L'avanzamento dei confini della scienza: Da Oparin, Haldane, Bernal a oggi

S Krishnaswamy | peoplesdemocracy.in
Traduzione per Resistenze.org a cura del Centro di Cultura e Documentazione Popolare

30/03/2025

Una delle argomentazioni a favore dell'esistenza di dio o di un potere divino è che la vita non sarebbe potuta sorgere naturalmente senza quel tocco. Mentre Oparin, Haldane e Bernal avevano sostenuto che le forme di vita organica possono nascere naturalmente, mancava la prova sperimentale che questo avvenisse effettivamente, anche se gli esperimenti di Urey-Miller del 1953 ci sono andati molto vicino. Un recente esperimento condotto da un gruppo di Stanford ha finalmente dimostrato che molecole complesse, simili a quelle che qualifichiamo sulla Terra come vita, possono nascere naturalmente.

Una volta dimostrato che le molecole complesse possono nascere naturalmente, la teoria dell'evoluzione si occupa del resto: da semplici forme di vita all'homo sapiens. O a noi. Vediamo quindi la storia di come la vita possa nascere naturalmente: dal complesso brodo chimico dell'atmosfera primordiale alle molecole organiche complesse.

Negli anni Venti Alexander Oparin, un biochimico dell'Unione Sovietica, propose che le reazioni chimiche naturali potessero essere all'origine della vita. La sua proposta era che nel "brodo primordiale" della Terra prebiotica, i mattoni della vita, o molecole organiche complesse, avrebbero potuto formarsi spontaneamente nell'atmosfera di metano, ammoniaca e vapore acqueo. Queste molecole potrebbero essersi riunite in microscopiche goccioline gelatinose, che Oparin chiama "coacervati". Questi avrebbero poi assorbito i nutrienti e si sarebbero riprodotti.

Nel 1929, Haldane, scienziato britannico e membro del Partito Comunista, postulò indipendentemente che la vita fosse nata da semplici molecole organiche che, in presenza di luce ultravioletta, divennero sempre più complesse, formando infine quelle che possono essere descritte come cellule viventi. Entrambi dimostrarono che non esistevano differenze fondamentali tra composti organici e inorganici, se non la loro complessità.

Più tardi, nel 1949, il fisico e marxista britannico JD Bernal propose che le zone di marea, ricche di minerali argillosi, potevano essere luoghi di formazione di tali sostanze chimiche organiche. Egli propose che le argille potevano assorbire le molecole organiche, riunendo grandi quantità di queste sostanze chimiche e facilitando la loro disposizione in intricati polimeri come le proteine e gli acidi nucleici. Egli contribuì a rispondere a una questione importante: come i precursori della vita biologica, che sarebbero stati altamente diluiti negli enormi oceani e fiumi, avrebbero potuto accumularsi per creare qualcosa di più strutturato.

Nel 1953, Stanley Miller, giovane dottorando di Harold Urey, dimostrò sperimentalmente quanto sostenuto da Oparin e Haldane. Miller-Urey aggiunse acqua, metano, ammoniaca e idrogeno a un contenitore sigillato. Poi, il sistema venne sottoposto a scariche elettriche per simulare un fulmine. Dal brodo risultante, Miller riconobbe i mattoni essenziali delle proteine, come gli aminoacidi glicina, alanina e acido aspartico. Gli esperimenti di Miller-Urey dimostrarono che i fulmini negli oceani, interagendo con l'allora primitiva atmosfera di metano, ammoniaca e idrogeno, potevano produrre i mattoni della vita.

Tuttavia, c'è un problema. I fulmini sono troppo infrequenti e l'oceano è troppo grande perché questa sia una causa realistica dell'inizio della vita. Recentemente, i ricercatori dell'Università di Stanford negli Stati Uniti hanno scoperto un altro modo per formare i mattoni chimici della vita e un modo più probabile per farlo. Il professor Richard Zare e tre studiosi post-dottorato hanno dimostrato che i micro-lampo tra goccioline di carica opposta in un'atmosfera primordiale, un evento molto più frequente, potrebbero produrre gli stessi elementi costitutivi della vita.

Il gruppo di Stanford ha condotto un esperimento per catturare questi "micro-lampi" in un brodo primordiale utilizzando telecamere ad alta velocità. Anche se i piccoli lampi di micro-luce sono difficili da vedere, trasportano comunque molta energia. I ricercatori di Stanford hanno scoperto che i legami carbonio-azoto, importanti costituenti dei mattoni chimici delle proteine e del DNA, si sono formati grazie a queste microscariche elettriche. Il loro laboratorio ha prodotto uracile, un componente essenziale dell'acido ribo-nucleico (RNA), cianuro di idrogeno e glicina, l'amminoacido più elementare. Le proteine sono lunghi polimeri di aminoacidi.

Questa scoperta ha fornito un'alternativa all'idea che siano stati i fulmini a guidare la chimica prebiotica. I microfulmini sarebbero stati pervasivi nelle regioni costiere e nei fiumi, dove si sarebbero potute accumulare molecole organiche. A differenza dei fulmini su grandi superfici oceaniche, questi micro fulmini negli spruzzi d'acqua potrebbero aver causato reazioni chimiche sulla Terra primitiva.

L'esperimento di Miller-Urey fu all'epoca innovativo. Date le circostanze appropriate, le molecole organiche necessarie per la vita potevano nascere naturalmente. Studi successivi, tuttavia, dimostrarono che il modello atmosferico di metano e ammoniaca utilizzato presentava delle lacune. Secondo i geologi di allora, l'atmosfera terrestre primordiale era composta prevalentemente da anidride carbonica e azoto. Questo avrebbe rallentato l'efficienza della formazione degli amminoacidi.

Nel 1983, Miller ripeté l'esperimento nell'atmosfera modificata. Creò una soluzione incolore che conteneva pochissimi aminoacidi. Tuttavia, all'inizio degli anni 2000, Jeffrey Bada, uno studente di Miller, ha rivisitato l'esperimento originale con una miscela di gas più realistica e l'aggiunta di minerali vulcanici. Il suo processo produceva ora una grande quantità di aminoacidi. Dopo la morte di Miller, nel 2007, Bada ereditò la ricerca e i campioni di Miller, ma utilizzando tecniche più avanzate, estremamente più sensibili di quelle disponibili a Miller, trovò non 6 ma 14 aminoacidi. In seguito, Bada ha utilizzato un flusso d'aria maggiore nei suoi esperimenti e ha trovato 22 aminoacidi. Successivamente, aggiunse l'idrogeno solforato, presente nei gas vulcanici, e trovò la presenza di aminoacidi contenenti zolfo, utilizzati nella sintesi proteica.

Restava ancora da capire come queste molecole organiche si fossero evolute dalla semplice chimica alla biologia autoreplicante. Gli studi di Miller, Bada e Zare dimostrano come i componenti della vita possano nascere spontaneamente. Tuttavia, non è ancora chiaro come queste molecole si siano organizzate con precisione in cellule funzionali. È stato proposto che le bocche idrotermali di profondità possano aver fornito energia e superfici minerali su cui assemblare le molecole. Un'altra possibilità è l'ipotesi dell'argilla di Bernal, secondo la quale le superfici minerali potrebbero aver fornito i modelli per la formazione stabilizzata delle strutture molecolari.

Indipendentemente dal percorso preciso, i risultati dimostrano che l'emergere della vita è stato un lento processo spinto dalle forze della chimica e della fisica piuttosto che da un singolo evento di creazione o dal coinvolgimento di esseri mitici. È possibile che bocche profonde, eruzioni vulcaniche, maree e microfulmini abbiano contribuito alla formazione e alla prima evoluzione della vita biologica.

Il nostro pianeta si è formato da polvere di stelle 4,6 miliardi di anni fa. Le tracce isotopiche nelle rocce antiche provenienti dalle comete hanno dimostrato che la chimica basata sul carbonio, che è il precursore della vita, era probabile 4 miliardi di anni fa. Le cellule fossilizzate incastonate nelle rocce terrestri testimoniano la comparsa della vita biologica circa 3,5 miliardi di anni fa. Grazie a Oparin, Haldane, Bernal, Urey, Miller, Bada e ora Zare, sappiamo che le unità chimiche della vita biologica possono nascere dalle forze della fisica e della chimica sulla Terra.

Queste scoperte ci aiutano anche a pensare oltre la Terra. Gli elementi costitutivi della vita potrebbero quindi nascere in altri mondi con ambienti e forze simili. La vita, probabilmente non identica a quella terrestre, potrebbe formarsi in condizioni simili alla Terra attraverso processi relativamente semplici. Questa idea potrebbe ora orientare la ricerca scientifica mondiale di vita extraterrestre, con missioni mirate a pianeti con acqua, fonti di energia e chimica organica. Tali pianeti sono Marte, la luna di Giove Europa e la luna di Saturno Encelado, tutti dotati di acqua, fonti di energia e quindi in grado di sviluppare la chimica organica e gli ingredienti chiave per la vita come la conosciamo.

Più capiamo, più ci rendiamo conto che la nascita della vita non ha richiesto il concetto di divinità, magia, creatori mitici o progettazione intelligente. Sono bastate la chimica, la persistenza e l'inesorabile spinta della natura a organizzare le molecole e a trasformarle da sistemi semplici in sistemi complessi.

Oggi esiste l'eccitante possibilità che l'universo sia pieno di mondi in cui le scintille stanno ancora volando, dando forma ai primi passi verso la biologia. Oppure la vita si è già evoluta in forme di vita complesse. La vita è il risultato inevitabile delle leggi della fisica e della chimica. Invece di un singolo, spettacolare evento di creazione, la vita sulla Terra è il risultato di una storia di miliardi di anni di serendipità cosmica, combinata con l'universalità della fisica e della chimica e con la robustezza dell'organizzazione molecolare.