CELLULE PRIMORDIALI IN SORGENTI IDROTERMALI

La vita dal mare e non dal brodo primordiale

Una recente ricerca della Nasa ribalta le teorie finora elaborate: i primi organismi sulla Terra si sarebbero formati grazie all'interazione di alcune sostanze chimiche con l'acqua alcalina proveniente da camini idrotermali sul fondo degli antichi oceani. Brucato (dell'INAF - Osservatorio Astronomico di Arcetri) ha detto: confermato il ruolo che i minerali possono aver avuto nelle prime fasi della comparsa della vita.

Un camino idrotermale: questi ambienti hanno forse ospitato le prime forme di vita.

Un camino idrotermale: questi ambienti hanno forse ospitato le prime forme di vita.

Le prime cellule viventi si sarebbero formate nelle fredde profondità oceaniche, sui fondali marini. Niente brodo primordiale però, come teorizzato in passato, nessun effetto delle radiazioni, ma solo della semplice e tiepida acqua alcalina. È questo quanto sostiene un gruppo di ricercatori del  Jet Propulsion Laboratory e dell’Astrobiology Institute della NASA, che ha ridisegnato, in certo senso, la teoria sull’origine della vita sulla Terra. Più di 4 miliardi di anni fa i primi microrganismi unicellulari si sono trovati davanti un ambiente decisamente più umido e impervio rispetto a quello che conosciamo noi oggi, continuamente bombardato da radiazioni ultraviolette. All’improvviso tutto è cambiato ed è cominciata l’evoluzione: da batteri a muffe, da piccoli organismi ai dinosauri, fino ad arrivare all’essere umano, a noi.

Michael Russell e Laurie Barge, autori dello studio, hanno descritto come l’energia elettrica prodotta naturalmente dalle differenti temperature che si creano sul fondo degli oceani, grazie alle sorgenti idrotermali, potrebbe aver contribuito all’origine dei primi organismi sulla Terra appena nata. Russel lavora da anni a questa teoria e, secondo lui, le prime cellule si sarebbero formate sulle pareti di camini idrotermali sottomarini, da cui escono sorgenti di acqua alcalina ricca di sali minerali. Un’idea simile fu proposta per la prima volta nel 1980 da altri ricercatori, i quali studiarono alcuni condotti sul fondo dell’oceano a largo di Cabo San Lucas, in Messico. In inglese vennero chiamati “black smokers” (letteralmente fumarole nere), cioè sorgenti di getti d’acqua bollente e acida dense di solfuro di ferro e solfuro di nichel.

Le strutture dei camini idrotermali riprodotte  nell'Icy Worlds lab della NASA.

Le strutture dei camini idrotermali riprodotte nell’Icy Worlds lab della NASA.

Al contrario, 35 anni dopo, questo studio della NASA conferma ciò che Russell scrisse nel 1989: getti di acqua meno violenti, più freddi e alcalini hanno dato il via alla vita che oggi conosciamo. Mentre allora erano stati descritti come un ambiente acido, i ricercatori della Nasa vedono adesso un ambiente mite e ricco di sali, sul modello di un complesso imponente di camini idrotermali alcalini trovato per puro caso nel 2000 nell’Oceano Atlantico del nord e soprannominato “la città perduta”.

Camini idrotermali a Lost City.

Camini idrotermali a Lost City.

John Robert Brucato, astrobiologo dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Arcetri, ha detto a MEDIA Inaf che “i sistemi fisici che, grazie alla presenza di gradienti di energia libera, si trovano lontani dall’equilibrio subiscono trasformazioni verso strutture dinamiche macroscopiche ben organizzate. Queste strutture permettono di accelerare il tasso con cui l’energia è dissipata. Esempi di questo tipo sono comuni in natura ma in particolare ci sono quelli che attraverso flussi dissipativi permettono alla Terra di avere una geologia dinamica”.

httpvh://youtu.be/aK-cq74JzgY

Russell, nella sua ricerca pubblicata ad aprile sulla rivista Astrobiology, ha detto che “la vita è nata in un momento di leggero squilibrio sul nostro pianeta riportando, successivamente, l’equilibro”. Il team di ricercatori ha rilevato, infatti, che i camini idrotermali mantenevano inalterati una serie di squilibri chimici tra l’ambiente alcalino dei camini idrotermali e il resto degli oceani che erano carichi di acqua acida. Per la precisione questi squilibri erano due e avrebbero determinato, con i getti di aria calda, le condizioni chimiche per innescare le reazioni indispensabili alla comparsa della vita. Il primo è il gradiente protonico, per cui i protoni, che sono ioni di idrogeno, erano concentrati all’esterno delle fumarole, che sono state chiamate anche membrane minerali. Il gradiente protonico potrebbe essere stato sfruttato per produrre energia: il processo è simile a quello che si verifica in ogni organismo a livello delle strutture cellulari chiamate mitocondri. Il secondo squilibrio riscontrato dai ricercatori riguarda il gradiente elettrico tra i fluidi idrotermali e l’acqua dell’oceano circostante. Miliardi di anni fa le acqua oceaniche, che ricoprivano tutta la Terra, erano ricche di composti inorganici provenienti sempre da questi camini, come anidride carbonica, idrogeno, cianuro e vari solfati. Quando l’anidride carbonica dal mare e i combustibili provenienti dalle fumarole – cioè idrogeno e metano – si incontravano nelle pareti dei condotti, gli elettroni potrebbero essere stati trasferiti. Attraverso successive reazioni chimiche complesse potrebbero essere state create molecole più grandi e infine i composti organici.

Michael Russell e Laurie Barge del Jet Propulsion Laboratory della NASA. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Michael Russell e Laurie Barge del Jet Propulsion Laboratory della NASA. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Brucato ha aggiunto: “Mike Russell, 25 anni fa, è stato il fondatore della teoria che identifica i camini idrotermali alcalini, presenti nelle profondità oceaniche, come i luoghi nei quali la vita può aver avuto origine. In questi ambienti, sono presenti sitemi che si comportano come delle membrane ma di origine minerale. Ancora una volta, in questo lavoro viene posto l’accento sul ruolo che i minerali possono aver avuto nelle prime fasi della comparsa della vita, ovvero si sono comportati negli oceani, come un motore chimico che ha permesso di avere energia a disposizione per sintetizzare tutte le molecole biologiche necessarie a poter dare origine alla vita”.

I ricercatori sono convinti che alla luce della loro ipotesi sarebbe possibile spiegare l’origine della vita anche in altri pianeti. La Barge ha detto che la ricerca di Russell è cominciata negli anni ’90 e “nel corso degli anni le missioni della NASA hanno portato le prove della presenza di fondali marini su Europa e Encelado”, le lune di Giove e Saturno. “Negli anni abbiamo scoperto particolari sorprendenti sulla presenza, in passato, dell’acqua sul pianeta Marte e presto scopriremo particolari simili su pianeti rocciosi attorno a stelle lontane”. L’obiettivo dei ricercatori è testare la loro teoria sull’origine della vita nei laboratori della NASA, per poi portare gli stessi esperimenti nello spazio, all’interno del Sistema solare e oltre.