EVOLUCIÓ

Tot i que se n'han establert els principis generals, no es coneixen detalls sobre l'origen de la vida. Una de les teories proposades és que la vida, o almenys alguns components orgànics, podria haver arribat a la Terra de l'espai, com postula la teoria de la panspèrmia, mentre que d'altres argumenten que és més probable un origen terrestre. De tota manera, els mecanismes causants de l'aparició de la vida serien similars^. Si la vida hagués començat a la Terra, la data en què començà és força especulativa; potser fa uns quatre mil milions d'anys. D'alguna manera, en el marc de la química energètica de la Terra primitiva, una molècula (o potser alguna altra cosa) aconseguí l'habilitat de fer còpies de si mateixa - el replicador. No es coneix la naturalesa d'aquesta molècula, ja que la seva funció fou presa fa molt de temps pel replicador actual, l'ADN. Quan feia còpies de si mateix, el replicador no era sempre perfecte; algunes còpies tenien un "error". Si aquest canvi eliminava la capacitat de fer còpies de la molècula, ja no hi hauria més còpies, i la línia "s'extingiria". D'una altra banda, algun canvi rar faria que la molècula es repliqués més ràpidament o millor; aquestes línies esdevindrien més nombroses i "prosperarien". A mesura que les matèries primeres ("el menjar") s'exhaurien, les molècules que podien explotar diferents materials, o potser aturar el progrés d'altres molècules i robar-los els recursos, haurien esdevingut més nombroses.

S'han proposat diferents models per explicar com es podria haver desenvolupat aquest replicador. S'han proposat diferents tipus de replicador, incloent-hi substàncies químiques orgàniques com ara proteïnes modernes, àcids nucleics, fosfolípids, cristalls o fins i tot sistemes quàntics. Actualment no hi ha cap mètode per determinar quin d'aquests models, s'ajusta a l'origen de la vida a la Terra, si és que algun ho fa. Una de les teories més antigues, i que ha estat treballada detalladament, pot servir com a exemple de com podria haver passat això. L'alta energia dels volcans, els llampecs i els raigs ultraviolats podrien haver causat reaccions químiques que haurien produït partícules més complexes a partir de composts simples com ara el metà i l'amoníac. Entre elles hi havia molts dels composts químics orgànics relativament simples que són les peces bàsiques de la vida. A mesura que augmentava la quantitat d'aquesta "sopa orgànica", les diferents molècules començaren a reaccionar entre elles. A vegades es creaven molècules més complexes - potser l'argila serví de base per reunir i concentrar material orgànic.

El replicador

La presència de certes molècules podria accelerar les reaccions químiques. Tot això continuà durant molt de temps, i les reaccions tenien lloc d'una forma més o menys aleatòria, fins que per casualitat aparegué una nova molècula: el replicador. Aquesta molècula tenia l'estranya propietat de causar reaccions químiques que en produïen una còpia, i aquí començà l'evolució. Altres teories proposen un replicador diferent. En qualsevol cas, en un cert punt el paper del replicador fou pres per l'ADN; totes les formes de vida conegudes (exceptuant alguns virus i els prions) utilitzen l'ADN com a replicador, d'una manera gairebé idèntica.

La primera cèl·lula

Tall de secció d'una membrana cel·lular. Aquesta membrana cel·lular moderna és molt més sofisticada que la simple doble capa de fosfolípids original (les petites esferes blaves amb dues cues). Les proteïnes i els carbohidrats tenen diferents funcions en la regulació del pas de material a través de la membrana i en la interacció amb l'ambient

La vida moderna guarda el seu material replicador ben emmagatzemat dins la membrana cel·lular. És més fàcil entendre l'origen de la membrana cel·lular que el del replicador, ja que les molècules de fosfolípids que componen la membrana cel·lular formen sovint una bicapa de forma espontània quan se les posa dins l'aigua. En certes condicions poden formar-se moltes d'aquestes esferes.No se sap si aquest procés aparegué abans o després de l'origen del replicador, o potser fou el replicador. La teoria més acceptada és que el replicador, que en aquell moment possiblement era l'àcid ribonucleic (hipòtesi del món d'ARN), juntament amb el seu aparell replicador i possiblement altres molècules, ja havia aparegut.

Les protocèl·lules inicials podrien haver esclatat quan creixien massa; els seus continguts podrien haver recolonitzat altres "bombolles". Les proteïnes que estabilitzaven la membrana o que tenien un paper en la divisió ordenada de les cèl·lules haurien impulsat la proliferació d'aquests llinatges de cèl·lules. L'ARN és un bon candidat pel replicador inicial perquè pot emmagatzemar informació genètica i catalitzar reaccions. En algun moment, l'ADN prengué aquest paper, i les proteïnes conegudes com a enzims passaren a ocupar-se de la catàlisi, deixant que l'ARN transferís informació i controlés el procés. Hi ha la creença, cada cop més estesa, que aquestes cèl·lules primitives podrien haver evolucionat prop de guèisers submarins coneguts com a black smokers.

Nogensmenys, es creu que d'aquesta varietat de cèl·lules, o protocèl·lules, només en sobrevisqué un tipus. Els indicis suggereixen que l'últim avantpassat comú universal visqué a principis de l'eó Arqueà, fa uns 3.500 milions d'anys o encara abans^. Aquesta cèl·lula UACU és l'avantpassada de totes les cèl·lules i per tant de tota la vida a la Terra. Probablement es tractava d'un procariota, amb membrana cel·lular i probablement amb ribosomes, però sense nucli ni orgànuls dins la membrana, com serien els mitocondris o els cloroplasts. Com totes les cèl·lules modernes, feia servir l'ADN com a codi genètic, l'ARN per la transmissió d'informació i la síntesi de proteïnes, i enzims per catalitzar les reaccions. Alguns científics creuen que l'últim avantpassat comú universal no era un únic organisme sinó una població d'organismes que s'intercanviaven gens en una transferència horitzontal de gens.

Fotosíntesi i oxigen

L'aprofitament de l'energia solar comportà diversos canvis capitals en la vida a la Terra.

És probable que les cèl·lules inicials fossin totes heteròtrofes, utilitzant les molècules orgàniques properes (fins i tot les d'altres cèl·lules) com a matèria primera i font d'energia.^[2 A mesura que les fonts alimentàries s'exhauriren, algunes cèl·lules desenvoluparen una nova estratègia. En lloc d'explotar les fonts minvants de molècules orgàniques en estat lliure, aquestes cèl·lules adoptaren la llum solar com a font d'energia. Hi ha diverses estimacions, però fa 3.000 milions d'anys^.probablement ja havia aparegut quelcom de semblant a la fotosíntesi moderna. Això féu que l'energia solar pogués ser aprofitada no només pels autòtrofs, sinó també pels heteròtrofs que els consumien. La fotosíntesi utilitzava els abundants diòxid de carboni i aigua com a matèries primeres i, amb l'energia de la llum solar, produïa molècules orgàniques riques en energia (carbohidrats).

A més, la fotosíntesi deixava anar oxigen com a residu. Al principi s'unia amb pedra calcària, ferro i altres minerals. Hi ha proves substancials d'aquest fet en les capes riques en òxids de ferro que corresponen a aquest període. Els oceans s'haurien tornat de color verd a mesura que l'oxigen reaccionava amb els minerals. Quan les reaccions arribaren a la seva fi, l'oxigen començà finalment a acumular-se a l'atmosfera. Malgrat que cada cèl·lula produïa una quantitat ínfima d'oxigen, la combinació del metabolisme de moltes cèl·lules durant un vast període transformà l'atmosfera terrestre en el que és actualment.

Aquesta és, doncs, la tercera atmosfera de la Terra. Una part de l'oxigen fou estimulat per la radiació ultraviolada del Sol i es convertí en ozó, que s'acumulà en una capa a la part alta de l'atmosfera. La capa d'ozó absorbia, i encara absorbeix, una part significativa dels raigs ultraviolats que abans travessaven l'atmosfera. Això permeté a les cèl·lules colonitzar la superfície de l'oceà i, més endavant, la terra ferma: sense la capa d'ozó, el bombardeig continu de raigs ultraviolats hauria causat un nivell insostenible de mutacions en les cèl·lules que hi estiguessin exposades. A part de subministrar grans quantitats d'energia a les formes de vida i aturar la radiació ultraviolada, els efectes de la fotosíntesi tingueren una tercera influència que canvià el món. L'oxigen era tòxic; és probable que gran part de la vida a la Terra s'extingís a mesura que el nivell d'aquest gas creixia (la catàstrofe de l'oxigen). Els organismes resistents sobrevisqueren i prosperaren, i alguns d'ells desenvoluparen la capacitat d'usar l'oxigen per millorar el seu metabolisme i extreure més energia dels mateixos aliments.