La questione dell’origine della vita ha impegnato le menti degli umani da quando hanno contemplato per la prima volta il nostro posto sulla Terra e nell’Universo. L’argomento suscita spesso emozioni, in primo luogo perché coinvolge noi stessi, e in secondo luogo perché i biochimici non hanno ancora un resoconto completo dei passi specifici che hanno portato alla vita sul nostro pianeta.
Un’idea non scientifica Molte persone sono state educate ad accettare indiscutibilmente alcuni principi, uno dei quali è che la vita ha avuto origine per mezzo di un Dio o di divinità. L’idea teologica o filosofica che la vita sia il risultato di un tale processo soprannaturale è una credenza. Certo, potrebbe essere una credenza perfettamente buona, ma rimane solo una credenza, perché nessuna informazione inequivocabile, accettabile in un laboratorio scientifico o in un tribunale, conferma la creazione della vita da un essere o da esseri soprannaturali. Gli scienziati non hanno alcun dato chiaro che supporti l’idea che qualcuno o qualcosa abbia depositato la vita sul pianeta Terra molto tempo fa. Inoltre, non abbiamo alcun modo conosciuto per testare sperimentalmente l’idea che l’intervento divino abbia creato la vita.
La scienza è agnostica quando si tratta di Dio – non atea, come alcune persone preferiscono leggere questa parola carica di errori – solo agnostica. A parte i sentimenti personali o le persuasioni culturali, la maggior parte degli scienziati professionisti non sa cosa fare di un Dio o degli dei. Semplicemente non abbiamo dati affidabili su cui basare un giudizio.
La convinzione che la vita sia sorta improvvisamente per mezzo di qualche processo vitalistico è fuori dal regno della scienza moderna. Il metodo scientifico odierno, che è un mezzo di indagine basato sulla logica ragionata sostenuta da prove sperimentali e osservative, non può essere utilizzato per studiare idee soprannaturali per l’origine della vita. Di conseguenza, tali idee, indimostrabili anche in linea di principio, sembrano destinate a rimanere credenze per sempre, quindi oltre l’oggetto della scienza.
Tre proposte scientifiche Diverse teorie alternative per l’origine della vita non richiedono l’aiuto di esseri soprannaturali. Ognuna di queste teorie si basa su principi naturali e ognuna può essere testata sperimentalmente. Queste teorie sono quindi basate sulla scienza piuttosto che sulla teologia, e solo una di esse è finora sopravvissuta alla prova del tempo, della critica e del dibattito.
In primo luogo, la vita potrebbe aver avuto origine sulla Terra per mezzo della panspermia, che significa “germi ovunque”. Questa idea, chiamata anche esogenesi, sostiene che organismi viventi microscopici sono arrivati sul nostro pianeta dallo spazio esterno. Un asteroide o una cometa, forse contenente cellule primitive o semplici batteri, potrebbe essere caduto sulla Terra in qualche momento del passato, dopo di che si sono evoluti nel corso di miliardi di anni nelle forme di vita più avanzate ora diffuse sul nostro pianeta. Detto questo, non è mai stato dimostrato che i meteoriti – i detriti atterrati di asteroidi e comete – ospitino vita in buona fede.
Il principio di base della panspermia è che la vita primitiva, che ha avuto origine da qualche altra parte, è stata depositata sulla superficie della Terra per mezzo di una collisione con qualche altro oggetto che già ospitava vita. Tuttavia, la maggior parte degli scienziati spaziali sostiene che la vita semplice non protetta non sopravviverebbe probabilmente al duro ambiente dello spazio esterno o al tuffo infuocato nella nostra atmosfera. Le radiazioni ad alta energia e le particelle ad alta velocità nello spazio interplanetario e interstellare, così come l’attrito violento e il calore intenso durante il movimento attraverso l’aria, distruggerebbero quasi sicuramente qualsiasi forma di vita a cavallo del dorso di piccoli corpi celesti. D’altra parte, spore microscopiche potrebbero sopravvivere a tali condizioni aliene, a condizione che siano profondamente incorporate nelle rocce in arrivo. Se i biologi hanno imparato qualcosa di nuovo sulla vita di recente, è che la vita è molto resistente e spesso capace di sopravvivere in ambienti estremi.
(Le versioni stravaganti dell’idea della panspermia abbondano, forse la più strana di esse è che la vita sulla Terra è nata dalla spazzatura scaricata qui eoni fa da viaggiatori extraterrestri! Allo stesso modo, gli extraterrestri potrebbero aver seminato deliberatamente il nostro pianeta, anche solo per zelo missionario. Queste e altre varianti bizzarre della teoria della panspermia hanno alimentato gli scrittori di fantascienza per decenni, ma gli scienziati che lavorano si accontentano di considerarle come vere e proprie “teorie della spazzatura”)
Un aspetto correlato della panspermia è diventato recentemente popolare – alcuni la chiamano “panspermia debole” – per cui solo gli ingredienti della vita, ma non la vita stessa, vengono consegnati alla Terra dallo spazio. Con l’ondata di scoperte di molecole organiche nello spazio interstellare durante gli ultimi decenni, come notato nel precedente STELLAR EPOCH, alcuni ricercatori hanno proposto che non necessariamente la vita stessa, ma i prodotti chimici di base necessari per la vita, potrebbero essere arrivati sulla Terra incorporati in comete o asteroidi. Queste molecole potrebbero aver agito come semi che hanno gradualmente generato la vita con mezzi chimici naturali-endogenesi, come spiegato di seguito. È vero che alcuni meteoriti, in particolare le condriti carbonacee note per contenere molto carbonio e per derivare dagli antichi asteroidi, ospitano una serie di sostanze chimiche tra cui i mattoni della vita che apparentemente sono sopravvissuti al viaggio di gioia attraverso l’atmosfera terrestre.
Il meteorite Murchison, caduto vicino a Murchison, Australia, nel 1969, è il principale esempio di questo tipo di bolide contenente materie prime capaci di dare il via alla vita sulla Terra diversi miliardi di anni fa. Altri meteoriti hanno dimostrato di contenere globuli organici simili a quelli prodotti nelle simulazioni di laboratorio sull’origine della vita descritte più avanti in questo EPOCH CHIMICO, il più recente dei quali è atterrato nel Territorio dello Yukon in Canada pochi giorni dopo il nuovo millennio. Inoltre, elementi organici semplici sono stati chiaramente rilevati in alcune comete ben studiate, come Halley, Hale-Bopp e Hyakutake, che hanno recentemente abbellito i nostri cieli mentre visitavano il sistema solare interno. Come minimo, queste scoperte mostrano che tali molecole necessarie per la vita possono plausibilmente formarsi in un ambiente interplanetario o interstellare, e che potrebbero aver raggiunto indenni la superficie terrestre dopo la loro discesa infuocata.
D’altra parte, molti biochimici sostengono che i prodotti chimici organici potrebbero essersi formati altrettanto facilmente (e forse di più) indigenamente sulla Terra, senza guardare allo spazio esterno per le risposte ai puzzle terrestri. Anche se la nozione di panspermia un giorno diventasse un’idea più promettente per l’origine della vita sulla Terra, non si qualifica come una teoria valida per l’origine della vita stessa. La “panspermia forte” (per cui la vita intatta cade sulla Terra come manna dal cielo) semplicemente rinvia la questione dell’origine della vita, trasferendola a qualche altro luogo sconosciuto nell’Universo.
Un’altra teoria sull’origine della vita, che affronta direttamente l’origine ultima della vita stessa, si chiama generazione spontanea. Qui, si pensa che la vita sia emersa piuttosto improvvisamente e completamente sviluppata da particolari disposizioni di non-vita. Questa idea era popolare fino a un secolo fa, ma solo perché le persone erano fuorviate dai loro sensi. Per esempio, piccoli vermi appaiono spesso sulla spazzatura in decomposizione e i topi a volte sembrano contorcersi spontaneamente dalla biancheria sporca. Questi fenomeni erano una volta rivendicati come prova della generazione spontanea di nuova vita dai resti decomposti della vecchia vita. Tuttavia, sebbene le osservazioni fossero corrette, le interpretazioni di tali osservazioni non lo erano. Appena un secolo fa, la maggior parte dei naturalisti non si rendeva conto che le mosche depongono spesso le uova sulla spazzatura, dopo di che le uova si schiudono per diventare vermi. Allo stesso modo, i topi non nascono nelle lenzuola sporche, anche se può essere effettivamente dove gli piace nascondersi.
La teoria della generazione spontanea è stata dimostrata errata quando gli scienziati hanno iniziato a monitorare attentamente gli esperimenti di laboratorio. Il chimico francese del XIX secolo Louis Pasteur, in particolare, fu uno dei primi ricercatori a condurre esperimenti in condizioni sterilizzate. Utilizzando attrezzature appositamente progettate, fu in grado di dimostrare che qualsiasi pacchetto d’aria contiene microrganismi tra gli altri contaminanti invisibili. Senza precauzioni speciali e un’attenta ispezione, la materia vivente entra spesso in contatto con la materia non vivente, dando l’illusione che la vita nasca improvvisamente in luoghi dove prima non c’era. Tuttavia, riscaldando l’aria e distruggendo così i microrganismi, Pasteur confutò completamente l’idea della generazione spontanea della vita. Una volta sterilizzata e isolata, l’aria rimane priva di vita, anche microscopica, indefinitamente.
Una terza teoria sull’origine della vita è nota come evoluzione chimica. In questa idea, i cambiamenti pre-biologici trasformano lentamente atomi e molecole semplici nelle sostanze chimiche più complesse necessarie per produrre la vita. Favorita dalla maggior parte degli scienziati di oggi, la premessa centrale dell’evoluzione chimica stabilisce che la vita è sorta naturalmente dalla non vita. In questo senso, le teorie dell’evoluzione chimica e della generazione spontanea sono simili, ma i tempi differiscono. L’evoluzione chimica non avviene improvvisamente, ma procede più gradualmente, costruendo alla fine strutture complesse da quelle più semplici. Questa teoria moderna suggerisce quindi che la vita ha avuto origine sulla Terra attraverso un’evoluzione piuttosto lenta della materia non vivente. Quanto lentamente e quando precisamente non siamo sicuri.
Stime dell’arco di tempo in cui l’evoluzione chimica è avvenuta possono essere dedotte dallo studio dei fossili, i resti induriti di organismi morti i cui contorni scheletrici o caratteristiche ossee sono conservati in rocce antiche. Per esempio, la figura 5.2 mostra come le rocce sedimentarie, se ingrandite molte volte, forniscono chiare prove delle impronte fossili di antiche cellule individuali – la più semplice forma di vita conosciuta. I test radioattivi dimostrano che l’età della roccia è tipicamente di 2-4 miliardi di anni. Questo è considerato il periodo di tempo in cui i fossili sono stati sepolti, presumibilmente essendo stati intrappolati nella roccia mentre si solidificava, rendendoli così alcuni dei più antichi fossili mai trovati.
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FIGURA 5.2 – La fotografia a sinistra, presa al microscopio, mostra cellule fossili trovate in una roccia canadese datata radioattivamente a circa 3 miliardi di anni. I resti di questi organismi primitivi mostrano sfere concentriche con membrane semipermeabili e piccoli sferoidi attaccati. L’immagine a destra mostra una vista ingrandita di una di queste antiche cellule più chiaramente. La parete interna del fossile è ~10-3 cm (o 10 micron) di diametro. (E. Barghoorn) |
Sapendo che la Terra ha avuto origine ~4,5 miliardi di anni fa e che le rocce più antiche si sono cristallizzate dal loro stato fuso iniziale ~4 miliardi di anni fa, concludiamo che la vita ha probabilmente avuto origine circa un miliardo di anni dopo la formazione della Terra e <0,5 miliardi di anni dopo che la crosta terrestre si è raffreddata abbastanza per sostenere la vita. Poiché fossili ancora più antichi, non ancora scoperti, probabilmente giacciono sepolti da qualche parte nelle rocce della Terra, supponiamo che le forme più primitive di vita possano aver impiegato poco più di qualche centinaio di milioni di anni per evolversi chimicamente dalla non-vita. Concepibilmente, potrebbero aver impiegato anche meno tempo, anche solo millenni o secoli. Gli indizi della storia e del tempo dell’origine della vita sono probabilmente scritti non solo nelle loro antiche strutture (fossili) ma anche all’interno delle cellule e delle molecole (geni) degli organismi di oggi.