All’interno dei sistemi biologici esistono minuscole strutture sferiche, circondate da membrana e in grado di auto-assemblarsi, che svolgono svariate funzioni fondamentali. Trasporto di molecole all’interno delle cellule, secrezione all’esterno e comunicazione tra compartimenti intracellulari sono alcune di queste. Gli scienziati ritengono che sulla Terra primordiale queste sacche abbiano svolto un ruolo cruciale nell’emergere della vita, fungendo da precursori delle protocellule, ossia di quelle strutture prebiotiche che, nel corso di miliardi di anni, avrebbero portato alla comparsa delle prime cellule viventi. Vescicole: è così che le chiamano gli addetti ai lavori.
Illustrazione artistica che mostra l’ipotetico ambiente di Titano, con laghi di idrocarburi e piogge di metano. Crediti: Jenny McElligott/emits
Partendo da questa premessa, due astrobiologi, Christian Mayer dell’University of Duisburg-Essen e Conor Nixon del Nasa Goddard, si sono interrogati sulla possibilità che i mari e i laghi di idrocarburi presenti sulla superficie di Titano – la più grande delle lune di Saturno – possano offrire un ambiente favorevole alla formazione di queste strutture. La risposta al quesito, riportata dai ricercatori in un articolo pubblicato la settimana scorsa sulla rivista The International Journal of Astrobiology, è affermativa: un meccanismo analogo a quello che consente la formazione delle vescicole sulla Terra potrebbe verificarsi anche su Titano, si legge nella pubblicazione. Tali vescicole potrebbero anche evolvere, dando origine a protocellule primitive.
Titano, la più grande luna di Saturno, è l’unico mondo oltre la Terra a possedere stabilmente mari e laghi in superficie. Non si tratta tuttavia di bacini pieni d’acqua, ma di idrocarburi liquidi, principalmente metano ed etano. Grazie anche alla presenza di una spessa atmosfera, queste vaste distese di liquido sono coinvolte in un ciclo di evaporazione, formazione di nubi e precipitazioni analogo al ciclo idrogeologico terrestre. Ciò rende la luna un laboratorio ideale per studiare i processi biologici che potrebbero aver portato all’origine della vita sulla Terra primordiale. Tra questi processi, un ruolo centrale si ritiene l’abbia giocato proprio la vescicolazione.
Rappresentazione del ciclo meteorologico di Titano. Crediti: Nasa/Esa
Le vescicole sono minuscole strutture formate da una membrana fatta di molecole simili a quelle che compongono le cellule. La loro formazione, ritenuta un passaggio chiave nella produzione dei precursori delle cellule viventi, le cosiddette protocellule, richiede sia la presenza di acqua liquida che di particolari molecole lineari chiamate molecole anfipatiche. Si tratta di composti chimici che presentano due parti: un’estremità idrofoba (chiamata anche coda), che “teme” l’acqua, e un’estremità idrofila (chiamata testa), che invece “ama” l’acqua. Quando immerse in un liquido polare, queste molecole si organizzano spontaneamente in strutture sferiche monostrato simili a bolle di sapone, in cui la testa idrofila delle molecole è rivolta verso l’esterno della vescicola, dunque a contatto con il solvente, mentre la coda idrofoba è rivolta verso l’interno, schermata dal liquido circostante.
In determinate condizioni, tuttavia, le molecole anfipatiche possono formare anche vescicole a doppio strato. In questo caso, le code idrofobe si orientano una contro l’altra, formando una barriera che impedisce il passaggio di molecole polari, mentre le teste idrofile sono rivolte verso l’esterno e l’interno della vescicola, a contatto con l’ambiente acquoso.
Considerando che su Titano sono presenti laghi e mari di idrocarburi coinvolti in un ciclo meteorologico simile a quello terrestre, e che – come rilevato dalla missione Cassini – vi si trovano anche molecole anfipatiche capaci di auto-aggregarsi, gli autori si sono domandati se sulla luna la formazione di queste strutture sia possibile. E, soprattutto, se possano portare allo sviluppo di cellule primitive.
Nello studio, i ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione su una particolare classe di molecole scoperte su Titano dalla missione Cassini: i nitrili organici. Si tratta di molecole che si formano inizialmente nell’atmosfera della luna, per poi finire nei laghi trasportate dalla pioggia di idrocarburi. Secondo quanto riportato dagli autori nella pubblicazione, il loro accumulo potrebbe comportare la formazione di vescicole stabili e auto-rigeneranti.
Il meccanismo ipotizzato, che vedete illustrato nell’infografica qui in basso, è il seguente. Durante le piogge di metano su Titano, l’impatto delle gocce sui laghi provoca spruzzi locali, generando grandi quantità di piccole gocce di aerosol attorno alle quali le molecole anfipatiche producono delle vescicole monostrato. Una volta ricadute sulla superficie, queste vescicole interagiscono con le molecole anfipatiche presenti nel lago, dando origine a vescicole a doppio strato capaci di racchiudere il contenuto iniziale. In ambienti con gradienti chimici, condizioni topografiche e dinamiche di mescolamento diverse, queste vescicole potrebbero competere tra loro, spiegano i ricercatori, innescando un processo evolutivo a lungo termine che potrebbe originare protocellule primitive.
Rappresentazione artistica del meccanismo proposto per la formazione delle vescicole su Titano. I laghi e i mari di metano presenti sulla superficie di Titano sono ricoperti di un sottile film di molecole anfipatiche (1). Le gocce di pioggia di metano che colpiscono la superficie del lago (2) generano gocce di aerosol rivestite dal monostrato di molecole (3). Una volta che le gocce ricadono nel lago si forma una vescicola con un doppio strato (4). Crediti: Christian Mayer (Universität Duisburg-Essen) and Conor Nixon (Nasa Goddard)
Lo studio descrive anche gli esperimenti di laboratorio per replicare il processo di formazione, nonché gli strumenti da impiegare nelle future missioni spaziali su Titano per rilevare le strutture. In quest’ultimo caso, la proposta dei ricercatori è l’utilizzo di un dispositivo laser combinato a uno strumento in grado di fare spettroscopia Raman. Il primo strumento, analizzando la distribuzione granulometrica e le proprietà di sedimentazione, permetterebbe di distinguere le vescicole da eventuali granelli di altro materiale. Il secondo, invece, permetterebbe un rilevamento estremamente sensibile delle molecole anfipatiche che formano le membrane delle vescicole, anche a basse concentrazioni.
La scoperta dell’esistenza di vescicole su Titano rappresenterebbe una svolta, concludono i ricercatori. Dimostrerebbe che sulla luna sono stati fatti primi passi verso l’ordine e la complessità chimica necessari per l’emergere della vita. Un rivelatore che utilizzi un dispositivo laser combinato con la spettroscopia Raman non solo permetterebbe l’identificazione di queste strutture e del loro meccanismo di formazione, ma consentirebbe anche di affrontare una moltitudine di altri quesiti, come quelli riguardanti, ad esempio, altre possibili molecole organiche presenti in fase liquida.
Per saperne di più:
- Leggi su The International Journal of Astrobiology l’articolo “A proposed mechanism for the formation of protocell-like structures on Titan” di Christian Mayer e Conor A. Nixon