De la Sopa Primitiva a les Primeres Cèl·lules

Què és la vida? Definició i característiques

El concepte de "vida" és inabastable i no s'ha trobat una definició prou precisa. No obstant això, es pot entendre la vida com un 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:

1. Nodrir-se
2. Relacionar-se
3. Reproduir-se

L'experiment de Redi: Generació espontània

Francesco Redi va realitzar un experiment clau per refutar la teoria de la generació espontània. Va col·locar un tros de carn en tres recipients diferents:

• Un obert
• Un tancat hermèticament
• Un tapat amb una gasa

Al cap d'un temps, la carn s'havia descompost, però només hi havia larves en el pot obert i a sobre de la gasa. En el pot tancat, en canvi, no hi van aparèixer larves ni mosques. Aquest experiment va demostrar que les larves no sorgien espontàniament de la carn, sinó que provenien de les mosques.

L'experiment de Pasteur: Refutant la generació espontània

Louis Pasteur va dur a terme un experiment decisiu per desmentir definitivament la teoria de la generació espontània, utilitzant matrassos de "coll de cigne":

1. Pasteur va posar brou de carn en dos matrassos de coll llarg i estret, que va corbar amb una flama per crear un coll en forma de "S".
2. Va fer bullir el líquid de cada matràs per esterilitzar-lo, eliminant qualsevol microorganisme existent. Al cap d'uns quants dies, va comprovar que el brou no es deteriorava.
3. Va tallar el coll d'un dels matrassos, exposant el brou directament a l'aire. Al cap d'uns dies, va observar que el brou d'aquell matràs sí que s'havia descompost.

La conclusió de Pasteur va ser que en tots dos matrassos entrava aire, però en el colze del matràs intacte es condensava líquid que impedia l'entrada dels microorganismes, els quals quedaven retinguts al coll. Això impedia que el brou es deteriorés. En trencar el coll, els microorganismes presents a l'aire podien entrar i contaminar el brou, provocant la seva descomposició.

L'experiment de Miller: Origen de molècules orgàniques

L'experiment de Stanley Miller i Harold Urey va simular les condicions de la Terra primitiva per investigar l'origen de les molècules orgàniques:

1. En el primer recipient, va posar-hi aigua, metà, amoníac i hidrogen, simulant l'atmosfera primitiva.
2. Va escalfar la mescla, i el vapor va arrossegar els gasos fins al segon recipient, on els va sotmetre a descàrregues elèctriques, simulant els llamps.
3. Quan aquests gasos es van refredar, es van precipitar.

En analitzar el contingut del matràs, Miller va observar que s'hi havien format molècules orgàniques senzilles, com urea i diversos aminoàcids, components fonamentals de la vida. Aquest experiment va donar suport a la hipòtesi que les molècules orgàniques podrien haver-se format espontàniament a la Terra primitiva.

Síntesi abiòtica: Teoria d'Oparin i Haldane

La teoria de la síntesi abiòtica, proposada per Oparin i Haldane el 1923, explica com la vida podria haver sorgit a la Terra primitiva:

• Fa aproximadament 4.500 milions d'anys, el planeta estava envoltat d'una atmosfera sense oxigen (O₂), coneguda com a atmosfera reductora. Estava constituïda principalment per metà (CH₄), amoníac (NH₃), hidrogen (H₂) i vapor d'aigua (H₂O), i diòxid de carboni (CO₂).
• L'energia provinent del Sol (radiació ultraviolada) i les intenses descàrregues elèctriques (llamps) van provocar que els compostos inorgànics interactuessin i donessin origen a compostos orgànics senzills.
• Aquests compostos orgànics es van precipitar sobre la superfície terrestre i van ser arrossegats per la pluja fins als oceans, on van formar una solució rica en matèria orgànica, coneguda com la «sopa primitiva».
• En aquest mar, i a partir de reaccions químiques complexes, es van formar els primers compostos orgànics més elaborats.
• 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 van esdevenir els primers microorganismes anaeròbics, ja que a l'atmosfera primitiva no hi havia oxigen lliure.

L'origen i evolució de la vida a la Terra

La Terra es va originar fa aproximadament 4.600 milions d'anys per la condensació gravitatòria de la pols còsmica i contenia des del principi tots els elements químics coneguts.

El refredament de l'escorça terrestre va durar uns 1.000 milions d'anys, desprenent-se gasos i vapors que, per condensació, van donar lloc a la hidrosfera i l'atmosfera primitives. El vapor d'aigua, en baixar la temperatura, es va condensar i va formar els núvols, que van donar lloc a la pluja, la qual, al seu torn, va originar els oceans primitius. El mantell i el nucli terrestre continuen actius actualment.

L'atmosfera primitiva no contenia oxigen (O₂) ni nitrogen (N₂), però abundaven l'hidrogen (H₂), l'amoníac (NH₃) i el diòxid de carboni (CO₂). Les descàrregues elèctriques sobre els oceans van afavorir la formació de molècules orgàniques senzilles, precursores de glúcids i aminoàcids.

La unió d'aquestes molècules senzilles va originar d'altres més complexes, com ara proteïnes i àcids nucleics. En determinades condicions, aquestes molècules es van concentrar per originar les primeres protocèl·lules (membranes senzilles amb un àcid nucleic a l'interior).

La seqüència evolutiva es pot resumir com: Protocèl·lules → Cèl·lules procariotes → Cèl·lules eucariotes.

Les primeres cèl·lules eren heteròtrofes. Com que no hi havia oxigen, degradaven les molècules orgàniques per fermentació. Posteriorment, es va sintetitzar la clorofil·la i va aparèixer la fotosíntesi, donant lloc a la nutrició autòtrofa.

Teories actuals sobre l'origen de la vida

Actualment, la teoria de la generació espontània ha estat completament refusada. Tot i que no tenim una certesa absoluta sobre la composició exacta de l'atmosfera primitiva que proposaven Oparin i Miller, sembla força clar que la vida es va originar com a conseqüència d'uns fenòmens químics que van tenir lloc en unes condicions determinades.

És important esbrinar quin va ser el material genètic inicial capaç de duplicar-se. Algunes teories defensen que va ser l'ARN (àcid ribonucleic) i que posteriorment es va sintetitzar l'ADN (àcid desoxiribonucleic), que és més estable i de replicació més eficient.

Amb el temps, van aparèixer les proteïnes i les molècules orgàniques es van organitzar en bicapes per originar membranes, iniciant una seqüència de canvis que va donar lloc a la gran diversitat de formes, grandàries i processos vitals que observem avui dia.