di Marco Marchetti
INTRODUZIONE
Il nostro pianeta possiede una caratteristica
che lo rende unico in tutto il sistema solare e forse, come
sostiene qualcuno, in tutta la galassia o addiritura in tutto
l’universo: la Terra pullula di forme viventi. La vita si è
manifestata e continua a manifestarsi sotto forma di innumerevoli
speci animali e vegetali e ha occupato ogni nicchia ambientale
disponibile: dai climi glaciali polari a quelli caldi e umidi
equatoriali, dalle fredde cime montuose alle profondità degli
abissi oceanici.
Esplorando e studiando ciò che resta delle grandi foreste
pluviali gli scienziati vengono continuamente a contatto con
nuove speci viventi sconosciute fino a quel momento; considerando
il fatto che la maggior parte degli esseri viventi apparsi sul
pianeta Terra si è estinta nel corso dei millenni possiamo ben
capire quale grandioso fenomeno sia la vita.
In queste pagine cercheremo brevemente di spiegare come la vita
ha avuto inizio.
Alcune teorie suppongono che la vita abbia avuto un’origine
extraterrestre e che sia in seguito arrivata sulla Terra
trasportata da comete o meteoriti; noi non le prenderemo in
considerazione poiché non fanno altro che spostare il problema
dalla Terra ad un altro punto del cosmo. Allo stesso modo non
prenderemo in considerazione, pur avendone il massimo rispetto,
ipotesi di tipo religioso che ipotizzano l’esistenza di uno
o più creatori soprannaturali.
In altre parole noi partiremo dal presupposto cha la vita abbia
avuto origine sul nostro pianeta in maniera del tutto naturale.
Il problema non è di facile soluzione per la scarsità di
reperti fossili e per l’impossibilità di ripetere
l’esperimento “vita” in laboratorio ma, come
vedremo, esistono alcune idee molto interessanti.
LA TERRA PRIMORDIALE
In un’epoca che risale a 4 miliardi e 600
milioni di anni fa, in prossimità di un braccio a spirale di una
comunissima galassia come tante nell’universo, avvenne un
fenomeno molto diffuso ma allo stesso stempo staordinario.
Una gigantesca nube di polveri e gas (soprattutto idrogeno,
l’elemento più diffuso nell’universo), a causa di una
perturbazione gravitazionale oppure a causa dell’onda
d’urto innescata dall’esplosione di una supernova (nota 1), cominciò a collassare su se stessa per effetto della
gravità. La nube cominciò ad assumere una forma sferica e man
mano che il collasso procedeva aumentava la sua velocità di
rotazione.
Il fenomeno di cui stiamo parlando è la nascita di una stella.
La parte centrale della nube diede origine alla neonata stella
mentre invece dalle parti periferiche si formarono i pianeti.
Quando la temperatura del nucleo della protostella raggiunse il
milione di gradi si innescò una serie di reazioni termonucleari (nota 2) in
grado di produrre energia e quindi anche luce. Questa produzione
di energia riesce a bilanciare la gravità; di conseguenza il
collasso si arresta e la stella “si accende”. È
ufficialmente nata una nuova e particolarissima stella: il nostro
Sole.
Il terzo pianeta in ordine di distanza dal Sole è la nostra
Terra.
L’aspetto della Terra primordiale è completamente diverso
da quello attuale; la sua superficie è continuamente squarciata
da possenti eruzioni vulcaniche e flagellata da piogge insistenti
che dureranno milioni di anni generando gli oceani. La primisima
atmosfera terrestre, composta principalmente da idrogeno, è
stata spazzata via dal vento solare (nota 3) ma le continue
eruzioni vulcaniche contribuirono a formare una seconda atmosfera
composta, fra l’altro, da vapor d’acqua, anidride
carbonica, ossido di carbonio, ammoniaca e metano.
Questa seconda atmosfera è altamente velenosa per gli attuali
esseri viventi e ci ucciderebbe all’istante ma in
quest’epoca, unitamente alla presenza di fulmini e
radiazione ultravioletta proveniente dal Sole, essa è un
ambiente ideale per la formazione di molecole organiche come
dimostrato da Miller e Urey nel loro famoso esperimento del 1954.
I due scienziati riempirono un’ampolla di vetro con i gas
che si ritiene componessero l’atmosfera terrestre primitiva
e simularono l’azione dei fulmini con delle scariche
elettriche ottenendo così un gran numero di composti organici;
fra questi composti vennero individuati anche alcuni amminoacidi
che sono i mattoni fondamentali che formano la vita.
È dunque in questo ambiente primordiale che dovremo cercare per
trovare quel meccanismo in grado di fare evolvere questi semplici
composti organici molto abbondanti verso organismi sempre più
complessi. Più precisamente dovremo cercare negli oceani ad una
profondità superiore ai 10 metri dove le micidiali radiazioni
ultraviolette provenienti dal Sole perdono di efficacia. Infatti
un’altra caratteristica fondamentale di questa antica
atmosfera è la quasi totale assenza di ossigeno; di conseguenza
manca lo strato protettivo di ozono (nota 4) e le radiazioni
ultraviolette, in gran parte dannose per la vita, giungono
indisturbate fino alla superficie terrestre che resterà così
per molto tempo un posto inospitale e del tutto inaccessibile.
I PRIMI ESSERI VIVENTI
La vita apparve molto presto sul nostro
pianeta; le più antiche tracce di vita conosciute risalgono a
3.8 ~ 4 miliardi di anni fa e sono gli antenati degli attuali
batteri, organismi unicellulari (composti da una sola cellula)
molto semplici e primitivi in grado, però, di svolgere le
attività fondamentali attribuite agli esseri viventi, cioè
nutrirsi e riprodursi.
Ma come è stato possibile lo sviluppo di questi esseri
primordiali a partire dalle semplici molecole organiche così
abbondanti nell’atmosfera di quattro miliardi di anni fa?
Nel cercare di rispondere a questa domanda
bisogna anche tenere conto del fatto che esistono alcuni seri
ostacoli alla costruzione di molecole organiche complesse. Del
pericolo dei raggi ultravioletti abbiamo già parlato ma ne
esistono altri; per esempio l’ossigeno: oggi l’ossigeno
è fondamentale per la vita ma a quei tempi era puro veleno.
Infatti l’ossigeno si lega molto facilmente al carbonio (che
è l’elemento fondamentale della chimica della vita)
impedendo la formazione di molecole più complesse. Inoltre è
molto improbabile che molecole complesse come proteine o DNA
possano essersi formate spontaneamente in ambienti acquatici a pH
neutro (cioè in ambienti né acidi né basici) poiché in tali
ambienti queste molecole tendono a scomporsi nei loro componenti
più semplici.
Nonostante queste difficoltà c’è una teoria che potrebbe
spiegare molte cose; questa teoria prevede che in questi oceani
primordiali alcune catene di molecole possano, a causa dei moti
ondosi, unirsi fra loro per formare delle piccolissime sfere.
Questo fenomeno è abbastanza comune: è quello che avviene
quando si versa dell’olio nell’acqua e poi si agita;
vengono così a crearsi delle sferule oleose secondo meccanismi
ben conosciuti.
Esistono molecole composte di due parti: una parte attirata
dall’acqua (idrofila) e l’altra che invece la
respinge (idrofoba); quando queste molecole vengono a trovarsi in
un ambiente acquoso esse tendono a legarsi in modo da formare una
catena a doppio strato. In questa maniera la parte idrofoba della
molecola si trova all’interno della catena mentre invece
quella idrofila si trova all’esterno a contatto con
l’acqua. Come accennato in precedenza queste catene di
molecole possono chiudersi su se stesse formando delle piccole
sfere, cioè dei piccoli contenitori chiusi, le quali
costituivano degli ambienti protetti in cui molecole organiche,
casualmente imprigionate, potevano interagire fra loro. Inoltre
sono stati proposti dei meccanismi per “acidificare”
l’interno delle sferule in modo da favorire le reazioni
chimiche mentre l’energia necessaria era quella proveniente
dal Sole.
Questi sacchettini di materiale organico furono gli antenati dei
primi esseri viventi. Ovviamente non esiste un limite ben
definito fra forme viventi e non viventi così come non esiste un
confine preciso fra il giorno e la notte quindi possiamo
tranquillamente affermare che queste piccole sferule di materiale
organico, grandi non più di qualche millesimo di millimetro,
costituiscono le prime luci dell’alba della vita.
È andata proprio così?
Non lo sappiamo con precisione però su questa
teoria vi sono molti consensi. Quello che invece è certo è che
3 miliardi e mezzo di anni fa gli oceani pullulavano di
microscopici esseri viventi unicellulari: organismi che si
nutrivano e si riproducevano.
Gli scienziati ritengono che gli oceani erano ricchi di cibo;
infatti l’energia solare e i fulmini innescavano continue
reazioni chimiche con i gas dell’atmosfera facendo
“piovere” sugli oceani una grande quantità di
materiale organico che veniva “attaccato” e scomposto
da questi primitivi organismi fermentatori.
Però tutti sappiamo che nonostante l’abbondanza di cibo una
popolazione di individui non può crescere indefinitamente; prima
o poi le scorte si esauriscono e si verifica una crisi. La natura
doveva quindi imboccare nuove strade evolutive, doveva inventare
nuove strategie per creare nuove risorse.
LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA
In effetti la natura non si fa attendere ed
inventa una nuova strategia che si rivelerà fondamentale per la
storia futura della vita sulla Terra.
Alcune speci di questi antichi microorganismi fermentatori invece
che cercare il proprio cibo trovano la maniera di fabbricarselo
in proprio. Infatti grazie ad un pigmento verde chiamato
clorofilla (che si ritiene sia stato incorporato all'interno
della cellula casualmente) la cellula cattura l’energia del
Sole e grazie a questa energia riesce a scomporre la molecola
dell’acqua (H2O), per estrarre l’idrogeno, e la molecola
dell’anidride carbonica (CO2, disciolta nell’acqua), per estrarre il carbonio,
in modo da potersi costruire autonomamente i propri alimenti.
Questo meccanismo è noto sotto il nome di fotosintesi
clorofilliana ed è talmente semplice ed ingegnoso che è rimasto
praticamente inalterato. La fotosintesi clorofilliana è un
piccolo prodigio della natura: ancora oggi quasi tutte le forme
viventi dipendono da essa. Dipende, infatti, da essa tutto il
mondo vegetale e tutto il mondo animale poiché quest’ultimo
dipende dalle piante per la propria alimentazione.
La fotosintesi clorofilliana è quindi antichissima; addiritura
alcuni scienziati fanno coincidere la sua apparizione con la
nascita stessa della vita. Infatti, secondo questi studiosi, i
più antichi esseri viventi
terrestri sarebbero dei fotosintetizzatori e non dei
fermentatori.
Inoltre la fotosintesi clorofilliana presenta un importantissimo
effetto collaterale: dopo la scomposizione dell’acqua e
dell’anidride carbonica rimane inutilizzato l’ossigeno
il quale è a tutti gli effetti un prodotto di scarto che viene
rilasciato.
Di conseguenza, con il passare dei millenni, la concentrazione di
ossigeno negli oceani e successivamente nell’atmosfera
aumenterà sempre di più e comincerà a formarsi lo strato di
ozono in grado di arrestare la componente dannosa delle
radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole; la vita sarà
così libera di risalire verso la superficie del mare e poi di
trasferirsi sulla terraferma. Ma per quest’ultimo evento
bisognerà aspettare ancora molto tempo.
LA NASCITA DELLA RESPIRAZIONE
Nel frattempo la natura ci sta preparando
un’altra sorpresa; siamo in un’epoca che risale a un
miliardo e 400 milioni di anni fa e l’ossigeno ha ormai
raggiunto percentuali considerevoli.
Siamo in presenza di un vero e proprio “avvelenamento”
da ossigeno e la natura sta prendendo le sue contromisure
inventando una nuova strategia; alcuni microorganismi che una
volta erano semplici fermentatori ora sono in grado di utilizzare
l’ossigeno per ossidare i resti della fermentazione. In
questo modo, a partire dagli scarti organici, queste nuove
cellule riescono a ottenere fino a diciotto volte più energia di
quella ottenibile con la pura fermentazione: siamo quindi agli
albori della respirazione, un meccanismo che si rivelerà di
fondamentale importanza per il futuro della vita.
In quest’epoca si vanno così delineando tre grandi
categorie di esseri viventi che si distinguono per il loro
rapporto con l’ossigeno:
– organismi che, grazie alla fotosintesi, riescono a
costruirsi in proprio il cibo e che sono, involontariamente,
produttori di ossigeno
– organismi consumatori di ossigeno i quali sono costretti a
cercarsi il cibo
– organismi fermentatori puri
Queste categorie sono presenti ancora oggi anche se i confini non
sono così netti ma sono abbastanza sfumati; nel primo gruppo
rientrano le piante, nel secondo gli animali e nel terzo funghi e
batteri.
La vita rimarrà confinata nei mari e negli oceani sottoforma di
semplici microorganismi unicellulari ancora per molto tempo;
infatti i primi organismi complessi, spugne e meduse, apparvero
circa 700 milioni di anni fa. A partire da questo momento
l’evoluzione della vita subisce una brusca accelerazione:
dopo più di tre miliardi di anni trascorsi sottoforma di
organismi unicellulari la vita conosce conosce una vera e propria
esplosione di forme e strutture. Ma le sorprese non sono finite;
i tempi sono ormai maturi per un altro grande avvenimento, un
evento che per importanza può essere paragonato alla conquista
della Luna: il trasferimento sulla terraferma.
LA CONQUISTA DELLA TERRAFERMA
Dopo miliardi di anni di fotosintesi
clorofilliana l’ossigeno e l’ozono nell’atmosfera
hanno raggiunto percentuali paragonabili a quelle attuali e tutto
è pronto per lo sbarco della vita sulla terraferma.
I primi organismi a lasciare l’acqua furono i vegetali,
circa 400 milioni di anni fa, seguiti a ruota dagli animali,
circa 380 milioni di anni fa.
Ci si può chiedere per quale motivo la vita abbia lasciato un
ambiente che conosceva benissimo come quello acquatico per
avventurarsi in uno completamente sconosciuto; oltretutto
l’ambiente marino è completamente diverso da quello sulla
terraferma per pressione, densità, temperatura, viscosità, etc.
(nota 5)
Come al solito la risposta non è semplice; sicuramente un ruolo
fondamentale è stato giocato dalle maree.
Le maree, come noto, sono dei periodici innalzamenti ed
abbassamenti della superficie dei mari e degli oceani per effetto
dell’attrazione gravitazionale combinata della Luna e del
Sole. Per effetto delle maree vi sono zone della superficie
terrestre che vengono a trovarsi alternativamente al di sopra e
al di sotto della superficie marina; è quindi probabile che
organismi i quali siano nati e si siano sviluppati in queste zone
abbiano sviluppato degli organi per potere sopravvivere
temporaneamente fuori dall’acqua (in altre parole dei
primitivi polmoni). Con il passare dei millenni questi organi si
sarebbero evoluti fino a rendere questi organismi completamente
indipendenti dall’acqua.
A questo punto davanti agli occhi dei primi colonizzatori si
presenta un nuovo mondo tutto da scoprire e da esplorare.
LE GRANDI ESTINZIONI DI MASSA
Durante la fine del periodo geologico
denominato Permiano, circa 250 milioni di anni fa, avvenne
qualcosa di catastrofico poiché quasi tutte le forme viventi del
pianeta si estinsero; questa estinzione di massa non fu
l’unica della storia del pianeta (ne sono state identificate
una dozzina) ma fu sicuramente quella più terribile poiché più
del 90% di tutte le speci viventi presenti sulla Terra sparì
senza lasciare traccia e la vita rischiò seriamente di
scomparire definitivamente.
Quali furono le cause di questo disastro?
Non è ancora chiaro; si parla
dell’impatto di una cometa o di un asteroide oppure
dell’esplosione di una supernova molto vicina (nota 6)
oppure ancora di una o più eruzioni vulcaniche su scala
planetaria.
Sta di fatto che a questo punto si chiude un’epoca e se ne
apre un’altra; la vita molto lentamente si riprese e
cominciarono a comparire e ad evolversi coloro che per più di
150 milioni di anni domineranno il pianeta: i grandi rettili,
comunemente noti come dinosauri.
Il regno dei dinosauri si concluse bruscamente 65 milioni di anni
fa con un’altra grande estinzione di massa.
In questo caso le idee sono molto più chiare; infatti è quasi
universalmente accettato che il disastro fu provocato
dall’impatto con la superficie terrestre di un asteroide o
di una cometa del diametro di circa 10 chilometri; ciò che resta
l’antico cratere è stato individuato nel 1991 nella
penisola dello Yucatan.
E da questo momento, dopo la scomparsa dei grandi rettili, la
strada è ormai spianata per l’ascesa dei mammiferi il cui
rappresentante più illustre e significativo è sicuramente
l’Uomo.
EPILOGO
Dopo questa brevissima rassegna della nascita e
dello sviluppo della vita sulla Terra viene spontaneo chiedersi
se esistono altre forme di vita nell’universo. Non lo
sappiamo; per ora l’unica forma di vita conosciuta è quella
terrestre.
Secondo semplici considerazioni statistiche la vita dovrebbe
essere un fenomeno molto diffuso nell’universo; infatti oggi
si conoscono circa 10 miliardi di galassie ognuna delle quali
può contenere centinaia di miliardi di stelle e quindi il numero
di pianeti virtualmente disponibile è altissimo.
Queste ottimistiche considerazioni non sono condivise da tutti.
Secondo alcuni la vita, soprattutto quella intelligente, sarebbe
un fenomeno assai raro se non addiritura unico.
Alcune sorprese però potrebbero arrivare da una direzione del
tutto inaspettata. Infatti recenti analisi effettuate su un
campione di roccia marziana giunto sulla Terra sottoforma di meteorite circa 13.000 anni fa e scoperto in Antartide rivelano
(i risultati sono però molto controversi) l’azione di
antichi batteri.
Inoltre sappiamo ormai da molto tempo che sotto la superficie
ghiacciata di Europa, uno dei satelliti di Giove, c’è acqua
allo stato liquido; nei prossimi anni è previsto l’invio di
una sonda automatica che dovrebbe effettuare dei veri e propri
carotaggi per potere analizzare campioni di quest’acqua.
Non è quindi escluso che tracce di vita, passata o presente,
possano essere scoperte molto più vicino di quanto si pensi.
Note a “L'origine della vita”
(1) le stelle molto massicce terminano la loro esistenza, cioè muoiono, in maniera molto spettacolare: si autodistruggono esplodendo; il fenomeno prende il nome di supernova. Le esplosioni di supernove rientrano fra gli eventi più violenti e catastrofici di tutto l’universo.
(3) il vento solare è uno sciame di particelle cariche emesso continuamente dal Sole.
Monografia n.60-2001/3
Torna alla Home Page di Testi & Trattati
