Origine dell'universo

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Testo

Il nostro Universo ha avuto origine a seguito di un’enorme esplosione chiamata “Big Bang” circa 13,7 miliardi di anni fa; sappiamo che prima tutta la materia e l’energia sprigionate durante quest’esplosione erano compresse in un punto infinitamente piccolo e caldo.
Quando l’energia fu liberata, le particelle si allontanarono rapidamente l’una dall’altra e la temperatura salì fino ai 100 miliardi gradi Celsius (1011). A questa temperatura gli atomi non potevano esistere, quindi era un continuo scontrarsi di particelle subatomiche che avevano vita decisamente breve.
Quando poi l’Universo cominciò progressivamente a diminuire, aumentò anche la quantità di materia fino a che i protoni ed i neutroni non cominciarono a formare dei nuclei aggregandosi tra loro.
Infine, quando la temperatura raggiunse i 2500°C, questi nuclei cominciarono ad attrarre a loro anche degli elettroni e si formarono così gli atomi.
Ma gli atomi non erano distribuiti in maniera omogenea: erano infatti presenti zone più dense e meno dense di materia. Possiamo sapere questo perché ora possiamo usufruire di potenti telescopi che ci permettono di guardare molto lontano, anche nel tempo.
Dove la materia è più densa, grazie all’attrazione gravitazionale, si raggruppa sempre più materia e si formano con un movimento rotazionale le nebulose primordiali, dalle quali nacquero, ad esempio, le stelle come il Sole.
Il sole è nato circa 5 milioni di anni fa e, come le altre stelle, ha avuto origine da un ammasso di polvere e gas (idrogeno ed elio) che ruotavano. La nube primordiale che poi diventò il Sole, quando si condensò, attirò gli atomi verso il centro per via della forza di gravità; la densità della nube crebbe e gli atomi al suo interno diventarono sempre più caldi, fino a che non cominciarono a scontrarsi e a fondere i loro nuclei, liberando energia nucleare: ed è questo il processo che dà vita all’energia che si irradia tutt’ora dal Sole.
I pianeti si formarono, nell’ordine: Mercurio, Venere, la Terra, Marte, fino ad Urano e Nettuno, circa 4,6 miliardi di anni fa. Erano, anche questi, un ammasso di gas e polvere che ruotavano intorno alla stella e nacquero grazie al fenomeno dell’accrezione, per il quale zone di materia più dense inglobano per attrazione gravitazionale altre particelle e planetesimi.
Inizialmente c’era, relativamente, una grande quantità di elementi leggeri, come gli isotopi dell’idrogeno, dell’elio ed il litio. Dopo il Big Bang si formarono nelle stelle elementi più pesanti, come l’azoto e il ferro; i nuovi elementi nacquero sul pianeta a causa del decadimento radioattivo: i nuclei degli atomi di sostanze radioattive si disintegrano rilasciando radiazioni seguendo una propria legge.
La Terra è formata da 4 sfere geobiochimiche:
.La litosfera
.L’idrosfera
.L’atmosfera
.La biosfera
La Terra “solida” come ora la conosciamo è nata col raffreddamento della crosta terrestre e della superficie, che si è stabilizzata in 3,9 miliardi di anni.
La litosfera è formata dalla crosta e dal mantello superiore (semisolido) della Terra, che era divisa in:
.Crosta terrestre → Dello spessore di circa 10km sotto gli oceani
.Mantello superiore → Chiamato anche astenosfera
.Mantello inferiore
.Nucleo → Diviso in core interno e in core esterno. E’quest’ultimo quello liquido, mentre quello interono è più solido per via della pressione che lo compatta ed è formato anche da nichel e ferro.
Quando cominciò la differenziazione gravitativa, ovvero quando il materiali iniziò a differenziarsi per la densità, gli elementi meno densi galleggiarono in superficie, mentre quelli più densi scesero verso il basso; è così che si spiega la presenza di ferro e nichel nel nucleo.
L’idrosfera è in pratica formata dagli oceani, nati dopo la condensazione dei vapori nell’atmosfera.
L’atmosfera è formata da vapori, acqua e vari gas, che vanno a comporre una miscela omogenea. Viene trattenuta dalla Terra per via dell’attrazione gravitazionale ed il suo limite non è ben definito: degrada fino ad un limite, posto in realtà da noi, di 1500km di distanza. Nacque dopo il degassamento della terra calda e delle rocce fuse, che rilasciarono appunto grandi quantità di gas.
La protoatmosfera, cioè l’atmosfera primitiva, era formata da: anidride carbonica, metano, ammoniaca, azoto e l’idrogeno. Mancavano acqua e ossigeno come particella: questo si accumulerà poi grazie ai primi organismi fotosintetici come batteri e alghe.
L’atmosfera attuale è invece formata dal 78% di azoto, il 21% di ossigeno, lo 0,9% di argon e lo 0,1% da altri gas.
Abbiamo infine la biosfera. E’l’insieme delle zone della Terra in cui le condizioni ambientali permettono lo sviluppo della vita. Gli elementi più abbondanti sono l’idrogeno, l’ossigeno ed il carbonio, presenti anche più abbondantemente negli esseri viventi (insieme al calcio, al fosforo, allo zolfo e al magnesio).
Ciò che caratterizza la vita:
.Gli esseri viventi si riproducono
.Gli esseri viventi crescono e si sviluppano
.Gli esseri viventi sono in grado di prendere energia dall’ambiente e di trasformarla
.Gli esseri viventi sono adattati al loro ambiente
.Gli esseri viventi rispondono agli stimoli
Sull’origine della vita, abbiamo la teoria del biochimico russo Oparin e del genetista scozzese Haldane.
Secondo questa teoria, la vita sulla terra sarebbe stata preceduta da una lunga serie di eventi chiamata evoluzione chimica, volta a spiegare come la vita si possa essere sviluppata ed evoluta dalla non-vita. Inoltre sostenevano che l’ossigeno era inesistente (atmosfera riducente), ma che c’era una gramde quantità di carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno. Oparin ipotizzò anche che, grazie alla grande energia che era presente sul nostro pianeta, dai gas si sarebbero formate molecole organiche in seguito riunite nei mari in un “brodo primordiale”.
La teoria non venne considerata fino a che Stanley Miller non produsse una conferma sperimentale.
Miller simulò in laboratorio, con una complessa apparecchiatura, le condizioni ambientali della Terra primitiva.
In basso pose dell’acqua bollente, che doveva rappresentare l’oceano.
Ad un certo punto venivano aggiunti dei gas e l’acqua evaporata doveva raggiungere l’“atmosfera”, formata da gas come idrogeno, metano e ammoniaca e attraversata da scariche elettriche che simulavano i fulmini.
A quel punto, i gas dovevano passare da un tubo circondato da acqua di raffreddamento, volti a far condensare il vapore acqueo. A questo punto il liquido scaturito veniva raccolto in una sorta di trappola: e questo liquido erano amminoacidi e altre molecole organiche.
Esperimenti ripetuti hanno confermato che l’energia avrebbe trasformato le molecole in composti organici e con alcune variazioni sono stati prodotti anche nucleotidi, componenti essenziali del DNA e dell’RNA.
Con la formazione di queste molecole organiche e la loro diffusione si ebbe un avvicinamento delle molecole, che avrebbero finito per formare piccoli sistemi.
Oparin chiamò la fase del processo dopo l’evoluzione chimica “evoluzione prebiologica”.
In seguito i piccoli sistemi avrebbero imparato ad interagire con l’ambiente e a specializzarsi in alcune funzioni. A questo punto, anche secondo esperimenti effettuati in laboratori, le molecole più stabili persistono, quelle meno stabili scompaiono; questo meccanismo, che Oparin chiamò “protoselezione naturale” favorì la complessità biochimica che portò poi all’acquisizione di un metabolismo, punto di partenza di tutto il mondo vivente. Oparin chiamò “coacervati” questi sistemi primitivi.
Successivamente, lo scienziato S.W.Fox, teorizzò che, durante i primi cento milioni di anni, si sarebbero formate delle strutture chiamate “microsfere proteinoidi” che sarebbero le “antenate” delle cellule. Non erano propriamente cellule perché mancavano della capacità di contenere in loro il patrimonio genetico.
Ma ci sono altre teorie che sostengono che la vita non si formò sulla Terra, bensì venne portata da altri pianeti su meteoriti. Arrhenius, fisico e chimico svedese, fu il primo a sostenere l’origine extraterrestre della vita, approdata qui grazie ai meteoriti.
.Ne venne trovato uno in Antartide, nel 1996. Questo si sarebbe staccato da Marte 4,5 miliardi di anni fa e pare che su esso in effetti siano presenti batteri fossili in gradi di svolgere processi metabolici.
.Nel 1969 venne scoperto un meteorite in Australia, sul quale furono scoperti amminoacidi che secondo alcuni scienziati sarebbero finiti lì dopo essersi formati nello spazio.
.E più recentemente, nel 2000, nel lago Tagish in Canada è stato ritrovato un meteorite che presentava piccole cavità con sostanze organiche.

Gli scienziati sostengono che qualsiasi primitiva forma di vita doveva avere un codice che si poteva trasmettere e duplicare.
Secondo Fox, potevano essere le proteine. Ma in realtà oggi sappiamo che non sono capaci di portare l’informazione genetica e trasmetterla, cosa che può fare il DNA.
Ma il DNA per duplicarsi necessita delle proteine e le proteine per assemblarsi necessitano delle informazioni contenute nel DNA. Rimane quindi questo mistero su come e cosa si sia formato prima: anche l’RNA, che trasporta le informazioni per la sintesi delle proteine, ha bisogno del DNA.
Il DNA differisce dall’RNA, oltre al numero dei filamenti (due per il DNA, uno per l’RNA), anche nei quattro nucleotidi:
1. G uanina
2. A denina
3. T imina
4. C itosina
5. Zucchero deossiribosio (un atomo di ossigeno in meno)
1. G uanina
2. A denina
3. U racile
4. C itosina
5. Zucchero ribosio
Gli esseri viventi vengono tutti classificati sotto tre domini (eucarioti, eubacteria e archaea) e provengono tutti da un progenitore in comune.
Il primo dominio è quello degli eucarioti.
“Eucariote” significa “vero nucleo”. Presentano infatti un nucleo racchiuso da una doppia membrana nucleare che contiene DNA. Ne fanno parte gli animali, le piante ed i funghi.
Il secondo dominio è quello eubacteria.
Ne fanno parte i batteri presenti oggi.
Il terzo dominio è quello archaea.
E’anche questo formato da batteri, che però sono estremofili e molto più primitivi, riescono cioè a vivere in ambienti estremi.
Esistono due differenti tipi di cellule: le cellule eucariote e quelle procariote.
Hanno in comune la membrana esterna, detta membrana cellulare, perché le separa dall’ambiente esterno e il materiale genetico che consente alla cellula di riprodursi, perché trasmette i caratteri ereditari ai discendenti.
Nelle cellule procariote, il materiale genetico si trova in un'unica molecola circolare chiamata cromosoma. Nelle cellule eucariote il materiale genetico è organizzato in diversi cromosomi, che sono circondati dalla membrana nucleare.
Anche le dimensioni sono diverse: le cellule eucariote sono più grandi e contengono organuli, strutture circondate da membrana.
Cellula procariote
Cellula eucariote
cromosomi
presente (uno)
presenti (più di uno)
membrana cellulare
presente
presente
membrana nucleare
assente
presente
organuli
assenti
presenti
parete cellulare
presente
presente (piante e funghi)
Secondo le testimonianze fossili, i primi organismi somigliavano agli attuali procarioti. Ci sono diverse teorie sul passaggio dalla cellula procariote a quella eucariote.
La più famosa è quella endosimbiontica formulata dalla genetista Lynn Margulis.
Secondo questa teoria, capitò che una cellula procariota inglobò una cellula procariota più piccola che poteva avere altre, nuove funzioni: la fotosintesi, ad esempio.
Le due cellule entrano così in simbiosi: la cellula più grande acquista una nuova funzione da quella più piccola; la cellula più piccola trova protezione in quella più grande.
Prove di questi movimenti sono la presenza dentro i clorpolasti di DNA e RNA, che sia i mitocondri, sia i cloroplasti si duplicano come cellule quando la cellula stessa si divide e la presenza di una doppia membrana nei cloroplasti.

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