Probiotici dall’inferno
Un gruppo di ricercatori giapponese ha studiato il ruolo che possono aver avuto nella formazione delle prime molecole organiche alla base delle forme di vita i raggi cosmici galattici e le particelle energetiche solari
In uno studio pubblicato lo scorso 28 Aprile, i ricercatori guidati da Kensei Kobayashi del Dipartimento di Chimica della Yokohama National University in Giappone, hanno studiato il ruolo che possono aver avuto nella formazione delle prime molecole organiche alla base delle forme di vita i raggi cosmici galattici GCR (particelle ad alta energia che hanno origine al di fuori del nostro sistema solare e viaggiano attraverso lo spazio) e le particelle energetiche solari SEP (particelle ad alta energia che vengono emesse dal Sole durante i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale). Riproducendo le condizione create da GCR e SEP hanno dato luogo alla produzione di amminoacidi, mattoni delle proteine e acidi carbossilici, coinvolti in vari processi metabolici.
I GCR, Galactic Cosmic Rays possono avere avuto un impatto significativo sulla chimica e sulla fisica delle atmosfere e delle superfici planetarie, soprattutto se associati ai superflare del Sole, quando era molto giovane e seppur più debole, era molto attivo nei suoi fenomeni di brillamenti e espulsioni di massa coronale. Questo è quello che potrebbe essere accaduto circa 4,6 miliardi di anni fa, nel periodo geologico chiamato Adeano. Il nome di questo eone geologico viene dal dio greco degli inferi, Ade, proprio perché era un periodo di condizioni estreme sulla Terra. Geologicamente è il periodo di tempo che va da quando si è formato l’ammasso gassoso, da cui ha avuto origine la Terra, alla sua trasformazione in un corpo solido con la formazione della crosta terrestre. In quel tempo oltre ad un’atmosfera ricca di gas , si sviluppò un’intensa attività vulcanica, e gli impatti di asteroidi e comete erano abbastanza frequenti, ma soprattutto una superficie molto calda e povera di ossigeno. Questo periodo così movimentato sulla terra durò circa 600 milioni di anni ed è il periodo a cui si attribuisce l’Abiogenesi, cioè il processo mediante il quale la vita nasce dalla materia non vivente dando luogo a quella che viene chiamata “evoluzione chimica” o “evoluzione prebiotica”.
Kobayashi e i suoi collaboratori, riproducendo in laboratorio queste condizioni ambientali estreme hanno confrontato gli effetti dei GCR e dei SEP, con quelli dei fulmini e della luce solare ultravioletta (UV), che sono già noti per contribuire alla formazione di aminoacidi e altre molecole organiche in particolari condizioni ambientali.
I ricercatori hanno condotto esperimenti di laboratorio esponendo una miscela gassosa composta da anidride carbonica, metano, azoto e acqua in vari rapporti all’irradiazione di protoni, principali costituenti dei raggi cosmici. Come risultato di questi esperimenti, hanno rilevato la formazione di amminoacidi e acidi carbossilici. Gli amminoacidi sono stati rilevati subito dopo l’idrolisi acida, cioè usando una reazione chimica che utilizza acqua e un acido per rompere le molecole organiche più grandi in molecole più piccole, quando alla miscela di gas è stato aggiunto appena lo 0,5% di metano iniziale. Mediante un’altra tecnica di laboratorio hanno simulato le scariche elettriche prodotte dai fulmini, facendo passare una corrente elettrica ad alta tensione attraverso una miscela di gas per creare un plasma che fosse in grado di innescare reazioni chimiche ed hanno osservato che per la stessa miscela di gas, invece, era necessario almeno il 15% di metano per rilevare la formazione di amminoacidi. Gli acidi carbossilici, invece, si sono formati in miscele di gas non riducenti (0% di metano) attraverso l’irradiazione di protoni e scariche elettriche che simulano l’azione dei fulmini. Impiegando invece l’irradiazione da UV nessun aminoacido è stato rilevato negli esperimenti, anche quando è stato utilizzato il 50% di metano alla miscela di gas. .
Lo studio, che è stato revisionato e ammesso alla pubblicazione, afferma quindi che i raggi cosmici galattici (GCR) e gli eventi di particelle energetiche solari (SEP) sono, secondo le nostre conoscenze attuali, le fonti di energia più efficaci per la formazione prebiotica. Composti organici biologicamente importanti possono formarsi in atmosfere che contengono bassi livelli di ossigeno e i frequenti SEP provenienti dal giovane Sole, durante i primi 600 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare, risultano essere molto più significativi negli effetti rispetto all’incidenza e al numero dei GCR in quel periodo, costituendo così le fonti di energia più accreditate per la produzione prebiotica di composti bioorganici nell’atmosfera della Terra durante il periodo Adeano.
Fonti
“Formation of Amino Acids and Carboxylic Acids in Weakly Reducing Planetary Atmospheres by Solar Energetic Particles from the Young Sun” – Kensei Kobayashi ,Jun-ichi Ise ,Ryōhei Aoki ,Miei Kinoshita ,Koki Naito ,Takumi Udo ,Bhagawati Kuwar ,Jun-ichi Takahashi ,Hiromi Shibata ,Hajime Mita ,Hitoshi Fukuda ,Yoshiyuki Oguri ,Kimitaka Kawamura ,Yoko Kebukawa eVladimir S. Airapetian – https://www.mdpi.com/2075-1729/13/5/1103
Immagine artistica della terra primordiale : NASA Goddard Space Flight Center