENETICO

FO HA IONE EI O IHE I


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- proprietàcatalitic e

- e di trasmissionedi informa*ione

genetica

Il primo materiale genetico@ l% NA

Ogni molecola di NA possiede sia "n

genoti"o (la s"a se."en*a!e "n fenoti"o (la conforma*ionecon c"i interagisce in modo specifico conaltre molecole in sol"*ione

(aminoacidi e altre macromolecole!


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e cell"le -i-enti come noi le intendiamo possono esser state preced"te da forme simili ai

OTOBIONTI

'ROTO*IO+TI aggregati molecolari capaci dimantenere "n ambiente c imico interno di-ersoda ."ello circostante e c e

mostrano alc"ne delle proprietà associate alla -ita@ETA*OLI- O ed ECCITA*ILITA’(

Otten"ti in laboratorio a partire da molecole lipidic e particolari:i costit"iscono in "n doppio strato lipidico c e p"?@/! Immaga**inare energia sotto forma di poten*iale di membrana)! Incorporare al s"o interno molecole en*imatic e$

a sele*ione nat"rale p"? a-er fa-orito protobionticontenenti informa*ioni ereditabili (prima NA e poi NA!


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.antaggi/piccole dimensionisemplicità metabolica

-vantaggi/limiti al n"mero di di-erse atti-ità metabolic e

c e possono s-olgersi contemporaneamente

dimensione ridotta del genoma limita il n"merodi geni codificanti en*imi c e controllano ."este atti-ità

Aumento di com"lessit0 )iologica con la com"arsa/ -di "rocarioti "luricellulari (cianobatteri filamentosi!

-di comunit0 "rocariotic1e do-e ciasc"na specie beneficia delle speciali**a*ioni metabolic e delle altre

-Com"artimentazione di funzioni differenti nella stessa cellula/ com"arsa degli EUCARIOTI

Organismi "rocarioti/


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Eociti Crenarc1aeaarc1ea "i3 a))ondantinell’am)iente marinotermofili e i"ertermofili

Arc1aea Arc1aea

Gli E"r4arc eota

sono i meglioconosci"ti edincl"dono imetanoprod"ttorie gli alofili$ ICrenarc eotacomprendonomicrorganismitermofili,


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!+A

Un modello dell’origine degli EUCARIOTI

em)rana"lasmatica

Cito"lasma

'rocariota ancestrale

Invaginazionidella mem)rana"lasmatica

+ucleo

Involucro+ucleare

Reticoloendo"lasmico

Cellula con nucleo esistema di mem)rane interne

Inglo)amento diun "rocariotaaero)io eterotrofo

itocondrio

itocondrio

EucariotaAncestrale eterotrofo

Inglo)amento diun "rocariotaaero)io autotrofo

'lastidio

EucariotaAncestralefotosintetico

!+A

I" i d i )i


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mitocondri e cloroplastiderivano e-ol"ti-amente da

"rocarioti c e -i-e-ano insim)iosi all%interno dellacell"la pi grande

più di un miliardo di anni

fa colonizzarono le celluleeucariotiche primordiali,prive della capacità dimetabolizzare l’ossigeno

i mitocondri dai"roteo)atteri (batteriaerobi!

i cloro"lasti daiciano)atteri

(batteri fotosintetici!

!ati a favore dell’i"otesi/ 1. la dimensione di entram)i $ simile a

#uella di un )atterio 2. contengono un loro !+A 4anc1e se non

sono autosufficienti5 3. "ossono dividersi formando co"ie simili

a se stessi

I"otesi endosim)ionte

d b d l l


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Ipotesi endosimbionte del nucleo

Ra"torguest Rece"tive 1ost

Ra"tor guest


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verso ipl!ricell!lari

• il metabolismo aerobico sviluppamaggiori 'uantita( di energiarispetto a 'uello anaerobico)

• passaggio evolutivo da celluleprimitive ad organismi piu(complessi* pluricellulari

Rafflesia arnoldii

albero filogenetico # diagramma c"e mostra le relazioni

https://it.wikipedia.org/wiki/Diagrammahttps://it.wikipedia.org/wiki/Diagramma


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batteri arc ibatteri e"carioti batteri arc ibatteri e"carioti

K =CALast "ni-ersal common ancestor

Com"nità ancestraledi cell"le primiti-e

albero filogenetico # diagramma c e mostra le relazionifondamentali di discendenza com!ne di gr!ppi tassonomici diorganismi

https://it.wikipedia.org/wiki/Diagrammahttps://it.wikipedia.org/wiki/Tassonomiahttps://it.wikipedia.org/wiki/Tassonomiahttps://it.wikipedia.org/wiki/Diagramma


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Caratteristiche cellulari e molecolaridistintive e/o a comune dei 3 domini

Archea

Bacteria EukaryaBacteria


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Si*ospessoIntroni presenti nella maggioranza dei geni

*oSiSi+peroni presenti nel *,

Si*oSiMetionina (aa) !sata come iniziatore del t *, ...

Si*oSi/roteine istonic"e presenti nelle cell!le

*oSiSiapaci di crescere a temperat!re sopra 012

SiSi*o3otosintesi con clorofilla

SiSi*o$ipidi di membrana con legami esterei.. ( - -+- )

01s41s41simensioni dei ribosomi

5 111-

611 111

711-

8 1119111*!mero di geni (tipico di riferimento)

*oSiSi*, in forma circolare .

Si*o*oell!le con n!cleo ed altri organelli racc"i!si damembrana

Si*o*o/revalentemente m!lticell!lare

6111 µ 86 µ 86 µ 8imensioni tipic"e di riferimento (vol!me cell!lare)

E!caria:acteria ,rc"aeaaratteristic"e

,lc!ne differenze tra ,rc"aea' :acteria ed E!caria

O

PP


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... I bacteria !sano formilmetionina

.. I lipidi delle membrane degli ,rc"aea "anno legami eterei ( -+- )

itosc"eletro anal 3!nzmicrot microfil

interm

. Il *, e!cariota ; lineare

*oSiSiapaci di litotrofismo

*oSiSiapaci di azotofissazione

*oSiSiapaci di denitrificazione

*oSi*oapaci di nitrificazione

*oSi*oSensibili a cloramfenicolo'


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En"ancer = Silencer Tata :o>

promotore

geni procariotici


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Albero filogenetico comparando le sequenze dell’RNA ribosomale

Sistematica filogenetica

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