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L’Acqua, sorgente di vita

Written by Angela Vivarelli

L’acqua è la più studiata tra le sostanze per la sua abbondanza, accessibilità e soprattutto per l’importanza vitale che riveste per tutti gli organismi viventi del regno animale e vegetale. È un composto chimico con formula di struttura molto semplice-un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno che ne rende possibili i cosiddetti “passaggi di stato”, dipendenti dalle condizioni ambientali: possiamo trovarla allo stato liquido, solido, gassoso/aeriforme. Applicando il concetto a quanto accade in natura possiamo individuare un vero e proprio “ciclo dell’acqua”: sotto l’azione del calore solare l’acqua presente allo stato liquido nei mari, nei laghi, nei fiumi e negli oceani evapora nell’atmosfera trasformandosi in vapore; qui si condensa passando dallo stato di vapore allo stato acquoso, ricadendo poi sulla superficie terrestre sotto forma di pioggia, o neve, o grandine, o ancora sotto forma di rugiada o di brina a seconda della temperatura atmosferica. I cicli si susseguono secondo i ritmi determinati dall’avvicendarsi delle stagioni, alle diverse latitudini terrestri.

L’acqua: storico “catalizzatore sociale”
L’acqua è stata la prima amalgama della storia dell’uomo: le grandi civiltà del Mediterraneo, la civiltà egizia, babilonese, sumera, non casualmente sono nate e si sono sviluppate lungo il decorso di grandi corsi d’acqua. I fiumi da sempre hanno costituito una risorsa indispensabile alle esigenze primordiali dell’uomo, allo sviluppo dell’agricoltura tramite la fertilizzazione dei terreni, e all’ allevamento del bestiame. Attorno ai fiumi si sono riuniti i primi gruppi di nomadi; attorno ai fiumi si sono creati i primi modelli umani di socializzazione, sono nati i primi villaggi, successivamente ampliati a formare vere e proprie città.
Lungo i fiumi hanno avuto inizio gli scambi di utensili e di alimenti strutturati, poi, nell’ arco di millenni, in veri e propri commerci. I Fenici legarono il proprio sviluppo e la propria fortuna proprio al Mare, vivendo di commercio e spostandosi lungo rotte di navigazione, vere e proprie “direttrici nautiche”, che li portarono a fondare colonie in tutto il bacino del Mediterraneo, Spagna Meridionale all’ Africa Settentrionale, dalle coste della Sardegna, alla Sicilia, fino all’ isola di Cipro.

L’acqua:” il brodo primordiale da cui ha avuto origine la vita sulla Terra
L’acqua è il costituente inorganico maggiormente rappresentato e abbondante degli organismi viventi. Il contenuto minimo negli animali terrestri si aggira attorno al 60-70%. Nell’ uomo è rappresentata in percentuali variabili tra il 58 e il 67%, con una notevole diversità di distribuzione a seconda dei vari organi e tessuti e a seconda dell’età dell’individuo.
L’origine della vita sulla terra, ancor oggi fonte di dibattito, ha avuto inizio in ambienti ricchi di acqua, come dimostrano studi che si sono succeduti a partire della metà del 1800, per tutto il secolo scorso, fino ai nostri giorni. Circa un secolo e mezzo fa Charles Darwin ipotizzò che gli ingredienti essenziali d’innesco alla biogenesi siano stati” la presenza di acqua associata a calore, fosfati e sali d’ammonio”. Le conoscenze attuali ad oggi disponibili hanno dimostrato che essa era già presente sulla terra allo stato liquido 4,4 miliardi di anni fa: la scienza ci ha reso noti e persino riprodotto in laboratorio i percorsi chimici di sintesi utilizzati dalle molecole semplici primordiali, l’idrogeno, l’ossigeno, il carbonio, l’azoto, per trasformarsi in macromolecole biologiche complesse, quali gli aminoacidi, proteine, acidi nucleici. A garanzia di tutto ciò, è la presenza di acqua che resta il substrato indispensabile e primordiale ove tutto questo si è verificato.
Molto più complesso e ad oggi non perfettamente noto è individuare nei modi e nei tempi il punto di demarcazione fra l’origine” della vita e l’avvio del processo di” evoluzione” propriamente detta, che porterà alla comparsa della prima cellula dotata di vita propria e di capacità riproduttiva.

Alle origini della vita sulla Terra: Gli Archeobatteri, i Batteri, i Virus
Non sappiamo con esattezza quando e come sia comparsa la prima cellula vivente sulla Terra: prove consistenti e numerose supportano l’ipotesi secondo la quale elementi chimici semplici, idrogeno, carbonio, azoto sciolti in un ambiente acquoso, il “brodo primordiale” a un certo punto, forse sotto l’azione di trascinamento delle correnti marine e le spinte dei moti ondosi, si sarebbero aggregati spontaneamente in “macro agglomerati”. Con il passare dei millenni queste macromolecole organiche sarebbero diventate via via sempre più numerose e si sarebbero poi combinate tra loro a formare dei piccoli sistemi in grado di scambiare energia con l’ambiente esterno, ottimizzando al loro interno le prime reazioni chimico-metaboliche. Proprio la capacità di sostenere e articolare reazioni chimiche avrebbe poi permesso loro il passo successivo, ovvero la capacità di dividersi dando origine a piccole entità autonome auto-sufficienti, separate dall’ ambiente, e capaci di mantenere quelle reazioni chimiche necessarie al mantenimento della loro integrità fisica e chimica. Tuttavia, ancora non si può parlare di vita: per poter parlare di “vita” oltrechè la capacità di sviluppare reazioni biochimiche complesse, è necessaria la capacità di duplicarsi, di dare origine a nuove strutture con le medesime caratteristiche dei progenitori e dar luogo all’ evoluzione di generazioni future.

Dall’acqua la prima forma di vita: Gli Archeobatteri
La forma di vita più antica e semplificata di vita (ma non per questo priva di fascino) originata dall’ acqua è rappresentata dagli Archei o Archeobatteri (la definizione significa ”antichi batteri”).
Gli Archei sono microorganismi viventi, semplificati nella loro struttura molecolare, costituiti da una cellula unica di piccole dimensioni racchiusa entro una membrana esterna che li separa dall’ ambiente circostante e ne protegge il materiale nucleare sciolto nel citoplasma. La membrana, spesso circondata e irrobustita da una parete esterna, ha caratteristiche strutturali e biochimiche che li rende organismi davvero unici, particolarmente adattabili agli ambienti più difficili e resistenti anche alle temperature atmosferiche “estreme” (quali quelle esistite in epoche lontane, all’origine della vita sulla Terra) da cui l’appellativo di “organismi estremofili”.
Originati dall’ aggregazione di molecole semplici, gli Archeobatteri vivono ancora oggi, con le medesime caratteristiche microbiologiche che li ha contraddistinti all’inizio della biogenesi, negli ambienti acquosi nelle più disparate condizioni: nelle acque degli Oceani a grandissime profondità, in assenza di ossigeno; presso le sorgenti vulcaniche in ebollizione a temperature altissime, fin oltre i 110°; presso le sorgenti idro-termali ricche di solfo; in acque marine ad elevato tasso di salinità e infine sono stati ritrovati anche nelle acque ghiacciate dell’Antartide. Tali condizioni climatiche assolutamente proibitive per altri sistemi viventi, ripropongono ancora oggi modelli di vita e di riproduzione in ambienti esistite in epoche lontane sulla Terra al momento delle loro comparsa. Nel corso dei millenni l’evoluzione ha fatto sì che, pur mantenendo intatte le proprietà organiche di sopravvivenza anche in ambienti ostili e difficili, essi si siano potuti adattare a vivere anche nei comuni habitat dell’uomo, sempre in presenza di acqua.

I Batteri: l’altra forma di vita primordiale assieme agli Archea è rappresentata dai Batteri.
I Batteri sono costituiti, come gli Archea, da una cellula unica che può assumere molte forme e dimensioni. Alcuni batteri hanno forma allungata- si parla in questo caso di bastoncello, altri hanno forma sferica-i cocchi-, altri forma di spirale-i vibrioni e le spirochete. Loro caratteristica è la estrema loro adattabilità che nel corso di millenni li ha resi capaci di sopravvivenza e di riproduzione in tutti più svariati habitat terrestri, dagli ambienti più aridi a quelli più freddi, all’ interno di organismi animali e vegetali, addirittura al di sotto della superficie terrestre.
Sono dotati di un nucleo e circondati da una membrana che li delimita e li separa dall’ ambiente esterno. All’ esterno della membrana c’è una parete cellulare complessa, rigida che conferisce alla cellula forma e plasticità strutturale e resistenza nell’ ambiente.
I batteri a interesse “umano”, mio interesse culturale, oltreché lavorativo, si dividono in “batteri commensali” e “batteri patogeni”.
Al primo gruppo appartengono alcuni batteri che vivono sulla nostra cute o sulle nostre mucose in qualità di commensali. Non provocano alcuna malattia e costituiscono il nostro “microbioma”.
I batteri patogeni, al contrario, sono responsabili di tutta una serie di infezioni a vari livelli di gravità clinica e sintomatica, con interessamento variabile di organi e tessuti, dalla cute ai polmoni, agli organi endo-addominali, fino a poter interessare anche il Sistema Nervoso Centrale e l’osso.

I virus
Come gli Archea e i Batteri anche i virus hanno origine antichissima: sono comparsi oltre tre miliardi e mezzo di anni fa come forme, anch’essi, di aggregazione molecolare semplice, incapaci di replicazione autonoma, parassiti di cellule batteriche. In sezioni trasversali di ghiaccio siberiano sono stati trovati virus vecchi ibernati di oltre 30.000 anni, ancora vitali, ovvero capaci ancora di replicarsi e di infettare cellule ospiti. Un geroglifico egizio del 3700 a.C. mostra un sacerdote con i tipici segni di un paziente guarito dalla poliomielite paralitica. Inoltre si ritiene che un faraone , Ramses V, sia morto nel 1196 a.C. a causa del vaiolo.
I virus sono formati da una molecola di acido nucleico racchiusa entro un involucro proteico, il capside, talora racchiuso entro una membrana lipoproteica che deriva dalla membrana della cellula ospite. Siamo riusciti a riconoscerne e catalogarne circa 4000 tipi suddivisi in base al tipo di acido nucleico, DNA o RNA in essi contenuti.
Spero che questa breve, concisa review possa avere creato spunti di riflessione sulla complessità della vita alle origini e possa aver indotto nei lettori un desiderio di approfondimento su una tematica vecchia quanto il mondo ed estremamente paradossalmente moderna.

Bibliografia:
G. De Leo, S. Fasano, E. Ginelli: Biologia e Genetica
Helene Curtis: Invito alla Biologia – Cellula, Genetica, Evoluzione, Fisiologia Umana
Richard A. Harvey, Pamela C. Champe, Bruce D. Fisher.: Le basi della Microbiologia
Michele La Placa: Microbiologia Clinica
Neil A. Campbell: Principi di Biologia
Pepi Merisio: Civiltà dell’Acqua

About the author

Angela Vivarelli

Pistoiese Doc, consegue il diploma di Maturità Classica presso il Liceo Classico "Niccolò Forteguerri". Nel 1985 consegue la Laurea in Medicina e Chirurgia presso l’Ateneo di Firenze con il massimo dei voti e lode. Nel 1990 consegue la specializzazione in ”Malattie Infettive” presso la Scuola di Specializzazione dell’Università di Firenze con il massimo dei voti e lode. Dal 1991, ad oggi, esercita la professione di Dirigente Medico Ospedaliero presso l’ Ospedale di Pistoia nelle disciplina di “Malattie Infettive”.
Ha pubblicato svariati lavori su riviste scientifiche internazionali e nazionali ed è co-autrice di numerosi abstracts inerenti a tematiche infettivologiche di interesse clinico. Ha partecipato negli anni a numerose convention nazionali su argomenti di “specialità”. Vive a Pistoia con la sua famiglia.

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