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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
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O. Lupia Palmieri, M. Parotto – Terra, edizione verde – Scienze Zanichelli, 2016
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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
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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
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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

C’È VITA NELL’UNIVERSO? ultima puntata: MARTE, IL PIANETA ROSSO

Marte, il pianeta rosso

 Dopo aver esaminato ed escluso la possibilità di sussistenza delle condizioni necessarie affinchè la vita possa albergare nei pianeti del sistema solare, Marte rimane allora l’unico corpo astrale che sembra presentare le condizioni minime per qualche forma di vita, finanche primordiale.

Trattiene un’atmosfera di elementi leggeri e la temperatura in superficie è compatibile con l’esigenza di stabilità dei composti organici. Però, se queste sono condizioni necessarie per lo sviluppo della vita, non sono di per sé sufficienti. L’atmosfera è composta per il 75% da anidride carbonica, e misure condotte dalla sonda Mariner 7 hanno rivelato che le calotte polari sono costituite da anidride carbonica ghiacciata e non da acqua allo stato di congelamento, come si ipotizzava nel secolo scorso.

L’attuale descrizione di Marte è meno promettente, per l’esistenza di forme di vita, di come appariva nel XIX secolo. Le sonde e i rover inviati sulla sua superficie hanno rivelato che i contrasti di colore riscontrati sono dovuti a movimenti di polvere spinti dai venti.

L’acqua di Marte, inoltre, data la secchezza dell’atmosfera, è stabile solo allo stato di vapore o come ghiaccio. L’acqua liquida può esistere solo sotto forma di soluzione ricca di soluti. La scarsa disponibilità di acqua rappresenta un notevole fattore limitante per la vita, come si può verificare, ad esempio, dalla distribuzione degli organismi viventi sulla Terra. Sono pochissime, infatti, le specie che si sono potute adattare e crescere in soluzioni relativamente anidre, come soluzioni concentrate di sali o soluzioni concentrate di saccarosio.

Nell’Antartico i microrganismi sono quasi assenti e i pochi che ci sono si ritiene che siano stati trasportati dal vento, o in altro modo.

Nell’atomosfera di Marte manca inoltre l’azoto, anch’esso necessario per le forme viventi terrestri.

Infine facciamo chiarezza sui famigerati “canali”. Si è sempre ritenuto che potessero essere solchi dovuti all’erosione da parte di eventuali solchi d’acqua. Avendo però constatato che l’acqua liquida è attualmente assente sul pianeta rosso, si deve pensare ad una fusione di nubi ghiacciate avvenuta in epoche precedenti a seguito di variazioni climatiche. Variazioni di questo genere possono essere ammissibili, dal momento che l’inclinazione dell’asse marziano oscilla con una periodicità di svariati milioni di anni. Se vi è stata un’epoca in cui questa inclinazione ha portato all’instaurarsi di un clima simile a quello terrestre nella zona equatoriale di Marte, si può supporre che si sia resa disponibile una quantità di acqua liquida sufficiente alla formazione di canali e forse all’evoluzione di viventi simili a quelli terrestri. Questi ultimi, però, sarebbero andati incontro a periodi di quiescenza o di estinzione nel successivo periodo glaciale che attualmente interessa il pianeta rosso.

Per approfondire leggi anche:

http://scienzenotizie.it/2015/11/09/scoperta-nebbia-acida-su-marte-538552#

 

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.

C’È VITA NELL’UNIVERSO? PARTE 1

Le possibilità chimiche per la vita nel Sistema Solare

La composizione chimica dell’Universo è molto monotona: 99% di idrogeno e di elio e soltanto l’1% di elementi pesanti. Idrogeno, elio e altri elementi non si trovano dispersi nello spazio, ma sono ammassati in immense nubi di gas e polvere cosmica. Alcuni di questi ammassi, punti locali di condensazione gravitazionale dei gas, danno origine a stelle che emettono radiazioni elettromagnetiche grazie alle reazioni termonucleari che avvengono in esse. Altri invece, i pianeti sono oscuri e ricchi di polvere di roccia. Le stelle, i pianeti e ancora i gas e le polveri formano le galassie, la cui estensione è tale che la luce impiega centinaia di migliaia di anni per percorrerle.

L’elemento più semplice, l’idrogeno, è stato presumibilmente il primo degli elementi e da esso si sarebbero originati tutti gli altri atomi caratteristici dei diversi elementi presenti nell’universo. Un tale evento, iniziatosi miliardi di anni or sono, avrebbe trovato i suoi presupposti in un ambiente particolare quale l’interno del Sole, o l’interno delle altre stelle, enormi reattori a fusione, dove sia la temperatura sia la pressione sono ad un livello incredibilmente alto e dove quindi gli atomi di idrogeno possono fondere dando origine ad atomi di elio. Processi similari continuarono a verificarsi nel Sole dando origine ad atomi via via più complessi, con crescente numero di elettroni, protoni e neutroni.

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