Darwin era onesto: non riusciva a rispondere alla domanda sul perché non si trovassero tracce di esseri viventi nei reperti fossili più vecchi di circa mezzo miliardo di anni. Poi la scienza ha trovato prove di vita più antiche di 3 miliardi di anni. Tuttavia, la vita si è separata dalla non vita prima e non sembra esserci traccia tangibile di questo evento. Per
questo motivo il mistero dell’origine della vita, che non può essere appreso dalla documentazione fossile, è oggetto di indagini teoriche e sperimentali e non è tanto un
problema biologico quanto geologico. Si può dire che le origini della vita si trovano su un altro pianeta. Non è che i primi esseri biologici ci siano stati portati dallo spazio (anche se tali ipotesi sono discusse). È semplicemente che la Terra primitiva assomigliava molto poco alla Terra di oggi.
Una grande metafora per comprendere l’essenza della vita appartiene al famoso naturalista francese Georges Cuvier, che paragonava un organismo vivente a un tornado. In effetti, un tornado ha molte caratteristiche simili a un organismo vivente. Mantiene una certa forma, si muove, cresce, assorbe qualcosa, espelle qualcosa — e assomiglia al metabolismo. Una tromba d’aria può biforcarsi, cioè moltiplicarsi, e infine trasformare l’ambiente. Ma vive solo finché il vento soffia. Quando il flusso di energia si esaurisce, il vortice perde la sua forma e il suo movimento. Pertanto, il punto chiave della ricerca sulla biogenesi è trovare quel flusso di energia che è riuscito ad «avviare» il processo della vita biologica e ha fornito ai primi sistemi metabolici una stabilità dinamica, proprio come il vento mantiene l’esistenza di un tornado.
Fumatori vivificanti
Un gruppo di ipotesi ritiene che le sorgenti calde sul fondo degli oceani, con temperature dell’acqua che possono superare i cento gradi, siano la culla della vita. Tali sorgenti esistono ancora oggi nelle zone di rift del fondo oceanico e sono chiamate «fumatori neri». L’acqua surriscaldata al di sopra del suo punto di ebollizione trasporta dal sottosuolo i minerali disciolti in forma ionica, che spesso vengono immediatamente depositati come minerale. A prima vista, questo ambiente sembra essere letale per ogni forma di vita, ma anche dove l’acqua si raffredda a 120 gradi, vivono batteri, i cosiddetti ipertermofili.
I solfuri di ferro e nichel portati in superficie formano un precipitato di pirite e greigite che sul fondo forma una roccia porosa simile a una scoria. Alcuni scienziati moderni, come Michael Russell, hanno ipotizzato che queste rocce ricche di micropori (bubblegum) siano state la culla della vita. Nelle bolle microscopiche potrebbero formarsi sia acidi ribonucleici che peptidi. Le bolle sono così diventate le cataclasi primarie in cui le prime catene metaboliche si sono isolate e si sono evolute nella cellula.
La vita è energia
Dov’è dunque il luogo di comparsa della vita su questa Terra primitiva non così adattata? Prima di provare a rispondere a questa domanda, vale la pena di notare che la maggior parte degli scienziati che si occupano di biogenesi pone l’origine dei «mattoni viventi», i «building blocks», cioè quelle sostanze organiche che compongono una cellula vivente. Si tratta di DNA, RNA, proteine, grassi e carboidrati. Ma se si prendono tutte queste sostanze e le si mettono in un recipiente, nulla si riunisce da solo. Non è un puzzle. Ogni organismo è un sistema dinamico in costante scambio con l’ambiente.
Anche se si prende un moderno organismo vivente e lo si riduce in molecole, nessuno può riassemblare queste molecole in un essere vivente. Tuttavia, i moderni modelli di origine della vita si concentrano principalmente sui processi di sintesi abiogenica delle macromolecole — precursori dei composti bioorganici — senza suggerire meccanismi di generazione dell’energia che ha avviato e sostenuto i processi metabolici.
L’ipotesi dell’origine della vita nelle sorgenti termali è interessante non solo per l’origine della cellula, il suo distacco fisico, ma anche perché offre l’opportunità di sondare le basi energetiche della vita, di indirizzare la ricerca su processi che non sono descritti tanto in termini chimici quanto in termini fisici.
Poiché l’acqua dell’oceano è più acida e le acque idrotermali e lo spazio poroso dei sedimenti più alcalino, si sono verificate differenze di potenziale estremamente importanti per la vita. In fondo, tutte le reazioni nelle cellule sono di natura elettrochimica. Sono legati al trasporto di elettroni e ai gradienti di ioni (protoni) che causano il trasferimento di energia. Le pareti semipermeabili delle bolle hanno svolto il ruolo di membrana che mantiene il gradiente elettrochimico.
Gioiello in un astuccio di scoiattolo
La differenza di ambiente — sotto il fondo (dove l’acqua caldissima scioglie le rocce) e sopra il fondo, dove l’acqua si raffredda — crea anche una differenza di potenziale che determina il movimento attivo di ioni ed elettroni. Questo fenomeno è stato addirittura definito una batteria geochimica.
Oltre a un mezzo adatto alla formazione di molecole organiche e alla presenza di un flusso energetico, c’è un altro fattore che rende le idroterme oceaniche il luogo più probabile per l’origine della vita. Si tratta di metalli.
Le sorgenti calde si trovano, come già detto, nelle zone di frattura dove il fondo si sta aprendo e la lava calda si avvicina. L’acqua di mare entra nelle fessure e poi ne esce sotto forma di vapore rovente.
A pressioni enormi e ad alte temperature, i basalti si dissolvono come zucchero granulato, facendo emergere enormi quantità di ferro, nichel, tungsteno, manganese, zinco e rame. Tutti questi metalli (e alcuni altri) svolgono un ruolo enorme negli organismi viventi perché hanno elevate proprietà catalitiche.
Le reazioni nelle nostre cellule viventi sono controllate dagli enzimi. Si tratta di molecole proteiche piuttosto grandi che aumentano la velocità di una reazione rispetto a reazioni simili al di fuori della cellula, a volte di diversi ordini di grandezza.
È interessante notare che una molecola di enzima contiene solo 1-2 atomi di metallo ogni circa mille atomi di carbonio, idrogeno, azoto e zolfo. Ma se si tolgono questi due atomi, la proteina cessa di essere un catalizzatore.
In altre parole, nell’accoppiamento proteina-metallo, è quest’ultimo che risulta essere il leader. Perché, allora, è necessaria una grande molecola proteica? Da un lato, manipola l’atomo di metallo, «attaccandolo» al sito di reazione. D’altra parte, lo protegge dai composti con altri elementi. E questo ha perfettamente senso.
Il fatto è che molti di quei metalli che erano abbondanti sulla Terra primitiva, quando l’ossigeno non era disponibile, lo sono ancora oggi — dove non c’è ossigeno. Le sorgenti vulcaniche, ad esempio, contengono molto tungsteno. Ma non appena questo metallo viene in superficie, dove incontra l’ossigeno, si ossida immediatamente e si deposita. Lo stesso accade con il ferro e altri metalli. Pertanto, il compito di una grande molecola proteica è quello di mantenere attivo il metallo. Tutto ciò suggerisce che sono i metalli ad essere primari nella storia della vita. La comparsa delle proteine è stata un fattore di mantenimento dell’ambiente primario in cui i metalli o i loro composti semplici hanno mantenuto le loro proprietà catalitiche, rendendo possibile il loro utilizzo efficace nella biocatalisi.
Atmosfera insopportabile
La formazione del nostro pianeta potrebbe essere paragonata alla fusione del ferro in una fornace a cielo aperto. Nel forno, il coke, il minerale e i fondenti vengono fusi e alla fine il metallo liquido pesante scende verso il basso, lasciando una schiuma solidificata di scorie nella parte superiore.
Inoltre, vengono rilasciati gas e acqua. Allo stesso modo, il nucleo metallico della Terra si è formato e si è «impilato» verso il centro del pianeta. Questa «fusione» ha dato inizio a un processo noto come degassamento del mantello. 4 miliardi di anni fa, quando si pensa che la vita abbia avuto origine, la Terra era piena di attività vulcanica incomparabile a quella attuale. Le radiazioni provenienti dalle viscere della Terra erano circa 10 volte più potenti di quelle attuali. In seguito ai processi tettonici e all’intenso bombardamento di meteoriti, la sottile crosta terrestre veniva costantemente riciclata. Anche la Luna, in un’orbita molto più vicina, ha ovviamente contribuito, massaggiando e riscaldando il pianeta con il suo campo gravitazionale.
La cosa più sorprendente è che l’intensità della luminescenza solare in quei tempi lontani era inferiore di circa il 30%. Se il sole fosse diventato anche solo il 10% più debole nella nostra epoca, la Terra sarebbe stata ricoperta di ghiaccio all’istante. Ma all’epoca il nostro pianeta aveva molto più calore e sulla sua superficie non si trovava nulla di simile ai ghiacciai.
Ma c’era un’atmosfera densa che tratteneva bene il calore. La sua
composizione è riduttiva, il che significa che non contiene praticamente ossigeno non legato, ma contiene una quantità considerevole di idrogeno e i gas serra vapore acqueo, metano e anidride carbonica.
In breve, la prima vita sulla Terra è sorta in un ambiente in cui solo i batteri primitivi sarebbero sopravvissuti. I geologi trovano le prime tracce di acqua in sedimenti risalenti a 3,5 miliardi di anni fa, anche se sembra che sia arrivata sulla Terra in forma liquida un po’ prima. Ciò è indirettamente confermato dagli zirconi arrotondati che si sono formati nella forma in cui dovevano trovarsi nei corpi idrici. L’acqua si è formata dal vapore acqueo che ha saturato l’atmosfera quando la Terra ha iniziato a raffreddarsi gradualmente. Inoltre, l’acqua (presumibilmente fino a 1,5 volumi dell’oceano moderno) è stata portata da piccole comete che hanno bombardato intensamente la superficie terrestre.
L’idrogeno come moneta
Il tipo più antico di enzimi comprende le idrogenasi, che catalizzano la più semplice delle reazioni chimiche: la riduzione reversibile dell’idrogeno da protoni ed elettroni. Gli attivatori di questa reazione sono il ferro e il nichel, che erano abbondanti sulla Terra primitiva. Anche l’idrogeno era abbondante, rilasciato durante il degassamento del mantello. Sembra che l’idrogeno sia stato la principale fonte di energia per i primi sistemi metabolici. In effetti, anche nella nostra epoca, la stragrande maggioranza delle reazioni effettuate dai batteri comporta azioni con l’idrogeno. Come fonte primaria di elettroni e protoni, l’idrogeno è la base dell’energia microbica, essendo una sorta di moneta energetica per i microbi.
La vita è nata in un ambiente privo di ossigeno. Il passaggio alla respirazione dell’ossigeno ha richiesto una trasformazione radicale dei sistemi metabolici della cellula per ridurre al minimo l’attività di questo ossidante aggressivo. L’adattamento all’ossigeno è sorto innanzitutto nel corso dell’evoluzione della fotosintesi. Prima di allora, l’idrogeno e i suoi composti semplici — idrogeno solforato, metano, ammoniaca — erano la base dell’energia della vita. Ma questa non è probabilmente l’unica differenza chimica tra la vita moderna e quella antica.
Accaparratori di uranofili
Forse la vita più antica non aveva la stessa composizione di oggi, con carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo come elementi di base. Il fatto è che la vita preferisce elementi più leggeri, con cui è più facile «giocare». Ma questi elementi più leggeri hanno un raggio ionico ridotto e creano composti troppo forti. E la vita non ne ha bisogno. Deve essere in grado di scomporre facilmente questi composti. Ora abbiamo molti enzimi per questo, ma all’inizio della vita non esistevano.
Qualche anno fa, abbiamo suggerito che alcuni di questi sei elementi fondamentali per la vita (i macronutrienti C, H, N, O, P, S) avessero precursori più pesanti, ma anche più «convenienti». Al posto dello zolfo come uno dei macronutrienti, molto probabilmente ha funzionato il selenio, che si combina e si dissocia facilmente. L’arsenico potrebbe aver preso il posto del fosforo per lo stesso motivo. La recente scoperta di batteri che utilizzano l’arsenico al posto del fosforo nel loro DNA e RNA rafforza la nostra posizione. E tutto questo vale non solo per i non metalli, ma anche per i metalli. Insieme al ferro e al nichel, il tungsteno ha svolto un ruolo significativo nella formazione della vita. Le radici della vita, quindi, probabilmente, dovrebbero essere portate in fondo alla tavola di Mendeleev.
Per confermare o smentire le ipotesi sulla composizione originaria delle molecole biologiche, dobbiamo osservare da vicino i batteri che vivono in ambienti insoliti, forse lontanamente simili alla Terra in tempi antichi. Per esempio, gli scienziati giapponesi hanno recentemente studiato una specie di batteri che vive nelle sorgenti termali e hanno trovato minerali di uranio nelle loro membrane mucose. Perché i batteri li accumulano? Forse l’uranio ha un valore metabolico per loro? Ad esempio, utilizza l’effetto ionizzante delle radiazioni. Esiste un altro esempio ben noto, i magnetobatteri, che esistono in condizioni aerobiche, in acque relativamente fredde, e accumulano ferro sotto forma di cristalli di magnetite avvolti da una membrana proteica. Quando l’ambiente è ricco di ferro, formano questa catena; quando non c’è ferro, lo sprecano e le «borse» si svuotano. Questo è molto simile al modo in cui i vertebrati immagazzinano il grasso come riserva energetica.
Si è scoperto che i batteri vivono anche a 2-3 km di profondità in sedimenti spessi e se la cavano abbastanza bene senza ossigeno e luce solare. Tali organismi sono stati trovati, ad esempio, nelle miniere di uranio in Sudafrica. Si nutrono di idrogeno, che qui è abbondante, perché i livelli di radiazioni sono così alti che l’acqua si dissocia in ossigeno e idrogeno. Non sono state trovate controparti genetiche sulla superficie della Terra per questi organismi. Dove si sono formati questi batteri? Dove sono i loro antenati? Trovare le risposte a queste domande ci porta in un viaggio a ritroso nel tempo fino alle origini della vita sulla Terra.
Cosa fa la società moderna?
Oggi non si pensa alle origini della vita, ma si cerca di divertirsi in ogni modo possibile. Un tipo di svago è il gioco:
- gioco online
- giochi d’azzardo
Il gioco d’azzardo è uno svago per centinaia di migliaia di italiani, e una delle principali società di casinò e bookmaker è la giovane 1Win. Ci sono anche molti altri portali per tutti i gusti.
Inoltre, le persone passano molto tempo a guardare video su Youtube e a messaggiare sui social media.
