Avete presente il principio chimico del “simile scioglie simile”, secondo cui solo sostanze con proprietà simili possono dissolversi l’una nell’altra? Ebbene, secondo un nuovo studio condotto da un team di ricerca guidato dalla Chalmers University of Technology e dalla Nasa, tale regola potrebbe non valere ovunque, almeno non sull’enigmatica luna di Saturno, Titano. La ricerca, i cui risultati sono pubblicati sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, ha infatti dimostrato che, alle temperature gelide di Titano (circa -180 gradi Celsius), l’acido cianidrico, il metano e l’etano – molecole presenti in grandi quantità nell’atmosfera e sulla superficie di Titano – possono interagire in modi finora ritenuti impossibili per via della loro opposta polarità, formando nuove strutture chimiche stabili. La scoperta ha implicazioni significative per la comprensione della geologia di Titano e offre nuove intuizioni sulla chimica prebiotica e su come i componenti fondamentali della vita possano emergere in ambienti ostili.
Illustrazione artistica che mostra la luna di Saturno, Titano, e il suo ambiente ostile. Crediti: Nasa-Jpl-Space Science Institute
Titano, la più grande tra le lune di Saturno, è un corpo celeste di notevole interesse scientifico. Il motivo risiede nella sua somiglianza con la Terra primordiale, soprattutto per alcuni aspetti legati alla composizione atmosferica e alla geologia. La sua atmosfera, composta principalmente da azoto e metano, ricorda quella della giovane Terra. I suoi laghi, mari e fiumi – sebbene costituiti da metano ed etano e non da acqua – rappresentano l’unico esempio conosciuto di bacini liquidi in superficie nel Sistema solare oltre alla Terra. La stessa cosa vale per il suo ciclo meteorologico completo, con venti, nuvole e piogge. Tutte queste caratteristiche rendono Titano un laboratorio naturale ideale per studiare la chimica prebiotica e le reazioni chimiche simili a quelle che potrebbero aver favorito l’origine della vita sul nostro pianeta.
A questo proposito, una delle molecole più interessanti presenti nell’atmosfera del satellite naturale, prodotta da reazioni chimiche complesse innescate dalla luce solare e dalle radiazioni cosmiche, è l’acido cianidrico. La molecola è infatti un precursore chiave per la formazione di amminoacidi e nucleobasi, i mattoni fondamentali della vita, motivo per cui gli scienziati ipotizzano che possa giocare un ruolo cruciale anche nell’emergere della vita oltre la Terra. È proprio in questo contesto che si inserisce la ricerca in questione.
Al centro dello studio c’è il destino dell’acido cianidrico nell’atmosfera di Titano. La domanda a cui cercavano risposta gli scienziati era la seguente: una volta formato nell’atmosfera di Titano, l’acido cianidrico si deposita passivamente sulla superficie, oppure interagisce in qualche modo con l’ambiente circostante? Per rispondere al quesito, i ricercatori hanno ricreato in laboratorio le condizioni di Titano, mescolando l’acido con metano ed etano a -180 °C, temperature alle quali il primo è un cristallo, mentre i secondi sono liquidi. Utilizzando la spettroscopia laser – un metodo per esaminare materiali e molecole a livello atomico – hanno poi studiato la mistura, scoprendo che, sebbene le molecole fossero rimaste intatte, una qualche forma di interazione non meglio identificata era avvenuta.
Per comprendere di che interazione si trattasse, il team ha condotto simulazioni su larga scala, testando migliaia di configurazioni molecolari possibili tra i composti. I risultati delle indagini sono stati una sorpresa: l’unica configurazione che spiegava le interazioni tra le molecole era una nuova struttura stabile, chiamata co-cristallo, in cui il metano ed etano, idrocarburi apolari, erano penetrati nel reticolo cristallino dell’acido cianidrico. Si tratta di una scoperta che di fatto rappresenta un’eccezione alla consolidata regola chimica secondo cui “simile scioglie simile”. Le simulazioni indicavano che queste miscele insolite risultano stabili nelle condizioni presenti su Titano. Inoltre, gli spettri di luce simulati ottenuti coincidevano molto bene con quelli degli esperimenti di laboratorio, confermando la formazione dei co-cristalli.
«Questa inaspettata interazione potrebbe ridefinire la nostra comprensione della geologia di Titano e dei suoi paesaggi caratteristici, modellati da laghi, mari e dune di sabbia», spiega Martin Rahm, chimico alla Chalmers University of Technology e coautore dello studio. «L’acido cianidrico potrebbe giocare un ruolo decisivo nella formazione abiotica di alcuni mattoni fondamentali della vita, come gli amminoacidi e le basi azotate, essenziali per la costruzione del codice genetico. In questo senso, il nostro lavoro fornisce nuove prospettive sulla chimica che precede l’emergere della vita e su essa come potrebbe svilupparsi in ambienti estremi e inospitali»,
Nonostante la scoperta metta in discussione una regola consolidata della chimica, i ricercatori non ritengono che sia giunto il momento di riscrivere i libri di chimica. «I nostri risultati sono un esempio perfetto di come, spostando i confini della chimica, una regola universalmente accettata possa non applicarsi», dice a questo proposito Rahm.
Lo studio apre prospettive interessanti in vista della prossima missione Dragonfly della Nasa, che rappresenterà un passo decisivo per l’esplorazione di Titano. Con il lancio previsto per il 2028 e l’arrivo nel 2034, il veicolo spaziale – un quadricottero – studierà direttamente la chimica prebiotica della Luna e andrà a caccia di possibili segni di vita sulla sua superficie. Nel frattempo, gli scienziati continueranno a indagare la chimica dell’acido cianidrico, per capire se anche altre molecole non polari siano in grado di interagire con i suoi cristalli.
«L’acido cianidrico si trova in molte regioni dell’universo: nelle nubi di polvere, nelle atmosfere planetarie e nelle comete. I nostri risultati potrebbero aiutarci a capire la chimica di ambienti freddi e remoti e a scoprire se altre molecole non polari possono interagire con i suoi cristalli, con importanti implicazioni per la chimica prebiotica», conclude Rahm.
Per saperne di più:
- Leggi su Proceedings of the National Academy of Sciences l’articolo “Hydrogen cyanide and hydrocarbons mix on Titan” di Fernando Izquierdo-Ruiz, Morgan L. Cable , Robert Hodyss e Martin Rahm