Dobbiamo ringraziare la polvere cosmica per la vita sulla Terra?

Prima che la vita esistesse sulla Terra, era necessaria la chimica, che formava organi a partire dagli elementi chimici azoto, zolfo, carbonio e fosforo. Affinché le reazioni chimiche corrispondenti possano essere avviate e mantenute, questi elementi devono essere presenti in abbondanza e in quantità costante. Sulla Terra, tuttavia, questi elementi scarseggiavano e scarseggiano tuttora.

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 zolfo, fosforo, azoto e carbonio nelle quantità necessarie? Il borsista di Nomis Craig Walton 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. Potrebbero quindi mettere in moto una cascata chimica.

Tuttavia, il fatto che la polvere sia ampiamente dispersa e localmente presente in quantità molto ridotte depone contro 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 dovrebbe chiarire la questione

Per scoprire 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 dato per simulare la quantità di polvere cosmica caduta sulla Terra nei primi 500 milioni di anni della storia della Terra e dove si sarebbe potuta accumulare 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 i picchi occasionali 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 per milioni di anni da un oceano di magma, che avrebbe impedito il trasporto e la deposizione di polvere cosmica per molto tempo. "Tuttavia, ricerche più recenti hanno trovato prove del fatto 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 accumulati non solo i sedimenti ma anche i 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, le reazioni chimiche sono iniziate da sole, portando alla formazione degli organi all'origine della vita.

? molto probabile che i processi chimici si mettano in moto anche a temperature gelide, come quelle prevalenti nei buchi di fusione: "Il freddo non danneggia la chimica organica, anzi, le reazioni avvengono in modo più selettivo e specifico 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 tali 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. Già allora, i ricercatori trovarono grandi quantità di 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. Il luogo in cui colpisce è casuale e non sono garantiti ulteriori rifornimenti. "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 prossimo passo sarà quello di verificare sperimentalmente la sua teoria. In laboratorio, utilizzerà grandi recipienti di reazione per ricreare le condizioni che potrebbero aver prevalso nei buchi di fusione primordiali, imposterà le condizioni iniziali come probabilmente esistevano in un buco di crioconite quattro miliardi di anni fa - e poi aspetterà di vedere se si sviluppano reazioni chimiche che producono molecole biologicamente rilevanti.

pagina esternaCraig Walton è stato al Centro per l'origine e la prevalenza della vita (COPL)) presso l'ETH di Zurigo. Lavora nel gruppo di Maria Sch?nb?chler, professoressa presso l'Istituto di geochimica e petrologia del Dipartimento di scienze terrestri dell'ETH.