Dove si è formata la vita per la prima volta sulla Terra? Alcuni scienziati pensano che potrebbe essere stato intorno alle bocche idrotermali che potrebbero essere esistite sul fondo dell'oceano 4,5 miliardi di anni fa. In un nuovo articolo sulla rivista Astrobiologia , gli scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA descrivono come hanno imitato possibili antichi ambienti sottomarini con una complessa configurazione sperimentale. Hanno dimostrato che sotto estrema pressione, il fluido di queste antiche fessure del fondo marino mescolato con l'acqua dell'oceano potrebbe aver reagito con i minerali delle bocche idrotermali per produrre molecole organiche, i mattoni che compongono quasi tutta la vita sulla Terra.

In particolare, la ricerca pone importanti basi per studi approfonditi di mondi oceanici come la luna di Saturno Encelado e la luna di Giove Europa, che si pensa che entrambi abbiano oceani di acqua liquida sepolti sotto spesse croste ghiacciate e potrebbero ospitare attività idrotermali simili a quelle simulate al JPL. Questa area di ricerca appartiene a un campo di studio noto come astrobiologia, e il lavoro è stato svolto dal team JPL Icy Worlds come parte dell'ex Astrobiology Institute della NASA.

Sotto l'Antico Mare

Per simulare condizioni che potrebbero essere esistite sul fondo oceanico di una Terra appena formata, prima che il mare brulicasse di vita, l'allora studentessa Lauren White e colleghi hanno condotto un esperimento che ha riunito tre ingredienti chiave:acqua ricca di idrogeno, come quelli che sarebbero potuti fuoriuscire da sotto il fondo del mare attraverso le prese d'aria; acqua di mare arricchita con anidride carbonica, come sarebbe stato dall'atmosfera antica; e alcuni minerali che potrebbero essersi formati in quell'ambiente.

White e colleghi, compreso il suo consulente laureato, scienziato del JPL in pensione Michael Russell:prese d'aria simulate che non emettevano acqua particolarmente calda (erano solo circa 212 gradi Fahrenheit, o 100 gradi Celsius). Una delle principali sfide con la creazione della configurazione sperimentale è stata mantenere la stessa pressione trovata a 0,6 miglia (1 chilometri) sotto la superficie dell'oceano, circa 100 volte la pressione dell'aria a livello del mare. Esperimenti precedenti hanno testato reazioni chimiche simili in singole camere ad alta pressione, ma White e i suoi colleghi volevano replicare in modo più completo le proprietà fisiche di questi ambienti, compreso il modo in cui i fluidi scorrono e si mescolano. Ciò richiederebbe il mantenimento dell'alta pressione in più camere, che ha aumentato la complessità del progetto. (Poiché una crepa o una perdita anche in una singola camera ad alta pressione rappresenta la minaccia di un'esplosione, è una procedura operativa standard in questi casi installare uno scudo antiesplosione tra l'apparato e gli scienziati.)

Gli scienziati volevano determinare se condizioni così antiche avrebbero potuto produrre molecole organiche, quelle contenenti atomi di carbonio in anelli o catene, così come con altri atomi, più comunemente idrogeno. Esempi di molecole organiche complesse includono amminoacidi, che possono eventualmente formare DNA e RNA.

Ma proprio come le uova, Farina, burro e zucchero non sono la stessa cosa di una torta, la presenza sia di carbonio che di idrogeno nei primi oceani non garantisce la formazione di molecole organiche. Mentre un atomo di carbonio e uno di idrogeno potrebbero ragionevolmente scontrarsi in questo oceano preistorico, non si unirebbero automaticamente per formare un composto organico. Questo processo richiede energia, e proprio come una palla non rotola da sola su per una collina, carbonio e idrogeno non si legheranno insieme senza una spinta energetica.

Uno studio precedente di White e dei suoi colleghi ha mostrato che l'acqua che pulsa attraverso le bocche idrotermali potrebbe aver formato solfuri di ferro. Agendo da catalizzatore, i solfuri di ferro potrebbero fornire quella spinta energetica, abbassando la quantità di energia necessaria affinché il carbonio e l'idrogeno reagiscano insieme, e aumentando la probabilità che formerebbero sostanze organiche.

Il nuovo esperimento ha testato se questa reazione sarebbe stata probabile che si verificasse nelle condizioni fisiche intorno alle antiche bocche del fondo marino, se tali sfiati esistessero in quel momento. La risposta? Sì. Il team ha creato formiato e tracce di metano, entrambe le molecole organiche.

Segni di vita

Il metano presente in natura sulla Terra è prodotto in gran parte da organismi viventi o attraverso il decadimento di materiale biologico, comprese piante e animali. Il metano su altri pianeti potrebbe anche essere un segno di attività biologica? Usare il metano per cercare la vita su altri mondi, gli scienziati devono capire sia le sue fonti biologiche che non biologiche, come quello individuato da White e dai suoi colleghi.

"Penso che sia davvero significativo che abbiamo dimostrato che queste reazioni avvengono in presenza di quei fattori fisici, come la pressione e il flusso, " ha detto White. "Siamo ancora molto lontani dal dimostrare che la vita potrebbe essersi formata in questi ambienti. Ma se qualcuno vorrà mai fare questo caso, Penso che dovremo aver dimostrato la fattibilità di ogni fase del processo; non possiamo dare nulla per scontato".

Il lavoro si basa sull'ipotesi di Michael Russell che la vita sulla Terra potrebbe essersi formata sul fondo dell'oceano primordiale della Terra. La formazione di molecole organiche sarebbe un passo importante in questo processo. Gli scienziati dello stesso gruppo di ricerca del JPL hanno esplorato altri aspetti di questo lavoro, come replicare le condizioni chimiche nell'oceano primordiale per dimostrare come potrebbero formarsi gli amminoacidi lì. Però, il nuovo studio è unico nel modo in cui ha ricreato le condizioni fisiche di quegli ambienti.

Nei prossimi anni, La NASA lancerà Europa Clipper, che orbiterà attorno a Giove ed effettuerà molteplici sorvoli della luna ghiacciata Europa. Gli scienziati ritengono che i pennacchi possano vomitare acqua nello spazio dall'oceano della luna, che si trova sotto circa 2-20 miglia (da 3 a 30 chilometri) di ghiaccio. Questi pennacchi potrebbero fornire informazioni su possibili processi idrotermali sul fondo dell'oceano, pensato per essere circa 50 miglia (80 chilometri) di profondità. Il nuovo documento contribuisce a una crescente comprensione della chimica che potrebbe aver luogo in oceani diversi dal nostro, che aiuterà gli scienziati a interpretare i risultati di quella missione e di altre a venire.