La fosfina è tra le più puzzolenti, i gas più tossici sulla Terra, trovato in alcuni dei posti più sporchi, compresi cumuli di sterco di pinguino, le profondità di paludi e torbiere, e anche nelle viscere di alcuni tassi e pesci. Questo putrido "gas di palude" è anche altamente infiammabile e reattivo con le particelle nella nostra atmosfera.

La maggior parte della vita sulla Terra, in particolare tutti aerobici, vita che respira ossigeno, non vuole avere niente a che fare con la fosfina, né producendolo né facendo affidamento su di esso per la sopravvivenza.

Ora i ricercatori del MIT hanno scoperto che la fosfina è prodotta da un altro, forme di vita meno abbondanti:organismi anaerobi, come batteri e microbi, che non richiedono ossigeno per prosperare. Il team ha scoperto che la fosfina non può essere prodotta in nessun altro modo se non con questi estremi, organismi avversi all'ossigeno, facendo della fosfina una pura biofirma, un segno di vita (almeno di un certo tipo).

In un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Astrobiologia , i ricercatori riferiscono che se la fosfina fosse prodotta in quantità simili al metano sulla Terra, il gas genererebbe uno schema di luce caratteristico nell'atmosfera di un pianeta. Questo schema sarebbe abbastanza chiaro da poter essere rilevato fino a 16 anni luce di distanza da un telescopio come il previsto James Webb Space Telescope. Se viene rilevata la fosfina da un pianeta roccioso, sarebbe un segno inconfondibile di vita extraterrestre.

"Qui sulla Terra, l'ossigeno è un segno di vita davvero impressionante, ", afferma l'autrice principale Clara Sousa-Silva, uno scienziato ricercatore nel Dipartimento della Terra del MIT, Scienze dell'atmosfera e planetarie. "Ma anche altre cose oltre alla vita producono ossigeno. È importante considerare molecole estranee che potrebbero non essere prodotte così spesso, ma se li trovi su un altro pianeta, c'è solo una spiegazione."

I coautori del documento includono Sukrit Ranjan, Janusz Petkowski, Zhuchang Zhan, William Bains, e Sara Seager, la classe del 1941 Professore di Terra, Atmosferico, e Scienze Planetarie al MIT, così come Renyu Hu al Caltech.

pance giganti

Sousa-Silva e i suoi colleghi stanno assemblando un database di impronte digitali per molecole che potrebbero essere potenziali biofirme. La squadra ha accumulato più di 16, 000 candidati, compresa la fosfina. La stragrande maggioranza di queste molecole deve ancora essere completamente caratterizzata, e se gli scienziati dovessero individuare qualcuno di loro nell'atmosfera di un esopianeta, ancora non avrebbero saputo se le molecole fossero un segno di vita o qualcos'altro.

Ma con il nuovo giornale di Sousa-Silva, gli scienziati possono essere sicuri nell'interpretazione di almeno una molecola:la fosfina. La conclusione principale del documento è che, se viene rilevata fosfina nelle vicinanze, pianeta roccioso, quel pianeta deve ospitare qualche tipo di vita.

I ricercatori non sono giunti a questa conclusione alla leggera. Negli ultimi 10 anni, Sousa-Silva ha dedicato il suo lavoro alla caratterizzazione completa del fallo, gas velenoso, prima decifrando metodicamente le proprietà della fosfina e come è chimicamente distinta dalle altre molecole.

Negli anni '70, la fosfina è stata scoperta nelle atmosfere di Giove e Saturno, giganti gassosi immensamente caldi. Gli scienziati hanno ipotizzato che la molecola sia stata gettata insieme spontaneamente all'interno delle pance di questi giganti gassosi e, come descrive Sousa-Silva, "draschiato violentemente da enormi, tempeste convettive di dimensioni planetarie”.

Ancora, non si sapeva molto della fosfina, e Sousa-Silva ha dedicato il suo lavoro di laurea presso l'University College di Londra a individuare l'impronta digitale spettrale della fosfina. Dal suo lavoro di tesi, ha inchiodato le esatte lunghezze d'onda della luce che la fosfina dovrebbe assorbire, e questo mancherebbe da qualsiasi dato atmosferico se il gas fosse presente.

Durante il suo dottorato di ricerca, cominciò a chiedersi:la fosfina potrebbe essere prodotta non solo negli ambienti estremi dei giganti gassosi, ma anche dalla vita sulla Terra? Al MIT, Sousa-Silva e i suoi colleghi hanno iniziato a rispondere a questa domanda.

"Così abbiamo iniziato a raccogliere ogni singola menzione di fosfina rilevata ovunque sulla Terra, e si scopre che ovunque dove non c'è ossigeno c'è fosfina, come paludi e paludi e sedimenti lacustri e le scoregge e gli intestini di ogni cosa, " Sousa-Silva dice. "Improvvisamente tutto questo ha avuto un senso:è una molecola davvero tossica per tutto ciò che ama l'ossigeno. Ma per la vita che non ama l'ossigeno, sembra essere una molecola molto utile."

"Nient'altro che la vita"

La realizzazione che la fosfina è associata alla vita anaerobica era un indizio che la molecola potesse essere una biofirma praticabile. Ma per essere sicuri, il gruppo ha dovuto escludere ogni possibilità che la fosfina potesse essere prodotta da qualcosa di diverso dalla vita. Per fare questo, hanno trascorso gli ultimi anni a gestire molte specie di fosforo, componente essenziale della fosfina, attraverso un esaustivo, analisi teorica delle vie chimiche, in scenari sempre più estremi, per vedere se il fosforo potrebbe trasformarsi in fosfina in qualche modo abiotico (che significa non generatore di vita).

La fosfina è una molecola formata da un atomo di fosforo e tre di idrogeno, che normalmente non preferiscono riunirsi. Richiede enormi quantità di energia, come negli ambienti estremi all'interno di Giove e Saturno, frantumare gli atomi con forza sufficiente a superare la loro naturale avversione. I ricercatori hanno elaborato i percorsi chimici e la termodinamica coinvolti in molteplici scenari sulla Terra per vedere se potevano produrre energia sufficiente per trasformare il fosforo in fosfina.

"A un certo punto stavamo guardando meccanismi sempre meno plausibili, come se le placche tettoniche si sfregassero l'una contro l'altra, potresti ottenere una scintilla di plasma che ha generato fosfina? O se un fulmine colpisse da qualche parte il fosforo, o una meteora aveva un contenuto di fosforo, potrebbe generare un impatto per produrre fosfina? E abbiamo attraversato diversi anni di questo processo per capire che nient'altro che la vita produce quantità rilevabili di fosfina".

fosfina, hanno trovato, non ha falsi positivi significativi, il che significa che qualsiasi rilevamento di fosfina è un sicuro segno di vita. I ricercatori hanno quindi esplorato se la molecola potesse essere rilevabile nell'atmosfera di un esopianeta. Simulavano le atmosfere di idealizzato, povero di ossigeno, esopianeti terrestri di due tipi:atmosfere ricche di idrogeno e ricche di anidride carbonica. Hanno inserito nella simulazione diversi tassi di produzione di fosfina e hanno estrapolato come sarebbe lo spettro di luce di una data atmosfera dato un certo tasso di produzione di fosfina.

Hanno scoperto che se la fosfina fosse prodotta in quantità relativamente piccole equivalenti alla quantità di metano prodotta oggi sulla Terra, produrrebbe un segnale nell'atmosfera che sarebbe abbastanza chiaro da essere rilevato da un osservatorio avanzato come l'imminente James Webb Space Telescope, se quel pianeta fosse entro 5 parsec, o circa 16 anni luce dalla Terra, una sfera di spazio che copre una moltitudine di stelle, probabilmente ospitano pianeti rocciosi.

Sousa-Silva dice che, oltre a stabilire la fosfina come biofirma vitale nella ricerca di vita extraterrestre, i risultati del gruppo forniscono una pipeline, o processo che i ricercatori devono seguire nella caratterizzazione di qualsiasi altro degli altri 16, 000 candidati alla biofirma.

"Penso che la comunità debba investire nel filtrare questi candidati in una sorta di priorità, " dice. "Anche se alcune di queste molecole sono davvero fiochi fari, se riusciamo a stabilire che solo la vita può inviare quel segnale, allora mi sembra che sia una miniera d'oro".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.