3. La vida pren forma de cèl·lula

CONTINGUTS DE LA UNITAT DIDÀCTICA

1. Teories sobre l’origen de la vida

1.1. El creacionisme

1.2. La teoria de la generació espontània

1.3. Teoria de la panspèrmia

1. 4. La hipòtesi d’Oparin i Haldane

1.5. Els experiments de Stanley Miller

2. El descobriment de la cèl·lula: la Teoria cel·lular

3. Estructura cel·lular: membranes i orgànuls

1. Teories sobre l’origen de la vida

El problema de l’origen de la vida s’ha plantejat des de diverses perspectives, que, òbviament, en els seus inicis, van ser especialment de tipus mític i religiós, però que, ja des de l’aparició de la filosofia, van intentar evitar recórrer al mite, la qual cosa va preparar el terreny per a explicacions d’ordre científic.

1.1. El creacionisme

Dins el context místic religiós, es concebia el problema de la biogènesi com una extrapolació de l’experiència de l’origen de la vida individual: naixement, desenvolupament i mort i, per això, es buscava, com en la vida de l’individu, un progenitor, identificat generalment amb Déu.

En la tradició més estesa a occident -la concepció dominant durant segles, lligada a les creences religioses de matriu judeocristiana-, es concebia l’origen de la vida com un acte de creació divina, creació que podia entendre’s com feta d’una vegada per sempre, o com una creació més o menys contínua, la qual cosa explicava la generació espontània.

1.2. La teoria de la generació espontània

La majoria dels científics des d’Aristòtil (384-322 a. C.) fins ben entrat el segle XIX tenien el convenciment que alguns éssers vius sorgien de manera espontània de determinats substrats gràcies a una mena de força vegetativa que emanava de la mateixa matèria: la teoria de la generació espontània.

Pel que fa als organismes petits, la idea d’una generació espontània o abiogènesi era fàcilment contrastable amb les observacions que qualsevol podia fer —era, per tant, una teoria científica— i amb el sentit comú. Del blat sortien ratolins; de la carn putrefacta, cucs i mosques; del fang, gripaus. Inclòs es van arribar a proposar fórmules per obtenir nous éssers vius.

Un dels primers en demostrar la falsedat de la teoria de la generació espontània va ser el metge italià Francesco Redi (1626-1697). Tot i així, els investigadors més crítics havien d’enfrontar-se a les creences que durant segles s’havien observat com veritables, amb la qual cosa sovint es posava en dubte la seva credibilitat.

Des d’un punt de vista experimental, gràcies principalment als experiments de Francesco Redi (s. XVII), Lazzaro Spallanzani (s. XVIII) i Louis Pasteur (s. XIX) van rebatre la teoria de la generació espontània.


1.3. Teoria de la panspèrmia

El filòsof grec Anaxàgores propugnava en el segle V aC la idea de la panspèrmia, segons la qual hi havia un nombre infinit de gèrmens o spermata distribuïts per tot l’Univers que haurien donat lloc a qualsevol forma de vida. Va ser durant els segles XIX i XX quan aquesta teoria ressorgeix de la mà de científics com Hermann Von Helmholtz (1879) i Svante Arrhenius (1903).

El 1906, el físic suec Svante August Arrhenius va usar aquest terme per postular que la vida hauria pogut arribar a la Terra procedent de l’espai. La idea de cèl·lules o espores que viatjaven pel cosmos era sustentada per altres científics de l’època, però calia explicar com era possible que una estructura orgànica pogués resistir la radiació còsmica i després entrar a l’atmosfera terrestre sense desintegrar-se a conseqüència de les altes temperatures.

Analitzant la composició dels meteorits, podem determinar que contenen substàncies orgàniques relacionades amb la vida. Com que els meteorits van ser freqüents a l’inici de la formació del planeta, alguns científics consideren que les molècules bàsiques de la vida van arribar de l’espai.

Posteriorment, en alguns meteorits s’han trobat aminoàcids d’origen indubtablement extraterrestre, i els radiotelescopis han revelat la presència de petites concentracions de molècules orgàniques en la matèria interestel·lar. Inclòs el 1996, la NASA va anunciar la troballa del que semblaven bacteris fòssils en un meteorit marcià, però avui en dia encara no ha estat científicament confirmat.

1. 4. La hipòtesi d’Oparin i Haldane

Una vegada refusada la generació espontània, la qüestió de l’origen de la vida es va centrar en intentar explicar l’origen de la primera cèl·lula. Els coneixements en astronomia i de l’origen del sistema solar permetien especular sobre les condicions en què va sorgir aquesta cèl·lula.

Simultàniament, Oparin (1894-1980) i Haldane van elaborar una sèrie d’hipòtesis establint, a partir d’aquestes possibles condicions, la seqüència probable d’esdeveniments que originarien la vida.

Per separat , el bioquímic rus Aleksandr I. Oparin, el 1924, i el biòleg anglès J. B. S. Haldane, el 1928, van imaginar un mateix escenari químic: una atmosfera primitiva de caràcter reductor. En comptes d’oxigen (que hauria destruït immediatament qualsevol estructura viva), aquesta atmosfera contindria compostos reduïts com el metà (CH4), el vapor d’aigua (H2O) i l’amoníac (NH3).

El bioquímic Oparin va proposar la idea d’una evolució química gradual dels gasos que eren presents a l’atmosfera primitiva de la Terra fins a les primeres cèl·lules formades al fons dels oceans.

El 1929 John Haldane va formular una teoria de l’origen de la vida que partia d’una atmosfera semblant a la proposada per Oparin, i hi introduïa la noció de sopa primitiva: aigües oceàniques enriquides amb matèria orgànica on s’haurien format les primeres estructures (no cel?lulars) amb capacitat per auto-replicar-se

Oparin va obtenir coacervats en el laboratori que creixien i es dividien. El 1924 va arribar a la conclusió que els coacervats eren els precursors dels éssers vius. El 1929 Haldane arribava a unes conclusions molt similars a les d’Oparin.

És per això que parlem de la teoria d’Oparin-Haldane o teoria de la Síntesis prebiòtica segons la qual gasos de l’atmosfera primitiva van reaccionar entre si a conseqüència de radiacions UV. i descàrregues elèctriques dels llampecs donant lloc a molècules i macromolècules orgàniques que després haurien evolucionat, passant per una espècie de complexos prebiòtics anomenats coacervats (estructures tancades formades per una capa de polímers envoltant un medi intern que podria contenir enzims, arribant a presentar un metabolisme molt senzill que els permetria créixer i replicar-se), fins a constituir les primeres cèl·lules vives.

Els coacervats són sistemes col·loïdals constituïts per macromolècules diverses que s’haurien format en certes condicions en medi aquós i haurien anat evolucionant fins a donar lloc a cèl·lules amb veritables membranes i altres característiques dels organismes vius.

1.5. Els experiments de Stanley Miller

El 1953, els bioquímics S. L. Miller (1930-2007) i H. C. Urey de la Universitat de Chicago van construir un aparell que tractava de reproduir les condicions d’atmosfera primitiva postulades per Oparin i Haldane, dissenyant un dels experiments més importants de la història de la biologia.

Van sotmetre mescles gasoses (hidrogen, metà, amoníac i vapor d’aigua) a descàrregues elèctriques en un recipient a una temperatura de 80ºC (simulaven l’atmosfera primitiva, la temperatura de la terra i les descàrregues dels llamps). Passades unes setmanes, el resultat obtingut van ser 13 dels 20 aminoàcids, les molècules a partir de les quals es formen les proteïnes.

L’experiment mostrava que era possible que la Terra primitiva hagués evolucionat de condicions abiòtiques (sense vida) a condicions prebiòtiques (prèvies a la vida), la possibilitat de la síntesi de molècules orgàniques a partir de compostos inorgànics en un ambient aquós.


2. El descobriment de la cèl·lula: la Teoria cel·lular

Des de quan sabem que tots som cèl·lules? Com es va descobrir aquest fet tan fascinant? Com són les cèl·lules?

Les cèl·lules són estructures normalment molt petites i, per tant, invisibles a l’ull humà. Per aquesta raó el món cel·lular va romandre ignorat fins el segle XVII en què es van construir els primers microscopis.

La teoria cel·lular és la part fonamental i més rellevant de la Biologia que explica la constitució de la matèria viva a força de cèl·lules i el paper que tenen aquestes cèl·lules en la constitució de la matèria viva. A la teoria cel·lular es va arribar gràcies a una sèrie d’avenços científics que van ser lligats a la millora de la qualitat dels microscopis.
Els conceptes de matèria viva i cèl·lula estan estretament lligats. La matèria viva es distingeix de la no visqui per la seva capacitat per metabolitzar i autoperpetuar, a més de comptar amb les estructures que fan possible l’ocurrència d’aquestes dues funcions; si la matèria metabolitza i s’autoperpetua per si mateixa, es diu que està viva.

La cèl·lula és el nivell d’organització de la matèria més petit que té la capacitat per metabolitzar i autoperpetuar, per tant, té vida i és la responsable de les característiques vitals dels organismes.

En la cèl·lula tenen lloc totes les reaccions químiques que ens ajuden a mantenir-nos com a individus i com a espècie. Aquestes reaccions fan possible la fabricació de nous materials per créixer, reproduir-se, reparar-se i autoregular-se; així mateix, produeix l’energia necessària perquè això passi. Tots els éssers vius estan formats per cèl·lules, els organismes unicel·lulars són els que posseeixen una sola cèl·lula, mentre que els pluricel·lulars tenen un nombre més gran d’elles.

Considerant tot això, podem dir que la cèl·lula és la nostra unitat estructural, és la unitat de funció i és la unitat d’origen; això, finalment és el que postula la Teoria cel·lular moderna.

Arribar a aquestes conclusions no va ser feina fàcil, es va requerir de poc més de dos-cents anys i l’esforç de molts investigadors per aconseguir-ho:


3. Estructura cel·lular: membranes i orgànuls

Una cèl·lula és la unitat anatòmica i funcional dels éssers vius. Les cèl·lules poden aparèixer aïllades o agrupades formant organismes pluricel·lulars. En els dos casos la cèl·lula és l’estructura més simple a la qual considerem viva. Avui es reconeixen tres llinatges cel·lulars presents a la Terra: els arqueobacteris i els bacteris, que són procariotes unicel·lulars, i les cèl·lules eucariotes, que poden ser unicel·lulars o formar organismes pluricel·lulars. Les procariotes (anterior al nucli) no posseeixen compartiments interns envoltats per membranes, llevat d’excepcions, mentre que les eucariotes (nucli veritable) contenen orgànuls membranosos interns.

La cèl·lula a l’Atlas d’histologia animal i vegetal. Apunts molt complets.