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| Dalla chimica prebiotica alle prime strutture organizzate: una rappresentazione simbolica delle possibili condizioni nelle quali ebbe origine la vita sulla Terra. |
La vita non comparve improvvisamente nella forma complessa che conosciamo oggi. Fu probabilmente il risultato di una lunga evoluzione chimica, durante la quale molecole semplici formarono strutture sempre più organizzate, capaci prima di conservarsi e poi di riprodursi ed evolvere. La scienza ha individuato molti passaggi possibili, ma non possiede ancora una ricostruzione completa e definitiva di quel momento straordinario.
Pier Carlo Lava
La Terra si formò circa 4,54 miliardi di anni fa, attraverso l’aggregazione di polveri e frammenti rocciosi presenti intorno al giovane Sole. Il pianeta primordiale era molto diverso da quello attuale: caldo, sottoposto a frequenti impatti, caratterizzato da un’intensa attività vulcanica e privo di un’atmosfera ricca di ossigeno.
Con il progressivo raffreddamento della superficie si formarono una crosta solida e raccolte di acqua liquida. Alcuni antichissimi cristalli di zircone indicano che acqua e porzioni di crosta potrebbero essere esistite già oltre 4,3 miliardi di anni fa. Si crearono così ambienti nei quali carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo potevano partecipare a reazioni sempre più articolate.
Quando apparve la vita?
Non conosciamo una data precisa. Le testimonianze fossili considerate più solide indicano la presenza di organismi microscopici almeno 3,5 miliardi di anni fa. Tra queste testimonianze vi sono le stromatoliti, strutture rocciose stratificate prodotte dall’attività di comunità microbiche.
Sono stati proposti anche indizi di attività biologica risalenti a 3,7, 3,8 o persino più di 4 miliardi di anni fa. Questi reperti, tuttavia, sono più difficili da interpretare perché alcuni segnali chimici e alcune forme microscopiche possono essere prodotti anche da processi non biologici. È quindi corretto affermare che la vita era sicuramente presente almeno 3,5 miliardi di anni fa, mentre una sua origine ancora più antica rimane possibile ma non definitivamente dimostrata.
Anche il termine “nascita” può risultare ingannevole. Probabilmente non ci fu un singolo istante nel quale la materia inanimata divenne improvvisamente viva. Potrebbe essersi trattato di una successione graduale di trasformazioni, senza un confine facilmente individuabile tra chimica complessa e biologia primitiva.
Dalle molecole semplici ai componenti della vita
La vita attuale utilizza molecole organiche come amminoacidi, lipidi, zuccheri e nucleotidi. Esperimenti condotti a partire dal Novecento hanno dimostrato che alcuni di questi componenti possono formarsi senza l’intervento di organismi viventi, quando molecole più semplici ricevono energia da scariche elettriche, calore, radiazione ultravioletta o reazioni con particolari minerali.
Molecole organiche sono state individuate anche nei meteoriti e nei campioni prelevati dagli asteroidi. Questo non significa che la vita sia necessariamente arrivata già formata dallo spazio. Dimostra, invece, che alcuni dei suoi ingredienti possono svilupparsi naturalmente in diversi ambienti del Sistema solare e potrebbero essere stati trasportati anche sulla Terra primitiva.
Produrre molecole organiche, tuttavia, non equivale a produrre la vita. Per passare dalla chimica alla biologia servivano almeno tre capacità fondamentali: conservare informazioni, utilizzare energia e separare le proprie reazioni dall’ambiente esterno.
Il possibile ruolo dell’RNA
Una delle ipotesi più studiate è quella del cosiddetto mondo a RNA. Nelle cellule moderne il DNA conserva l’informazione genetica, mentre le proteine svolgono gran parte delle funzioni chimiche. L’RNA può invece avere entrambi i ruoli: trasportare informazioni e, in determinate condizioni, favorire alcune reazioni.
Secondo questa ipotesi, molecole simili all’RNA potrebbero avere preceduto il sistema formato da DNA, RNA e proteine. Alcune avrebbero iniziato a produrre copie di se stesse, non sempre perfette. Le varianti più stabili o più efficienti avrebbero avuto maggiori possibilità di conservarsi e moltiplicarsi, dando origine a una forma elementare di selezione naturale.
Rimangono però problemi importanti. Non sappiamo esattamente come nucleotidi sufficientemente complessi si siano formati e concentrati nell’ambiente primordiale, né come siano nate molecole capaci di replicarsi autonomamente con continuità. Il mondo a RNA è quindi un’ipotesi scientificamente significativa, non una vicenda già dimostrata in ogni suo passaggio.
Oceani profondi oppure pozze in superficie?
Non è stato ancora stabilito quale ambiente abbia ospitato le prime tappe verso la vita. Una possibilità è rappresentata dalle sorgenti idrotermali dei fondali oceanici. In questi sistemi l’acqua riscaldata dalle rocce incontra l’acqua marina più fredda, generando differenze di temperatura, composizione chimica e acidità. I minuscoli pori dei minerali potrebbero avere concentrato le molecole e favorito reazioni simili ai primi processi metabolici.
Un’altra ipotesi guarda alle sorgenti calde, ai laghi vulcanici e alle piccole pozze superficiali. L’alternanza tra fasi umide e asciutte avrebbe potuto concentrare le sostanze disperse nell’acqua e favorire l’unione delle molecole in catene più lunghe. Luce solare, calore, minerali e cicli di evaporazione avrebbero funzionato come motori di un laboratorio naturale.
Le due possibilità non devono necessariamente escludersi. Materiali prodotti in un ambiente avrebbero potuto essere trasportati in un altro. La vita potrebbe essere emersa attraverso l’interazione di numerosi luoghi e processi, anziché all’interno di un unico scenario isolato.
Le protocellule: un confine tra interno ed esterno
Alcune molecole simili ai grassi hanno la capacità di organizzarsi spontaneamente in piccole vescicole quando si trovano nell’acqua. Questi involucri possono trattenere altre molecole, creando un ambiente interno distinto da quello esterno.
Strutture di questo genere, chiamate protocellule, non erano necessariamente vive. Avrebbero però potuto concentrare sostanze utili, proteggere molecole fragili e favorire le reazioni. Se un involucro capace di crescere e dividersi avesse racchiuso un sistema molecolare in grado di replicarsi, si sarebbe formato un insieme sul quale la selezione naturale avrebbe potuto agire con efficacia crescente.
Il passaggio decisivo potrebbe essere avvenuto quando informazione, metabolismo e compartimentazione iniziarono a funzionare insieme. Da quel momento i sistemi più adatti a sfruttare le risorse, conservarsi e riprodursi avrebbero lasciato un numero maggiore di discendenti.
LUCA non fu la prima forma di vita
Tutti gli organismi attualmente conosciuti condividono alcune caratteristiche fondamentali: utilizzano materiale genetico, impiegano un codice basato su principi comuni e producono proteine attraverso strutture cellulari chiamate ribosomi. Ciò suggerisce l’esistenza di un antico antenato comune, indicato con la sigla LUCA, dall’espressione inglese “Last Universal Common Ancestor”.
LUCA non deve però essere confuso con la prima forma vivente. Era già il risultato di una lunga evoluzione precedente. Prima di esso potrebbero essere esistite molte linee primitive, alcune delle quali scomparvero senza lasciare discendenti riconoscibili.
Le prime forme di vita vivevano inoltre in un pianeta quasi privo di ossigeno libero. Soltanto molto tempo dopo alcuni microrganismi fotosintetici iniziarono a liberare ossigeno, modificando lentamente gli oceani e l’atmosfera. Questo cambiamento aprì la strada a forme di metabolismo più efficienti e, dopo un percorso durato miliardi di anni, alla vita complessa.
La scienza non possiede ancora la formula completa con cui la materia divenne vita. Ha però dimostrato che molti passaggi necessari sono compatibili con le leggi della chimica e della fisica: possono formarsi molecole organiche, membrane spontanee e sistemi capaci di concentrare sostanze o favorire reazioni. Manca ancora il collegamento completo tra questi risultati e la prima entità realmente capace di riprodursi ed evolvere.
A mio parere è proprio questa parte ancora sconosciuta a rendere la ricerca tanto affascinante. Riconoscere ciò che non sappiamo non indebolisce la scienza: ne rappresenta la forza. La vita sulla Terra potrebbe essere nata da una successione di eventi naturali durata milioni di anni, ma da quel processo remoto sono derivate tutte le forme viventi, dalle cellule più semplici fino all’essere umano che oggi cerca di comprendere le proprie origini.
GEO: Pianeta Terra, Sistema solare
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Nota sull’intelligenza artificiale: L’intelligenza artificiale è stata utilizzata come supporto alla ricerca e all’organizzazione delle informazioni. Contenuti, revisione del testo e impostazione editoriale sono stati definiti e verificati dall’autore.
Crediti: Immagine generata con intelligenza artificiale per Alessandria Post.
Nota: L’immagine costituisce una ricostruzione artistica e non la rappresentazione certa di uno specifico processo scientificamente dimostrato.
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