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ScientificaMENTE – IPOTESI MODERNA SULL’ORIGINE DELLA VITA

ScientificaMENTE è una serie di articoli dedicati alla divulgazione scientifica.
Affrontiamo argomenti di Biologia, Chimica, Geografia, Scienze della Terra e molti altri di carattere tecnico – scientifico, utilizzando termini il più possibile semplificati, allo scopo di avvicinare le materie scientifiche al più vasto pubblico di lettori.

 

IPOTESI MODERNA SULL’ORIGINE DELLA VITA

La ricetta della vita come la conosciamo si basa su due soli ingredienti: il carbonio e l'acqua. A questi ne vanno aggiunti altri due perché si combinino in maniera perfetta: tempo e temperature adeguate. Il tempo parte da un miliardo di anni, è quanto ci ha messo la terra giovanissima per vedere la comparsa dei primi minuscoli organismi viventi, un miliardo di anni dalla nascita del sistema solare da quando, ecco il fattore temperatura, il Sole è diventato una stella stabile, sia per dimensioni che per quantità di radiazione, cioè  di calore emesso. Da quel momento, da quando la nostra stella è diventata come la conosciamo oggi, tutto il lavoro è passato al carbonio e all’acqua , i due veri architetti della vita sulla Terra, senza i quali nulla sarebbe mai successo. Perché il carbonio è l’unico elemento chimico presente in natura che può costruire il numero di combinazioni richieste per la vita. Il numero di composti del carbonio arriva infatti a 200.000, 10 volte più di qualsiasi altro elemento. Una cifra che permette di costruire le infinite combinazioni che costituiscono gli amminoacidi e le proteine , i mattoni della vita. Come un supercomputer il carbonio è in grado dei creare gli immensi archivi di dati e informazioni necessarie a costruire un organismo complesso come il nostro. Tutti gli archivi che la nostra specie ha acquisito in migliaia di anni di evoluzione ed è in grado di  di replicare e trasmettere alle generazioni successive.

Ma le straordinarie caratteristiche del carbonio non avrebbero comunque portato alla nascita della vita se non ci fosse stato un liquido che offrisse un ambiente adatto alle complesse reazioni chimiche necessarie. Questo liquido è l'acqua e non può essere nessun altro, perché il liquido nel quale avvengono queste particolarissime reazioni chimiche deve avere caratteristiche precise: deve essere disponibile ed inalterato su archi di tempo molto lunghi, non deve avere un punto di ebollizione troppo basso perché le veloci reazioni chimiche della vita necessitano di calore, deve essere un buon solvente ovvero devi risolvere una vasta gamma di molecole complesse e semplici. Queste caratteristiche sono possedute solo dall’acqua. La vita però pone molte altre condizioni per nascere. Il tipo di stella intorno a cui il pianeta ruota non deve essere troppo grande né troppo piccolo, la sua composizione deve contenere gli elementi necessari alla chimica organica, primo tra tutti il carbonio. La sua distanza deve garantire al pianeta una temperatura tale da consentire la presenza di acqua liquida in superficie. Ci sono anche altri fattori legati all’orbita del  pianeta, come l'inclinazione dell’asse di rotazione e una distanza pressoché costante lungo l’intera corsa intorno alla sua stella. In pratica il perfetto identikit della Terra, l’unico pianeta su cui sappiamo essersi sviluppata la vita, almeno per ora.

 

Fonte: C’è spazio: scienza e fede – TV2000 https://www.youtube.com/watch?v=StuPy5foJio&t=589s

Nell’agosto del 1980 alcuni paleobiologi scoprirono in una roccia sedimentaria australiana strutture fossili denominate stromatoliti, risalenti a 3,5 miliardi a.f., cioè “appena” un miliardo di anni dopo la nascita della Terra, la cui età è stata stimata con sufficiente approssimazione grazie al metodo del decadimento radioattivo intorno a 4-5 miliardi di anni. Il tempo di un miliardo di anni che separa i due eventi può essere considerato l’intervallo di tempo necessario per l’evoluzione chimica pre-biologica.

L’atmosfera primitiva era molto diversa da quella odierna ed è inoltre evidente che anche il più semplice degli attuali organismi, come ad esempio un’ameba, risulta capace di compiere funzioni troppo complicate per farci ritenere che tale complessità sia sorta improvvisamente. Si deve pertanto ipotizzare un’evoluzione in 3 fasi:

  • evoluzione chimica inorganica
  • evoluzione chimica organica
  • evoluzione biologica

La prima iniziò probabilmente con l’origine stessa dell’Universo e proseguì con una serie di reazioni in cui si formarono gli elementi del sistema periodico. Quando si formò il sistema solare i principali elementi chimici che sono alla base di ogni essere vivente (IDROGENO, OSSIGENO, CARBONIO, AZOTO e FOSFORO) si erano già combinati a formare l’AMMONIACA, il METANO e l’ACQUA.

Quattro miliardi e mezzo di anni fa erano probabilmente già presenti le prime rudimentali molecole, da cui si sarebbero formate quelle complesse che compongono gli organismi.

Il biochimico russo A.I. Oparin fu il primo, nel 1924, ad affermare che la vita era il risultato dell’evoluzione della materia inanimata; successivamente vennero raccolte le prove necessarie per sostenere che alcuni dei processi chimici normalmente compiuti dalle cellule viventi avrebbero potuto verificarsi in natura anche prima della comparsa degli organismi viventi. 

L’analisi spettroscopica ha rivelato che i principali costituenti chimici della nostra galassia sono gli stessi che compongono la materia vivente (ad eccezione del gas elio); la scoperta della presenza di molecole organiche nelle nubi interstellari, nello spettro delle comete e nelle condriti carboniose (meteoriti caratterizzati dalla presenza in superficie di granuli contenenti composti del carbonio) induce a ritenere che la vita non sia una prerogativa esclusiva della Terra o che essa vi sia arrivata dagli spazi siderali (teoria della PANSPERMIA).

La ricerca di vita extraterrestre, campo di indagine degli esobiologi, comprende un vasto programma alternato in:

- atterraggio di strumenti o dell’uomo stesso in qualche parte dell’universo (p.e. le missioni su Marte);

- contratto radio con altri esseri intelligenti dotati di avanzata tecnologia;

- analisi computerizzata per verificare quali debbano essere i parametri orbitali ottimali perché su di un pianeta possano crearsi le condizioni indispensabili per il formarsi di una “elementare materia vivente” in grado di evolversi in forme sempre più complesse.

 

 

Immagine tratta da:

http://www.focus.it/scienza/scienze/svelato-uno-dei-misteri-della-nascita-della-vita

a cui si rimanda per approfondimenti

 

Bibliografia
L. Monfroni, C. Pavanati Bettoni – La Terra e l’Universo – Signorelli Editore, Milano 1992
M. Fiorani, D. Nepgen, M. Crippa – Scienze naturali – Mondadori Education, 2016
O. Lupia Palmieri, M. Parotto – Terra, edizione verde – Scienze Zanichelli, 2016
C. Cavazzuti, L. Gandola, R. Oddone – La Terra intorno a noi – Scienze Zanichelli, 2016
I. Baroni, R. Corsi, F. Costagli – Sfera plus: L’Universo e la Terra; La materia e l’energia; Gli esseri viventi e l’ambiente; L’uomo – Sei, 2015
S. Zanoli – Scienze della Terra, Elementi e immagini – Le Monnier, 2016
M.L. Piccone Antoniotti – Geografia Generale – Paravia, 1985
M. Torri, G. Santi – Tettonica delle placche – Principato, 2015
G. Bellezza, E. Cecioni – Introduzione alla Geografia umana – Zanichelli, 1994
Geoidea – GEOSTART – De Agostini, 2014
L. Morelli – Geografia, Economia, Cultura – Mondadori Education, 2014
E. Fedrizzi – GEO Sistemi e Atlante Geografico – Minerva Scuola - Mondadori Education, 2014

L. Alberghina – Biologia, sviluppi e prospettive – Mondadori 1984
M. Hoefnagels – Biologia, il laboratorio della vita; dalle cellule ai vertebrati – Le Monnier, 2015
D. Casagrande – La vita sulla Terra, argomenti di Biologia – Italo Bovolenta, 1994
D. Sadava, et alii – Biologia.blu, le basi molecolari della vita e dell’evoluzione – Zanichelli, 2014
P. Battaglini, E. Totaro Aloj – Il sistema della vita – Le Monnier, 1978
S. Zanoli – Biologia, elementi e immagini – Le Monnier, 2015

F. Tottola, A. Allegrezza, M. Righetti – Biochimica, dal carbonio alle nuove tecnologie – Mondadori, 2014
M. Artoni, A. Dazzi – Chimica – Principato, 2014
M. Vezzoli. C. Vicari – Biotecnologie – Principato, 2014
M. Vezzoli. C. Vicari – Ecologia e Ambiente – Principato, 2014
E. Stocchi – Chimica, un invito a capire i fenomeni della natura – Atlas 1981
U. Aichelburg – Il corpo umano – Mondadori, 1977
C. Longo, G. Longo – Dalla cellula ala comunità dei viventi – Minerva Italica, 1980
F. Randazzo, P. Stroppa – Chimica, alimenti e sostenibilità – Mondadori, 2014

 

  • Pubblicato in Cultura

ScientificaMENTE - IL VENTO

ScientificaMENTE è una serie di articoli dedicati alla divulgazione scientifica.
Affrontiamo argomenti di Biologia, Chimica, Geografia, Scienze della Terra e molti altri di carattere tecnico – scientifico, utilizzando termini il più possibile semplificati, allo scopo di avvicinare le materie scientifiche al più vasto pubblico di lettori.

 

IL VENTO

I venti sono spostamenti orizzontali più o meno rapidi di grandi masse d’aria, causati da differenze nella distribuzione orizzontale della PRESSIONE ATMOSFERICA.

L’aria, come qualsiasi altro corpo, viene attratta dalla Terra per effetto della forza di gravità e quindi ha anch’essa il proprio peso. Ne consegue pertanto che la massa di aria che ci sovrasta esercita su tutti i corpi della superficie terrestre una forza che preme, detta appunto pressione atmosferica, che può raggiungere valori anche molto elevati. Per fare un esempio: a livello del mare, su ogni cm2 (centimetro quadrato) di superficie la colonna d’aria sovrastante esercita una pressione di più di 1 kg.

Questo valore della pressione può variare a seconda che l’aria è più fredda o più calda o più o meno carica di umidità.

Nei luoghi dove il sole è più riscaldato, l’aria si dilata, diviene più leggera e tende a salire determinando così ZONE DI BASSA PRESSIONE o AREE CICLONICHE.

Viceversa, nelle zone dove il suolo è più freddo, l’area diviene più densa e quindi più pesante, determinando così ZONE DI ALTA PRESSIONE o AREE ANTICICLONICHE.

Lo spostamento delle masse d’aria avviene sempre dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione, nel tentativo di ristabilire la pressione.

In ogni vento si distinguono i seguenti elementi:

  • DIREZIONE, cioè il punto cardinale (riferito alla rosa dei venti) dal quale proviene il vento. Si stabilisce con speciali strumenti detti anemoscopi, costituiti da banderuole metalliche girevoli, o dalla manica a vento (cfr. la mappa concettuale);
  • FORZA, cioè la pressione con cui preme sull’unità di superficie, quando la incontra perpendicolarmente. Si determina con speciali strumenti detti anemometri a pressione;
  • VELOCITÀ, cioè il numero di metri percorsi in un secondo. Viene misurata dagli anemometri.


Esistono delle scale che classificano i venti in base alla velocità. La più usata è la scala di BEAUFORT.

Valore

termine descrittivo

effetti sulla terra

effetti sul mare

0

CALMA

Calma; il fumo sale verticalmente.

Il mare è uno specchio.

1

BAVA DI VENTO

La direzione del vento è segnalata dal movimento

del fumo, ma non dalle maniche a vento.

Leggere increspature dell’acqua.

2

BREZZA LEGGERA

Si sente il vento sul viso e le foglie frusciano;

le maniche a vento si muovono.

Onde piccole, ma evidenti.

3

BREZZA TESA

Le foglie e i ramoscelli più piccoli sono in costante movimento; il vento fa sventolare bandiere di

piccole dimensioni.

Piccole onde, creste che cominciano a infrangersi.

4

VENTO MODERATO

Si sollevano polvere e pezzi di carta; si muovono

i rami piccoli degli alberi.

Piccole onde, che diventano più lunghe.

5

VENTO TESO

Gli arbusti con foglie iniziano a ondeggiare;

le acque interne s’increspano.

Onde moderate allungate, con possibilità di spruzzi.

6

VENTO FRESCO

Si muovono anche i rami grossi; gli ombrelli si usano con difficoltà.

Si formano marosi con creste di schiuma bianca.

7

VENTO FORTE

Gli alberi iniziano a ondeggiare; si cammina con difficoltà contro vento.

Le onde s’ingrossano, la schiuma comincia a “sfilacciarsi” in scie.

8

BURRASCA MODERATA

Si staccano rami dagli alberi; generalmente è impossibile camminare contro vento.

Marosi di altezza media; le creste si rompono e formano spruzzi vorticosi.

9

BURRASCA FORTE

Possono verificarsi leggeri danni strutturali agli edifici

(caduta di tegole o di coperchi dei camini).

Grosse ondate, con dense scie

di schiuma e spruzzi, riducono la visibilità.

10

BURRASCA FORTISSIMA

(Raro nell'entroterra)

Alberi sradicati e considerevoli danni agli abitati.

Enormi ondate, con lunghe creste a pennacchio; il mare ha un aspetto biancastro.

11

FORTUNALE

(Rarissimo nell'entroterra)

Vasti danni strutturali.

Onde enormi che possono nascondere navi di media stazza; il mare è coperto da banchi di schiuma e la visibilità è ridotta.

12

URAGANO

Danni ingenti ed estesi alle strutture.

Onde altissime; schiuma e spruzzi riducono molto la visibilità e il mare è tutto bianco.

 

Bibliografia
L. Monfroni, C. Pavanati Bettoni – La Terra e l’Universo – Signorelli Editore, Milano 1992
M. Fiorani, D. Nepgen, M. Crippa – Scienze naturali – Mondadori Education, 2016
O. Lupia Palmieri, M. Parotto – Terra, edizione verde – Scienze Zanichelli, 2016
C. Cavazzuti, L. Gandola, R. Oddone – La Terra intorno a noi – Scienze Zanichelli, 2016
I. Baroni, R. Corsi, F. Costagli – Sfera plus: L’Universo e la Terra; La materia e l’energia; Gli esseri viventi e l’ambiente; L’uomo – Sei, 2015
S. Zanoli – Scienze della Terra, Elementi e immagini – Le Monnier, 2016
M.L. Piccone Antoniotti – Geografia Generale – Paravia, 1985
M. Torri, G. Santi – Tettonica delle placche – Principato, 2015
G. Bellezza, E. Cecioni – Introduzione alla Geografia umana – Zanichelli, 1994
Geoidea – GEOSTART – De Agostini, 2014
L. Morelli – Geografia, Economia, Cultura – Mondadori Education, 2014
E. Fedrizzi – GEO Sistemi e Atlante Geografico – Minerva Scuola - Mondadori Education, 2014

L. Alberghina – Biologia, sviluppi e prospettive – Mondadori 1984
M. Hoefnagels – Biologia, il laboratorio della vita; dalle cellule ai vertebrati – Le Monnier, 2015
D. Casagrande – La vita sulla Terra, argomenti di Biologia – Italo Bovolenta, 1994
D. Sadava, et alii – Biologia.blu, le basi molecolari della vita e dell’evoluzione – Zanichelli, 2014
P. Battaglini, E. Totaro Aloj – Il sistema della vita – Le Monnier, 1978
S. Zanoli – Biologia, elementi e immagini – Le Monnier, 2015

F. Tottola, A. Allegrezza, M. Righetti – Biochimica, dal carbonio alle nuove tecnologie – Mondadori, 2014
M. Artoni, A. Dazzi – Chimica – Principato, 2014
M. Vezzoli. C. Vicari – Biotecnologie – Principato, 2014
M. Vezzoli. C. Vicari – Ecologia e Ambiente – Principato, 2014
E. Stocchi – Chimica, un invito a capire i fenomeni della natura – Atlas 1981
U. Aichelburg – Il corpo umano – Mondadori, 1977
C. Longo, G. Longo – Dalla cellula ala comunità dei viventi – Minerva Italica, 1980
F. Randazzo, P. Stroppa – Chimica, alimenti e sostenibilità – Mondadori, 2014

C’È VITA NELL’UNIVERSO? parte 3

La Luna, Venere e Giove

L’atmosfera attuale della Terra è costituita per la sua maggior parte da Azoto (80%), con il 20% circa di Ossigeno e soltanto lo 0,03% di Anidride Carbonica più tracce di altri elementi e vapore acqueo in quantità variabile.

Se è corretto pensare, come abbiamo accennato nelle puntate precedenti di questo articolo, che la vita sia basata sulla chimica del Carbonio, allora la maggior parte dei corpi presenti nel sistema solare può essere esclusa come potenziale sede di forme di vita extraterrestre.

Si devono infatti escludere tutti quei corpi la cui temperatura supera il limite che corrisponde alla stabilità delle molecole complesse. Tra i 200-300°C gli amminoacidi (i mattoncini costituenti le proteine) decompongono rapidamente. Ammettendo che la temperatura di possibili corpi abitabili non dovrebbe superare i 250°C si va già molto oltre il valore limite, considerando che anche in ambienti estremi terrestri sono stati rinvenuti batteri o archei cosiddetti estremofili.

Dai corpi celesti possibile sede di forme di vita vanno altresì esclusi quelli privi di atmosfera. I composti volatili prodotti dal metabolismo di eventuali organismi viventi o dal calore e dalla luce che agiscono nella loro decomposizione, entrano infatti nell’atmosfera e rappresentano un passaggio chiave nel ciclo della materia. Se essi sfuggono perche non possono essere trattenuti dalla forza gravitazionale del pianeta, la vita, anche ammettendo che si possa essere formata, non potrebbe perdurare nel tempo. La vita, anche se annidata nei più reconditi anfratti delle profondità, è legata sia agli scambi di materia, sia all’energia che derivano, in ultima analisi, dal Sole, o da un altro corpo astrale.

Senza energia solare, incapace di penetrare in profondità, non vi sarebbe rinnovo delle sorgenti chimiche di energia.

Pertanto possiamo escludere categoricamente la Luna, come possibile sede di vita extraterrestre.

Anche Venere, per molto tempo immaginata come una “gemella” della Terra a causa delle sue dimensioni molto simili, dell’atmosfera pesante e della vicinanza, può essere esclusa per la sua elevata temperatura superficiale (circa 400°C), confermata dalle sonde spaziali che sono giunte in prossimità di questo pianeta.

Luminoso e affascinante, Venere è circondato da uno spesso strato di nubi, che riflette la luce solare rendendolo splendente e visibile. La sua atmosfera è percorsa tuttavia da incessanti moti convettivi che la rendono estremamente turbolenta e greve.

Giove e Saturno hanno invece un’atmosfera pesante composta da idrogeno, elio, metano e ammoniaca. È questa una composizione simile a quella ipotizzata per l’atmosfera primitiva (parleremo prossimamente del celebre esperimento di Miller) e quindi potrebbe sembrare idonea alla comparsa di composti organici e di sistemi biologici. Tuttavia, questa possibilità è invalidata dalle condizioni termiche dei due pianeti. Su Giove, infatti, la temperatura varia da -140°C alla sommità delle nuvole di ghiaccio e ammoniaca, fino a temperature di 10.000°C al centro del pianeta. È notorio che questo pianeta conserva una somiglianza con la composizione originaria del sistema solare, ricca di idrogeno ed elio, al punto di essere considerato una “stella mancata”. Se pure esistesse una superficie solida, cosa della quale gli studiosi dubitano, la sua temperatura eccederebbe ampiamente i limiti di stabilità dei composti organici.

C’È VITA NELL’UNIVERSO? parte 2

Pianeti “interni” ed “esterni” del Sistema Solare

I materiali più rari dell’universo si trovano attualmente concentrati in punti localizzati: i pianeti. Nel sistema solare i pianeti più vicini al sole (Mercurio, Venere, Terra, Marte) sono piccoli ed essenzialmente rocciosi, contengono ferro e silicio, e scarseggiano degli elementi più leggeri. Quelli più lontani invece (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) sono più grossi e formati prevalentemente da elementi leggeri (sotto forma di ghiaccio, ammoniaca solida, metano ed altri composti). La diversa composizione dei pianeti è una conseguenza della densità, della composizione e della temperatura delle nuvole di polvere che sono condensate. Infatti la possibilità di trattenere i vari gas nella propria atmosfera dipende da diversi fattori:

  1. Dal campo gravitazionale di ciascun pianeta: un pianeta grande e pesante possiede un campo gravitazionale maggiore e riesce a trattenere meglio i gas.
  2. Dalla temperatura dell’atmosfera: se la temperatura è elevata, atomi e molecole si muovono più rapidamente riuscendo a sfuggire con maggiore facilità al campo gravitazionale del pianeta.
  3. Dal peso molecolare dei singoli gas: quanto più un gas è pesante, tanto più facilmente verrà trattenuto.

Si spiega così perché Giove e Saturno, grazie alle loro notevoli dimensioni e alla loro temperatura piuttosto bassa, siano riusciti a trattenere nella loro atmosfera sia l’idrogeno che l’elio, mentre Marte e la Terra li hanno perduti, essendo più piccoli e più caldi. La Luna dal canto suo non possiede atmosfera perché, date le sue piccole dimensioni, non è riuscita a trattenere alcun gas.

Il sistema Sole-Terra in particolare sembra essere dotato di una notevole velocità di trasformazione della materia verso stati di complessità sempre maggiore. La Terra, infatti, rappresenta una riserva di reattivi chimici a “buona” distanza dalla fonte di energia costituita dal Sole: la vita sulla Terra è una manifestazione della chimica degli elementi leggeri, in particolare del carbonio.

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