Origine ed evoluzione delle cellule

Capitolo A1
Origine ed
evoluzione
delle cellule

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Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017

Lezione 1

La nascita
dell’universo e la
storia della Terra

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Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017

Dal Big Bang al Sistema Solare

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L’Universo ha avuto origine da un’enorme esplosione, il
Big Bang, a cui ha fatto seguito la formazione di galassie,
stelle e pianeti.

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L’evoluzione della Terra

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È probabile che l’atmosfera della Terra primordiale
fosse formata esclusivamente da elio e idrogeno.

In seguito, le emissioni dei vulcani e dei geyser
portarono alla formazione di una nuova atmosfera
priva di ossigeno, che favorì la formazione degli
oceani.

Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017

In passato, la composizione chimica dell’atmosfera terrestre era diversa da quella odierna.

Ai primordi era priva di ossigeno e ricca di azoto, acqua, CO2 metano (CH4) e ammoniaca (NH3).

L’atmosfera del passato

Gainotti, Modelli Incontro con le scienze della
Terra.blu con chimica © Zanichelli editore 2015

L’ossigeno comparve solo con l’avvento della fotosintesi. Lo si è compreso studiando le rocce più antiche di 2,8 miliardi di anni, data alla quale si fa risalire l’evoluzione dei primi organismi fotosintetici procarioti (cianobatteri o alghe azzurre). In seguito all’aumento di ossigeno, gli organismi evolsero in forme sempre più complesse e variegate.

Terziario

65 M.a.

Ere geologiche

Estinzione Permiana

245 M.a.

Esplosione
Cambriana

530 M.a.

L’esplosione cambriana, testimonia la rapida comparsa di tutti gli organismi antenati delle odierne forme di vita.

Ha provocato la scomparsa dell’85-90% delle specie viventi, soprattutto marine.

Estinzione di tutti i dinosauri a causa dei cambiamenti climatici dovuti alla caduta del meteorite di Chicxulub e delle eruzioni vulcaniche.

L'evoluzione dei viventi è avvenuta grazie all'alternanza di grandi esplosioni di vita (radiazioni) e estinzioni di massa.

La storia della vita sulla Terra

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In questo schema ogni giorno rappresenta 150 milioni di anni.

Match

Associa la percentuale ai gas che compongono l'atmosfera attuale

• anidride carbonica

• argon

• ossigeno

• azoto

0,033 %

0,93 %

21 %

78 %

• 0,033 %

• 0,93 %

• 21 %

• 78 %

Multiple Select

Quali dei seguenti gas erano più abbondanti nell'atmosfera terrestre primordiale rispetto ad oggi?

• vapor acqueo

• ossigeno

• azoto

• anidride carbonica

Reorder

Metti in ordine cronologico i seguenti eventi dal più antico (1) al più recente (5)

• Primi organismi unicellulari

• Esplosione cambriana

• Estinzione permiana

• Estinzione dinosauri

• Comparsa ominidi

1

2

3

4

5

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

Lezione 2
Le diverse
ipotesi sull’origine
della vita

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L’ipotesi di Oparin sulla comparsa
della vita sulla Terra

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Secondo la teoria di Oparin, la comparsa della vita sulla
Terra è stata preceduta da una lunga serie di eventi, che
prende il nome di evoluzione chimica.

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I 4 elementi che oggi costituiscono
più del 95% della struttura dei
viventi (H, O, C, N) erano già
presenti nell’atmosfera e nelle
acque, sotto forma di elementi
isolati e inorganici.
L’ossigeno libero era quasi del tutto
assente nell’atmosfera, mentre
erano abbondanti l’azoto e il
diossido di carbonio.

L’esperimento di Miller-Urey

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Miller e Urey confermarono attraverso un esperimento l’ipotesi di Oparin, dimostrando che le molecole organiche possono formarsi a partire dalla materia inorganica.

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Una teoria alternativa

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Secondo la teoria della panspermia le forme di vita terrestri sono troppo complesse per essersi formate spontaneamente. La vita andrebbe quindi avuto origine nell’Universo e sarebbe giunta sulla Terra grazie a corpi celesti come
comete o meteoriti.

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Fonte: Wikipedia

Le missioni spaziali volte all’esplorazione diretta di comete e asteroidi hanno,
tra gli altri obiettivi, quello di rinvenire su di essi molecole organiche.

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Dalle biomolecole alle prime cellule

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Evoluzione prebiologica: secondo Oparin, le biomolecole sono diventate più numerose e hanno iniziato a combinarsi, dando luogo a piccoli sistemi (coacervati).

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Evoluzione biochimica: l’RNA svolge il ruolo di
catalizzatore e
memoria genetica, poi compare il DNA e l’RNA si specializza.

Evoluzione chimica (Oparin): le molecole organiche possono formarsi a partire dalla materia inorganica.

Lo scenario del “mondo a RNA”

Questa ipotesi prevede che i sistemi chimici dai quali ha preso avvio la vita fossero basati interamente sull’RNA, uno dei due acidi nucleici presenti nelle cellule (l’altro è il DNA).
La molecola di RNA avrebbe potuto formarsi anche per via non biologica nelle condizioni della Terra primordiale e avrebbe svolto sia il ruolo di catalizzatore sia quello di memoria genetica.

Le caratteristiche dei viventi

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Il ​

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è costituito da ​

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e molecole ​

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, portato a ebollizione e sottoposto a ​

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, si formano molecole ​

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Secondo la teoria

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la vita è arrivata sulla Terra grazie a ​

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o meteoriti che contenevano materia ​

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Evoluzione ​

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: secondo Oparin, le ​

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sono diventate più numerose e hanno iniziato a ​

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, dando luogo a piccoli ​

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Evoluzione ​

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: ​

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, solo dopo compare ​

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Gli esseri viventi sono formati da ​

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, consumano ​

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, si ​

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, si ​

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all'ambiente, e rispondono agli ​

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.

Lezione 3
Dai procarioti agli eucarioti e agli organismi pluricellulari

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Dai procarioti agli eucarioti

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Teoria dell’endosimbiosi

Formazione delle membrane
interne

Autotrofi ed eterotrofi

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Gli organismi eterotrofi ricavano da
fonti esterne l’energia e le molecole
necessarie per costruire le proprie
strutture.

Gli organismi autotrofi sintetizzano
in modo autonomo biomolecole ricche
di energia attraverso la fotosintesi
clorofilliana con l’energia solare o la
chemiosintesi attraverso reazioni
chimiche dello zolfo o dell’azoto.

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E’ nato prima l’eterotrofo o…?

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Le prime cellule erano autotrofe o eterotrofe?
Una prima ipotesi è che queste cellule fossero eterotrofe: per
nutrirsi assimilavano le molecole organiche presenti nel
«brodo primordiale», le stesse utilizzate per autoassemblarsi.
Nel tempo aumentarono di numero, esaurendo le molecole
complesse di cui si nutrivano e cominciò una competizione,
che portò alla comparsa di cellule capaci di sintetizzare
molecole organiche a partire da semplici sostanze
inorganiche: gli autotrofi.
Una seconda ipotesi è che le prime cellule fossero autotrofe,
chemiosintetiche o fotosintetiche. Alcuni esperimenti hanno
messo in luce l’esistenza di molecole in grado di effettuare
una fotosintesi primordiale. Queste cellule, più semplici, grazie alla teoria dell'endosimbiosi sarebbero evolute in cellue eucariotiche, tipicamente eterotrofe.

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Conseguenze della pluricellularità

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La pluricellularità comporta:
● differenziazione tra le cellule, che si specializzano;
● continua comunicazione tra le cellule attraverso segnali, che consente integrazione e coordinazione delle attività.

Il passaggio da procarioti a eucarioti ha richiesto circa due
miliardi di anni, nei quali molti organismi sono comparsi, si
sono evoluti ed estinti.

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Il passaggio da unicellulari a
pluricellulari ha richiesto tempi
più brevi. I primi organismi
pluricellulari fecero la loro
comparsa 750 milioni di anni fa.

Dalle colonie agli organismi
pluricellulari

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Una forma intermedia tra organismi unicellulari e pluricellulari
è rappresentata da singole cellule riunite in colonie.

A differenza delle colonie, negli organismi pluricellulari ogni
tipo di cellula è specializzato nello svolgere una specifica
funzione.

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Dropdown

Nella teoria ​

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una antica cellula ​

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ha inglobato cellule più piccole in grado di effettuare la ​

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e la ​

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cellulare

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Gli organismi ​

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ricavano da fonti esterne​

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necessarie per il loro ​

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Gli organismi ​

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sintetizzano in modo autonomo ​

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Reorder

Metti in ordine dal più antico (1) al più recente (5) gli eventi fondamentali dell'evoluzione dei viventi

• Comparsa delle biomolecole

• Comparsa dei procarioti

• Comparsa delle colonie unicellulari

• Comparsa degli eucarioti

• Comparsa dei pluricellulari

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• 1
• 2
• 3
• 4
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