Con l’avvicinarsi del giorno in cui vedremo il primo uomo camminare sulla superficie di Marte, l’esplorazione spaziale è tornata a far parlare di sé e, assieme a questa, anche la ricerca di vita aliena. Ma qual è la migliore ricetta da seguire per creare una forma di vita extraterrestre?
IN BREVE
Indice
UNA DEFINIZIONE DI VITA
Da sempre l’uomo si pone una domanda, che rimane però ancora oggi priva di risposta: cos’è la vita? Si tratta di una domanda che può sembrare piuttosto semplice, eppure tutti i tentativi fatti fino ad oggi si sono rivelati insufficienti a spiegare la complessità di questo fenomeno. Nessuno di noi, infatti, esiterebbe nel definire vivo un animale o un batterio, ma nel parlare di virus la questione si fa molto più complessa: tracciare un confine tra vivo e non-vivo non è quindi un compito semplice. Se trovassimo un organismo vivente al di fuori del nostro pianeta, saremmo in grado di riconoscerlo come tale? Quanto può essere simile una forma di vita extraterrestre alla vita come la conosciamo sulla Terra?
Alcuni ritengono che non sia possibile attribuire una definizione al concetto di vita. È possibile infatti che si tratti soltanto una costruzione intellettuale artificiale dell’uomo. Sì lo so, sembra di parlar di aria fritta, ma si tratta di considerazioni indispensabili per la comprensione del fenomeno della vita. Un qualsiasi elemento della tavola periodica è caratterizzato da una serie di caratteristiche chimico-fisiche che non sono presenti in nessun altro elemento, ed è identificabile con un termine specifico in maniera univoca. Può darsi che lo stesso non possa essere detto sul concetto di vita. Può darsi che il concetto “vita” esista solo nel modo che l’uomo ha di intendere la realtà, e che non sia legato in modo univoco ad una serie di specifiche caratteristiche fisico-chimiche come lo è invece un elemento della tavola periodica.
Caratteristiche vita sulla Terra
La vita sulla Terra, per quanto complessa, è resa possibile dalla combinazione di pochissimi elementi. Il principale è il carbonio, in grado di formare catene più o meno lunghe e ramificate alle quali si legano pochi altri atomi. Tra questi i più comuni sono idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo. Questi pochi elementi, riassumibili con l’acronimo CHNOPS, sono in grado di dare origine a un’enormità di molecole diversissime tra loro, una caratteristica che per la vita è fondamentale. Questi pochi atomi sono infatti in grado di associarsi a formare macromolecole, che a loro volta danno vita a strutture supramolecolari come le membrane plasmatiche.
La caratteristica essenziale di un sistema vivente, la più fondamentale di tutte, è quella di essere un sistema a bassa entropia. L’entropia è una grandezza che descrive lo stato di disordine di un sistema: maggiore è l’entropia di un sistema, maggiore è il suo stato di disordine. Il fisico Erwin Schrödinger fa notare infatti, nel suo What is Life?, che tutti i sistemi biologici sfuggono al decadimento verso uno stato di equilibrio termodinamico nutrendosi di quella che lui, riferendosi all’energia libera di Gibbs, definisce “entropia negativa“. E questo che vuol dire? Se la fisica non è troppo nelle vostre corde, significa questo: i sistemi biologici tendono naturalmente verso uno stato disordinato, ma si mantengono per un certo periodo di tempo in uno stato ordinato grazie ad un proprio metabolismo.
Invece che cercare di definire il concetto di vita, spesso si rivela più utile e più semplice elencare quelle che sembrano esserne le caratteristiche imprescindibili. Ma quali sono queste caratteristiche? Prima di tutto, ogni organismo vivente presenta un proprio ciclo di sviluppo durante il quale si mantiene in rapporto con l’ambiente esterno, interagendo con esso e scambiando energia e molecole tramite un proprio metabolismo. In secondo luogo deve essere in grado di generare entità identiche (o quasi) a se stesso, cosa che richiede la presenza di un programma genetico trasmissibile alle generazioni successive. La trasmissione dell’informazione genetica deve inoltre essere soggetta a mutazioni che possano garantire un’evoluzione della specie. È quindi ragionevole presupporre che anche una forma di vita extraterrestre debba presentare queste stesse caratteristiche.
Chimica alternativa per la vita extraterrestre
La vita sulla Terra presenta un’evidente unicità chimica: la sua organizzazione molecolare è peculiare e condivisa da tutti gli organismi viventi. Ci si potrebbe quindi chiedere se, su un pianeta lontano dal nostro, possano svilupparsi forme di vita basate su una chimica diversa dalla chimica del carbonio: il silicio, per esempio, presenta caratteristiche chimiche simili. Diversi scienziati ritengono però che una vita extraterrestre basata sulla chimica del silicio sia improbabile. Il silicio infatti, per via del suo maggiore raggio atomico, forma legami meno stabili rispetto al carbonio, e non è quindi in grado di formare strutture molecolari così complesse. A questo si aggiunge il fatto che il silicio, in presenza di ossigeno, tende a formare composti inerti. Le rocce, per esempio, sono piene di ossidi di silicio, e non danno l’impressione di essere molto vive…
È quindi ragionevole presupporre che la vita extraterrestre si basi soprattutto sulla chimica del carbonio. Ci si potrebbe chiedere, però, se la chimica di questi organismi possa essere descritta con un’acronimo differente rispetto all’acronimo CHNOPS. Alcuni ricercatori, per esempio, hanno suggerito che il metabolismo delle prime forme di vita sulla Terra non implicasse l’utilizzo del fosforo, ma di tioesteri ed enzimi ricchi di cluster FeS, motivi strutturali presenti in alcune proteine. È quindi possibile che la composizione atomica elementare della vita su un altro pianeta possa essere descritta con l’acronimo CHNOS.
Si potrebbe poi pensare a forme di vita in grado di utilizzare amminoacidi proteinogenici diversi dai 20 che vengono utilizzati sulla Terra. Quasi ciascuno di questi è una molecola chirale che può esistere sotto forma di enantiomeri, e cioè immagini speculari non sovrapponibili. Una domanda che i ricercatori si sono posti è perché la vita sulla Terra mostri una preferenza evidente per il loro enantiomero L. Il motivo, che ad oggi rimane ancora sconosciuto, è probabilmente legato a fenomeni di natura luminosa. È possibile che, in condizioni differenti da quelle della Terra primordiale, possano svilupparsi forme di vita extraterrestre che utilizzano amminoacidi non solo con catene laterali differenti, ma anche in una diversa configurazione assoluta (D invece che L).
Alcuni ricercatori sono poi stati in grado di dimostrare che all’interno del DNA di Escherichia coli possono essere introdotte coppie di basi sintetiche. Può darsi, quindi, che forme di vita su altri pianeti possano immagazzinare e trasmettere l’informazione genetica utilizzando una molecola diversa dal DNA. L’ennesima domanda senza risposta, lo so. A questo stadio della ricerca, però, è importante farsi molte domande, anche se molte rimarranno (almeno per ora) senza risposta. Sono proprio le domande senza risposta, infatti, a indirizzare la ricerca futura!
RICERCA DI VITA EXTRATERRESTRE
Come si fa a cercare tracce di vita extraterrestre in un universo così sconfinato? Mi sembra inutile spiegare che cercare la vita in ogni pianeta dell’universo è impossibile. Per questo motivo la ricerca attuale si basa soprattutto sulla ricerca di vita simile a quella terrestre, basata sulla chimica del carbonio e dell’acqua. Dopotutto si tratta infatti dell’unico tipo di vita che siamo certi possa esistere nell’universo, dal momento che si è sviluppata sul nostro pianeta. La ricerca si concentra quindi, soprattutto nel caso di esopianeti, su corpi rocciosi che presentano o hanno presentato in passato caratteristiche simili alla Terra. Un esempio di questi pianeti è Kepler 452b, che viene spesso definito il “cugino anziano della Terra”.
Nella ricerca di un pianeta potenzialmente in grado di ospitare vita simile a quella terrestre si fa riferimento a diversi fattori, i quali possono essere suddivisi in due categorie distinte. I fattori planetari sono legati alla massa del pianeta, alla composizione atmosferica, alla presenza di un campo magnetico e di una tettonica a placche. I fattori astronomici, invece, sono legati alle caratteristiche dell’orbita del pianeta e al tipo di stella attorno alla quale il pianeta orbita, alla presenza di una Luna e alla suscettibilità all’impatto di meteoriti.
L’analisi della composizione atmosferica rappresenta una parte estremamente importante della ricerca della vita, perché ne è fortemente influenzata. Diversi gas sono stati definiti dai ricercatori come biosignatures gases per via della loro compatibilità con i processi metabolici che caratterizzano gli organismi viventi sulla Terra. Il principale tra questi è l’ossigeno, che sul nostro pianeta è indispensabile per permettere il processo della respirazione cellulare. Oltre all’ossigeno sono considerati biosignatures anche altri gas: il metano e il vapore acqueo sono tra questi. La presenza di ossigeno e metano a certe concentrazioni potrebbe infatti indicare processi biologici sulla superficie; quella di vapore acqueo suggerisce invece la presenza di un ciclo idrologico.
Non è necessario osservare pianeti lontani per dare il proprio contributo nella ricerca della vita extraterrestre: molto, infatti, può essere fatto qui sul nostro pianeta. Uno dei modi migliori per farlo è studiare come la vita sulla Terra riesce ad adattarsi agli ambienti estremi. Gli estremofili sono organismi in grado di adattarsi a condizioni particolarmente ostili: temperature elevatissime o bassissime, scarsa presenza di acqua, elevata acidità o basicità, pressioni elevate, valori intensi di radiazioni… Studiare quelli che sono i limiti della vita sulla Terra può aiutare a comprendere dove soffermarsi maggiormente nella ricerca di vita su altri pianeti.
Vita extraterrestre sistema solare
Marte è un pianeta che ha da sempre catturato l’interesse e l’immaginazione degli scienziati. Sebbene questo pianeta sembri soltanto un’enorme distesa di sabbia, in passato ospitava grandi quantità di acqua liquida. Al giorno d’oggi è ancora possibile trovare acqua sotto forma di ghiaccio ai poli e sotto la superficie. Se in passato la vita è riuscita a svilupparsi sul pianeta rosso, è possibile che alcune semplici forme di vita microbica sopravvivano ancora sotto la superficie marziana, dove l’acqua potrebbe essere in grado di mantenersi in forma liquida. Pare infatti che sotto una delle due calotte polari sia presente un ampio bacino di acqua salata; la bassa temperatura e l’elevatà salinità potrebbero però precludere la sopravvivenza di forme di vita extraterrestre.
Altri corpi celesti del sistema solare molto interessanti da un punto di vista astrobiologico sono i satelliti naturali dei due giganti gassosi Giove e Saturno. Europa, Ganimede e Callisto, per esempio, sono lune gioviane molto studiate per via dell’abbondante presenza di acqua. La loro superficie è costituita da una spessa coltre di ghiaccio, motivo per cui vengono definite lune ghiacciate. Sotto la superficie, a una profondità di diversi chilometri, sembra però che siano presenti immensi oceani di acqua liquida. Anche molte lune di Saturno sono interessanti per lo stesso motivo: Encelado, per esempio, è una di queste. L’analisi della composizione di alcuni pennacchi di vapore acqueo provenienti dalla sua superficie suggeriscono che all’interno di questa luna si nasconda un immenso oceano direttamente a contatto con la parte più esterna del mantello.
Un altro satellite naturale estremamente interessante è Titano, che orbita attorno a Saturno. Questo corpo celeste presenta un’atmosfera molto densa e ricca di idrocarburi come propano e benzene, e la sua superficie è solcata da fiumi di metano ed etano liquidi. Per via di queste caratteristiche molto peculiari potrebbe rappresentare una sorta di gigantesco laboratorio per lo studio della chimica del carbonio e delle condizioni della Terra primordiale. Se siamo fortunati, potrebbe persino ospitare forme di vita in grado di utilizzare come solvente per le reazioni non l’acqua, ma il metano liquido…
Fonte
- Cockell, C. S. (2020). Astrobiology: Understanding Life in the Universe.
Astrobiology: Understanding Life in the Universe - Benner, S. A. (2010). Defining Life. Astrobiology, 10.
Astrobiology - Schrödinger, E. (1944). What Is Life?
What Is Life?