Quale vita biologica?

La vita biologica, come noi la intendiamo, cioè basata sul Carbonio (C), è unica oppure possono esistere altre forme altrettanto stabili basate su altri elementi?

Vita biologica: la pluriennale ricerca sull’esistenza della vita nello spazio esterno alla Terra finora non ha portato risultati certi. Tutto ciò che sappiamo è basato su reperti archeologici, tra l’altro molto discussi, avvistamenti, polemizzati anche quelli. Solo pochi, la minoranza silente, sta portando avanti studi che riguardano la cosiddetta astrobiologia. Questa disciplina studia la possibilità di esistenza di una forma di vita basata su elementi che siano in grado di sostenere stabilmente delle macromolecole complesse. Tali strutture dovranno permettere la formazione di altri organismi capaci di assumere dei comportamenti tali da poterli considerare come indicatori di vita biologica.

Già nella famosa serie televisiva fantascientifiche, Star Trek, il cui elemento caratterizzante è l’esplorazione scientifica di altri mondi si è parlato di nuove possibilità biologiche. Il fascino ed il successo di questa serie di fiction si possono nella ormai famosissima frase: “… alla ricerca di nuove forme di vita e di nuove civiltà, fino ad arrivare dove nessun uomo è mai giunto prima”.

In uno di questi film si è parlato di una creatura la cui biologia (quindi la sua vita) era basata sul silicio (Si) (la maggiore componente della sabbia). In tal modo, gli autori hanno voluto suggerire la possibilità di considerare altre forme biologiche diverse dalla nostra.

La scelta del silicio non è una opzione avventata, ma una delle più probabili e la scienza ce lo dice.

Ricordiamo che il nostro Universo si basa su leggi rigorose e universali, cioè valide in ogni punto del suo spazio a parità di condizioni fisico-chimiche. In altre parole, nelle stesse condizioni, un fenomeno si ripeterà sempre con le stesse modalità in ogni luogo.

Vita biologica: carbonio o silicio?

Carbonio – Il carbonio è la base della vita così come la conosciamo noi. Esso è in grado di formare lunghe molecole che permettono di originare strutture biologiche complesse. Ma perché il carbonio è così importante per la nostra vita? Diamo un’occhiata alla Tavola Periodica degli Elementi (di Mendeleev) dove il carbonio ha una posizione importante (Secondo Periodo – IV Gruppo A). Tale collocazione gli attribuisce particolari ed uniche proprietà.

L’elettronegatività è una proprietà chimica che descrive la tendenza di un atomo ad attrarre verso di sé elettroni condivisi. Il carbonio ha quella specifica elettronegatività che permette la formazione di speciali legami (legami covalenti) con altri elementi come Idrogeno (H), Ossigeno (O) e Azoto (N). Questi legami con altri atomi sono molto stabili e generano lunghe catene di elementi. Riesce inoltre a formare legami molto stabili con altri atomi della stessa specie, permettendogli di dare origine a molecole costituite da lunghe e flessibili catene.

È così che questo elemento è in grado di dare origine ad una enorme varietà di molecole complesse. Basta pensare che due isomeri (molecole costituite dallo stesso numero e dallo stesso tipo di atomi – stessa formula chimica) possono avere delle proprietà completamente diverse in base a come questi atomi sono legati tra loro.

Silicio – Se osserviamo ancora la tabella periodica degli elementi, notiamo che al di sotto del carbonio (C) c’è il simbolo (Si) che rappresenta il silicio. Anche lui ha proprietà simili a quelle descritte per il carbonio. Tuttavia c’è da considerare il fatto che esistono delle differenze tali che la vita biologica abbia maggiori difficoltà a stabilizzarsi.

Ad esempio, le molecole formate da silicio e Idrogeno sono solubili in acqua, perciò un’eventuale forma di vita basata su questo elemento (Si) dovrebbe impiegare un solvente diverso dall’acqua per realizzare tutte le reazioni biochimiche necessarie al mantenimento della vita.

Dal carbonio alla vita biologica

La propensione del carbonio a formare lunghe catene di legami è stata la carta vincente per la nascita delle prime molecole complesse, a ragione chiamate precursori della vita: gli amminoacidi e le proteine.

Dal punto di vista biologico, le proteine sono molecole complesse costituite dagli aminoacidi, che contengono idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto e che rappresentano i mattoni alla base di quella straordinaria struttura nella quale si sviluppa ed esiste la nostra vita.

Naturalmente, alla vita servono anche altri elementi, come lo zolfo – che serve a produrre energia per le molecole principali. Gli amminoacidi poi possono raggrupparsi a formare serie lunghissime di macromolecole con geometrie complesse e intricate: queste sono le proteine, molecole un gradino più in alto verso la vita vera e propria.

Altri elementi alla base della vita?

Tutte le forme di vita presenti sulla Terra sono formate da molecole la cui struttura portante è sempre costituita da atomi di carbonio. Ma nell’ambito dell’esobiologia, la scienza che studia come si sia evoluta la vita sul nostro pianeta e come potrebbe svilupparsi in altri luoghi dell’universo, sono state ipotizzate forme di vita basate su altri elementi.

Volendo considerare anche la possibilità di altre forme di vita basate su altri elementi, alcuni scienziati hanno suggerito l’azoto (N) e il fosforo (P). Pur essendo molto diversi dal Carbonio, essi potrebbero costituire la base di una vita biologica, naturalmente molto diversa dalla nostra.

Il Fosforo può formare macromolecole complesse, in combinazione con l’Azoto e tali strutture sarebbero anche chimicamente molto stabili. Ciò richiederebbe un’atmosfera con condizioni molto diverse da quelle nostre. Infatti, nella nostra atmosfera abbiamo il 78% di Azoto, ma osserviamo che questo gas reagisce difficilmente e quando lo fa è dispendioso in termini energetici. Una forma di vita basata su questi due elementi potrebbe esistere su un pianeta la cui atmosfera è composta prevalentemente da Diossido di Azoto (o Ipoazotide N₂O₄) o Ammoniaca (NH₃).

In un’atmosfera di ammoniaca, per esempio, piante basate su fosforo e azoto potrebbero emettere idrogeno al posto dell’ossigeno. I corrispondenti animali potrebbero respirarlo e bruciare gli zuccheri emettendo fosforo e azoto.

Queste ipotesi con altre meno possibili, ma comunque pensate nel mondo scientifico, aprono tutta una gamma di possibilità che potrebbero essere esistite o esistere o che esisteranno.

La ricerca continua naturalmente, ma qualche suggerimento ci sta arrivando dallo spazio, ora che siamo in grado tecnologicamente di saper osservare con più attenzione.

Cosa ci dice lo spazio esterno?

Vent’anni fa furono scoperti in due meteoriti la presenza di acqua ed altri elementi base della vita biologica. È la prima volta che in meteoriti si trovano non solo i mattoni della vita, ma anche l’acqua che assicura la realizzazione di importanti reazioni chimiche. Queste rocce, precipitate separatamente sulla Terra, nel 1998, dopo aver ruotato nella Fascia degli Asteroidi per miliardi di anni, condividono qualcosa di molto particolare: gli ingredienti della vita, gli idrocarburi, gli amminoacidi e l’acqua. L’acqua è fondamentale perché è l’elemento nel quale possono facilmente avvenire le reazioni chimiche che partano dagli elementi semplici alle molecole sempre più complesse.

Lo studio è stato condotto su minuscoli cristalli di sale presenti nelle meteoriti, attraverso analisi ai raggi-X nei laboratori del dipartimento di energia del Lawrence Berkeley Lab. L’analisi ha anche permesso di stabilire che la probabile origine dei due meteoriti è il pianeta nano Cerere, il più grande oggetto della Fascia degli Asteroidi.

Lo studio pubblicato sulla rivista Science Advances apre un nuovo capitolo nella narrazione della storia antica del Sistema Solare e della geologia degli asteroidi, e rende molto più alta la probabilità di trovare vita al di fuori della Terra.

Quindi, due meteoriti, venute dallo spazio più profondo e che avrebbero potuto contenere chissà quali altri elementi, avevano sostanze organiche (base carbonio) e acqua.

Forse un suggerimento che lo Spazio esterno vuole fornirci? Cioè che la vita biologica possibile e più gettonata e che probabilmente si è affermata in tutto l’Universo non può essere altro che una vita basata sul Carbonio. Se altra vita esiste al di fuori del nostro pianeta dovrà quindi essere costituita da amminoacidi e proteine.

Continueremo ad indagare e chissà se prossimamente avremo le vere risposte che da tanto l’umanità sta attendendo.

L’immagine di copertina è stata presa dal sito: https://web.uniroma2.it/it/contenuto/l_ateneo_di_roma_tor_vergata_fa_parte_di_astrobiolab__la_rete_nazionale_dei_laboratoti_di_astrobiologia