Exercicis: L'origen de la vida

Descriu com era la Terra primitiva en l'època en què va sorgir la vida: l'atmosfera, els oceans i l'activitat geològica.

Observa l'esquema de l'aparell amb el qual Miller i Urey van realitzar el seu famós experiment el 1953. Identifica què representen les parts assenyalades amb ?1 a ?4 (la barreja de gasos, les descàrregues elèctriques, l'aigua en ebullició i la trampa de recollida), explica quines condicions de la Terra primitiva van simular al laboratori i quin tipus de molècules van obtenir.

Què és l'astrobiologia? Explica què estudia i per què buscar vida fora de la Terra ajuda a entendre l'origen de la vida al nostre planeta.

Durant segles es va creure que els éssers vius podien sorgir de la matèria inerta: cucs de la carn en descomposició o ratolins de la roba bruta. Descriu en què consistia la hipòtesi de la generació espontània i explica com la van refutar experimentalment Redi amb els seus pots de carn, Spallanzani amb els caldos bullits i, sobretot, Pasteur amb els seus matrassos de coll de cigne.

Les hipòtesis actuals sobre l'origen de la vida inclouen la síntesi química a la «sopa primigènia», la panspèrmia i les fonts hidrotermals del fons oceànic. Resumeix-les breument i, a continuació, ordena i explica els passos necessaris per passar de molècules soltes a la primera cèl·lula: aparició d'un material hereditari capaç de copiar-se, formació de molècules orgàniques complexes, aparició del metabolisme i formació de membranes.

Per què la recerca de vida en altres mons se centra tant a trobar aigua líquida? Raona quines propietats de l'aigua la fan tan important per als éssers vius.

Un vehicle d'exploració a Mart fotografia una roca sedimentària amb estructures laminars i bombades finament estratificades, visualment idèntiques als estromatòlits terrestres de fa $3\,500$ milions d'anys.

1. a) Justifica per què la presència de làmines superposades no basta per si sola per confirmar l'existència de vida passada a Mart i quina anàlisi geoquímica o isotòpica (per exemple, la relació entre $^{12}\text{C}$ i $^{13}\text{C}$) s'hauria de realitzar per aportar indicis a favor d'un origen biològic davant d'un procés purament inorgànic.
2. b) Explica la rellevància biològica i ambiental que van tenir els cianobacteris formadors d'estromatòlits en el canvi de l'atmosfera i la precipitació de ferro en els oceans de la Terra primitiva.

Fa uns $2\,400$ milions d'anys, l'activitat dels cianobacteris va desencadenar la «Gran Oxidació». Encara que avui considerem l'oxigen un gas indispensable, per a la biosfera d'aquell moment va ser un esdeveniment catastròfic.

1. a) Justifica per què l'oxigen lliure ($O_2$) va resultar letal per als microorganismes dominants de l'època i quin avantatge adaptatiu clau van obtenir els organismes que van desenvolupar la respiració cel·lular aeròbia.
2. b) Explica el mecanisme pel qual l'increment d'$O_2$ va reaccionar amb el metà atmosfèric ($CH_4$) i va provocar una glaciació global gairebé total (glaciació huroniana).
3. c) Dedueix com la posterior formació de la capa d'ozó ($O_3$) a partir d'aquest oxigen va ser un factor determinant per a la posterior colonització de la superfície continental per part dels éssers vius.

Una agència espacial planeja una missió per detectar possibles formes de vida microbiana metabòlicament activa (no fòssil) al Sistema Solar i disposa de les dades següents sobre tres candidats:

• Mart: Superfície sotmesa a intensa radiació ultraviolada i perclorats oxidants. Presència de pics estacionals de metà (CH₄) a l'atmosfera i possibles acumulacions de salmorres líquides a quilòmetres de profunditat.

• Europa: Oceà salí global sota una banquisa de gel de 15 a 25 km de gruix, en contacte directe amb un fons rocós sotmès a forces de marea per la gravetat de Júpiter.

• Encèlad: Oceà subsuperficial global que expulsa a l'espai guèisers continus a través de fractures al pol sud. En aquestes plomalls s'han mesurat vapor d'aigua, sals, macromolècules orgàniques i dihidrogen gasós (H₂).

Respon raonadament a les qüestions següents:

1. a) Prenent com a model anàleg els ecosistemes de les dorsals oceàniques terrestres, justifica per què la detecció conjunta d'H₂ i aigua als guèisers d'Encèlad es considera una prova indirecta clau d'habitabilitat per a microorganismes quimiosintètics.
2. b) Compara les dificultats biològiques i d'enginyeria per recol·lectar mostres viables a Europa enfront d'Encèlad. Justifica quin dels dos mons ofereix un avantatge estratègic per a una sonda que només pugui realitzar vols orbitals sense aterrar a la superfície.
3. c) Si el rover que explora Mart detectés aminoàcids al regòlit superficial, explica per què aquesta dada no confirmaria de manera concloent l'existència de vida passada o present, i quina propietat química (quiralitat) haurien d'analitzar els científics per obtenir un indici sòlid, tot i que no definitiu, de si el seu origen és biològic o purament abiòtic.