Formazione delle prime cellule

La teoria cellulare propone che tutti gli organismi siano composti da una o più
cellule, che sono le unità più piccole della vita. Una delle funzioni svolte da tutti gli
organismi viventi è la riproduzione. Pertanto, il primo principio della teoria cellulare
è che le cellule possono provenire solo da cellule preesistenti. Louis Pasteur (1822–
1895) condusse esperimenti che lo dimostrarono. Ha dimostrato che i batteri non
possono crescere in un contenitore sigillato e sterilizzato di brodo di pollo. Solo
quando venivano introdotti batteri viventi apparivano più cellule nel brodo.

L’esperimento di Pasteur che dimostra che le cellule viventi non possono ‘generarsi spontaneamente’, ma devono provenire da cellule viventi preesistenti( Fig.10. 01).

Si pensa che i primissimi procarioti siano apparsi circa 3,5 miliardi di anni fa e le
strutture di queste prime cellule devono aver avuto origine da sostanze chimiche
presenti sulla Terra in quel momento. Affinché queste strutture si siano formate,
devono essersi verificati quattro passaggi essenziali:

• Gli esseri viventi sono fatti di molecole organiche, quindi organiche semplici

devono essersi formate molecole come amminoacidi, zuccheri, acidi grassi, glicerolo e basi.

Molecole organiche negli organismi viventi (come trigliceridi, fosfolipidi, polipeptidi e acidi nucleici) sono grandi, quindi singole molecole devono essere state assemblate per creare queste molecole più complesse.

• Tutti gli esseri viventi si riproducono, quindi devono essersi formate molecole in
  grado di replicarsi e controllare altre reazioni chimiche. Questa è la base
  dell’eredità
• Infine, le cellule hanno membrane, quindi le miscele di queste molecole devono essere state racchiuse all’interno di vescicole legate alla membrana.

Se i fossili attestano che i primi organismi erano procarioti come si sono sviluppati gli organismi più complessi?

La teoria endosimbiotica

Tale teoria spiega come le cellule eucariotiche potrebbero essersi sviluppate da una semplice cellula procariote .La teoria suggerisce che alcuni organelli trovati all’interno degli eucarioti fossero un tempo procarioti a vita libera. Ci sono prove che suggeriscono che alcuni procarioti sono stati inghiottiti
da cellule più grandi e sono stati trattenuti all’interno delle loro membrane dove hanno fornito alcuni vantaggi alla cellula più grande (Fig. 10.02).La prova di questa teoria include il fatto che due importanti organelli, mitocondri e cloroplasti, condividono molte caratteristiche con le cellule procariotiche.
Sia i cloroplasti che i mitocondri:

• contengono ribosomi che sono più piccoli di quelli che si trovano in altre parti delle cellule eucariotiche ma sono di dimensioni identiche a quelli che si trovano nei batteri ;

• contengono piccoli pezzi circolari di DNA che assomigliano a plasmidi batterici nella loro struttura di base;

• sono circondati da un proprio involucro, sulla cui membrana interna si trovano proteine sintetizzate all’interno dell’organello, suggerendo che potrebbero aver utilizzato questa capacità molto tempo fa, quando erano organismi indipendenti ;
• possono replicarsi per fusione binaria.

Questa evidenza supporta la teoria secondo cui questi organelli sono batteri modificati che sono stati assorbiti dalla fagocitosi, all’inizio dell’evoluzione delle cellule eucariotiche. Qui sono diventati utili inclusioni. Il doppio involucro esterno di cloroplasti e mitocondri potrebbe aver avuto origine dalla membrana plasmatica batterica insieme alla membrana di una vescicola fagocitica inghiottita. Forse alcuni dei batteri racchiusi trasportavano molecole di pigmento sulle loro membrane e usavano l’energia
della luce per creare molecole organiche e rilasciare ossigeno – questi potrebbero essere diventati cloroplasti. Può darsi che altri siano diventati efficienti nell’usare le molecole di ossigeno per la produzione di energia aerobica, e queste siano diventate mitocondri.

Così, le cellule procariotiche (che erano state assorbite nei vacuoli alimentari per la digestione) potrebbero essere sopravvissute come organelli all’interno della cellula ospite, piuttosto che diventare alimenti. Nel tempo si sarebbero integrati nella biochimica della loro cellula “ospite”. Questo spiegherebbe perché i mitocondri e i cloroplasti contengono un anello di doppia elica del DNA, insieme a piccoli ribosomi, proprio come una cellula batterica. Inoltre, essi conservano un proprio involucro, sulla cui membrana interna si trovano proteine sintetizzate all’interno dell’organello, suggerendo che potrebbero aver utilizzato questa capacità molto tempo fa, quando erano organismi indipendenti. Infine, si replicano per fusione binaria. Questa evidenza supporta la teoria secondo cui questi organelli sono batteri modificati che sono stati assorbiti dalla fagocitosi, all’inizio dell’evoluzione delle cellule eucariotiche. All’interno di cellule complesse sono diventati utili inclusioni.

Il doppio involucro esterno di cloroplasti e mitocondri potrebbe aver avuto origine dalla membrana plasmatica batterica insieme alla membrana di una vescicola fagocitica inghiottita. Forse alcuni dei batteri racchiusi trasportavano molecole di pigmento sulle loro membrane e usavano l’energia della luce per creare molecole organiche e rilasciare ossigeno. Alcuni potrebbero essere diventati cloroplasti. Può darsi che altri siano diventati efficienti nell’usare le molecole di ossigeno per la produzione di energia aerobica, e siano diventati mitocondri.

I critici della teoria endosimbiotica potrebbero sostenere che, anche se i procarioti fossero inghiottiti da cellule più grandi, non vi è alcuna certezza che possano essere trasmessi a entrambe le cellule figlie quando la cellula più grande si divide, perché non esiste un meccanismo speciale per garantire ciò. Tuttavia, quando una cellula si divide per fusione binaria, ogni cellula figlia contiene del citoplasma del
genitore e quindi almeno una delle cellule figlie conterrebbe i procarioti inghiottiti. Sia i mitocondri che i cloroplasti hanno mantenuto la capacità di auto-replicarsi e quindi il loro numero può aumentare nel citoplasma prima della divisione cellulare, il che aumenta la possibilità che entrambe le cellule figlie ne contengano alcuni. I critici notano anche che i mitocondri e i cloroplasti non sono in grado di sopravvivere da soli se sono isolati da una cellula, cosa che ci si potrebbe aspettare se provenissero da cellule viventi libere. Ma forse nel tempo hanno perso la capacità di sintetizzare una o più
molecole essenziali e sono arrivate a dipendere dalla cellula “ospite” per fornirle.

Un’ulteriore prova di un’origine comune per tutta la vita sulla Terra viene dal materiale
genetico, sotto forma di cromosomi, che viene ereditato da ogni cellula. I cromosomi
sono costituiti da acidi nucleici, come il DNA (acido desossiribonucleico), e incorporato
nei cromosomi è un codice, che viene utilizzato dalla cellula per assemblare tutte le
molecole di cui ha bisogno per vivere. Una sequenza di quattro molecole chiave, note come basi, lungo una molecola di DNA forma questo codice. Le basi sono adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina
(T). Il codice determina la sequenza dei componenti amminoacidici che sono legati insieme mentre le molecole proteiche vengono sintetizzate . Il codice viene “letto” in insiemi di tre basi noti come “codoni” e 64 codoni diversi possono essere formati dalle combinazioni delle quattro basi A, C, G e T. Un singolo codone rappresenta il codice per un’unità di amminoacidi in un proteina.

Soffermati sulla Tabella 10.01 Prove per la teoria endosimbiotica.