Europa: Un Potenziale Culla di Vita e le Radici Scientifiche dell'Origine Vitale

La questione dell'origine della vita, sia sulla Terra che potenzialmente altrove nel cosmo, è una delle domande più profonde e affascinanti che l'umanità si sia mai posta. Per secoli, filosofi, teologi e scienziati si sono interrogati su come la vita abbia avuto origine. Oggi, una moltitudine di laboratori in giro per il mondo dedica la propria ricerca a trovare una risposta capace di soddisfare ogni dubbio, scandagliando le condizioni estreme e le reazioni chimiche che avrebbero potuto innescare il processo vitale. Parallelamente, l'esplorazione spaziale ci ha spinto a considerare altri mondi, come Europa, uno dei satelliti naturali di Giove, come possibili incubatori di vita extraterrestre. Questo articolo esplora le teorie scientifiche che cercano di spiegare l'abiogenesi terrestre e come queste conoscenze influenzano la nostra ricerca di vita su corpi celesti come Europa.

Europa: Un Oceano Nascosto, Un Candidato Promettente

Europa è ritenuto uno dei luoghi con la più alta probabilità di ospitare forme di vita extraterrestre in tutto il sistema solare. La presenza di forme di vita su Europa è ritenuta possibile al di sotto della sua crosta ghiacciata. Ci sono condizioni compatibili con la vita negli oceani che si suppone si trovino sotto i ghiacci, una caratteristica che la rende un obiettivo primario per l'astrobiologia moderna.

La fonte primaria di speculazione sulla possibilità di vita su Europa è data dalla probabile presenza di un oceano sotto i ghiacci che la ricoprono. Al di sotto di un certo spessore, infatti, le forze di marea esercitate da Giove potrebbero aver fuso il ghiaccio più interno, lasciandolo sotto forma di acqua liquida. Questa è una condizione fondamentale, poiché la vita, come la conosciamo, richiede acqua liquida per prosperare.

Il calore necessario per mantenere l'acqua in stato liquido e per sostenere potenziali processi vitali potrebbe derivare non solo dalle forze di marea, ma anche da un'attività geologica interna. La sonda Galileo individuò in alcune aree di Europa fuoriuscite di biossido di carbonio e di biossido di zolfo, entrambi possibili segnali di vulcanismo. Il calore che i vulcani possono generare sale fino in superficie, trasportato dalle correnti oceaniche, fornendo un'importante fonte di energia termica e chimica.

La vita potrebbe esistere raggruppata attorno alle bocche idrotermali sul pavimento oceanico, o sotto di esso, dove si sa che sulla Terra abitano gli endoliti. In alternativa, la vita potrebbe esistere aggrappata alla superficie inferiore dello strato di ghiaccio che ricopre il satellite, come le alghe e i batteri nelle regioni polari della Terra, o addirittura galleggiando liberamente sulla superficie dell'oceano. Tuttavia, è importante notare che se i ghiacci di Europa fossero troppo freddi, i processi biologici simili a quelli che conosciamo sulla Terra potrebbero non avere luogo.

Europa è uno degli oggetti più lisci di tutto il Sistema solare. Pertanto una caratteristica notevole consiste in una serie di striature scure che attraversano, incrociandosi tra di loro, l'intero satellite, che potrebbero indicare movimenti tettonici o crepe attraverso le quali materiale interno potrebbe risalire.

Nel settembre del 2009, lo scienziato planetario Richard Greenberg ha calcolato che i raggi cosmici che colpiscono la superficie di Europa convertono il ghiaccio in ossidanti, che potrebbero quindi essere assorbiti dall'oceano fino a riempire le crepe. Attraverso questo processo, Greenberg ha calcolato che gli oceani di Europa potrebbero raggiungere una concentrazione di ossigeno maggiore di quelli della Terra in appena qualche milione di anni. Questo suggerisce un meccanismo per la produzione di composti chimici reattivi che potrebbero alimentare la vita, anche in assenza di fotosintesi.

Robert T., nel 2006, affermò che "abbiamo impiegato molto tempo e sforzi per cercare di capire se Marte avesse avuto in passato un ambiente abitabile. Europa oggi, probabilmente, è un ambiente abitabile. Dobbiamo confermarlo… ma Europa, potenzialmente, ha tutti gli ingredienti per la vita… e non solo 4 miliardi di anni fa…". Questa dichiarazione sottolinea l'attuale importanza di Europa nella ricerca astrobiologica.

Sono state fatte numerose proposte per future missioni su Europa. Proposta per il lancio nel 2020, l'Europa Jupiter System Mission (EJSM) era una proposta congiunta NASA/ESA per l'esplorazione delle lune di Giove. Nel febbraio 2009 è stato annunciato che la priorità di questa missione ha superato quella della Titan Saturn System Mission. L'EJSM consisteva nel Jupiter Europa Orbiter (JEO) della NASA, il Jupiter Ganymede Orbiter (JGO) dell'ESA e forse di un Jupiter Magnetospheric Orbiter (JMO) della JAXA, riflettendo l'alto interesse scientifico per questo satellite.

La Rivoluzione della Chemiosintesi: Vita Indipendente dal Sole

Fino agli anni settanta, la vita, come è generalmente conosciuta, era ritenuta completamente dipendente dall'energia proveniente dal Sole. Le piante sulla superficie terrestre catturano energia dalla luce solare ed effettuano la fotosintesi clorofilliana per sintetizzare gli zuccheri dall'anidride carbonica e dall'acqua, rilasciando ossigeno durante il processo, per poi essere mangiate da animali che respirano ossigeno, trasferendo la loro energia nella catena alimentare. Si pensava perciò che le possibilità di un pianeta di ospitare la vita dipendessero dall'illuminazione ricevuta dal Sole. Questo è stato un presupposto fondamentale per decenni nell'astrobiologia.

Tuttavia, nel 1977, durante un'immersione esplorativa alle Galápagos con il sommergibile Alvin, un gruppo di ricercatori diretto da Robert Ballard e finanziato dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) scoprì colonie di vermi tubo giganti, vongole, crostacei, mitili e varie altre creature raggruppate attorno a una fumarola nera. Queste creature prosperano nonostante la mancanza di luce solare e costituiscono una catena alimentare del tutto indipendente. La cui base è un batterio che ricava energia dall'ossidazione di sostanze chimiche reattive, come l'idrogeno e l'acido solfidrico, che provengono dall'interno della Terra.

Questo processo, chiamato chemiosintesi batterica, ha rivoluzionato lo studio della biologia, rivelando che l'esistenza della vita richiede solamente acqua ed energia, e non dipende necessariamente dal Sole. La scoperta ha aperto nuove prospettive sulla possibilità di vita in ambienti extraterrestri privi di luce solare, come gli oceani sub-superficiali di Europa.

Un possibile ecosistema basato sulla chemiosintesi è stato proposto per Europa, includendo processi di metanogenesi e riduzione di zolfo e ossido di ferro. Un luogo sulla Terra dove sono presenti simili condizioni si trova sulla scarpata continentale del Golfo del Messico, dove colonie di batteri chemiosintetici sopravvivono tramite la riduzione di carbonio e metano, senza necessità di energia dal Sole. Se Europa ha ancora un interno geologicamente attivo, gli squilibri termodinamici potrebbero fornire nutrienti ed energia per un ecosistema simile a quello del Golfo del Messico, rendendola un ambiente potenzialmente abitabile.

La Terra Primordiale: Il Nostro Primo Laboratorio Naturale

Il mistero di come la vita sia apparsa per la prima volta sulla Terra, in mezzo a materia non vivente, è una questione complessa. Le evidenze scientifiche raccolte suggeriscono che sia scaturita da processi chimici spontanei avvenuti miliardi di anni fa.

Gli studiosi si trovano a dover andare indietro nel tempo, sino a quando la Terra doveva ancora compiere il suo primo miliardo di anni, quando gli oceani ribollivano per l’attività vulcanica e l’aria era percossa da fulmini. Lì, idrogeno e anidride carbonica potrebbero aver alterato la storia del nostro pianeta, dando vita a molecole organiche. Ed è da queste basi chimiche - attraverso fasi intermedie - che si ritiene si svilupparono gli acidi nucleici.

L'essere umano prova a replicare le condizioni per la nascita della vita almeno dal 1953, quando gli scienziati Harold Urey e Stanley Miller progettarono un apparato di vetro per simulare le condizioni della Terra primordiale. I due crearono un sistema chiuso; riscaldarono acqua con idrogeno, metano e ammonio, e simularono l’effetto dei fulmini con scariche elettriche. Lasciarono che il miscuglio gassoso si condensasse e cadesse di nuovo in acqua come pioggia. Il risultato principale rimane valido: nelle condizioni simulate dai ricercatori, la materia abiotica - ovvero non vivente - può dare origine a molecole organiche. Questo esperimento ha segnato un punto di svolta nella ricerca sull’origine della vita, mostrando che semplici gas vulcanici potevano produrre composti organici precursori della vita, fra i quali alcuni amminoacidi proteici.

Tuttavia, sappiamo che probabilmente la composizione atmosferica della Terra primordiale era differente da quella considerata da Urey-Miller. Per esempio, i due non inclusero nell’esperimento lo zolfo, elemento che oggi sappiamo essere stato fondamentale al tempo della nascita delle prime forme di vita. Molti altri esperimenti, effettuati in condizioni simili con altri gas vulcanici, in particolare l’acido cianidrico, permisero di ottenere anche nucleotidi, zuccheri e lipidi, che sono i precursori delle principali macromolecole cellulari (proteine, acidi nucleici, carboidrati e membrane), suggerendo così una loro probabile formazione spontanea sulla Terra primitiva.

Un’altra teoria ipotizza che la vita abbia avuto origine nelle sorgenti idrotermali di profondità marine, ferite sul fondale degli oceani da cui fuoriesce acqua calda e ricca di minerali. Qui, il ferro minerale reagisce con l’acqua per produrre idrogeno che, a sua volta, potrebbe reagire con l’anidride carbonica per produrre formiato, acetato e piruvato - molecole organiche fondamentali per il metabolismo di una cellula. In uno studio del 2024, pubblicato su Nature Communications, i ricercatori hanno sintetizzato solfuri di ferro in scala nanometrica, incluse forme pure e versioni arricchite con elementi come manganese, nichel, titanio e cobalto. Hanno esposto questi campioni all’idrogeno gassoso e all’anidride carbonica in condizioni che simulavano quelle delle sorgenti calde, con temperature comprese tra 80 e 120 gradi Celsius. Così facendo, sono riusciti a produrre metanolo da solfuri di ferro con manganese, fornendo un ulteriore supporto all'ipotesi delle sorgenti idrotermali.

Il dibattito sull'origine della vita ha toccato anche scenari catastrofici. Uno scenario suggerisce che circa 4,47 miliardi di anni fa - solo 60 milioni di anni dopo la formazione della Terra, e 30-40 milioni di anni dopo la formazione della Luna da un precedente scontro planetario - un altro oggetto di dimensioni lunari impattò con la Terra ed esplose in una nuvola di ferro fuso e altri detriti. La grandinata di materiale metallico che ne derivò probabilmente durò decenni, se non secoli, e questo causava la disgregazione della molecola di acqua in ossigeno e idrogeno molecolari. L'ossigeno libero si legava al ferro, creando enormi depositi color ruggine di ossido di ferro sulla superficie del nostro pianeta. Ne seguì un progressivo, lento raffreddamento della Terra, ed è in questo intervallo di tempo che semplici molecole organiche cominciarono a formarsi sotto la coltre di idrogeno. Quelle molecole, secondo alcuni scienziati, si unirono a formare l'RNA.

Questo era uno scenario in discussione al meeting "The Origins Of Life", un "dibattito aperto alla ricerca di nuove risposte a vecchie questioni". Come sottolinea Steven Benner, tra i fondatori della Foundation For Applied Molecular Evolution, "di quel presunto cataclisma non rimane alcuna roccia o altra prova diretta: si è ipotizzato semplicemente perché risolverebbe uno stuolo di misteri sulla nascita della vita".

L'intenso bombardamento tardivo di asteroidi, tra 4,1 e 3,8 miliardi di anni fa, è considerato un "momento importante" nella storia della Terra, ma anche "ostile alla vita". Tuttavia, per Stephen Mojzsis, il cataclisma lunare di 4,47 miliardi di anni fa potrebbe spiegare sia l'abbondanza di metalli preziosi, sia l'inizio precoce della vita.

I risultati di queste ricerche, in parte condivisi dal team di Simone Marchi (Southwest Research Institute di Boulder, Colorado), suggeriscono che, prima di questi eventi, il magma e lo strato superficiale in raffreddamento avrebbero gorgogliato gas per milioni di anni - anidride carbonica, azoto e anidride solforosa - e nessuno di questi gas è abbastanza reattivo da fare da innesco ai composti organici necessari per arrivare all'RNA. Al contrario, la coltre di idrogeno generata dalla grandine metallica del grande impatto (o della serie di impatti minori) avrebbe formato esattamente il tipo di atmosfera "chimicamente riducente" necessaria a dare il via alle prime molecole organiche, come sostenuto da Steven Benner e Robert Hazen (Geophysical Laboratory della Carnegie Institution for Science, Washington). In quell'ambiente, l'ampia gamma di minerali sulla superficie del pianeta avrebbe potuto agire da catalizzatore per spingere le reazioni chimiche necessarie a produrre sostanze organiche semplici.

L'esuberante attività del giovane Sole, quando la Terra e gli altri pianeti del Sistema Solare si erano appena formati, ha probabilmente influenzato anche l'origine della vita sul nostro Pianeta. Con violenti fenomeni come le espulsioni di massa coronale (CME), spesso alla base delle tempeste geomagnetiche, il Sole primordiale potrebbe aver contribuito ad attivare molecole e formare gas serra essenziali per la nascita e il mantenimento della vita primordiale. "Ciò che ci ha ispirato di più", afferma Kosuke Namekata, che ha guidato i ricercatori, "è stato il mistero di lunga data di come la violenta attività del giovane Sole abbia influenzato la Terra nascente".

I Mattoni della Vita: Dal Semplice al Complesso

Una volta formatesi le molecole organiche, ci troviamo di fronte a un dilemma spesso paragonato a quello dell’uovo e della gallina: è venuto prima il materiale genetico o le proteine? Per lungo tempo, si è guardato all’RNA come candidato favorevole, poiché oltre a essere una molecola codificante è in grado di catalizzare reazioni chimiche, come fanno le proteine.

La vita così come la conosciamo è probabilmente emersa da un "mondo RNA", e su questo molti studiosi sono ormai concordi. La produzione di ciascuna di queste biomolecole (DNA, RNA, proteine) richiede le altre due, ma l'idea che tutte e tre le molecole complesse apparissero simultaneamente non sembra plausibile. Negli ultimi anni i chimici si sono avvicinati molto a reazioni che potrebbero aver prodotto gli elementi costitutivi essenziali per l'RNA. Nel 2011, ad esempio, Benner e suoi colleghi hanno dimostrato come i minerali contenenti boro possono aver aiutato sostanze chimiche come la formaldeide e la glicolaldeide (lo "zucchero" più elementare), probabilmente presenti sulla Terra primordiale, a produrre ribosio (D-ribosio e deossiribosio), componente essenziale dell'RNA. Nei periodi piovosi il tutto sarebbe finito amalgamato in grandi pozzanghere e laghi, dove avrebbe potuto reagire per formare altre piccole molecole organiche essenziali per la costruzione di RNA. "Processi simili", afferma Steven Benner, "avrebbero potuto provvedere alla 'fornitura costante' di glicolaldeide e gliceraldeide."

Il ribosio è però solo una parte di RNA, molecola a filamento singolo messaggera di informazioni genetiche grazie a quattro basi identificate dalle lettere del codice genetico: citosina (C), uracile (U), adenina (A) e guanina (G). I processi di formazione di queste basi sono uno dei semi della discordia tra i ricercatori, ma recenti progressi nella chimica prebiotica sembrano avere identificato percorsi che avrebbero potuto originare anche tali elementi - illustrati, nel corso del meeting di ottobre, da Thomas Carell (Ludwig Maximilian University, Germania). Per dovere di cronaca va detto che tutte le ipotesi proposte sono state oggetto di critiche, ma ciò non significa che la comunità scientifica le consideri infondate: il problema di fondo è quello delle possibili fonti all'origine delle molecole azotate necessarie a creare le basi dell'RNA. Le idee abbondano: "L'intensa attività elettrica - i lampi - e la luce ultravioletta che agivano sui composti dell'atmosfera potrebbero averne creati in abbondanza", afferma Jack Szostak (Università di Harvard), mentre Stephen Mojzsis (Università del Colorado) ritiene più probabile che sia stato l'impatto che ha originato la Luna a fare da miccia.

Ma esiste un'altra possibilità, esplorata di recente, secondo cui sarebbero invece le proteine ad aver visto la luce per prime. Fra i promotori di questa teoria c’era Andrew Pohorille, direttore del Center for Computational Astrobiology and Fundamental Biology della NASA. Le proteine sono molecole più semplici da produrre rispetto agli acidi nucleici; il problema è che le catene amminoacidiche non sono in grado di replicarsi da sole. L’ipotesi di Pohorille prevedeva che esse siano diventate nel tempo un sistema di conservazione delle informazioni, non replicabile e meno complesso di quello odierno basato sugli acidi nucleici, e che la loro presenza abbia favorito la comparsa dell’RNA. Un indizio su questo fronte arriva da uno studio congiunto della Stony Brook University e del Lawrence Berkeley National Laboratory. È possibile che sulla Terra primordiale avvenisse la sintesi di corti polimeri, ovvero molecole formate da più unità, dette monomeri, a formare sequenze casuali. I ricercatori Elizaveta Guseva, Ronald Zuckermann e Ken Dill hanno investigato i processi fisici e chimici alla base di questo passaggio. Hanno scoperto che alcune piccole catene possono collassare a formare strutture compatte in acqua, e alcune di queste possono diventare catalizzatori.

La questione, quindi, è duplice: dapprima è necessario comprendere che aspetto avesse il mondo primordiale e poi si può investigare quali delle molecole disponibili si rivelarono essenziali per lo sviluppo delle prime forme di vita. Uno studio del 2000 provò a stabilire in quale ordine siano apparsi i venti aminoacidi odierni. Ben nove dei dieci trovati con l’esperimento di Urey-Miller erano in cima alla lista; ciò fu considerato una riprova dell’importanza dell’esperimento, e del fatto che questo non si limitava a dimostrare che la sintesi abiotica degli aminoacidi fosse possibile. Edward N. Trifonov, autore dello studio, partiva dal presupposto che gli aminoacidi più diffusi prima dell’origine della vita fossero stati i primi a essere incorporati nel codice genetico. Uno studio recente, condotto presso l’Università dell’Arizona, ha messo in discussione questa idea, supponendo che le sequenze più antiche siano più ricche di quegli aminoacidi che sono stati incorporati per primi, e non per forza degli aminoacidi che erano presenti in maggior quantità 4 miliardi di anni fa.

"Siamo partiti da un assunto: che l’antica Terra poteva produrre tanti aminoacidi, ma non tutti venivano necessariamente utilizzati dalle forme di vita primitive", mi racconta Sawsan Wehbi, tra gli autori dello studio. "Non eravamo soddisfatti degli studi precedenti. La cosa che mi ha stupito di più è stata scoprire che quello che studiamo ha implicazioni in tantissime aree della scienza. Questa ricerca è stata utilizzata in diversi ambiti di ricerca, non solo nella biologia, ma si è rivelata utile anche per come concepiamo la vita nello spazio, per le missioni della NASA, per la ricerca di molecole organiche lontano dal suolo terrestre." Lo studio ha rivelato anche che la vita primordiale preferiva aminoacidi più piccoli, mentre gli aminoacidi che contengono atomi di metallo sono stati incorporati molto prima di quanto si pensasse in precedenza.

LUCA e l'Albero della Vita Primordiale

L'origine della vita sulla Terra è un problema che ha stimolato la curiosità dell'uomo fin dai tempi più remoti. La definizione di vita, basata sul fatto che la vita come la conosciamo sulla Terra è indissolubilmente associata alla presenza di cellule (organismi mono o pluricellulari) e alla loro impressionante varietà, frutto dell'evoluzione biologica, deriva da due teorie ottocentesche: la teoria cellulare (Schleiden e Schwann, 1839) e la teoria dell'evoluzione per selezione naturale (Darwin, 1859), oggi a fondamento di tutta la biologia moderna.

Una delle conseguenze più importanti della teoria dell’evoluzione di Darwin è quella per cui la vita si sarebbe affermata una volta sola nel tempo e conseguentemente tutti i successivi organismi sarebbero derivati da un unico antenato comune, molto semplice ma abbastanza simile a ciò che oggi chiameremmo batterio. Questa conclusione è stata ampiamente confermata da scoperte di vario genere (paleontologiche, fisiologiche, eccetera), soprattutto dal confronto di tantissimi genomi.

Questo antenato è noto come LUCA (Last Universal Common Ancestor), una cellula da cui si ipotizza siano derivate tutte le forme di vita odierne. Recentemente, si è stimato che LUCA sia vissuto 4,2 miliardi di anni fa e quindi che la sua comparsa abbia richiesto un tempo geologico sorprendentemente breve rispetto all’origine della Terra. Tracce di come doveva essere questo organismo primordiale vivono dentro ognuno di noi, dentro gli alberi, i funghi e i batteri.

Studiare LUCA è complicato perché il nostro antenato non esisteva in un mondo vuoto. Aveva dei predecessori, la cui storia evolutiva non ci è ancora chiara, e appare come un caotico e incessante trasferimento di geni. Oltretutto, non è detto che LUCA fosse un solo organismo. "In realtà, oggi sappiamo che il concetto è solo parzialmente corretto: probabilmente non è mai esistito un unico LUCA, ma tanti possibili 'ultimi antenati comuni'", commenta Ernesto Di Mauro. "LUCA doveva essere un organismo in grado di creare informazione, cioè acidi nucleici, attraverso l’immagazzinamento di energia. L’ipotesi più probabile, dunque, è che vi siano state molte forme alternative in competizione tra loro, con scambio orizzontale di informazione genetica. Questa pluralità di soluzioni è ancora oggi alla base della vita." Potrebbe anche essere stato una comunità di organismi che condividevano geni e caratteristiche utili alla sopravvivenza.

La vita ha mantenuto una struttura estremamente complessa, in cui i confini sono labili: non siamo un albero evolutivo, ma una serie di arbusti evolutivi in cooperazione tra loro. Gli eucarioti, a cui apparteniamo noi stessi, sono un piccolo ramo laterale, soppiantati dalla diversità di batteri e archea.

Wehbi e colleghi hanno deciso di guardare non agli aminoacidi che esistevano nell’ambiente, ma solo a quelli che le prime sequenze biotiche scelsero di incorporare. Dunque, hanno considerato come evento spartiacque proprio la nascita del codice genetico, e hanno paragonato sequenze che risalgono a poco prima con sequenze che risalgono a poco dopo. Possiamo supporre che le catene più antiche che incontriamo siano ricche di quegli aminoacidi che il codice genetico scelse per primi, e povere di quelli che furono scelti per ultimi. E non è tutto: dentro un’antica sequenza di aminoacidi Sawsan Wehbi e i suoi colleghi hanno trovato segmenti che si sono duplicati varie volte e si sono conservati. Questo significa che esistono sequenze così antiche che appartengono a un tempo in cui le proteine venivano tradotte in altri modi.

Le macromolecole hanno bisogno di allungarsi e ripiegarsi per funzionare e l’ambiente precoce avrebbe impedito la formazione di stringhe così lunghe. Non a caso, la vita prese piede quando comparvero le membrane, che si richiusero intorno alle macromolecole e le protessero dall’ambiente esterno. E dunque come, e quando, comparvero le membrane? Come fu la prima duplicazione di una cellula? Avvenne in un unico luogo geologico, o in molti posti simultaneamente? Queste rimangono domande aperte e fondamentali.

La Terra: Un Pianeta Eccezionale o Un Caso Comune?

Marco Bersanelli, nel contesto del Meeting di Rimini, ha evidenziato come la mostra "Una Terra per l'uomo. I tratti eccezionali del nostro piccolo pianeta" mirasse a mettere a fuoco i fattori principali che rendono il nostro pianeta il luogo straordinario che è. Molti sono abituati a pensare alla Terra come a qualcosa di insignificante, un puntino banale nella vastità dell'universo. E da quando Copernico ha sradicato la Terra dalla sua posizione centrale nell'Universo, il nostro pianeta è apparso sempre più piccolo e sperduto nella crescente vastità dell'Universo conosciuto. Così, estrapolando forse un po’ frettolosamente questa situazione, si è giunti a quello che viene chiamato il «principio di mediocrità terrestre», secondo il quale la Terra sarebbe un pianeta comunissimo, e non costituirebbe in nessun modo un punto notevole o privilegiato dell'Universo.

Oggi non sappiamo se esistano, e quanto diffuse possano essere, forme di vita al di fuori della Terra. È una questione aperta, di grande importanza e di grande fascino. Ci sono diverse missioni spaziali che sia l'agenzia spaziale europea, sia quella americana hanno in programma, mirate a scovare eventuali tracce di vita oltre la Terra.

Che cos'ha la Terra di speciale? Innanzitutto il nostro pianeta gode di condizioni astronomiche particolarissime: la distanza ottimale dal Sole, la bassa eccentricità dell'orbita, le particolari caratteristiche della nostra stella, il Sole. Tutto ciò mantiene la Terra in modo permanente in quella che gli astrobiologi chiamano la cosiddetta «zona di abitabilità» intorno al Sole. Anche la Luna contribuisce in modo sorprendente alla abitabilità del nostro pianeta. Grazie alla presenza della Luna, l’inclinazione dell’asse terrestre, al quale si deve l’avvicendarsi delle stagioni, è rimasta pressoché costante per miliardi di anni, assicurando la necessaria stabilità di temperatura che è richiesta dall’evoluzione della vita.

Dobbiamo molto anche ad altri pianeti del Sistema solare: per esempio Giove e Saturno, che con il loro intenso campo gravitazionale, collocato alla giusta distanza dalla Terra e dal Sole, ci fanno da guardiani contro gli asteroidi, che altrimenti, con una frequenza gravemente maggiore, ci colpirebbero, devastando la Terra in modo insostenibile. Non solo la posizione e il moto della Terra nell’Universo, ma anche la particolarità della sua struttura interna, la composizione chimica, l’atmosfera, e la struttura geologica, giocano un ruolo essenziale, insostituibile, per l’emergere della vita. Come ha dimostrato Peter Ward, la tettonica a zolle attua una specie di termostato senza il quale grandi quantità di acqua non potrebbero mantenersi allo stato liquido per miliardi di anni.

La Terra è quello che è anche grazie a una catena di eventi imprevedibili, storici, e drammatici, che l’hanno segnata. Recentemente, per esempio, i geologi si sono resi conto che per due volte nel passato - due miliardi e mezzo di anni fa, e settecento milioni di anni fa - la Terra ha attraversato dei periodi di glaciazione globale, la cosiddetta «Snowball Earth», e per ragioni ancora da decifrare, fu ricoperta di ghiaccio dai Poli all’Equatore. Probabilmente la vita fu sul punto di essere sradicata: si salvò rifugiandosi nella profondità degli Oceani. Ma diversi studiosi sono convinti che proprio queste crisi drammatiche nella storia della Terra abbiano dato il via a dei processi, a dei “salti” evolutivi fondamentali.

Un'osservazione attenta ci mostra come la Terra sia invece un luogo di inaudita ricchezza e complessità, costruito attraverso una successione di avvenimenti delicati e mantenuto grazie al concorso di circostanze diverse: le montagne, il mare, la Luna; realtà che siamo abituati a considerare ordinarie, sono invece il frutto di una combinazione finissima e provvidenziale di circostanze.

Le Grandi Questioni Irrisolte e le Prospettive Future

Connotati ancora largamente sconosciuti ha pure la questione di come sia per la prima volta comparsa sulla Terra, in mezzo a materia non vivente, una struttura contenente informazione genetica, capace di replicarsi. Il DNA, il portatore dell’informazione che è alla base della vita, è allora il genotipo, il quale specifica un fenotipo che, allo stadio più elementare, è costituito essenzialmente dalla struttura cellulare. Quest’ultima, a sua volta, ha come unico scopo la riproduzione del DNA stesso. Si crea così un circolo del quale sembra impossibile individuare l’inizio: l’informazione genera una struttura che si riproduce per generare informazione. Per uscire da questo cortocircuito - suggerisce il professore Ernesto Di Mauro - bisogna indagare tanto l’origine del DNA quanto delle proteine e delle membrane che contengono e che organizzano il DNA stesso.

Il principale problema del mondo dell'RNA è che dovrebbe essere stato in grado di copiare fedelmente altri RNA: al momento, la biologia moderna non ha prove che una cosa del genere sia possibile. Del resto, i sostenitori del mondo dell'RNA sono i primi ad ammettere di non essere in grado di spiegare come l'RNA possa essersi copiato da solo, evolvendosi fino alla vita che conosciamo. L’esistenza di proteine antecedenti all’RNA presuppone l’esistenza di codici genetici più antichi degli acidi nucleici, e mette in discussione l’idea che il corrente sistema di trascrizione e traduzione dell’informazione genetica sia l’unica possibilità. Tutto questo è possibile perché gli studiosi oggi sono in grado di ripercorrere le tracce di LUCA e analizzare le sequenze del periodo in cui il codice genetico era in costruzione. Lo si fa attraverso un lavoro di ricerca nei database e di sequenziamento proteico per ricostruire la storia evolutiva delle sequenze - di fatto, si guarda alla radice dell’albero filogenetico di una sequenza e si cerca di capire a quando risale. LUCA probabilmente aveva altre forme di vita intorno a sé, ma non sono sopravvissute e non ci hanno lasciato indizi.

Retrocedendo nel tempo, le domande si fanno più intricate e le risposte più nebulose. Chi è comparso per primo, l’RNA, il DNA o le proteine? E com’è arrivato il DNA a diventare il ricettario favorito dalle forme di vita? Ancora più indietro nel tempo, rimane da capire come arrivarono le prime molecole organiche a polimerizzare, a formare DNA, RNA e aminoacidi, e di lì come fecero le sequenze a duplicarsi o tradursi in proteine.

Ci sono tante domande che si pongono sulle origini dell'uomo e della vita. Possono riguardare come si è formato, quando è comparso, perché è comparso, cioè il suo significato. Chi pretendesse di rispondere a tutte queste domande soltanto con la scienza o soltanto con la filosofia o con la religione, finirebbe per assumere un atteggiamento totalizzante, di tipo fondamentalista, quindi farebbe dell'ideologia. Così è avvenuto nel campo della scienza, quando vi sono stati, o vi sono, scienziati che escludono altre forme di conoscenza, che non siano quelle del metodo sperimentale, fondate sull'osservazione empirica. Ma anche nel campo filosofico e in quello religioso vi sono state e vi sono persone che pretendono di ricavare dalla Bibbia delle informazioni su fenomeni di ordine scientifico.

Definire cosa sia la vita è un esercizio tanto difficile quanto ancora irrisolto. La definizione della NASA, infatti, è solo una delle moltissime proposte avanzate nel corso degli anni dagli studiosi. È la proposta avanzata da Edward Trifonov, biofisico israeliano di origini russe, la cui proposta si fonda su un’accurata analisi linguistica di tutte le 123 definizioni del fenomeno della vita ad oggi esistenti. "Stando alla definizione di Trifonov", spiega Di Mauro, "la vita è un processo di complessità variabile che si riproduce in base a un’informazione, ed è capace di modificarsi se il sistema si modifica. Questa definizione, tuttavia, può essere applicata sia agli organismi viventi sia a molte altre entità."

Nel corso dei secoli la filosofia ha formulato su questo argomento diverse ipotesi, da quelle dei presocratici, come ad esempio l’ilozoismo, passando per quelle medievali molto più orientate verso aspetti di natura esoterica o metafisica, fino a quelle dei contemporanei, che tengono giustamente conto delle scoperte scientifiche. Dal tardo Rinascimento in poi i fenomeni naturali cominciarono a essere esaminati secondo criteri più vicini al metodo scientifico. Tuttavia, nonostante Redi nel XVII secolo e Spallanzani nel XVIII avessero già osservato che nessuna forma di vita poteva sorgere spontaneamente, la teoria vitalista restò ancora in auge fin oltre metà ‘800. Secondo questa teoria forme di vita semplici, come microbi o insetti, potevano sorgere da materiale inorganico per azione di una misteriosa forza soprannaturale, detta vis vitalis. Fu solo con gli esperimenti molto convincenti di Pasteur nel 1864 che tale teoria fu definitivamente abbandonata in favore della teoria della biogenesi (vita da vita).

Verso l’inizio del XX secolo i fenomeni connessi con l’origine della vita cominciarono a essere affrontati per via sperimentale, partendo dall’ipotesi che la vita si sarebbe formata spontaneamente nel contesto della Terra primitiva grazie a una lunga serie di processi naturali (teoria dell’abiogenesi). Si deve notare che questa teoria differisce in modo sostanziale dalle due precedenti perché si riferisce esclusivamente all’origine della vita come fenomeno affermatosi sulla Terra primitiva. Altre spiegazioni, come ad esempio quelle fornite dalle religioni, che attribuiscono l’origine della vita a entità soprannaturali, non vengono qui prese in esame perché non basate su considerazioni di carattere scientifico.

Alcuni ricercatori hanno provato ad ottenere direttamente in laboratorio la sintesi, a partire da materiali chimici molto semplici, di composti organici complessi, in vista della “costruzione” di un piccolo organismo vivente. Partendo dai lavori iniziali di A. Oparin (1924) e poi di S. Miller e H. Urey (1953), essi hanno tentato di ricostruire teoricamente, e quindi di riprodurre in laboratorio, la composizione di un ambiente terrestre primordiale, e la relativa chimica disponibile, nel periodo di tempo che intercorse fra 4,6 miliardi (epoca di formazione della Terra) e 3,4 miliardi di anni fa (corrispondente all’età dei più antichi microfossili). Sebbene il quadro teorico delle condizioni iniziali del pianeta ed i modelli del suo sviluppo siano divenuti nel tempo, col procedere degli studi, sempre più coerenti ed attendibili, anche grazie ad un approccio multidisciplinare, sotto l’aspetto sperimentale non vi sono stati, per gli ultimi 50 anni, risultati qualitativamente diversi. Sono stati sintetizzati alcuni fra i costituenti degli acidi nucleici e delle proteine, ma la struttura di tali composti organici è ancor ben lontana da quella di un organismo vivente capace di replicarsi. Vi sono stati progressi nella comprensione dei possibili habitat dove la vita possa essersi sviluppata - non solo l’acqua marina, ma anche rocce, microgocce in sospensione ricoperte da opportune membrane protettive, sorgenti vulcaniche terrestri o sottomarine, o altro -, ma dei prodotti di sintesi finora ottenuti nessuno è di natura biologica.

Su questo argomento ecco come ha voluto esprimersi uno degli scopritori della doppia elica del DNA, Francis Crick: "Un uomo onesto, munito di tutte le conoscenze attuali, può solo affermare che per ora, in un certo senso, l’origine della vita appare quasi un miracolo, tante sono le condizioni che hanno dovuto essere soddisfatte perché si realizzasse." Si noti che Crick è personalmente lontano dal voler suggerire interventi “soprannaturali” diretti in merito all’origine della vita sulla Terra. Con serietà di ricercatore, sostiene soltanto che, di fronte agli enigmi non risolti, lo studioso della natura deve anche sapere coraggiosamente pronunciare il suo ignoramus. Questa prospettiva sottolinea la vastità delle sfide scientifiche ancora da affrontare, sia per comprendere la nostra origine che per la ricerca di vita su mondi lontani come Europa.

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