Molècules → Polímers → Vida
És difícil traçar la línia entre la matèria inerta i la vida, i això du a plantejar “què és la vida”, exactament el títol del llibre de Schrödinger. [un sistema amb un conjunt de processos de replicació, relació amb el medi i intercanvi de matèria i energia per mantenir la complexitat]. A l’antiguitat s’explicava que els déus haurien creat les plantes i els animals (Gènesi), o que apareixia de manera espontània a partir de la matèria inerta. Això quedaria descartat per Pasteur. Tal com va dir Virchow, Omnis cellula ex cellula. Però aleshores, com haurien arribat les primeres cèl·lules? O són d’origen extraterrestre (hipòtesi que només trasllada de lloc el problema), o van aparèixer per abiogènesi, és a dir, a partir de la metèria inerta en un moment donat.
La vida hauria pogut arrencar en condicions que molècules orgàniques estiguessin prou concentrades. (Oparin, Miller. Eigen).
Els estromatolits de Strelley Pool suggereixen l’existència de cianobactèries d’uns 3500 milions d’anys d’antiguetat. [EV p.36]
Formació de molècules bàsiques
La 2a Atmòsfera reductora (-4500) amb H2O, CH4, NH3, H2S alliberats pel vulcanisme després de la condensació del gas del sistema planetari. Per reaccions amb gasos va aparèixer 5M d’anys després N2, CO, CO2 i H2O, 3a atmòsfera també reductora.
L’energia dels llamps sobre aquests compostos formen precursors biològics. (1953 Miller):
i) 2CH4+N2 → 2HCN+3H2, CO+NH3 → HCN+H2O
A partir del cianur d’hidrogen es forma, primer cianoacetilè (agent condensant), i després aminoàcids (base de les proteïnes), purines i pirimidines (base dels àcids nucleics)(Lehninger p.1050)
ii) Del formaldehíd HCHO+ la caliça CaCO3 es formen molts sucres [Precedents dels hidrats de carbó i els lípids].
Al cap de 1000M d’anys hi havia una determinada concentració de matèria orgànica als oceans primitius.
Formació de polímers
La formació de polímers a partir dels monòmers suposa la formació d’enllaços covalents entre els aminoàcids per deshidratació (pèrdua d’aigua). Aquesta reacció no és espontània i només és possible amb la intervenció d’agents condensants com la carbodiimida que absorbeixen aigua, o bé per adherència a minerals. En aquests van tenir un paper fonamental els polifosfats que deshidraten els aminoàcids amb un escalfament suau. Així es van obtenir les primeres cadenes de pèptids, els enzims. Els nucleòtids precursors dels àcids nucleics també es formen per escalfament de purines o pirimidines i polifosfats. Una cadena de polinucleòtids podia servir també fer formar-ne una de complementària [doble hèlix] unida per enllaços d’hidrogen.
Origen de la vida
- Individualització (-4.000 m.anys).
A partir de la “sopa orgànica” es formen entitats individuals per coacervació (separació d’un polímer en una fase diluïda i una altra concentrada) on compostos proteinoides quedarien en la part densa formant una gota que podria iniciar un metabolisme primitiu (hipòtesi d’Oparin). Una dissolució concentrada de protinoides, escalfada i deixada refredar en determinades condicions salines i de pH resulta en unes microesferes d’uns 2 ｵm de diàmetre amb un embolcall similar a una membrana (hipòtesi de Fox). Aquestes microesferes s’arriben a separar per gemmació i en elles s’ajunten aminoàcids formant cadenes de polipèptids. Se suposa que alguna d’aquestes cadenes podia generar la cadena de nucleòtids que la codificava. L’origen també podria haver estat en cadenes de DNA (Muller, virus). Una tercera possibilitat és que un fragment de RNA hagués originat una cadena de polipèptids i més endavant s’hagués trobat el DNA com una manera més permanent de codificar la informació. - Hipercicle.
El problema és arribar al cicle DNA-proteina. La proteina necessita estar codificada en un DNA que, a la seva vegada, ha d’estar sintetitzat per una proteïna. Per assaig, és a dir, moltes fluctuacions diferents de les quals només sobreviuen les més favorables (l’amplificació de les fluctuacions exigeix una situació fora del domini lineal de la termodinàmica en que sempre tornen a l’equilibri), es pot donar un hipercicle on un DNA1 codifiqui unes proteines P1 que entre altres coses sintetitzin un DNA2 que codifiqui unes proteïnes … fins arribar a unes proteines Pn que tanquin la cadena sinetitzant DNA1 (Eigen 1971). Només que aparegués un tal hipercicle (de probabilitat petita peró no nul·la), tindria un enorme avantatge, tant com per suposar que seria l’origen de tot el viu. Aquesta hipòtesi Adam i Eva estaria recolzada pel fet que tots els organismes vius tinguin el mateix codi genètic i les seves molècules orgàniques presentin la mateixa asimetria (tots els aminoàcids són L).
Així arribem a un sistema patró amb els corresponents catalitzadors i individualitzat per una membrana. Es podia donar un protobiont d’aquest tipus, amb 40 proteïnes i 40 gens, per cada 10 km2 de superfície d’oceà (Kaplan)(Atlas p.517). Un cop es troba un hipercicle queda fixat el codi genètic. L’altra gran adquisició seria el codi ATP per la transferència d’energia.
(Varela) asenyala que la transició a l’individu és un pas net i tallant, discontinu. Suposa una xarxa de processos metabòlics que produeixen una membrana que els separi de la sopa de l’entorn. Alhora aquesta membrana ha d’englobar aquests processos i no més, i facilitar l’entrada i sortida necessària. Hi ha doncs una circularitat. Quan aquests processos s’autocontenen i el límit s’autofabrica, es parlaria d’autopoiesis.
(Boya “Pensar la Complexitat”) assenyala les etapes:
- Síntesi prebiòtica.
- RNA World Silbert ’86 mostra que tó propietats autocatalítiques i deuria ser el pas inicial. Es possible un inici de traducció genètica amb un alfabet de dos caràcters que podria codificar 16 aminoàcids.
- DNA storaged. El canvi respecte el RNA del H per OH i l’uracil enlloc de la timina d’una una molècula de gran estabilitat que permet perpetuar les troballes evolutives.
- El progenota que consistia en arquebacteries tipus metano o sulfo. Un virus té 103 caràcters, un bacteri com E.Choli 106 i l’home 109.
Hi ha la possibilitat que la vida o els seus components hagin arribat a la terra procedents d’un asteroide (BBC Bennu 2023). [Després de tot, molts dels elements més pesants presents a la terra no s’hauren “cuit” al sol sinó que estarien en la pols interestelar, procedents d’alters etsrelles, en el moment de formació del sistema solar]. Això no elimina la pregunta sobre com va començar un procés tan complex com la vida, simplement el trasllada de lloc.