...un passo evolutivo molto importante: la nascita della morte. Le cellule non riproduttive sono destinate a morire. Nel corso della  evoluzione degli individui, mettendosi  a vivere insieme, hanno cominciato a dividersi i compiti, e alcune cellule hanno cominciato a specializzarsi nella riproduzione. Si è così passati da minuscoli individui solitari ed auto sufficienti, che si riproducevano per sdoppiamento, a individui sociali, uniti insieme in strutture più grandi che delegavano la riproduzione ad alcuni di essi. Questo ha voluto dire appunto la comparsa della morte.

Piero Angela

 

Prime forme di vita

 

 

In fondo all'oceano

Dove si parla di come nascono le prime cellule, capaci di nascere riprodursi e morire; dell'esplosione dei batteri, e della conquista dell'immortalità. Della loro capacità di associarsi e di inventarsi...

9-Cellule

Gli organuli vaganti negli oceani primordiali, sebbene fragili, si rivelano strutture in grado di permettere il continuo progredire delle reazioni chimiche che sono alla base della costruzione del vivente. Ci troviamo di fronte a degli esseri viventi molto primitivi, ancora molto lontani dalla complessità di una singola cellula. Dei forellini sulla parete permettono di mettere in comunicazione l’esterno con l’interno dove c’è un liquido denso, il citoplasma, tutto povero e disadorno. Sembra una stanza quasi priva di mobili, i pochi mobili sono quelli essenziali per sopravvivere. Vi sono solo macromolecole, enzimi, RNA. Non esiste il nucleo destinato a racchiudere il patrimonio genetico. Il filamento di DNA è semplicemente addensato in una regione del citoplasma. Per un numero interminabile di anni queste cellule primordiali, prive di nucleo ma capaci di riprodursi, rimasero padrone incontrastate della scena acquatica sul nostro pianeta. Quel mare primordiale continuò ad essere abitato soltanto da queste cellule per più di 2 miliardi di anni. Per tutto questo tempo esse continuarono a nascere e riprodursi. Per muoversi più efficacemente nell’acqua, nonostante esse fossero già mosse dal moto ondoso dell’oceano, alcune di esse riuscirono a sviluppare dei piccoli filamenti composti di molecole con particolari proprietà, i quali funzionavano da remi. Come dei piccoli propulsori acquatici, essi permettevano al corpo cellulare di avanzare e di muoversi nell’acqua sfruttando il movimento ondulatorio di queste ciglia. Mangiare poi, per queste cellule non era un problema. Il mare, già in quel remotissimo tempo, era una tavola imbandita e piena di cibo; il materiale organico era abbondante a causa dei processi che avvenivano nell’atmosfera. L’energia solare, i fulmini, reagendo con i gas primitivi della atmosfera, facevano piovere senza sosta sui mari una manna di molecole complesse e nutrienti che queste cellule riuscivano ad attaccare e scomporre in mattoncini utili per il proprio ricambio e per la propria crescita.

da Zanichelli.it

 Dopo 500 milioni di anni, gli oceani brulicano di piccolissimi sacchettini trasparenti, microrganismi della grandezza di qualche millesimo di millimetro, invisibili ad occhio nudo, che fluttuano mossi dal movimento ondoso. Si toccano, si sfiorano, si scontrano, a volte si compenetrano uno nell’altro scambiandosi quello che si trova al loro interno: filamenti di molecole e strutture di vario tipo in continua e incessante trasformazione. Ad un tratto una sacca, diventata più grande delle altre, subisce una trasformazione insolita: la sfera prende ad appiattirsi nella zona centrale per dare origine a due distinte sfere che si staccano l’una dall’altra. Come in un gioco di prestigio da un sacchetto se ne sono formati due, ciascuno dei quali è perfettamente autonomo, con un lavorio interno identico a quello del sacchetto primitivo e perfettamente in grado di ripetere il giochetto di prima. Abbiamo assistito alla nascita della capacità di un organismo vivente di replicare se stesso.

10-Batteri

La impressionante proliferazione dei batteri (cellule primitive senza nucleo) e la loro crescita apparentemente senza sosta, conobbe ad un certo punto una battuta d’arresto in quanto esse erano capaci soltanto di consumare il cibo che trovavano sulla loro strada, e non erano in grado di produrne a loro volta. A un certo punto sarebbe sorto un problema di esplosione demografica con conseguente limitazione delle risorse alimentari. In quel brodo primordiale si presentò lo stesso problema che si presenta in questo periodo per noi uomini, non si può continuare a crescere al di là delle risorse disponibili, senza entrare in crisi. Se si vuole continuare nello sviluppo, bisogna inventare nuove tecnologie, in modo da creare nuove risorse. Ci fu, allora, un passaggio di consegne da queste primitive cellule senza nucleo, capaci solo di assimilare le sostanze sparse nell’ambiente e trasformarle mediante un processo di fermentazione, a un altro tipo di cellule, un poco più complesse, capaci di produrre da sè il cibo necessario per vivere mediante un processo di montaggio e smontaggio. Esse altro non sono che i lontani progenitori dei batteri. Questi semplicissimi esseri viventi che ancora oggi vivono ovunque, riempiendo tutte le nicchie ecologiche del pianeta, continuano ad essere cellule senza nucleo, hanno un citoplasma semplice, una membrana primitiva e dimensioni  di millesimi di millimetro. I nuovi esseri di circa 3 miliardi di anni fa sono dei “fotosintetizzatori”.

Dal sito Gaianews.it

 Attuano cioè un meccanismo consistente nella creazione di molecole organiche (cioè cibo), estraendo il carbonio dall’anidride carbonica disciolta nell’acqua e l’idrogeno dal solfuro di idrogeno. Questo composto organico doveva essere molto abbondante all’epoca, in quanto i fondali marini pullulavano di sorgenti calde maleodoranti provenienti dagli strati sottostanti della crosta terrestre e dovuti alla attività vulcanica. In seguito però queste cellule dovettero imparare a ricavare la molecola di idrogeno (H) semplicemente spaccando la molecola dell’acqua (H2O). Con queste due molecole le cellule creavano vari composti tra cui i carboidrati necessari per la loro alimentazione e, quindi, per vivere utilizzando l’energia del sole. Per ogni molecola di acqua spaccata, e quindi, due atomi di idrogeno (H) utilizzati, però, rimaneva una molecola di ossigeno (O). Esso andava accumulandosi negli oceani depositandosi dapprima sul fondo. Poi l’ossigeno si diffuse nell’acqua stessa dei mari, ed infine, dopo più di un miliardo di anni, cominciò ad invadere lentamente l’atmosfera. Comincia il primo grande inquinamento della storia; questo gas di scarico, assolutamente velenoso per quelle primordiali forme di vita che abbiamo visto fin’ora, dopo aver invaso l’oceano, raggiungerà nell’aria una tale percentuale da modificarne la composizione e da creare, ad alta quota, il famoso schermo di ozono, capace di filtrare la radiazione ultravioletta (e preparare così lo scenario dello sbarco della vita sulla terraferma).

11-Tre tipi

A causa della invasione del velenoso gas di scarico denominato ossigeno, stanno scomparendo le cellule che non sono in grado di far fronte alla nuova situazione, e  sta nascendo un nuovo tipo di cellula: una cellula capace di convivere con l’ossigeno, anzi persino di utilizzarlo come carburante. Questa nuova cellula, detta aerobica, trae dagli scarti organici diciotto volte più energia di quella che potrebbe realizzare con la sola fermentazione, partendo dalla stessa quantità di materiali. Con questa semplice invenzione biochimica siamo agli albori della respirazione. Si sta quindi delineando un nuovo assetto dentro gli oceani di 1,5 miliardi di anni fa. Sono cioè presenti tre precisi e distinti modelli di vita, basati ciascuno sulla fermentazione, sulla fotosintesi e sulla respirazione. Sono, in pratica, i lontani progenitori dei funghi, delle piante e degli animali. I primi, fermentano la materia organica senza respirare ossigeno, si sono bene adattati a vivere nelle caverne in cui si sono rintanati e ancora oggi vivono, senz’aria, nei fondali lacustri, nelle sorgenti termali, nel tubo digerente degli animali, e rivestono un ruolo molto importante nei processi di decomposizione delle materie organiche. Le seconde, producono ossigeno grazie alla fotosintesi clorofilliana e lo utilizzano anche; i terzi, non sanno produrre ossigeno ma lo utilizzano come energia per mangiare, vivere, riprodursi. A questo punto la situazione sulla terra, o meglio negli oceani è questa. La vita non è più segregata a più di dieci metri di profondità e dentro zone costiere protette; ora può diffondersi anche in mare aperto e senza timore di essere sospinta in superficie. Ormai l’ossigeno della atmosfera filtra i raggi ultravioletti provenienti dal Sole e, pertanto, essi sono meno nocivi e non sono più in grado di far sentire il loro effetto negli strati più superficiali della massa d’acqua che avvolge il pianeta. Nuovi e più immensi spazi si sono aperti per le nuove forme di vita che vanno popolando i mari.

Haeckel discomedusae
Esseri fantastici nei mari primordiali


 Ecco stranissime forme viventi che vagano ovunque, simili a piccole mongolfiere; altre forme di vita sono simili a dei dirigibili muniti di due lunghi flagelli mobili nella parte posteriore che, come un’elica, forniscono la propulsione; ecco un’altra forma, più tondeggiante e senza flagelli, si muove come un sacco che si deforma in continuazione. Più in là un salsicciotto fila via avvitandosi su se stesso con movimenti a spirale. Sono tutte forme che, ad occhio e croce possono essere dieci volte più grandi di quelle cellule primordiali senza nucleo che popolavano i fondali di questi stessi mari più di due miliardi di anni prima. Un vero zoo in miniatura si agita in queste acque; strani esseri dalle forme più incredibili formicolano dappertutto, alcuni lenti, altri più veloci, alcuni somiglianti a bicchieri trasparenti, altri a dischi volanti, altri ancora a cappelli o a fiaschi rovesciati e muniti di tentacoli. Questi nuovi esseri sono i cosiddetti protozoi ed hanno tutti una particolarità: presentano all’interno una piccola massa scura chiamata nucleo.

12-Immortalità

Nei mari del Cambriano, si stanno già evidenziando nella struttura d’insieme profonde differenziazioni tra i vari segmenti del corpo: una testa con occhi e bocca, degli arti, un corpo, addirittura un abbozzo di spina dorsale. E’ la specializzazione di gruppi cellulari che si accentua sempre più con l’unico intento di tendere ad una competitività sempre maggiore. E’ grazie alla cooperazione tra gruppi cellulari diversamente specializzati che possono nascere funzioni e organi che da soli sarebbero incapaci di sopravvivere, ma che, inseriti in un sistema interconnesso, offrono prestazioni utilissime per la sopravvivenza dell’insieme: il movimento con i muscoli, la percezione con il sistema di fibre nervose, la digestione con stomaco e intestino, la depurazione con i reni, la replicazione con gli organi genitali. Insomma la singola cellula non deve più procurarsi il cibo da sola, perchè c’è qualcun altro che glielo procura, lo raccoglie, lo digerisce, lo porta a domicilio attraverso il sistema circolatorio e alla fine ne elimina anche gli scarti. Una volta risolto il problema del nutrimento e quindi della capacità di svolgere quei processi biochimici necessari alla sopravvivenza dell’organismo in toto la singola cellula si è vista garantita anche l’immortalità, in quanto gli organi sessuali si sono assunti il compito di perpetuare, attraverso il meccanismo della riproduzione, il codice genetico di quella cellula nelle future generazioni.

esseri pluricellulari

 Paradossalmente, però, l’immortalità del patrimonio genetico cellulare, che si trasferirà di generazione in generazione dando origine sempre ad esseri simili, nell’ambito della stessa specie, coincide con la nascita della morte dell’individuo. Non è più una cellula che si divide in due dando origine a cellule perfettamente identiche alla cellula progenitrice. L’individuo ha delegato alle cellule degli organi sessuali il compito di dare origine ad individui di una nuova generazione, con lo stesso patrimonio genetico della generazione precedente. Tutto ciò a prezzo della morte di quegli esseri non più in grado di riprodursi, al termine del loro ciclo vitale. Allora, come ora, doveva essere intensa l’attività degli animali predatori.
Tenendo fede al detto che “pesce grosso mangia pesce piccolo” ed essendo primordiale l’istinto di inglobare all’interno del proprio organismo del cibo e cioè materiale organico digeribile di cui i mari ormai abbondavano, doveva per forza di cose essere tutto un mangia mangia. A questo processo di inevitabile autodistruzione cui la fauna marina sarebbe andata incontro, con la progressiva scomparsa di predati e predatori, la natura ha posto rimedio con la riproduzione che, già da allora consentiva ad ogni essere di dare origine a un numero enorme di nuovi esseri. C’è sempre stato, pertanto, cibo in abbondanza nei mari del Cambriano come nei mari di oggi grazie allo stratagemma della enorme quantità di esseri capaci di venire al mondo da un solo essere. E’ così assicurato il pranzo per tutti ed una cospicua discendenza.

13-Cooperazione

Siamo in un periodo che va da un miliardo a ottocento milioni di anni fa, e, a dispetto della pace e del silenzio che regna incontrastato fuori dall’acqua, rotti soltanto dal rumore dei fenomeni atmosferici e vulcanici, divenuti peraltro più rari, dentro l’acqua invece c’è un immenso e inesauribile brulichio di forme viventi che con il passare del tempo diventano sempre più complesse. All’interno di questo fantastico e microscopico zoo popolato da esseri dalle forme sempre più bizzarre e impensabili, si cominciano a verificare situazioni di competizione per cui, quegli esseri che sono in grado di farlo, riescono a sopraffare altri meno veloci o meno dotati. Alcuni esseri si ritrovano addirittura uniti in colonie per poter affrontare con maggior sicurezza i pericoli disseminati sulla strada della vita. (L’unione fa la forza). All’interno di questi veri e propri condomini di esseri viventi di dimensioni gigantesche (anche mezzo millimetro), a volte si notano delle macchie di concentrazioni di individui che pian piano si staccano dal resto e si allontanano per dare origine ad una nuova colonia di individui. E’ la prima forma di specializzazione e di divisione dei compiti: quel gruppo di cellule staccatesi dal resto dell’organismo pluricellulare, non era altro che una parte di tutto il sistema destinato a compiere un atto riproduttivo che darà origine ad un nuovo individuo con più cellule. E’ la nascita della specializzazione e della divisione dei compiti all’interno di una comunità di cellule unite insieme per formare un unico individuo pluricellulare. Abbiamo visto nascere, qualcosa di molto importante: una ingegnosa soluzione che permetterà alla vita di viaggiare verso forme più complesse ed efficienti.

cellule di tessuto muscolare da wikipedia


Per miliardi di anni quella singola cellula senza nucleo, riprodottasi in un numero sterminato di esemplari, sballottati dal naturale movimento degli oceani, si è divertita ad assumere le forme più bizzarre, forse alla inconsapevole ricerca di una forma o una soluzione tecnica utile per risultare più efficiente. Una forma tale da permettere ad un essere vitale di primeggiare e di sopraffare tutti gli altri esseri che affollavano quell’ambiente in cui, l’acqua stessa, in continuo movimento, si incaricava di plasmare forme  e di proporre soluzioni. Già abbiamo avuto modo di vedere che, rispetto ad un elemento nuovo come l’ossigeno, prodotto dagli stessi esseri vitali, e disciolto prima nell’acqua e poi nell’atmosfera, gli esseri viventi unicellulari di quel tempo trovarono la soluzione ideale che permetteva loro di...tirare a campare. Altre soluzioni, evidentemente, non sarebbero state possibili, e solo quelle avrebbero dato origine ad una discendenza di individui con le stesse soluzioni tecniche adottate dai progenitori. Vedremo che, da adesso in poi, sarà un continuo gioco tra una vita che propone le soluzioni e le forme più disparate ed un ambiente che accetta o respinge le varie soluzioni consentendo a questo o a quell’essere di assicurarsi il predominio dell’ambiente stesso e, quindi una discendenza.

14-Nucleo

Dopo 3 miliardi di anni di prove, dopo una lunga stagione in cui la nostra cellula primitiva le ha provate veramente tutte, nasce la fondamentale invenzione del nucleo. Quella piccola massa scura all’interno del citoplasma cellulare contenente il codice necessario per dare le informazioni circa le caratteristiche dei futuri discendenti di quella cellula. Vi sono contenuti i segreti della cellula e quelle informazioni utili che permettono ad essa di replicarsi secondo precise disposizioni. Queste disposizioni, o meglio, informazioni, sono contenute, come già sappiamo, nel DNA, che se ne sta raggomitolato all’interno del nucleo ed è molto più lungo di quello originario, circa mille volte di più, in quanto numerosissime sono le informazioni che contiene, vista la complessità di questi nuovi esseri. Oltre ad esso si forma anche tutta una serie di organuli ed organelli disseminati nel citoplasma, ciascuno dei quali avrà una funzione ben precisa, ma finalizzata al buon funzionamento della macchina cellulare. Ci sono i ribosomi destinati a produrre le proteine su ordinazione del DNA; i mitocondri che forniscono l’energia necessaria per le funzioni cellulari; i vacuoli o vescicole che hanno funzione di deposito ed attività digestiva; il reticolo endoplasmatico, sistema complesso di tubuli ramificati che secerne sostanze necessarie per la vita della cellula.

"Struttura della cellula animale" di user:Giac83 - own edit of original work by MesserWoland and Szczepan1990, created with Inkscape, based on the graphics from en wiki. Con licenza CC BY-SA 3.0 tramite Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Struttura_della_cellula_animale.svg#/media/
File:Struttura_della_cellula_animale.svg


 Nell’ambito di una singola cellula la specializzazione è diventata quindi una soluzione tecnica vincente, in quanto consente a più strutture singolarmente inefficienti, di diventare efficienti una volta assemblate tra loro in una unica entità funzionale. Ma da ora in poi,  nella storia della evoluzione sarà spesso così: la cooperazione sarà la base per soluzioni idonee a permettere una sopravvivenza che, altrimenti, sarebbe gravemente compromessa se non addirittura impossibile. Ed infatti la successiva invenzione evolutiva si basa proprio su queste due soluzioni: cooperazione e specializzazione. Tutti i compiti che una cellula poteva assolvere venivano ormai da essa assolti in maniera egregia da milioni di anni: insomma la cellula era diventata un essere completo ed efficiente. Più cellule presero a cooperare tra loro, animate comunque sempre dallo stesso fine: quello di nutrirsi e di riprodursi. Nascevano così gli esseri pluricellulari di cui un esempio sono quegli abitanti dalle forme più strane che popolavano i mari di un miliardo di anni fa. Gli individui pluricellulari che verranno, avranno cellule sempre più specializzate ed organizzate che costituiranno la struttura di piante e animali. Ci troviamo in un periodo che può essere datato 700/600 milioni di anni fa e negli oceani la vita, ormai, oltre a brulicare in modo diffuso e a livello microscopico, ha cominciato ad assumere forme e dimensioni visibili ad occhio nudo.

 

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