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L’origine della vita sulla Terra

Una volta la Terra era un pianeta selvaggio e inospitale. Come ha fatto dunque ad originarsi la vita? Lo scopriremo in questo articolo!

Come si è originata la vita sulla Terra? Negli ultimi decenni un consistente gruppo di ricercatori provenienti da studi eterogenei ha dedicato i propri sforzi al tentativo di svelare un enigma così complesso. Biologi, chimici, paleontologi, geologi sono riusciti a formulare alcune probabili risposte, che saranno trattate nel corso di questo articolo.

La vita sulla Terra non fu generata da un unico evento, ma dalla compartecipazione di più fattori attraverso una serie di processi chimici, i quali si sono scatenati su un pianeta che all’epoca doveva essere decisamente inospitale. Sia Oparin che Darwin ipotizzarono l’esistenza di una sorta di pozza primordiale terrestre, nella quale avrebbero avuto origine i primi composti che sono alla base della vita.

Nel 1953 Stanley Miller e Harold Urey ricrearono all’interno di un reattore quella che era considerata l’atmosfera della Terra primitiva, priva di ossigeno e composta da vapore acqueo, metano, ammoniaca e idrogeno. La crosta terrestre all’epoca doveva essere fratturata da vulcani e fetida a causa dei miasmi che esalavano nell’atmosfera. I due scienziati simularono, grazie ad un arco elettrico, i fulmini che molto frequentemente colpivano il pianeta. Alla fine dell’esperimento si era accumulato, sul fondo della provetta, un materiale rosa e denso, la cui analisi rivelò la presenza di diversi amminoacidi, tra cui la glicina, l’alanina, l’acido aspartico, l’acido glutammico e altri.

L’esperimento di Miller e Urey

Questo esperimento fu ripetuto più volte nel corso degli anni, da parte di altri scienziati. Gli esiti furono fruttuosi e sorprendenti: nei tentativi successivi vennero generate ulteriori sostanze, come l’acido cianidrico, il monossido di carbonio, l’anidride carbonica e nuovi amminoacidi, diversi rispetto a quelli ottenuti da Miller e Urey. Questi risultati sono straordinari se pensiamo che il DNA programma la cellula e le sue funzioni interagendo con le proteine ed enzimi, formati essenzialmente da amminoacidi. Attraverso complessi meccanismi molecolari i geni contenuti nel DNA possono esprimersi, trasformando la propria “volontà” in proteine mature e pronte per assolvere funzioni vitali come la comunicazione tra cellule, la reazione immunitaria, l’ossigenazione dei tessuti, il trasporto di sostanze nutritive e via discorrendo. Figlie ed emissarie del DNA, le proteine sono dunque fondamentali e determinanti per tutto ciò che concerne il metabolismo cellulare.

RNA polimerasi

Stabilito come le proteine possano essersi generate in tempi remotissimi, possiamo occuparci ora delle basi azotate, ossia dei composti ciclici che sono alla base del nostro acido nucleico. Joan Oró y Florensa dimostrò che 5 molecole di acido cianidrico possono combinarsi contemporaneamente in un’unica reazione (one-pot) per formare l’adenina e guanina, due delle quattro basi azotate che costituiscono il DNA. Per quanto riguarda le basi pirimidiniche la faccenda fu molto più complessa. Non solo non fu possibile formarle con acido cianidrico, ma alcuni studi sulla stabilità termodinamica, condotti da Robert Shapiro, rivelarono che il tempo medio della vita delle basi nucleiche sulla Terra primordiale, pur essendo di decine o centinaia di anni, non avrebbe garantito la loro disponibilità nel momento in cui si sarebbero potuti formare i primi acidi nucleici veri e propri.

Studi successivi individuarono un altro possibile precursore degli acidi nucleici: la formammide una sostanza in grado di condensare sia basi puriniche che pirimidiniche. La formammide è ampiamente diffusa nell’Universo ed è possibile produrla con facilità a partire da miscele di ossidi di carbonio e ammoniaca; inoltre può generarsi dall’idrolisi dell’acqua.

Probabilmente se oggi esiste la vita sulla Terra è anche merito del cosmo!

Come avevamo accennato prima, l’Universo ha giocato un ruolo fondamentale per la genesi della vita. I processi astrochimici avvengono all’interno di nubi di polveri interstellari, fatte da silicati amorfi. I granelli che costituiscono questa polvere sono coperti da ghiaccio a causa della temperatura glaciale dell’Universo. Gli elementi qui presenti possono combinarsi tra loro e subire l’impatto con altre particelle, che costituiscono la radiazione cosmica. Da questo amorevole abbraccio possono scaturire specie radicaliche (estremamente reattive) che a loro volta inducono la formazione di altre strutture, la cui aggregazione può portare a un grado di complessità via via maggiore.

L’accumulo di tali aggregati alla lunga forma altri pianeti, i quali, esplodendo, disperderanno le proprie molecole nell’immensità cosmica. Nel 2014 Martin Ferus e Judit E. Sponer, presso l’Istituto europeo centrale di tecnologia in Cecoslovacchia, riuscirono a riprodurre le temperature estremamente elevate dell’impatto dei meteoriti, utilizzando un laser chiamato Asterix, dimostrando inequivocabilmente che la formammide presente nell’Universo è in grado di formare tutte e cinque le basi nucleiche e la glicina.

Sulla Terra non sono presenti polveri cosmiche ma ci sono minerali, argille di tipo smectidico, tra cui le montmorilloniti, e rocce porose come le stramotoliti, le quali svolsero un ruolo essenziale come incubatori di ioni in grado di influenzare la reattività della formammide e dunque scatenare processi che portano alla formazione di molecole più complesse. Queste sostanze venivano accumulate sulla Terra, e gli organismi capaci di sfruttarle avrebbero guadagnato un vantaggio evolutivo su tutti gli altri.

La struttura chimica di una montmorillontie

Una valida alternativa alla formammide è stata trovata proprio l’anno scorso: alcuni studi realizzati nel 2019 da Carell e altri scienziati, infatti, dimostrano come a partire da acqua e cianuro di ammonio sia possibile ricavare tutte le basi azotate. (link1, link2, link3)

Non è semplice ricostruire a ritroso un percorso di questo calibro, costellato da tante possibilità che forse si sono svolte tutte indipendentemente l’una dall’altra. Ciò di cui siamo certi è che a un certo punto tutte le sostanze di cui abbiamo parlato fin ora sarebbero state avvolte da una membrana, costituita da un doppio strato di fosfolipidi, per separarle dall’ambiente esterno. La conseguenza di ciò è LUCA (Last Universal Common Ancestor) il discendente primordiale di tutte le specie viventi, a partire dal quale si sarebbe differenziata la vita.

Grazie per essere arrivato fin qui! Lascio sotto dei link ad altri articoli che ti potrebbero interessare!

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