Gli stagni primitivi potrebbero aver fornito un ambiente adatto per la produzione delle prime forme di vita della Terra, più degli oceani, trova un nuovo studio del MIT.

I ricercatori riferiscono che corpi idrici poco profondi, dell'ordine di 10 centimetri di profondità, avrebbe potuto contenere alte concentrazioni di quello che molti scienziati ritengono essere un ingrediente chiave per dare il via alla vita sulla Terra:l'azoto.

In stagni poco profondi, azoto, sotto forma di ossidi di azoto, avrebbe avuto buone possibilità di accumularsi abbastanza da reagire con altri composti e dare origine ai primi organismi viventi. In oceani molto più profondi, l'azoto avrebbe avuto più difficoltà a stabilire un significativo, presenza catalizzatrice di vita, dicono i ricercatori.

"Il nostro messaggio generale è, se pensi che l'origine della vita richiedesse azoto fisso, come fanno molte persone, allora è difficile che l'origine della vita avvenga nell'oceano, ", afferma l'autore principale Sukrit Ranjan, un postdoc presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS). "È molto più facile che ciò accada in uno stagno."

Ranjan e i suoi colleghi hanno pubblicato oggi i loro risultati sulla rivista Geochimica, Geofisica, geosistemi . I coautori del documento sono Andrew Babbin, il Doherty Assistant Professor in Ocean Utilization in EAPS, insieme a Zoe Todd e Dimitar Sasselov dell'Università di Harvard, e Paul Rimmer all'Università di Cambridge.

Rompere un legame

Se la vita primitiva è davvero scaturita da una reazione chiave che coinvolge l'azoto, ci sono due modi in cui gli scienziati credono che ciò possa essere accaduto. La prima ipotesi riguarda l'oceano profondo, dove l'azoto, sotto forma di ossidi di azoto, potrebbe aver reagito con l'anidride carbonica che fuoriesce dalle bocche idrotermali, per formare i primi mattoni molecolari della vita.

La seconda ipotesi basata sull'azoto per l'origine della vita coinvolge l'RNA-acido ribonucleico, una molecola che oggi aiuta a codificare le nostre informazioni genetiche. Nella sua forma primitiva, L'RNA era probabilmente una molecola fluttuante. A contatto con ossidi di azoto, alcuni scienziati credono, L'RNA potrebbe essere stato indotto chimicamente a formare le prime catene molecolari della vita. Questo processo di formazione dell'RNA potrebbe essersi verificato negli oceani o in laghi e stagni poco profondi.

Gli ossidi di azoto sono stati probabilmente depositati in corpi idrici, compresi oceani e stagni, come residui della scomposizione dell'azoto nell'atmosfera terrestre. L'azoto atmosferico è costituito da due molecole di azoto, legati da un forte triplo legame, che può essere rotto solo da un evento estremamente energetico, vale a dire, fulmine.

"Il fulmine è come una bomba davvero intensa che esplode, " dice Ranjan. "Produce abbastanza energia da rompere quel triplo legame nel nostro gas azoto atmosferico, per produrre ossidi di azoto che possono poi piovere nei corpi idrici."

Gli scienziati ritengono che potrebbero esserci stati abbastanza fulmini che crepitano attraverso l'atmosfera primitiva per produrre un'abbondanza di ossidi di azoto per alimentare l'origine della vita nell'oceano. Ranjan afferma che gli scienziati hanno ipotizzato che questa fornitura di ossidi di azoto generati dai fulmini fosse relativamente stabile una volta che i composti fossero entrati negli oceani.

Però, in questo nuovo studio, individua due significativi "pozzi, " o effetti che avrebbero potuto distruggere una parte significativa degli ossidi di azoto, particolarmente negli oceani. Lui e i suoi colleghi hanno esaminato la letteratura scientifica e hanno scoperto che gli ossidi di azoto nell'acqua possono essere scomposti attraverso le interazioni con la luce ultravioletta del sole, e anche con il ferro disciolto estratta dalle rocce oceaniche primitive.

Ranjan afferma che sia la luce ultravioletta che il ferro disciolto potrebbero aver distrutto una porzione significativa di ossidi di azoto nell'oceano, rimandando i composti nell'atmosfera sotto forma di azoto gassoso.

"Abbiamo dimostrato che se includi questi due nuovi lavelli a cui la gente non aveva pensato prima, che sopprime le concentrazioni di ossidi di azoto nell'oceano di un fattore 1, 000, rispetto a ciò che le persone hanno calcolato prima, "dice Ranjan.

"Costruire una cattedrale"

Nell'oceano, la luce ultravioletta e il ferro disciolto avrebbero reso gli ossidi di azoto molto meno disponibili per la sintesi degli organismi viventi. In stagni poco profondi, però, la vita avrebbe avuto una migliore possibilità di prendere piede. Ciò è dovuto principalmente al fatto che gli stagni hanno un volume molto inferiore su cui è possibile diluire i composti. Di conseguenza, gli ossidi di azoto si sarebbero accumulati a concentrazioni molto più elevate negli stagni. Qualsiasi "lavello, " come la luce UV e il ferro disciolto, avrebbe avuto un effetto minore sulle concentrazioni complessive del composto.

Ranjan dice che più lo stagno è poco profondo, maggiore era la possibilità che gli ossidi di azoto avrebbero avuto di interagire con altre molecole, e in particolare RNA, catalizzare i primi organismi viventi.

"Questi stagni avrebbero potuto essere profondi da 10 a 100 centimetri, con una superficie di decine di metri quadrati o superiore, " dice Ranjan. "Sarebbero stati simili a Don Juan Pond in Antartide oggi, che ha una profondità stagionale estiva di circa 10 centimetri."

Potrebbe non sembrare uno specchio d'acqua significativo, ma dice che è proprio questo il punto:in ambienti più profondi o più grandi, gli ossidi di azoto sarebbero stati semplicemente troppo diluiti, precludendo qualsiasi partecipazione alla chimica dell'origine della vita. Altri gruppi hanno stimato che, circa 3,9 miliardi di anni fa, poco prima che sulla Terra apparissero i primi segni di vita, potrebbero esserci stati circa 500 chilometri quadrati di stagni e laghi poco profondi in tutto il mondo.

"È assolutamente minuscolo, rispetto alla superficie lacustre che abbiamo oggi, " dice Ranjan. "Tuttavia, rispetto alla quantità di superficie postulata dai chimici prebiotici è necessaria per iniziare la vita, è abbastanza adeguato."

Il dibattito sull'origine della vita negli stagni rispetto agli oceani non è del tutto risolto, ma Ranjan dice che il nuovo studio fornisce una prova convincente per il primo.

"Questa disciplina è meno come far cadere una fila di tessere del domino, e più come costruire una cattedrale, " dice Ranjan. "Non c'è un vero momento 'aha'. È più come costruire pazientemente un'osservazione dopo l'altra, e il quadro che sta emergendo è che nel complesso, molti percorsi di sintesi prebiotica sembrano essere chimicamente più facili negli stagni che negli oceani".