1. Què és la vida?
La vida és oxigen, carboni,hidrogen,nitrogen, ...
És cert, només aquests bioelements primaris representen més del 92 % del global dela matèria viva.
Però la matèria inert com les roques i minerals també contenen aquests àtoms organitzats formantuna
gran diversitatde molècules.
La vida és aigua i sals minerals.
És cert, però aigua i salsminerals són presental mar i no és un ésser viu. Diòxid desilici i carbonatde
calci són presentals exoesquelets dels éssers vius però la sorra deles platges també en tenen.
Què és la vida?
La vida són glúcids,lípids,proteïnes i àcids nucleics.
És cert, són les anomenades biomolècules i constitueixen el cos dels organismes.Però els virus contenen
àcids nucleics i no són consideratséssers vius.
Què fa la vida?
La vida, allò que la constitueix no és diferent d’allò que no viu, d’allò que forma el món inert.
No es tracta tant de saber què és la vida sinó més aviatquè fa la vida.
Atributs de la vida
A l’últim terç del s. XX la NASA, en la recerca de la vida extraterrestre, ha resumit les propietats bàsiques
de la vida
Autopoesi “ser capaç d’autorenovar-se”. Els éssers vius estan en contínua renovació.( per exemple, el
cos humà recicla totes les cèl·lules dela sangen tres mesos )
Metabolisme “conjunt de canvis químics i de consum d’energia”. Es realitza perquè els éssers vius
necessiten incorporar i processarmatèria i energia de l’entorn ( així,parlemdel catabolismeen la
respiració cel·lular,comels processos químics dedescomposició molecularper extreure energia i de
l’anabolismepels processosdeconstrucció,mitjançantaquesta energia,de components orgànics,com
proteïnes )
Reproducció “ aparició d’un nou organisme”. Els organismes tenen la capacitatdereproduir-se(
bacteris,organismes unicel·lularsi molts pluricel·lularspoden reproduir-seper si mateixos.En la
reproducció sexual,s’acumula partdel material genètic dels progenitors )
Evolució “La vida ha canviat des dels seus orígens”. La selecció natural garanteixl’eficàcia i lacontinuïtat
dels éssers vius.Els canvisdel material genètic en la reproducció són “un filtre”per adequar-se a
l’ambient on viuen i garantir així l’eficàciai continuïtatdel’ésser viu.
2.2.L’origen de la vida a la Terra
L’edat de la Terra és de 4600 milions d’anys i avui dia datem l’aparició dela vida a la Terra fa uns 3800
milions d’anys. Això ens indica quevan haver de passar uns quants centenars de milions d’anys des de la
formació de la Terra fins que hi van aparèixer formes de vida primiti ves.
Al llargdela història,l’aparició dela vida ha estat objecte de nombroses llegendes i faules inspirades per
les diferents visionsdel món, per diferents ideologies i religions.
Primeres teories : creacionismei autogènesi
Fins el segle XVII, el creacionismeha dominatl’idea de com és l’origen de la vida.
2. Al creacionismereligiós,basaten els textos religiosos,era Déu omnipotent que havia estatl’encarregat
de crear i d’insuflar vidaa totes les plantes i els animals quehabitaven la Terra.
Al creacionismeintel·ligent,el mateix Univers mostra evidències que no pot haver “un atzar” i que les
lleis naturalshan hagutd’estar dissenyades demanera intel·ligent.
Des de l’època d’Aristòtil també s’acceptava que hi havia criatures quepodien néixer de la matèria en
descomposició,mitjançantl’anomenada generació espontània:els cucs sortien del fang; les mosques,
de la carn podrida;els polls,dela suor,...
Refutant la teoria de la generació espontània:Redi, Spallanzani i Pasteur
Refutar és refusar la validesad’una idea o una afirmació mitjançantraons,arguments o experiments
científics
La teoria de la generació espontània no es va poder refutar fins el S. XVII a través de diverses
experiències
Experiment de Redi
Francesco Redi va posar carn en pots diferents: un tancathermèticament; l’altre amb una malla i el
tercer obert. Al cap d’uns dies va observar que, als dos primers pots,la carn s’estava descomponent,
mentre que al tercer hi havien aparegut cucs (larves demosca). Redi va deduir que les larves naixien
dels petitíssims ous les mosques
Lazzaro Spallanzani va dur a terme un experiment similar però amb brou de carn i amb els pots tancats i
escalfats i va concloureque,a diferència dels recipients oberts,en aquests no hi proliferaven
microorganismes
Louis Pasteur
Durant el s. XVII diversos experiments refutaven la teoria de la generació espontània : en un medi
tancati lliurede gèrmens, no s’hi podia generar la vida.
No va ser fins al 1860 queLouis Pasteur va acabar amb la teoria de la generació espontània,
argumentant amb el seu experiment dels “matrassos de coll de cigne” que en un medi completament
estèril,lliuredels microorganismes del’aire,no s’hi podia generar la vida.
Posa a bullir el brou per esterilitzar-lo.
En refredar-seel brou i passades unes setmanes,l’airepodia entrar,de manera que els defensors de la
generació espontània no podien objectar que faltava aireperquè és produís la generació espontània
Pasteur va comprovar al microscopi queel matràs es mantenia estèril.Però si s’inclinava el matràs o es
trencava el coll i el brou tocava el coll,s’enterbolia el brou i,observant-lo al microscopi passatsuns dies,
hi va trobar gran quantitatde microorganismes.
Contemporànies dels experiments de Pasteur, i igualment revolucionàries van ser les Teories de Charles
Darwin ( 1859 ). Aquest assegurava quela vida és la conseqüència d’un lent procés evolutiu regit per la
selecció natural,i queel seu origen hauria estatper causes naturals.
Els defensors de la teoria Darwinista s’havien deplantejar un problema important: si els organismes
havien d’aparèixer per causes naturals,i si Pasteur haviamostratla impossibilitatdela generació
espontània, com s’havien format les primeres cèl·lules a la Terra?
Teoria prebiòtica
1924,Aleksandr Oparin proposa una evolució química dela matèria inerta (gasos de l’atmosfera
primitiva) a les primeres cèl·lules (formades en els oceans).
3. La seva hipòtesi es basava en el coneixement de les condicionsfisicoquímiques quela Terra havia de
tenir fa 3000 ma : l’energia ultraviolada procedentdel Sol i les descàrregues elèctriques de les
tempestes, provocarien que les petites molècules de gasos ( H2O , H2H2S , NH3 , CH4 ) donessin lloc a
molècules orgàniques més complexes, anomenades prebiòtiques i que més tard esdevindrien en alguns
aminoàcids( constituents de les proteïnes )
Paral·lelamenta Oparin,al 1929,Haldaneesbossà una teoria del’origen de la vida i introduïa la noció de
sopa primitiva : aquelles molècules prebiòtiques que van quedar atrapades a les basses d’aigües poc
fondes, aigües oceàniques del litoral primitiu i zones intermareals enriquides en matèria orgànica van
formar una “sopa primitiva”coma escenari de l’aparició deles primeres es tructures, encara no
cel·lulars,amb capacitatper autoreplicar-se( com esferes buides anomenades coacervats , que van
encloure àcids nucleics,capaces defer còpies de si mateixes ).
Escenaris inicialsdela vida:comes van formar les primeres cèl·lules? L’experiment de Miller
Les propostes teòriques d’Oparin i Haldanevan servir debasea Harold Urey i Stanley Miller (1953) per
dissenyar un experiment que pretenia reproduir les condicions ambientals de la Terra primitiva. Van
aplicardescàrregues elèctriques sobreuna mescla gasosa demetà, amoníac,hidrogen i vapor d’aigua a
80 oC. Passades unes setmanes, com a resultat,van detectar en la faselíquida condensada aminoàcids,
les molècules a partir de les quals es formen les proteïnes.
Tot i que l’experiment de Miller no demostra els processos de l’origen de la vida,valida lapossibilitatde
la síntesi de molècules orgàniques precursores dels éssers viusa partir decompostos inorgànicsen un
ambient aquós,amb energia elèctrica (simulantllamps) i a temperatures relativamentaltes.
Hipòtesi de les fonts hidrotermals
1960,alguns geoquímics van demostrar desacords amb la composició del’atmosfera proposada per
Urey i Miller i van buscar altres escenarisalternatius.
1970,amb el descobriment de les xemeneies hidrotermals es va proposar una nova hipòtesi: les
molècules orgàniques senzilles s’haurien pogut produir a l’interior de cavitats de roques volcàniques
formades a partir de les erupcions volcàniques properes a les dorsals oceàniques. En aquestes cavitats
s’hi haurien concentratquantitats suficients dels gasosquehaurien proporcionatels elements químics
indispensables per a la formació deles biomolècules.
Avantatges:
Fan que l’origen de la vida sigui independentde la composició del’atmosfera primitiva.
Proporcionen un ambient molt més tranquil i aïllatdels nombrosos impactes demeteorits i cometes que
van caracteritzar les primeres etapes de la història dela Terra.
Desavantatges: les temperatures elevades d’aquestes xemeneies faciliten la síntesi dematerial orgànic
però, alhora,també la destrucció
Teoría de la panspermia
La composició química demeteorits i cometes han demostrat que contenen substàncies orgàniques
relacionades amb la vida.
Alguns científics ( Svante Arrhenius al 1908 ) consideren que les molècules bàsiques dela vida han
arribatdel’espai (meteorits, cometes) i altres encara van més enllà,i afirmen que el que va arribar de
l’espai exterior van ser directament éssers vius semblants als bacteris actualsque,arribats a la Terra,
s’haurien començat a reproduir i evolucionar.
L’origen de la vida
4. Podem resumir dient que avui hi ha diverses teories que expliquen l’origen de la matèria orgànica,i que
encara no tenim proves suficients per acceptar-ne cap com a model definitiu.
Una situació semblantes presenta quan parlemdel procés de transformació dela matèria orgànica fins
l’aparició deles cèl·lules.
2.3. Origen i evolució cel·lular
Van aparèixer ara fa 3700 milionsd’anys,a partir d’un únic tipus de cèl·lula primitivadela que deriven
tots els éssers vius.
A partir de les estructures moleculars considerades per Oparin,precursores deles cèl·lules,aquestes
van evolucionar amb l’intercanvi amb el medi. Aquests primers “éssers” estaven proveïts d’una
membrana que separava el medi extern i l’intern, amb un metabolisme rudimentari per obtenir energia
i poder-se reproduir ( cèl·lula procariota ).Així,les característiques d’aquesta primera cèl·lulaprimitiva
en forma de bacteri anaerobi són :
Procariota (unicel·lularsensenucli) moltpetita,
Aquàtica heteròtrofa (que obté matèria orgànica directamentdel medi, la sopa primitiva )
Metabolisme anaerobi (senseoxigen)
Més endavant, quan comença a esgotar-se la matèria orgànica,per selecció natural,apareixen
organismes procariotes fotosintetitzadors (avantpassats dels actualscianobacteris) capaços derealitzar
la fotosíntesi i poder fabricar la seva pròpiamatèria orgànica.Són doncs,autòtrofs
Aquests organismes ja no tenen la dependència de la matèria orgànica dela sopa primitiva,arribanta
dominar mars i oceans.Però la fotosíntesi alliberaoxigen i es van alliberar milions detones d’oxigen que
van ser un verí pels organismes anaerobis.Molts van desaparèixer i els altres van evolucionarper
esdevenir organismes que utilitzen l’oxigen en els processos d’obtenció d’energia : és la respiració
cel·lular i esdevenen organismes aerobis ( amb oxigen )
Aquests cianobacteris fotosintetitzadors i aerobis es van diversificar en centenars de formes diferents i
van anar enriquintd’oxigen l’atmosfera i es va anar formant la capa d’ozó.
Es calculaquefa entre 1000 i 700 milions d’anys l’oxigen atmosfèric ja va assolirels valorsactuals.
Cèl·lules eucariotes : teoria endosimbiòtica
Aquesta teoria ( 1967 ) considera quela primeres cèl·lules eucariotes van sorgir deresultes de la
incorporació debacteris per simbiosissuccessives
Més endavant, per incorporació d’un nou bacteri (que s’acabaria convertinten els actuals mitocondris)
es van formar cèl·lules eucariotes queaprofitaven l’oxigen per obtenir energia.
Aquesta cèl·lula comença a proliferar i experimenta una nova transformació: s’associa amb un bacteri
fotosintètic que acabaria donantels cloroplasts actuals.
Aquest procés es coneix com endosimbiosi serial,i és la hipòtesi més acceptada.
Giardia paràsitintestinal,amb 2 nuclis i sensemitocondris.Es considera l’organismeeucariota més
primitiu.
2.4. Els primers organismos
Els primers organismes es van originar en ambients aquàtics.
Viure fora de l’aigua plantejava seriososobstacles:La manca d’aigua.L’amenaça de la dessecació.Gran
intensitatde llum.Quantitatexcessiva d’oxigen.Falta desosteniment.,Dificultatper desplaçar-se.
5. Fa 800 milions anys,alguns organismes unicel·lulars van començar a colonitzar superfícies humides,
zones intermareals i sediments de llacunes.
Aquestes zones s’omplien i s’eixugaven d’aigua periòdicament. Retenir i conservar l’aigua va ser
l’estratègia més important dels primers pobladors de la Terra ferma.
Aquells organismes que mostraven estructures que evitaven les pèrdues d’aigua i es protegien de la
radiació solar (parets cel·lulars,escorces,closques,exosquelets,etc) eren afavorits per la selecció
natural.
Els primers organismes pluricel·lulars van aparèixer en ambients aquàtics fa uns 670 milions d’anys.
Al període cambrià va haver una gran diversificació de formes de vida que van deixar un bon nombre de
testimonis al registre fòssil. El mar estava poblatper una gran diversitatde formes de vida ( artròpodes,
cordats, etc), però la major partes van extingir.
Els fòssils més antics deplantes terrestres daten de 450 milions d’anys.
Eren plantes semblants a les molses actuals (necessitaven
certes condicions dellumi humitat per viurei reproduir-se).
Un pas importantper vèncer la dessecació va ser el
desenvolupament de les llavors.
Els animals terrestres més antics que es coneixen són de fa
400 milions d’anys i eren comparables a petits artròpodes
actuals
Desenvolupament de la Vida
2.5. Modificar la vida:La Biotecnologia
Mentre algunes línies derecerca continuen intentant esbrinar quin ha estatl’escenari més probableper
l’origen de la vida,altres estan investigantun repte de la nostra
societatactual :la vida artificial.
S’anomena Biotecnologia el conjuntde processos i tecnologies que
utilitzen organismes vius (plantes,animals o microorganismes) per
obtenir productes d’altvalor o d’utilitatper a la salut,l’agricultura,
l’alimentació,la indústria o el medi.
L’enginyeria genètica consisteix en la manipulació i modificació de
la informació genètica, és a dir, del ADN d’un ésser viu mitjançant
la introducció de gens d’altres organismes o la modificació de gens
propis.
S’ha desenvolupatgràcies a processos naturals propis dels microorganismes.Molts bacteris tenen
fragments de material genètic, anomenats plasmidis,per intercanviar informació genètica.Els plasmidis
es reprodueixen amb independència de la resta del material genètic bacterià.
Els plasmidis molèculesd'ADN circular dedoble cadena pròpia dels procariotes i els virus s’utilitzen en
l’enginyeria genètica per vehicular la introducció d’informació genètica nova a cèl·lules i reben el nom
de vectors ja que vehiculen la introducció d’informació genètica nova.
A finals dels anys70 es van descobrir un enzims propis dels bacteris anomenats enzims de restricció,la
funció dels quals es destruir el ADN alièque penetra dins les cèl·lules.Són una mena de tisores
genètiques capaces de tallar segments de ADN en llocs precisos.
Clonatge d’ADN
Producció d’insulinahumana
6. la insulinaqueutilitzen les persones diabètiques o l’hormona del creixement s’obtenen per enginyeria
genètica. S’introdueix el gen humà en bacteris i aquests produeixen la insulinao l’hormona del
creixement.
Industria biotecnològica:Productes farmacèutics obtinguts per enginyeria genètica
Moltes biomolècules s’obtenien fins fa pocs anys d’extractes de teixits d’animals comporc o vaca amb el
problema de rebuig associat.
Actualment podem obtenir productes farmacèutics comara:
Factor VIII de la coagulació ( hemofília),Vacunes ( Hepatitis A i B), Factors estimulants del’hematopoesi
( pacients oncològics),Molècules antivíriques i interferó
humà (esclerosi múltiple),Antibiòtics
Modificar la vida:Teràpia génica
Tractament de malalties associades a gens defectuosos (
fibrosi quística,immunodeficiènciasevera)
L’empremta genètica permet la identificació d’individus
PCR:
Reacció de la cadena de polimerasa
Proves de paternitat, medicina forense (escenes de crims),
Arqueologia
Modificar la vida:OMG (organismos modificats genèticament) o transgènics
Les cèl·lules d’algunes espècies vegetals regeneren fàcilmentuna planta sencera,de manera que canvis
genètics introduïts en aquestes cèl·lules poden passar a les detota la planta,incloent-hi les cèl·lules
reproductores. Això facilita laseva utilització en enginyeria genètica.
Objectius de l’enginyeria genètica en plantes:
Noves tecnologies per a una agriculturamés eficient, Competitiva, sosteniblei segura,Creació de bancs
de germoplasma i llavors,Obtenir resistènciaa les plagues i herbicides i una milloradaptació a les
condicions adverses .
Micropropagació i conreu de plantes
Amb els vegetals transgènics,la polèmica està servida, per una banda té avantatges però també té riscos
incerts que conviden al debat.
Modificar la vida:els vegetals transgènics
Riscos:Quin és l’efecte indirecte d’aquests productes per al consumhumà?, Els gens dels conreus poden
passar per hibridació a les plantes dels ecosistemes?,Quin efecte pot tenir aquestfet?, Hi ha risc de
perdre diversitatbiològicaa la biosfera?
Modificar la vida:Vida artificial
Crear vida artificial al laboratori a partir dematèria inerta sempre ha fer volar la imaginació dela
humanitat, però encara no s' aconseguitcrear vida la laboratori.
Recentment un equip d’investigadors han sintetitzatel cromosoma complet del bacteri Mycoplasma
genitalium (484 gens) mitjançantun complex sistema d’enginyeria genètica.
La síntesi artificial d’un cromosoma és un pas important però no significa ques’hagi aconseguitcrear
vida al laboratori,cal la resta decomponents de la cèl·lula
