Scienze

Marte, Perseverance e l'origine della vita

Su Marte, nel cratere scelto per l'atterraggio del rover Perseverance, gli scienziati sperano di trovare risposte sull'origine della vita sulla Terra.

Il rover Perseverance (NASA), che atterrerà su Marte il 18 febbraio 2021, potrebbe essere protagonista di scoperte scientifiche senza precedenti: se dovesse trovare tracce o indizi di vita presente o passata sul Pianeta Rosso, per esempio, potrebbe aiutare a spiegare, o a gettare un po' di luce, sull'origine della vita nel Sistema Solare.
 
Molto simile a Curiosity, Perseverance, apripista della complessa missione Mars 2020, porta con sé strumenti studiati ad hoc per cercare la vita. Se tutto andrà secondo i piani atterrerà nel cratere Jezero, che ha un diametro di circa 45 chilometri e si trova vicino all'equatore del pianeta. Un tempo all'interno di Jezero potrebbe esserci stato un lago di acqua liquida. Tra i molti ricercatori che seguiranno le vicende di Perseverance vi è John Sutherland (Cambridge, UK), il cui campo di studi è l'origine chimica della biologia molecolare. È uno degli scienziati che hanno fatto pressioni sulla NASA perché si scegliesse proprio quel luogo per l'atterraggio del rover, perché potrebbe essere il luogo ideale per indagare sull'origine della vita, su Marte e sulla Terra.
 
Dove e come è nata la vita? Negli ultimi anni molte delle ipotesi più condivise sul dove e come si sono combinate certe molecole per dare corpo alle prime cellule fondamentali della vita hanno iniziato a vacillare. Si sosteneva per esempio che la vita fosse nata negli oceani, mentre recenti ricerche suggeriscono che le molecole chiave della vita e i processi fondamentali che l'hanno vista formarsi devono aver preso luogo in ambienti profondamente diversi, dove un invaso d'acqua relativamente poco profondo, alimentato da corsi d'acqua, talvolta evaporava del tutto per poi ritornare a riempirsi - questo potrebbe essere ciò che accadeva nel cratere Jezero.

Nuovi studi suggeriscono che le sostanze chimiche di base, per formare la vita, hanno bisogno della radiazione ultravioletta della luce solare, e che l'ambiente dove le molecole si combinavano tra loro doveva permettere l'esistenza di un'elevata concentrazione di quelle stesse molecole (dovevano essere tante!) - che in certi momenti dovevano anche poter reagire tra loro in assenza di acqua.
 
Il paradosso dell'acqua. In esperimenti di laboratorio, molti scienziati hanno prodotto DNA, proteine ​​e altri componenti fondamentali delle cellule riscaldando delicatamente semplici sostanze chimiche a base di carbonio, sottoponendole a radiazioni UV e asciugandole a intermittenza. Per contro, nessuno sembra essere stato capace di sintetizzare un'altrettanto vasta gamma di molecole biologiche in condizioni che simulano ambienti oceanici. È questo che ha indotto alcuni ricercatori mettere da parte l'idea che la vita sia emersa dagli oceani, per concentrarsi invece su ambienti terrestri alternativamente umidi e asciutti.
 
La nuova ipotesi non è riconosciuta da tutti, ma l'idea di un inizio terrestre della vita riesce a risolvere un paradosso riconosciuto da tempo: sebbene l'acqua sia essenziale per la vita, è anche distruttiva per i suoi componenti fondamentali, che degrada rapidamente.

DNA e RNA fin dall'inizio. «I laghi e le grandi pozzanghere superficiali sono ambienti molto promettenti», afferma David Catling, scienziato planetario presso l'Università di Washington a Seattle: «negli ultimi 15 anni questa ipotesi ha trovato importanti elementi a suo favore Sebbene non esista una definizione standard di vita, la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che essa necessita di diversi componenti per esistere, e che all'origine tali elementi dovevano già esserci, fin da subito. All'inizio della vita dovevano già esserci molecole che trasportavano informazioni: il DNA e l'RNA. E doveva già esserci un processo che permettesse di copiare queste istruzioni molecolari, anche imperfetto e con tutte le imperfezioni del caso, importanti perché avrebbero consentito errori e mutazioni, fondamentali all'evoluzione. Infine, anche i primi organismi devono aver avuto modo di nutrirsi e mantenersi.
 
Il brodo primordiale. Quando la ricerca sulle origini della vita iniziò seriamente, negli anni '50, molti ricercatori presumevano che tutto fosse iniziato in mare, in una ricca miscela di sostanze chimiche a base di carbonio soprannominata brodo primordiale. Questa idea fu proposta in modo indipendente negli anni '20 dal biochimico Alexander Oparin (URSS) e dal genetista John Burdon Sanderson Haldane (UK), che immaginavano la giovane Terra come un'enorme fabbrica chimica, con moltitudini di sostanze a base di carbonio disciolte nelle acque dei primi oceani - e in quella zuppa calda potevano formarsi particelle sempre più complesse, fino a dare origine a carboidrati e proteine.

Nel 1953 il biochimico americano Stanley Miller descrisse un esperimento ormai famoso che fu visto come una conferma di queste idee. Collegò tra loro due contenitori - in uno simulava l'oceano e nell'altro un'atmosfera primordiale composta da metano, ammoniaca e idrogeno - mentre con un elettrodo simulava i fulmini. Bastarono pochi giorni di riscaldamento e scosse elettriche per produrre la glicina, il più semplice amminoacido, componente essenziale delle proteine. Per molti ricercatori l'esperimento fu una conferma: la vita doveva essere nata così, dall'oceano.
 
La forza dell'acqua. Oggi quell'idea ha perso consensi, soprattutto perché non offre soluzioni a una questione importante: le molecole fondamentali della vita si decompongono nell'acqua! Le proteine ​​e gli acidi nucleici, come il DNA e l'RNA, sono vulnerabili all'acqua: le proteine ​​sono costituite da catene di amminoacidi e gli acidi nucleici sono catene di nucleotidi - che vengono attaccate e degradate dall'acqua. In definitiva, nella chimica del carbonio "l'acqua è un nemico da escludere il più rigorosamente possibile", affermava il biochimico Robert Shapiro, scomparso nel 2011 (vedi anche La nascita della vita sulla Terra: un mistero da decifrare).

È dunque possibile che la vita si sia realmente formata sulla terraferma, dove l'acqua era presente solo in modo intermittente

Stagni vs fumarole nere. Alcuni solidi indizi a favore della nuova ipotesi dell'umido/secco sono emersi nel 2009, quando Sutherland annunciò di avere prodotto in laboratorio due dei quattro nucleotidi che compongono l'RNA utilizzando un mix di sostanze chimiche (fosfato e altre sostanze a base di carbonio, tra le quali un sale di cianuro, la cianammide) in elevata concentrazione e inizialmente sciolte in acqua. L'esperimento comprendeva l'irraggiamento con UV e l'alternanza di periodi umidi e secchi. Le reazioni che hanno portato ai nucleotidi non potrebbero avvenire nelle profondità di un oceano, ma solo in una pozza d'acqua esposta alla luce solare, dove potrebbero concentrarsi le sostanze chimiche.
 
Nel 2019 il team di Sutherland fece un altro importante passo in avanti producendo in laboratorio gli elementi costitutivi del DNA utilizzando radiazioni solari e alcune di quelle stesse sostanze chimiche ad alte concentrazioni. Sulla stessa strada, altri ricercatori hanno poi collezionato risultati altrettanto importanti. Tutti questi lavori sembrano indicare che l'essiccamento intermittente aiuta i blocchi molecolari ad assemblarsi in strutture complesse.
 
Black smokers. Dove può essere successo tutto questo? Non nelle acque libere degli oceani, affermano i ricercatori, ma sui fondali sì. Michael Russell, geologo britannico in forza al JPL (NASA), lavora da sempre sull'origine della vita: una trentina di anni fa formulò l'ipotesi che la vita potesse avere preso avvio grazie alle fumarole nere (black smokers), un tipo di camino idrotermale presente in alcune aree dei fondali oceanici e da cui fuoriesce - da sotto la crosta terrestre - acqua alcalina a 400 °C. Le interazioni tra l'acqua e i minerali dello strato roccioso attraversato fornirebbero l'energia chimica che dapprima guiderebbe semplici reazioni chimiche e in seguito la produzione e l'utilizzazione di sostanze complesse come l'RNA. È un'idea abbastanza diffusa, nonostante manchi di supporto sperimentale.

Russell non ha mai nascosto il suo scetticismo nei confronti dell'ipotesi di Sutherland, perché - afferma - i meccanismi ipotizzati da quest'ultimo non riuscirebbero a dar modo all'RNA di evolversi. Alle critiche, Sutherland ribatte che una volta formatisi i primi RNA, le prime proteine ​​e altri elementi base, l'evoluzione avrebbe preso il sopravvento e avrebbe consentito ai proto-organismi di trovare nuovi modi per creare queste molecole e quindi sostenersi.
 
La verità su Marte? Forse a breve si potrà superare almeno parte di questa infinita discussione sull'origine della vita, che finora sembra avere dato poche certezze. Sutherland ritiene che un cratere da impatto meteoritico, riscaldato dal Sole, con energia residua dovuta all'impatto, con presenza saltuaria di acqua sul fondo ricco di minerali avrebbero potuto fare da catalizzatore a sostanze organiche nel produrre molecole sempre più complesse: quello sarebbe stato l'ambiente ideale per dare vita alla vita.
 
E questo è, infine, il motivo per cui è stato scelto il cratere Jezero come sito di atterraggio per il rover Perseverance: perché sappiamo, o siamo ragionevolmente certi, che lì ci fu un'alternanza di acqua/umido/secco, ossia la condizione che Sutherland ritiene fondamentale per la nascita della vita. Naturalmente è possibile che Marte abbia visto compiersi solamente i primi passi chimici verso la vita, e che poi tutto si sia interrotto. Forse: in tal caso potremmo trovare fossili non di vita, ma di pre-vita. Sarebbe già una grandissima scoperta.

7 gennaio 2021 Luigi Bignami
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