La polvere proveniente dallo spazio che si è accumulata nei buchi di fusione delle lastre di ghiaccio potrebbe aver messo in moto la chimica prebiotica e averla mantenuta in funzione nei primi giorni della Terra. I ricercatori del Politecnico di Zurigo e dell’Università di Cambridge hanno utilizzato un modello al computer per verificare questo scenario.
Prima che la vita esistesse sulla Terra, era necessaria la chimica, che formava molecole organiche a partire dagli elementi chimici azoto, zolfo, carbonio e fosforo. Per avviare e mantenere le reazioni chimiche corrispondenti, questi elementi erano necessari in abbondanza e in quantità costante. Sulla Terra, tuttavia, questi elementi scarseggiavano e scarseggiano.
In effetti, i mattoni elementari della vita erano così rari che le reazioni chimiche si sarebbero esaurite rapidamente, se fossero iniziate. Anche i processi geologici, come l’erosione e gli agenti atmosferici della roccia madre, non erano in grado di garantire un approvvigionamento sufficiente, poiché la crosta terrestre conteneva semplicemente troppo pochi di questi elementi. Tuttavia, nei primi 500 milioni di anni della storia della Terra si è sviluppata una chimica prebiotica che ha prodotto molecole organiche come RNA, DNA, acidi grassi e proteine, su cui si basa tutta la vita.
Ingredienti dallo spazio?
Da dove provengono le quantità necessarie di zolfo, fosforo, azoto e carbonio? Craig Walton, borsista di Nomis, è convinto che questi elementi siano arrivati sulla Terra principalmente attraverso la polvere cosmica.
Questa polvere si crea nello spazio, ad esempio quando gli asteroidi si scontrano tra loro. Ancora oggi, circa 30.000 tonnellate di polvere cadono sulla Terra dallo spazio. Agli albori della Terra, tuttavia, la pioggia di polvere era molto più consistente, pari a milioni di tonnellate all’anno. Soprattutto, però, le particelle di polvere contengono molto azoto, carbonio, zolfo e fosforo. Hanno quindi il potenziale per mettere in moto una cascata chimica.
Tuttavia, il fatto che la polvere sia ampiamente dispersa e localmente presente in quantità molto ridotte depone a sfavore di questa ipotesi. "Ma se si includono i processi di trasporto, le cose cambiano", dice Walton. Il vento, la pioggia o i fiumi raccolgono la polvere cosmica su una vasta area e la depositano in forma concentrata in determinati luoghi.
Un nuovo modello per chiarire la questione
Per capire se la polvere cosmica possa essere un possibile aiuto e fonte di partenza per la chimica prebiotica (reazioni), Walton ha sviluppato un modello insieme ai colleghi dell’Università di Cambridge (Regno Unito).
I ricercatori hanno utilizzato questo strumento per simulare la quantità di polvere cosmica caduta sulla Terra nei primi 500 milioni di anni della storia della Terra e dove potrebbe essersi accumulata sulla superficie terrestre. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Astronomy.
Il modello è stato sviluppato in collaborazione con esperti di sedimentazione e astrofisici dell’Università di Cambridge. I ricercatori britannici sono specializzati nella simulazione di sistemi planetari e asteroidi.
Le simulazioni mostrano che sulla Terra primitiva potevano esserci luoghi con una concentrazione estremamente elevata di polvere cosmica. E che c’era un rifornimento costante dallo spazio. Tuttavia, la pioggia di polvere è diminuita rapidamente e bruscamente dopo la formazione della Terra: dopo 500 milioni di anni, il flusso di polvere era di un ordine di grandezza inferiore rispetto all’anno zero. I ricercatori attribuiscono occasionali picchi verso l’alto ad asteroidi che si sono staccati e hanno inviato una coda di polvere verso la Terra.
I buchi di fusione delle lastre di ghiaccio come trappole per la polvere
La maggior parte degli scienziati, ma anche i non addetti ai lavori, ritengono che la Terra sia stata coperta da un oceano di magma per milioni di anni, il che avrebbe impedito il trasporto e la deposizione di polvere cosmica per molto tempo. "Tuttavia, ricerche più recenti hanno trovato prove che la superficie terrestre si è raffreddata e solidificata molto rapidamente e che si sono formate grandi lastre di ghiaccio", spiega Walton.
Secondo le simulazioni, queste lastre di ghiaccio potrebbero essere state l’ambiente migliore per l’accumulo di polvere cosmica. Nei cosiddetti fori di crioconite - fori di fusione sulla superficie del ghiacciaio - si sono raccolti non solo sedimenti ma anche grani di polvere provenienti dallo spazio.
Nel corso del tempo, gli elementi corrispondenti sono stati rilasciati dalle particelle di polvere. Non appena la loro concentrazione nell’acqua del ghiacciaio ha raggiunto un valore soglia critico, si sono innescate automaticamente reazioni chimiche che hanno portato alla formazione delle molecole organiche all’origine della vita.
È molto probabile che i processi chimici possano essere messi in moto anche alle temperature gelide che prevalgono nei fori di fusione: "Il freddo non danneggia la chimica organica, al contrario. Le reazioni sono più selettive e specifiche a basse temperature che ad alte temperature", afferma Walton. Altri ricercatori hanno dimostrato in laboratorio che semplici acidi ribonucleici (RNA) a forma di anello si formano spontaneamente in queste zuppe di acqua di fusione a temperature intorno al punto di congelamento, per poi replicarsi. Un punto debole dell’argomentazione potrebbe essere che a basse temperature gli elementi necessari per costruire le molecole organiche si dissolvono solo molto lentamente dalle particelle di polvere.
Avvio del dibattito sull’origine della vita
La teoria avanzata dal borsista di Nomis non è incontrastata nella comunità scientifica. "Questo studio scatenerà sicuramente un dibattito scientifico controverso", è convinto Walton. "E darà origine a nuove idee sull’origine della vita".
Già nel XVIII e XIX secolo, gli scienziati erano convinti che i meteoriti avessero portato sulla Terra gli "elementi della vita", come li chiama Walton. Anche allora, i ricercatori trovarono grandi quantità di questi elementi di vita nelle rocce provenienti dallo spazio, ma non nella roccia terrestre. "Da allora, tuttavia, quasi nessuno ha preso in considerazione l’idea che una chimica prebiotica sia stata messa in moto principalmente dall’apporto di meteoriti", afferma il geologo.
"L’idea del meteorite sembra interessante, ma c’è un problema", spiega Walton. Un singolo meteorite fornisce queste sostanze solo in un ambiente limitato, e il luogo in cui colpisce è casuale e l’ulteriore fornitura non è garantita. "Ritengo improbabile che l’origine della vita dipenda da pochi pezzi di roccia sparsi in modo casuale", afferma Walton. "La polvere cosmica arricchita, invece, è una fonte plausibile".
Il passo successivo è quello di verificare sperimentalmente la sua teoria. In laboratorio, utilizzerà grandi recipienti di reazione per ricreare le condizioni che avrebbero potuto prevalere nei buchi di fusione primordiali, imposterà le condizioni iniziali su quelle che probabilmente esistevano in una crioconite quattro miliardi di anni fa - e poi aspetterà di vedere se si sviluppano reazioni chimiche che producono molecole biologicamente rilevanti.
pagina esterna Craig Walton call_made lavora presso il Center for the Origin and Prevalence of Life (COPL ) del Politecnico di Zurigo dal settembre 2023 . Lavora nel gruppo di Maria Schönbächler, professore presso l’Istituto di geochimica e petrologia del Dipartimento di scienze della Terra del Politecnico di Zurigo.
Letteratura di riferimento
Walton CR, Rigley JK, Lipp A et al. Cosmic dust fertilisation of glacial prebiotic chemistry on early Earth. Nature Astronomy (2024). DOI: pagina esterna 10.1038/s41550’024 -02212-z call_made
Peter Rüegg
