Con origine della vita si indica il processo naturale con il quale si ritiene che la vita sulla Terra si sia originata a partire da materia non vivente (abiogenesi),. in particolare da semplici composti organici,. in contrapposizione alla teoria che possa sorgere solo da altre forme di vita (biogenesi).
Il passaggio da sistema non vivente ad organismo vivente non è considerato un singolo evento, ma piuttosto un processo graduale di aumento di complessità del sistema. L'abiogenesi primordiale è studiata combinando conoscenze di biologia molecolare, paleontologia, astrobiologia e biochimica per determinare come l'organizzazione crescente di reazioni chimiche in sistemi non viventi abbia portato all'origine della vita sulla Terra e, presumibilmente, anche in altri luoghi dell'Universo in presenza di un ambiente chimico-fisico compatibile.
Inizi L'origine della vita sulla Terra è databile entro un periodo compreso tra i 4,4 miliardi di anni fa quando l'acqua allo stato liquido comparve sulla superficie terrestre e i 2,7 miliardi di anni fa quando la prima incontrovertibile evidenza della vita è verificata da isotopi stabili e biofirme molecolari che mostrano l'attività di fotosintesi. Si ritiene comunque che la vita abbia avuto origine intorno ai 3,9 miliardi di anni fa, quando la Terra iniziò a raffreddarsi fino ad una temperatura alla quale l'acqua poté trovarsi diffusamente allo stato liquido; lo avvalorano le scoperte di strutture microbiche risalenti a 3,7 miliardi di anni fa nelle rocce verdi di Isua, in Groenlandia. Inoltre varie campagne di ricerca hanno attestato la presenza di cianobatteri fossili racchiusi in rocce stromatolitiche dell'Australia occidentale dell'età di circa 3,5 miliardi di anni. Uno studio recente ha analizzato possibili microfossili, individuati come filamenti di ematite presenti in campioni prelevati dal Nuvvuagittuq Supracrustal Belt, datandoli tra i 3,75 miliardi di anni fa e i 4,28 miliardi di anni fa. Se lo studio venisse confermato sarebbe la prova che la formazione della vita sulla Terra sia avvenuta in tempi molto rapidi dopo la sua formazione.
Il concetto di origine della vita è stato trattato fin dall'antichità nell'ambito di diverse religioni e nella filosofia: con lo svilupparsi di modelli scientifici spesso in contrasto con quanto letteralmente affermato nei testi sacri delle religioni, l'origine della vita è diventato tema di dibattito tra scienza e fede.Dizionario Interdisciplinare di Scienza e Fede, voce Creazione cap. V (Creazione ed evoluzione), Giuseppe Tanzella-Nitti, on-line su www.disf.org consultato il 15-7-2009 Questo ha portato a una lettura meno letterale e più metaforica di alcuni testi sacri, il cui obiettivo comunque non era dare spiegazioni scientifiche su come la vita fosse nata, ma piuttosto fornire un senso e uno scopo alla nascita della vita. Dal punto di vista scientifico, la spiegazione dell'origine della vita parte dal postulato che le prime forme viventi si originarono da materiale non vivente.
Spiegazioni L'interrogativo su come si originò la vita sulla Terra si pose soprattutto in seguito allo sviluppo della teoria della evoluzione per selezione naturale, elaborata in modo indipendente da A.R. Wallace e da C.R. Darwin nel 1858, la quale suggeriva che tutte le forme di vita sono legate da relazioni di discendenza comune attraverso ramificati alberi filogenetici che riconducono ad un unico progenitore, estremamente semplice dal punto di vista biologico. Il problema era capire come si originò questa semplice forma primordiale, presumibilmente una cellula molto simile ai moderni procarioti e contenente l'informazione genetica, conservata negli acidi nucleici, oltre a proteine e altre biomolecole indispensabili alla propria sopravvivenza e riproduzione. Il processo evolutivo che ha portato alla formazione di un sistema complesso e organizzato (ovvero il primo essere vivente) a partire dal mondo prebiotico è durato centinaia di milioni di anni ed è avvenuto attraverso tappe successive di eventi, che dopo un numero elevato di tentativi hanno portato a sistemi progressivamente più complessi.
La prima tappa fondamentale è stata la produzione di semplici molecole organiche, come amminoacidi e nucleotidi, che costituiscono i mattoni della vita. Gli esperimenti di Stanley Miller e altri hanno dimostrato che quest'evento era realizzabile nelle condizioni chimico-fisiche della Terra primordiale, caratterizzata da un'atmosfera riducente. Inoltre il ritrovamento di molecole organiche nello spazio, all'interno di nebulose e meteoriti ha dimostrato che queste reazioni sono avvenute anche in altri luoghi dell'universo, tanto che alcuni scienziati ritengono che le prime biomolecole siano state trasportate sulla Terra per mezzo di meteoriti.
Ultimi quesiti La questione più difficile è spiegare come da questi semplici composti organici, concentrati nei mari in un brodo primordiale, poterono formarsi delle cellule dotate dei requisiti minimi essenziali per poter essere considerate viventi, cioè la capacità di utilizzare materiali presenti nell'ambiente per mantenere la propria struttura, organizzazione e potersi riprodurre. Molti scienziati hanno cercato di chiarire attraverso ipotesi ed esperimenti le tappe fondamentali che hanno condotto alla vita, tra cui l'origine dei primi polimeri biologici e tra questi di una molecola capace di produrre copie di se stessa, il replicatore, dal quale derivano i nostri geni e la formazione delle prime membrane biologiche, che hanno creato dei compartimenti isolati dall'ambiente esterno, nei quali si sono evoluti i primi sistemi di reazioni e le prime vie metaboliche catalizzate da enzimi. Nonostante ciò, la ricostruzione della storia della vita presenta ancora molti interrogativi, concernenti soprattutto la successione degli eventi. I progressi in questo campo di ricerca sono ostacolati dalla carenza di reperti fossili e dalla difficoltà di riprodurre questi processi in laboratorio.
Storia del concetto nella scienza La teoria della generazione spontanea
Per generazione spontanea (o abiogenesi aristotelica) si intende la credenza, molto diffusa dall'antichità fino al XVII secolo, secondo cui la vita possa nascere in modo spontaneo dalla materia inerte o inanimata, tramite l'effetto di "flussi vitali".
Si riteneva che Dio avesse creato direttamente solo gli esseri viventi "superiori" (come l'uomo e i grandi animali), mentre quelli "inferiori" (come i vermi e gli insetti) potessero nascere spontaneamente dal fango o da carcasse in putrefazione.
A tale riguardo, il chimico Jean Baptiste van Helmont arrivava a fornire la seguente ricetta per "creare dei topi":
Lascia una camicia sporca o degli stracci in un contenitore, come una pentola o un barile, aperto contenente alcuni chicchi di grano o mangime e in 21 giorni appariranno dei topi. Vi saranno esemplari maschi e femmine adulti e in grado di accoppiarsi e riprodurre altri topi.
Questa teoria fu confutata nel XVII secolo, grazie ad alcuni esperimenti di Francesco Redi e di Lazzaro Spallanzani.
Francesco Redi nel 1668, per determinare se avvenisse o meno il processo di generazione spontanea, effettuò un rigoroso esperimento a proposito, che rappresenta un classico esempio di applicazione del metodo sperimentale alla biologia.
Redi prese otto barattoli, in ognuno dei quali introdusse pezzi di diversi animali: un serpente, dei pesci, delle anguille ed un pezzo di carne di bue, e li divise in due gruppi di quattro:
Senza tappo ('gruppo di controllo', in cui venivano riprodotte le condizioni presenti nei luoghi dove "la generazione spontanea" era più evidente, quali macellerie, etc.) Con tappo ('gruppo sperimentale')
Nei barattoli del gruppo di controllo si osservarono delle mosche, che venivano a diretto contatto con la carne e, dopo poco tempo, si sviluppavano diverse larve. Nei barattoli tappati non furono ritrovate né larve, né mosche.
Da questi risultati Redi dedusse che le mosche potevano essere generate solo da altre mosche: nel barattolo aperto, le mosche erano entrate e avevano deposto le loro uova sulla carne; nel barattolo chiuso, invece, le mosche, impossibilitate ad entrare, non erano riuscite a depositare le loro uova sulla carne.
Questi risultati non erano ancora conclusivi, poiché Redi, per eliminare qualsiasi dubbio sulla possibilità che la mancata circolazione d'aria, nei recipienti chiusi, poteva aver in qualche modo interferito con lo sviluppo delle larve, eseguì un altro esperimento nel quale i barattoli del gruppo sperimentale furono chiusi con della garza, che permetteva la circolazione dell'aria, impedendo l'ingresso delle mosche. Anche in questo caso non si svilupparono larve, confermando i precedenti risultati sperimentali.
Col passare degli anni la teoria della generazione spontanea venne progressivamente abbandonata. Tuttavia, l'avvento, lo sviluppo e il perfezionamento del microscopio portò ad una generale ripresa della teoria, poiché si scoprirono altre forme di vita, prima sconosciute, come funghi, batteri e vari protozoi: si notò infatti che bastava mettere delle sostanze organiche in decomposizione in un luogo caldo per breve tempo e delle strane "bestiole viventi" apparivano sulla superficie.
Nel 1745-1750, John Turberville Needham, un ecclesiastico e naturalista inglese, partendo dall'osservazione che i microrganismi crescevano rigogliosamente in varie zuppe, ottenute dall'infusione di carne o vegetali, quando queste erano esposte all'aria, concluse che all'interno di tutta la materia, inclusi l'aria e l'ossigeno, era presente una "forza vitale" responsabile della generazione spontanea.. Per avvalorare questa tesi, egli bollì per pochi minuti alcune delle sue zuppe, al fine di eliminare eventuali microbi contaminanti, e le versò in beute "pulite", chiuse con tappi di sughero; anche in questo caso, tuttavia, osservò la crescita dei microrganismi.
Alcuni anni più tardi (1765), Lazzaro Spallanzani, un abate e biologo italiano, non convinto delle conclusioni di Needham, condusse degli esperimenti simili con diverse variazioni, applicando un metodo più rigoroso: innanzitutto, egli sottopose ad ebollizione di un'ora le zuppe, poi sigillò le beute di vetro che contenevano il brodo fondendo le aperture. Il brodo ottenuto era sterile e non si rilevò la crescita di microrganismi nemmeno dopo diversi giorni. In un gruppo di controllo, bollì il brodo solo per alcuni minuti e osservò che in queste beute crescevano microorganismi. In un terzo gruppo bollì il brodo per un'ora, ma chiuse le beute con tappi di sughero (che erano larghi abbastanza per il passaggio dell'aria) ed anche in questo osservò lo sviluppo di microorganismi. Spallanzani concluse che, mentre un'ora di bollitura sterilizzava la zuppa, pochi minuti non erano sufficienti per uccidere tutte le forme viventi inizialmente presenti ed inoltre che i microorganismi potevano essere anche trasportati dall'aria, come era avvenuto nelle beute del terzo gruppo.
Questi risultati accesero un'animata discussione tra Spallanzani e Needham riguardo alla sterilizzazione come metodo per confutare la generazione spontanea. Needham affermò che l'eccessiva bollitura del brodo usata per sterilizzare i contenitori aveva ucciso la "forza vitale", mentre la breve ebollizione non era stata sufficientemente gravosa per distruggerla, cosicché i microbi erano ancora capaci di svilupparsi. Inoltre sostenne che l'uso di contenitori sigillati impediva l'ingresso della forza vitale. Contrariamente, nei contenitori aperti, l'aria fresca poteva entrare, dando così l'avvio alla generazione spontanea..