La vita sulla Terra primitiva sembra essere iniziata con un paradosso:mentre la vita ha bisogno dell'acqua come solvente, le ossature chimiche essenziali delle prime molecole che formano la vita si sfaldano nell'acqua. Il nostro solvente universale, si scopre, può essere estremamente corrosivo.

Alcuni hanno indicato questo paradosso come un segno che la vita, o il precursore della vita, ha avuto origine altrove ed è stato trasportato qui tramite comete o meteoriti. Altri hanno cercato solventi che potessero avere le qualità necessarie dell'acqua senza quella corrosività che spezza i legami.

Negli ultimi anni il solvente spesso proposto come valida alternativa all'acqua è la formammide, un liquido limpido e moderatamente irritante costituito da idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno. A differenza dell'acqua, non scompone le molecole a catena lunga necessarie per formare gli acidi nucleici e le proteine ​​che costituiscono il manuale di istruzioni iniziale chiave della vita, RNA. Nel frattempo si converte anche tramite altre reazioni utili in composti chiave necessari per produrre acidi nucleici in primo luogo.

Sebbene la formammide sia comune nelle regioni dello spazio in cui si formano le stelle, gli scienziati hanno faticato a trovare percorsi per renderlo prevalente, o anche localmente concentrato, sulla Terra primitiva. Infatti, è difficilmente presente sulla Terra oggi se non come sostanza chimica sintetica per le aziende.

Nuova ricerca presentata da Zachary Adam, uno scienziato della terra all'Università di Harvard, e Masashi Aono, uno scienziato di sistemi complessi presso l'Earth-Life Science Institute (ELSI) presso il Tokyo Institute of Technology, ha prodotto la formammide attraverso un percorso sorprendente e riproducibile:il bombardamento con particelle radioattive.

I due e i loro colleghi hanno esposto l'acqua e una miscela di due sostanze chimiche note per essere esistite sulla Terra primitiva (cianuro di idrogeno e acetonitrile acquoso) alle particelle ad alta energia emesse da un cilindro di cobalto-60, un isotopo radioattivo prodotto artificialmente comunemente usato nella terapia del cancro. Il risultato, riferiscono, è stata la produzione di quantità sostanziali di formammide più rapidamente rispetto ai precedenti tentativi dei ricercatori che utilizzavano modelli teorici e in ambienti di laboratorio.

Non è chiaro se la Terra primitiva avesse abbastanza materiale radioattivo nei posti giusti per produrre le reazioni chimiche che hanno portato alla formazione di formammide. E anche se le condizioni fossero giuste, gli scienziati non possono ancora concludere che la formammide abbia svolto un ruolo importante nell'origine della vita.

Ancora, la nuova ricerca promuove l'evidenza del possibile ruolo di solventi alternativi e presenta un quadro diverso delle basi della vita. Per di più, è indicativo di processi che potrebbero essere all'opera anche su altri pianeti extrasolari, dove potrebbero esserci solventi diversi dall'acqua, con energia fornita da sorgenti radioattive, fornire l'impostazione necessaria per trasformare semplici composti in blocchi di costruzione molto più complessi.

"Immagina che la vita basata sull'acqua sia stata preceduta da reti completamente uniche di molecole interagenti che si avvicinavano, ma erano distinti e seguivano diverse regole chimiche, della vita come la conosciamo, " disse Adamo.

Il loro lavoro è stato presentato ai recenti incontri della Società Internazionale per lo Studio dell'Origine della Vita, e l'Astrobiology Science Conference.

Mettere tutto insieme

Il team di Adam e Aono non è certo il primo a proporre l'ipotesi della formammide come soluzione al paradosso dell'acqua, e non sono nemmeno i primi a porre un ruolo per l'alta energia, particelle radioattive all'origine della vita.

Un team italiano guidato da Rafaelle Saladino dell'Università della Tuscia ha recentemente proposto la formammide come sostanza chimica che fornirebbe gli elementi necessari per la vita ed eviterebbe il "paradosso dell'acqua". Da quando Marie Curie descrisse il fenomeno della radioattività, gli scienziati hanno proposto innumerevoli modi in cui l'emissione di nuclei atomici a dispersione di particelle potrebbe aver giocato un ruolo, grande o piccolo, nell'iniziare la vita sulla Terra.

Mettendo insieme formammide e radioattività, come hanno fatto Adam e Aono, è un passo avanti potenzialmente significativo, sebbene uno che ha bisogno di uno studio più approfondito.

"Se abbiamo la formammide come solvente, quelle molecole precursori possono essere mantenute stabili, una sorta di culla per conservare prodotti molto interessanti, " disse Aono, che si è trasferito alla Keio University di Tokyo pur rimanendo borsista presso ELSI.

L'esperimento con il cobalto-60 non è iniziato come ricerca di un modo per concentrare la produzione di formammide. Piuttosto, Adam stava esaminando più in generale gli effetti dei raggi gamma su una varietà di molecole e solventi, mentre Aono stava esplorando fonti radioattive per un ruolo nell'origine della vita.

I due si sono incontrati un po' casualmente all'ELSI, un centro di ricerca sulle origini della vita creato dal governo giapponese. ELSI è stato progettato per essere un luogo per gli scienziati di tutto il mondo e di molte discipline diverse per affrontare alcune delle questioni notoriamente difficili nelle origini della ricerca sulla vita. In ELSI, Adamo, che non erano stati in grado di proteggere i siti per condurre test di laboratorio negli Stati Uniti, appreso da Aono di un laboratorio di cobalto-60 usato con parsimonia (e gratuito); hanno prontamente iniziato a collaborare.

È ben noto che la Terra primordiale fu bombardata da particelle cosmiche ad alta energia e raggi gamma. Così è il fatto che numerosi elementi (alluminio-26, ferro-60, iodio-129) sono esistiti come isotopi radioattivi che possono emettere radiazioni da minuti a millenni, e che questi isotopi erano più comuni sulla Terra primitiva di oggi. Infatti, i tre sopra elencati sono ormai estinti sulla Terra, o quasi estinto, nelle loro forme naturali

Meno nota è la presenza di "reattori nucleari naturali" come siti in cui un'elevata concentrazione di uranio in presenza di acqua ha portato alla fissione nucleare autosufficiente. È stato trovato solo uno di questi punti, nella regione di Oklo, nella nazione africana del Gabon, dove è stato identificato materiale radioattivo esaurito in 16 siti separati. Gli scienziati alla fine hanno concluso che nella regione si sono verificate reazioni nucleari naturali diffuse circa 2 miliardi di anni fa.

Quel lasso di tempo significherebbe che il sito sarebbe stato attivo ben dopo l'inizio della vita sulla Terra, ma è una potenziale prova del concetto di ciò che avrebbe potuto esistere altrove molto prima.

Reazioni a distanza ravvicinata

Adam e Aono rimangono agnostici sulla provenienza delle particelle radioattive che producono formammide. Ma sono convinti che sia del tutto possibile che tali reazioni abbiano avuto luogo e abbiano contribuito a produrre un ambiente in cui ciascuno dei precursori della spina dorsale dell'RNA potrebbe essere facilmente trovato a distanza ravvicinata.

L'attuale pensiero scientifico su come la formammide sia apparsa sulla Terra si concentra sull'arrivo limitato tramite impatti di asteroidi o attraverso la concentrazione della sostanza chimica in miscele di acqua e formammide evaporate in condizioni simili al deserto. Adam riconosce che il consenso scientifico prevalente indica basse quantità di formammide sulla Terra primitiva.

"Non stiamo cercando di sostenere il contrario, " Egli ha detto, "ma stiamo cercando di dire che potrebbe non avere importanza."

Se hai un luogo (o più luoghi) unico sulla Terra che crea quantità significative di formammide per un lungo periodo di tempo attraverso la radiolisi, allora esiste un'opportunità per l'inizio di una chimica unica che può supportare la produzione di composti precursori essenziali per la vita, ha detto Adamo.

"Così, l'argomento poi si sposta su:quanto era probabile che esistesse questo luogo unico? Abbiamo solo bisogno di un luogo speciale sull'intero pianeta per soddisfare queste circostanze, " Egli ha detto.

Dopo di che, il sistema messo in moto avrebbe la capacità di riunire i mattoni chimici della vita.

"Questa è la possibilità che non vediamo l'ora di indagare nei prossimi anni, " disse Adamo.

James Cleave, chimico organico anche all'ELSI e coautore del paper cobalt-60, detto mentre la produzione di formammide da composti molto più semplici rappresenta un progresso, "non ci sono proiettili d'argento all'origine del lavoro della vita. Raccogliamo fatti come questi, e poi vedere dove portano."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.