C’è vita là fuori? Le basi dell’Astrobiologia

La ricerca della vita al di fuori della Terra continua ad essere uno dei temi più ricorrenti nella ricerca scientifica in ambito spaziale, in particolare nell’esplorazione del Sistema Solare e dei sistemi planetari extrasolari. Ma che cos’è la vita e perché è così difficile trovarla altrove?

La vita è probabilmente ciò che più rende peculiare il nostro pianeta rispetto a quelli che finora conosciamo. Tutta la vita terrestre sembra avere caratteristiche simili ed un’origine comune e, di conseguenza, abbiamo a disposizione un solo esempio di vita per definire cosa è vita e cosa non lo è, i processi che la originano e che le permettono di evolversi, nonché le caratteristiche generali e particolari. Gli astrobiologi tengono perciò sempre a mente questo caveat nel momento in cui affrontano le questioni relative al loro ambito. Cosa è la vita, come ha avuto origine e dove altro potremmo trovarla? In questo articolo cercheremo di rispondere a queste semplici domande dalle tutt’altro che semplici risposte.

Cosa è la vita?

Se prendiamo in esame le forme di vita esistenti sulla terra, tutte condividono gli stessi processi biochimici in quanto alla base del funzionamento di una cellula vegetale, animale o batterica i mattoncini fondamentali, costituenti le strutture cellulari, sono i medesimi. La vita si basa infatti su molecole organiche elementari, fra loro assemblate a costituire strutture più complesse; le categorie principali di molecole organiche, dalle quali derivano tutte le strutture cellulari, sono quattro.

Le proteine composte da 20 amminoacidi; il materiale genetico formato da nucleotidi; i polisaccaridi costituiti da zuccheri semplici; i lipidi formati dagli acidi grassi.
Tutte queste molecole organiche hanno una cosa in comune, si basano sulla chimica del carbonio e tutte nascono da uno scheletro carbonioso (più atomi di carbonio legati fra loro) che si interfaccia attraverso differenti tipi di legami atomici con atomi di idrogeno e di ossigeno, ai quali si aggiungono azoto e zolfo nelle proteine e azoto e fosforo nel materiale genetico.
Semplificando, possiamo dire che la base funzionale di tutti gli organismi viventi è formata da una trentina di molecole. Ovviamente i processi vitali sono ben più complessi, coinvolgono numerosi altri cofattori di microelementi chimici senza i quali molti processi svolti dalle molecole fondamentali non avrebbero luogo.

Il materiale genetico, corredo di cui tutti gli organismi viventi sono dotati, si differenzia in due tipologie fondamentali, il DNA e l’RNA. Entrambi sono dei codici formati dal susseguirsi, concatenati fra loro in una doppia elica (DNA) oppure anche in singolo filamento (RNA), delle basi azotate chiamate nucleotidi (adenina A, tiamina T, citosina C e guanina G nel DNA; nell’RNA la tiamina è sostituita dall’uracile U). Decine di migliaia di nucleotidi si legano fra loro a formare la sequenza nucleotidica, una catena lunghissima che è ripiegata, impacchettata e organizzata in particolari strutture tridimensionali, che sono i cromosomi e plasmidi. Questo codice genetico codifica tutte le informazioni necessarie alla replicazione delle strutture cellulari che costituiscono l’organismo vivente. Si parla infatti dei decodificare il DNA o l’RNA per tradurre la sequenza genomica in una sequenza di amminoacidi che andranno a costituire le proteine. Le proteine sono alla base dell’organismo vivente e il loro ruolo fondamentale è di creare le strutture delle membrane cellulari e catalizzare la maggior parte delle reazioni biochimiche.

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Filamenti di RNA e DNA. Credits: Wikimedia commons

Risulta chiaro che tutte le forme di vita terrestri siano imparentate e discendano da un unico antenato comune. La distanza evolutiva tra organismi diversi si può misurare attraverso lo studio delle differenze tra i filamenti genetici, che sulla Terra permettono una grande suddivisione in due grossi domìni. Il dominio degli eucarioti (tra cui anche noi mammiferi e gli organismi pluricellulari) che possiedono un DNA organizzato in cromosomi e possiedono nelle loro cellule un nucleo isolato (contenente il materiale genetico) dal resto della cellula mediante una membrana nucleare, ed il dominio dei procarioti che racchiude i regni dei batteri e gli archei che sono, invece, privi di qualsiasi membrana endocellulare e di un nucleo organizzato. Questi ultimi sono forse quelli che conosciamo meno, trovandosi soprattutto in ambienti estremi.

I quattro requisiti fondamentali per la vita sulla Terra sono: il carbonio, l’acqua liquida ed alcuni altri elementi presenti in misura inferiore (azoto, fosforo e zolfo in primis) e l’energiaL’energia è necessaria per permettere agli organismi di svolgere le loro attività e tutte le funzioni, e può essere fornita dalla luce solare per gli organismi fotosintetici, oppure dalle reazioni chimiche e biochimiche per gli organismi chemiosintetici.

Il carbonio costituisce l’impalcatura principale delle molecole organiche, e l’acqua costituisce l’elemento chiave del metabolismo cellulare e delle sue strutture. Svolge diversi importanti ruoli: solvente nelle soluzioni intra ed extracellulari dei viventi, per i sali minerali, nella regolazione della pressione osmotica cellulare e contribuendo al trasporto, attraverso le membrane cellulari, di sostanze ed elaborati e molti altri ruoli. Ed è proprio l’acqua a costituire un fattore limitante nella ricerca della vita: mentre la maggior parte degli elementi si possono trovare con relativa facilità nella maggior parte del Sistema Solare, infatti, non è altrettanto facile trovare luoghi dove è possibile avere acqua liquida a causa delle condizioni di temperatura e pressione.

In ogni caso, se sulla Terra è abbastanza facile capire cosa è vita e cosa no, non è escluso che potremmo trovare altre forme di vita al di fuori della Terra che utilizzino altre reazioni biochimiche ed altre sostanze costitutive, quindi queste non possono essere parte della definizione di vita. In quel caso, come faremmo a definire gli organismi come esseri viventi?

Generalmente si considerano alcune proprietà che un organismo deve possedere e svolgere per essere definito vivente: deve avere capacità di evoluzione, possedere un patrimonio genetico al proprio interno che ne consenta la replicazione attraverso le sue strutture cellulari. Deve quindi riprodursi, crescere, maturare e svilupparsi oltre che possedere un sistema capace di utilizzare l’energia ambientale o di chemiosintesi e deve interagire col mondo circostante rispondendo agli stimoli di esso. Qualunque tentativo di rendere più specifica questa definizione porterebbe all’inevitabile problema di legarla all’unico tipo di vita che abbiamo attualmente a disposizione, quella terrestre.

Le origini della vita

Ci sono diverse teorie sull’origine della vita sulla Terra. Possiamo eseguire una prima classificazione di queste teorie tra quelle che prevedono un’origine terrestre e quelle che prevedono che l’origine sia extraterrestre.

Origine extraterrestre: detta anche “panspermia” prevede che le forme più semplici di vita si diffondano in tutto l’universo a cavallo di meteoriti e comete. In questo contesto, l’origine della vita non sarebbe legata necessariamente agli ambienti terrestri, perché potrebbe essersi originata altrove ed essere arrivata sulla Terra in un secondo momento. Queste teorie vengono suddivise in genere in ipotesi di panspermia casuale e panspermia guidata, nel caso in cui la vita sia stata portata sulla Terra di proposito da un’altra forma di vita.

Origine terrestre: la prima suddivisione tra questa tipologia di teorie dell’origine viene effettuata tra quelle che prevedono che l’origine sia organica (basata sul carbonio) o inorganica (basata sui minerali). Quest’ultima prevede che i primi componenti essenziali per la vita si siano originati nell’argilla: le molecole organiche si sarebbero formate su un substrato inorganico, ad esempio sui cristalli di minerali in acqua. I modelli che prevedono un’origine organica, invece, indicano che le prime forme di vita si basassero sugli stessi mattoni fondamentali su cui si basa la vita oggi. Questo è senz’altro il filone più ricco di ipotesi e modelli su come la vita si sia formata. Le prime molecole organiche, dalle quali si sarebbero sviluppate le prime forme di vita, potrebbero essersi originate sia attraverso processi non biochimici sia per trasporto tramite comete e asteroidi. Molti asteroidi e comete contengono infatti molecole organiche, ma questo non significa che da esse si sia originata o si originerà la vita.

C’è vita altrove nel Sistema Solare?

Per quanto riguarda la storia successiva della vita sulla Terra, l’archivio di informazioni fossilifere, genetiche e modellistiche ci vengono in aiuto nel ricostruirla, per quanto possibile. Si tratta di un argomento interessante anche dal punto di vista astrobiologico, in quanto essendo l’unico esempio di cui attualmente disponiamo, è anche il tipo di vita che potenzialmente è più probabile trovare altrove (ossia, non sappiamo se effettivamente esistono altre modalità con cui si potrebbe sviluppare, mentre sappiamo che in questa modalità si è sviluppata).

Proprio per tale ragione, siamo soliti ricercare tracce di vita proprio in quegli ambienti che più rassomigliano a quelli terrestri, dove siano disponibili in abbondanza gli elementi fondamentali per lo sviluppo della vita come la conosciamo. Per tale ragione, Mercurio e la Luna sembrano degli improbabili ospiti per qualunque forma di vita, mancando degli elementi volatili necessari per la vita, come l’acqua liquida e l’anidride carbonica.

Venere: la sua superficie risulta inospitale per la vita, raggiungendo i 450°C ed una pressione 92 volte quella terrestre. In queste condizioni non può esistere acqua liquida, che esiste unicamente in forma gassosa nell’atmosfera. Per trovare delle condizioni più ospitali è necessario salire molto nell’atmosfera venusiana, fino ad arrivare al livello in cui la pressione è circa la metà di quella terrestre al livello del mare. Qui le nubi sono composte per il 25% di acqua e per il 75% di acido solforico, ad una temperatura di circa 25°C. Venere probabilmente in origine aveva un quantitativo di acqua simile a quello della Terra e quindi potrebbe aver avuto dell’acqua liquida sulla superficie. Tuttavia l’attuale stato dell’atmosfera venusiana ha probabilmente distrutto ogni traccia del suo passato.

Marte: nonostante finora tracce di vita su Marte non ne abbiamo trovate, esso resta uno degli obiettivi principali della ricerca astrobiologica nel nostro vicinato. Nel lontano passato di Marte, con ogni probabilità acqua liquida fluiva libera sulla sua superficie e l’atmosfera era molto più densa di quanto non sia oggi: ce lo dicono molti tipi diversi di analisi, in primis evidenze geomorfologiche e mineralogiche. L’epoca in cui fluiva l’acqua su Marte (circa 3.8 miliardi di anni fa) coincide con quella in cui si ritiene la vita si sia originata sulla Terra. Ciò significa che la vita potrebbe essersi originata su Marte nello stesso periodo, sebbene poi i due pianeti abbiano avuto una storia differente e Marte abbia perso la quasi totalità della sua atmosfera. Probabilmente la più densa atmosfera marziana era molto ricca di anidride carbonica (come è anche oggi), proprio come la Terra in quell’epoca. In realtà ci si aspetta che tutti i tipi di ambiente presenti sulla Terra dell’epoca fossero presenti anche su Marte, quindi non è in tal senso importante sapere dove esattamente sia nata la vita sulla Terra per chiedersi se possa essere nata anche su Marte in quel periodo. Invero, non è del tutto escluso neanche che la vita su Marte sia presente al giorno d’oggi, ad esempio in alcune nicchie sotterranee.

Marte. Credits: Hubble Space Telescope

Leggi: Vita su Marte? No, non lo sappiamo ancora

Pianeti giganti: per supportare la vita, è necessaria una superficie solida su cui la vita possa accumularsi e svilupparsi, il che taglia fuori Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Esistono tuttavia, come per Venere, delle speculazioni sulla presenza di mattoni per la vita e fonti di energia sufficienti in alcuni livelli delle nubi di questi pianeti, che potrebbero in qualche modo essere adatti per permettere la formazione di vita. Ad ogni modo, ad essere interessanti dal punto di vista astrobiologico sono soprattutto le lune dei giganti gassosi, ed in particolare Europa (Giove), Titano ed Encelado (Saturno). Sappiamo che Europa probabilmente custodisce un oceano di acqua salata al di sotto dello strato superficiale di acqua. Questo oceano sotterraneo, potrebbe essere un ambiente potenzialmente abitabile e non è quindi escluso che vi si possano trovare tracce di vita. Titano ha un’atmosfera ricca di azoto e metano, è ricco di molecole organiche e le condizioni di temperatura e pressione non sono proibitive, per quanto non consentano l’esistenza di acqua liquida: se la vita esistesse su Titano, non sarebbe di tipo terrestre, e questo lo rende un soggetto particolarmente interessante dal punto di vista astrobiologico. Anche Encelado sembra possedere una riserva sotterranea di acqua, che potrebbe supportare alcune forme di vita in maniera simile a quanto potrebbe avvenire su Europa.

Saturno. Credits: Cassini mission

C’è vita al di fuori del Sistema Solare?

Nel Sistema Solare possiamo osservare solo un luogo con segni chiari e non ambigui dell’esistenza di vita: la Terra. In alcuni altri posti, possiamo solo speculare sulle possibilità astrobiologiche passate o presenti. Ma fuori del Sistema Solare? Per ora sembra difficile poter conoscere gli altri sistemi solari in maniera sufficientemente dettagliata, ma possiamo dire qualcosa riguardo alla cosiddetta “zona di abitabilità”, ossia se un piano extrasolare possa o meno avere le condizioni per supportare la vita. Siccome come abbiamo detto, l’esistenza di acqua liquida per le nostre conoscenze attuali risulta essere il limite più forte per l’esistenza di vita, la zona di abitabilità coincide proprio con quella in cui è possibile l’esistenza di acqua liquida sulla superficie di un pianeta. Tuttavia, i criteri di stabilità dell’acqua liquida possono essere verificati anche al di sotto della superficie, o sulla superficie stessa qualora alcuni fenomeni come l’effetto serra lo consentano.

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La posizione della zona abitabile è strettamente legata alla massa della stella. Qui, il sistema di Gliese 581 viene confrontato con quello solare. Credits: Wikipedia

Fonte principale: Encyclopedia of the Solar System

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