Cos'è la teoria chemiosintetica? Fondamenti e sperimentazione

L'essere umano è un'entità complessa, che oltre a soddisfare i suoi bisogni fondamentali, richiede anche una spiegazione della sua esistenza e delle sue origini. Da lì nascono vari postulati, che spaziano dal campo religioso e filosofico, a quello scientifico. All'interno della corrente scientifica è stata postulata una teoria dell'evoluzione molecolare chiamata teoria chemiosintetica, basata sugli studi degli scienziati Alexander Oparin e John Haldane, che pur non avendo lavorato insieme, sono giunti alla formulazione della stessa ipotesi, che dà continuità al fondamenti sollevati nella teoria del big bang, in opposizione alla teoria della generazione spontanea, e alle teorie religiose sulla genesi della vita.

Cosa stabilisce la teoria chemiosintetica?

Questa teoria afferma che l'idrogeno (H.2) presenti nell'atmosfera primordiale reagivano con atomi di carbonio, azoto o ossigeno formando un brodo nutritivo, che a contatto con varie fonti di energia primitiva dava origine a diversi amminoacidi, che costituiscono i mattoni fondamentali della vita organica.

Condizioni nell'atmosfera secondo postulati chemiosintetici

La teoria chemiosintetica stabilisce che l'atmosfera primitiva dovrebbe avere caratteristiche propizie alle reazioni riduttive, poiché se fosse esistita un'atmosfera con tendenze ossidative, i componenti del "Zuppa di primogenito" si sarebbero degradati. Per questo lo affermano gli scienziati che hanno postulato le varie teorie evolutive nelle condizioni iniziali del pianeta non poteva l'ossigeno era esistito, poiché le reazioni di ossidazione non avrebbero promosso lo sviluppo della vita.

Fondamenti di teoria chemiosintetica

La fase della postulazione di una serie di teorie che ruppe con i precedenti della teoria della generazione spontanea (ampiamente accettata ai suoi tempi) iniziò nel 1864 a seguito degli studi dello scienziato francese Luis Pasteur, che dimostrò nei suoi esperimenti che “Il vivente viene dal vivo”, dando luogo allo sviluppo di nuove teorie. Tra queste teorie c'è la chemiosintetica, che afferma che la vita ha avuto origine dalla reazione di elementi chimici di base. Gli elementi che compongono questo postulato sono spiegati in dettaglio di seguito:

Composizione della terra ai suoi inizi: questa teoria considera che all'inizio il pianeta aveva un'atmosfera priva di ossigeno libero, essendo però ricca di altri componenti, principalmente idrogeno (alte concentrazioni), quindi riduttivo, che ha favorito il rilascio di atomi di idrogeno nelle specie chimiche presenti. Oltre a questo, conteneva altri composti chimici di base come: acido cianidrico (HCN), metano (CH4), anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e altri componenti.

• Formazione del brodo nutritivo: noto anche come zuppa primogenita, consisteva nell'agglomerazione di un liquido nutritivo formato da tutti questi componenti dell'atmosfera primitiva. Questo volume di liquido ha dato origine ai primi mari. Come è successo? La teoria chemiosintetica stabilisce che in conseguenza del raffreddamento dell'atmosfera si è verificata una condensazione del vapore acqueo proveniente dai vulcani, che ha trascinato con sé tutte queste componenti formando il brodo nutriente, che si accumulerebbe nelle depressioni (oceani) dove rimarrebbero per lunghi periodi di tempo senza rischio di decomposizione.
• Aspetto di strutture più complesse: In questo processo, l'azione di varie fonti di energia è stata fondamentale, come tempeste elettriche, radiazioni solari ed eruzioni vulcaniche. Il risultato di queste reazioni erano componenti complessi come zuccheri, acidi grassi, glicerina e amminoacidi. Nel tempo, l'evoluzione ha dato origine a strutture che Oparin ha chiamato coacervatesstrutture biologiche più resistenti e avanzate che erano i precursori degli attuali acidi nucleici.

Formazione di coacervati

Oparin lo stabilì nel processo di evoluzione delle specie chimiche contenute in esso brodo primogenito, sorsero i coacervati, che erano specie complesse, che al momento della divisione cellulare si univano in un'unica struttura, acquisendo così una membrana che li avrebbe trasformati in organismi unici, con la capacità di auto-sintetizzarsi (capacità di produrre il proprio cibo ), che si evolveranno in forme sempre più stabili e complicate che diventeranno vere strutture viventi. Secondo la teoria chemiosintetica, questi organismi primordiali erano l'origine del mondo vegetale e animale del nostro pianeta.

Inizialmente, non c'era uno strato di ozono, che proteggeva le cellule dalla radiazione diretta del sole. Ecco perché si ritiene che sia possibile che le prime strutture siano state create e distrutte incessantemente dall'incidenza diretta dell'energia solare. Dopo milioni di anni, tali cellule sono state in grado di evolversi in sistemi organici più complessi, che avrebbero permesso loro di moltiplicarsi. Successivamente, hanno iniziato a sintetizzare il loro cibo attraverso l'energia solare, eseguendo il processo di fotosintesi e inviando ossigeno puro nell'atmosfera, che in seguito sarebbe diventato lo strato di ozono.

Il processo di formazione di un coacervato è definito di seguito:

• Tutto inizia con la formazione di una molecola organizzata e stabile.
• Con il passare del tempo si forma una seconda molecola complementare (macromolecola) che fa parte del coacervato.
• Questa macromolecola si separa dal coacervato dove ha visto la sua origine.
• La macromolecola inizia ad attrarre composti che riesce a legare alla sua struttura, ricreando il coacervato originario.

Stanley Miller e Harold Urey Experiment (1953)

Sebbene i postulati della teoria chemiosintetica furono stabiliti nel 1924 da Oparin e Haldane, due scienziati successivamente ricrearono in un esperimento su larga scala le condizioni dell'atmosfera primitiva, sottoponendo la miscela di idrogeno, metano e ammoniaca a molteplici scariche elettriche, sintetizzando vari organici acidi. Lo scopo di questo test era la dimostrazione che la sintesi di composti organici era spontanea, e che era avvenuta da semplici molecole trovate nella prima atmosfera.

Per la progettazione del loro esperimento, hanno preso un contenitore di vetro e hanno versato una certa quantità di acqua, in modo che fosse parzialmente riempito, vi è stata posta anche una miscela dei suddetti gas. Questo contenuto è stato sottoposto a scariche elettriche che hanno simulato le tempeste preistoriche che si sono verificate all'inizio del pianeta.

Questo test è durato una settimana e, una volta trascorso, i risultati sono stati analizzati. Il primo indicatore delle reazioni avvenute è stato che è stato osservato un cambiamento nel colore dell'acqua, che all'inizio era trasparente, e che dopo una settimana ha acquisito una tonalità rosa, che poi sarebbe diventata marrone, arricchendosi di amminoacidi essenziali e molecole organiche.

Questo esperimento è stato un contributo che supporta la teoria secondo cui le prime forme di vita si sono formate da reazioni chimiche condotte spontaneamente.