Come è iniziata e da dove ha avuto inizio la vita sulla Terra? L’Università di Chicago prova a rispondere
L’origine della vita sulla Terra è uno dei grandi misteri della scienza. Sono state proposte varie teorie, tutte però non verificabili. Per scoprire se siamo soli nella galassia, dovremo capire meglio quali condizioni geochimiche hanno permesso alle prime forme di vita di svilupparsi. Quali cicli di acqua, chimica e temperatura hanno favorito le reazioni chimiche che hanno permesso alla vita di emergere sul nostro pianeta? Poiché la vita è nata nelle condizioni superficiali in gran parte sconosciute della storia primordiale della Terra, rispondere a queste e ad altre domande rimane una sfida per gli scienziati. All’Università di Chicago sono stati condotti diversi esperimenti su questo argomento, tra cui quello di Miller-Urey, che ha suggerito come gli elementi costitutivi della vita potrebbero essersi formati in una “zuppa primordiale”.
Quando è iniziata la vita sulla Terra?
La Terra ha circa 4,5 miliardi di anni. Gli scienziati pensano che 4,3 miliardi di anni fa la Terra potrebbe aver sviluppato condizioni adatte a sostenere la vita. I fossili più antichi conosciuti, tuttavia, hanno solo 3,7 miliardi di anni. Durante quella finestra temporale di 600 milioni di anni, la vita potrebbe essere emersa ripetutamente, solo per essere spenta da collisioni catastrofiche con asteroidi e comete.
I dettagli di quegli eventi sono ben conservati nelle rocce più antiche della Terra. Alcuni indizi provengono dagli zirconi più antichi, minerali altamente durevoli che si sono formati nel magma. Gli scienziati hanno trovato tracce di una forma di carbonio, un elemento importante negli organismi viventi, in uno di questi zirconi di 4,1 miliardi di anni. Tuttavia, non fornisce prove sufficienti per dimostrare l’esistenza della vita in quella data iniziale.
Dove ha avuto inizio la vita sulla Terra?
Due possibilità: sulla terraferma o in mare. Alcuni microrganismi prosperano negli ambienti roventi e altamente acidi delle sorgenti termali, come quelle che si trovano oggi in Islanda, Norvegia e nel Parco Nazionale di Yellowstone. Lo stesso vale per le sorgenti idrotermali in acque profonde. Queste sorgenti simili a camini si formano dove l’acqua di mare entra in contatto con il magma sul fondale oceanico, dando origine a flussi di pennacchi surriscaldati. I microrganismi che vivono vicino a questi pennacchi hanno portato alcuni scienziati a suggerire che siano stati i luoghi d’origine delle prime forme di vita sulla Terra.
Le molecole organiche potrebbero anche essersi formate in certi tipi di minerali argillosi che potrebbero aver offerto condizioni favorevoli per la protezione e la conservazione. Ciò potrebbe essere accaduto sulla Terra durante la sua storia iniziale, o su comete e asteroidi che in seguito li hanno portati sulla Terra. Ciò suggerirebbe che lo stesso processo potrebbe aver seminato la vita su pianeti altrove, nell’universo.
Quali sono gli ingredienti della vita sulla Terra?
La ricetta è composta da una fonte di energia costante, composti organici e acqua. La luce solare fornisce la fonte di energia in superficie, che guida la fotosintesi. Sul fondale oceanico, l’energia geotermica fornisce i nutrienti chimici di cui gli organismi hanno bisogno per vivere. Ci sono poi elementi cruciali per noi esseri umani, come carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fosforo. Ma ci sono diversi misteri scientifici su come questi elementi siano finiti sulla Terra. Ad esempio, gli scienziati non si aspetterebbero che un pianeta formatosi così vicino al Sole incorpori naturalmente carbonio e azoto. Questi elementi diventano solidi solo a temperature molto fredde, come quelle che esistono nel sistema solare esterno, non più vicino al Sole dove si trova la Terra. Inoltre, il carbonio, come l’oro, è raro sulla superficie terrestre. Questo perché il carbonio si lega chimicamente più al ferro che alla roccia. Anche l’oro si lega più spesso al metallo, quindi la maggior parte finisce nel nucleo terrestre. Quindi, come sono arrivate lì le piccole quantità trovate sulla superficie? Un processo simile potrebbe essersi svolto anche su altri pianeti?
L’acqua sulla Terra
L’ultimo ingrediente è l’acqua. L’acqua ricopre ora circa il 70% della superficie terrestre, ma quanta ne era presente sulla superficie 4 miliardi di anni fa? Come il carbonio e l’azoto, è molto più probabile che l’acqua diventi parte di oggetti solidi formatisi a una distanza maggiore dal sole. Per spiegare la sua presenza sulla Terra, una teoria propone che una classe di meteoriti chiamati condriti carbonacee si sia formata abbastanza lontano dal Sole da aver svolto la funzione di sistema di distribuzione dell’acqua.
Le principali teorie sull’origine della vita sulla Terra
Esistono diverse teorie su come la vita sia arrivata sulla Terra. Tra queste, l’idea di una zuppa primordiale. Torniamo all’esperimento di Miller-Urey. Come studente laureato presso l’Università di Chicago nel 1952, Stanley Miller eseguì un famoso esperimento con Harold Urey, premio Nobel per la chimica.
Miller e Urey iniettarono ammoniaca, metano e vapore acqueo in un contenitore di vetro chiuso per simulare quelle che allora si riteneva fossero le condizioni dell’atmosfera primordiale della Terra. Poi fecero passare scintille elettriche attraverso il contenitore per simulare un fulmine. Gli amminoacidi, i mattoni delle proteine, si formarono presto. Miller e Urey si resero conto che questo processo avrebbe potuto spianare la strada alle molecole necessarie per produrre la vita.
Gli scienziati ora credono che l’atmosfera primordiale della Terra avesse una composizione chimica diversa dalla ricetta di Miller e Urey. Nonostante ciò, l’esperimento ha dato origine a un nuovo campo scientifico chiamato chimica prebiotica o abiotica, la chimica che ha preceduto l’origine della vita. Questo è l’opposto della biogenesi, l’idea che solo un organismo vivente possa generare un altro organismo vivente.
Arrivata sulla Terra da meteore
Alcuni scienziati pensano che alcune delle molecole importanti per la vita provengano da meteoriti o comete. “Una volta un collega mi disse: ‘È molto più facile costruire una casa con i Lego quando cadono dal cielo’”, ha detto Fred Ciesla, professore di scienze geofisiche presso l’UChicago. Ciesla e quel collega, Scott Sandford del NASA Ames Research Center, hanno pubblicato una ricerca che mostrava che i composti organici complessi venivano facilmente prodotti in condizioni che probabilmente prevalevano nel primo sistema solare quando si formarono molti meteoriti. I meteoriti potrebbero quindi essere serviti per trasportare semi molecolari sulla Terra. Nel 1969, il meteorite Murchison caduto in Australia conteneva decine di diversi amminoacidi, i mattoni della vita.
O dalle comete
Le comete potrebbero aver offerto un passaggio alle molecole dirette sulla Terra, secondo i risultati sperimentali pubblicati nel 2001 da un team di ricercatori dell’Argonne National Laboratory, dell’Università della California Berkeley e del Lawrence Berkeley National Laboratory. Dimostrando che gli amminoacidi potrebbero sopravvivere a una collisione di comete infuocate con la Terra, il team ha rafforzato l’idea che le materie prime della vita provenissero dallo spazio.
Nel 2019, un team di ricercatori in Francia e Italia ha riferito di aver trovato materiale organico extraterrestre conservato nei sedimenti di Barberton, in Sudafrica, risalenti a 3,3 miliardi di anni fa. Il team ha suggerito che i micrometeoriti fossero la probabile fonte del materiale. Ulteriori prove del genere sono arrivate nel 2022 da campioni dell’asteroide Ryugu riportati sulla Terra dalla missione giapponese Hayabusa2. Il conteggio degli amminoacidi trovati nei campioni di Ryugu ora supera i 20 tipi diversi.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo intitolato “The origin of life on Earth, explained” dell’Università di Chicago
