L'origen de la vida: De la generació espontània a la vida artificial

Origen i evolució de la vida: Teories i experiments

Primers organismes a les dorsals oceàniques

El 1985, l'Alvin, un submarí amb capacitat per a 3 tripulants, capaç de suportar grans pressions i baixar fins a 5000 m de profunditat, va descendir fins a les dorsals oceàniques. Allà va descobrir vida a les grans profunditats obscures de l'oceà. Hi pot haver xemeneies o brolladors d'aigües molt calentes (400°C), riques en minerals de sofre (S), ferro (Fe), coure (Cu) i altres metalls. Hi ha una gran diversitat d'éssers vius (actualment, unes 180 espècies), com ara cucs vermells d'1 metre que viuen a partir dels bacteris quimioautòtrofs, capaços d'extreure l'energia del sofre present a l'aigua calenta. Així, els bacteris funcionen com a productors en aquests ecosistemes, on existeix tot un complex entramat d'éssers vius, com ara cloïsses gegants, crancs, peixos i pops totalment blancs. Cada vegada que un submarí baixa, es troben noves criatures. Molts biòlegs pensen que la vida es va poder originar prop d'una xemeneia hidrotermal submarina, considerant-les el bressol de la vida.

Teories sobre l'origen de la vida

Hi ha moltes teories sobre l'origen de la vida:

• Les religioses atribueixen l'aparició de la vida a alguna mena d'acte de creació divina.
• La teoria de la generació espontània, defensada pels filòsofs de l'antiga Grècia com Aristòtil, afirmava que animals inferiors com els cucs, ratolins, insectes o peixos podien formar-se a partir del fang o de restes de menjar sobre una samarreta suada. Al segle XVII, el prestigiós alquimista i metge Van Helmont va proposar una recepta per obtenir ratolins adults a partir de grans de blat i una samarreta vella i suada. Aquesta teoria va perdurar tota l'Edat Mitjana fins al segle XIX.
• Louis Pasteur, el 1860, va demostrar que la teoria de la generació espontània era falsa.

L'experiment de Pasteur

Pasteur va posar un líquid enriquit amb nutrients dins d'un matràs de coll de cigne, sense tapar-ne l'obertura. Va escalfar el medi de cultiu i va obtenir vapor d'aigua. En condensar-se, aquest vapor va formar aigua líquida, que impedia que els microorganismes de l'aire entressin al matràs.

La teoria d'Oparin

El 1924, Oparin va proposar que els gasos que suposadament formaven l'atmosfera primitiva havien reaccionat entre ells fins a formar les primeres cèl·lules als oceans.

La teoria d'Haldane i la "sopa primitiva"

El 1924, el genetista i bioquímic anglès John Haldane, partint d'una atmosfera primitiva amb una composició química semblant a la que proposava Oparin, va enunciar una teoria similar, però afegint el concepte de "sopa primitiva" o brou primitiu. Segons Haldane, l'aigua de l'oceà estava enriquida amb matèria orgànica a alta temperatura, cosa que va permetre la formació de les primeres estructures amb capacitat de duplicar-se, però que encara no eren cèl·lules. Aquestes protocèl·lules s'anomenaven coacervats.

L'experiment d'Urey i Miller

El 1953, els nord-americans Urey i Miller, partint de les teories d'Oparin i Haldane, van dissenyar un dels experiments més importants de la biologia. Van introduir en un recipient esfèric de vidre els gasos que suposadament formaven l'atmosfera primitiva (hidrogen (H₂), metà (CH₄), amoníac (NH₃) i vapor d'aigua (H₂O)). Els van fer reaccionar i xocar entre si gràcies a descàrregues elèctriques que sortien d'uns elèctrodes col·locats a la part superior del recipient, el qual estava a 80°C. Després d'unes setmanes, van observar que s'havien obtingut diversos aminoàcids (els components de les proteïnes) i algunes altres molècules orgàniques més senzilles. D'aquesta manera, van demostrar que era possible sintetitzar molècules orgàniques a partir de compostos inorgànics en un ambient aquós a temperatures més altes que les actuals i utilitzant energia elèctrica que simulava els llamps.

Controvèrsia sobre la composició de l'atmosfera primitiva

El 1967, alguns geoquímics no estaven d'acord amb Urey i Miller pel que fa als gasos que formaven l'atmosfera primitiva. Creien que l'atmosfera devia ser més rica en òxids de carboni i més pobra en metà i amoníac. Si això fos cert, en l'experiment de Miller s'haurien obtingut moltes menys molècules orgàniques.

Fites en l'evolució de la vida

• Entre 3900 i 3500 milions d'anys: Formació d'un únic tipus de cèl·lula primitiva de la qual deriven tots els éssers vius.
• Entre 1000 i 700 milions d'anys: La concentració d'oxigen a l'atmosfera ja era similar a l'actual.
• Fa uns 1500 milions d'anys: Es va formar la primera cèl·lula eucariota, resultant de la fusió a) d'un bacteri resistent a les altes temperatures amb b) un altre bacteri que tenia forma de tirabuixó. La segona fusió va ser accidental, a l'atzar, però va resultar tan beneficiosa que va acabar convertint-se en una simbiosi, és a dir, que un bacteri no podia sobreviure sense l'altre. Això s'anomena endosimbiosi. La cèl·lula eucariota es caracteritza per tenir el nucli envoltat per una doble membrana.
• Els primers eucariotes eren anaerobis (no utilitzaven oxigen) fins que es va introduir un tercer bacteri (que es va acabar convertint en el mitocondri) i, a partir de llavors, es va començar a aprofitar l'oxigen per obtenir energia.
• Els cloroplasts es van incorporar després dels mitocondris, en associar-se amb un bacteri capaç de fer la fotosíntesi.
• Fa 800 milions d'anys: Els organismes formats per una sola cèl·lula van començar a colonitzar superfícies humides, zones intermareals i llacunes mig seques.
• Fa 670 milions d'anys: Van aparèixer els organismes pluricel·lulars, formats per més d'una cèl·lula, al mar.
• Fa 600-500 milions d'anys: Era el període del Cambrià, en què a la Terra existien moltíssimes espècies d'éssers vius diferents.
• Fa 450 milions d'anys: Van aparèixer les primeres plantes terrestres. Els animals van colonitzar la terra ferma més tard.
• Fa 400 milions d'anys: Els primers animals sobre la superfície terrestre eren com petits artròpodes, semblants a algunes espècies actuals.

Enginyeria genètica

L'enginyeria genètica és la manipulació de la informació genètica, és a dir, del DNA o ADN d'un ésser viu, ja sigui una planta, un animal o un bacteri, mitjançant la introducció de gens d'altres éssers vius o bé amb la modificació dels seus propis gens. Per tant, es reprograma l'activitat vital d'un ésser viu.

Ús de les plantes transgèniques

Avantatges

• Augment de la producció d'aliment per a la població mundial.
• Augment de la producció de medicaments que provenen dels vegetals.
• Augment de la seva resistència contra les plagues d'insectes.
• Transformació del gust, dolçor, color, etc. dels fruits per fer-los més agradables al nostre paladar.

Inconvenients

• Riscos incerts a llarg termini.
• Els gens dels conreus alterats genèticament podrien passar per hibridació a les plantes dels ecosistemes dels voltants, amb una barreja de conseqüències positives i negatives de tota mena.
• Possible pèrdua de biodiversitat a la biosfera.

Vida artificial

La vida artificial consisteix a crear vida al laboratori a partir de matèria inerta. Ara per ara, es tracta de sintetitzar bacteris, la qual cosa ja és bastant complicat.

Passos

1. Síntesi de l'ADN del Mycoplasma genitalium al laboratori, en petits trossos.
2. Unió d'aquests trossos en trossos més grans dins d'un bacteri E. coli.
3. Dins d'un llevat, unió dels trossos grans en un sol cromosoma (de 484 gens i idèntic al del Mycoplasma genitalium).
4. A partir de l'ADN format al llevat (en un sol cromosoma), es vol crear un bacteri Mycoplasma genitalium sencer i viu.