Ma che aspetto aveva realmente la Terra primordiale? Questa domanda è stata oggetto di intense ricerche scientifiche per decenni.

Una pubblicazione guidata da Sukrit Ranjan, professore assistente presso il Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona, punta i riflettori sullo zolfo, un elemento chimico che, sebbene familiare, si è dimostrato sorprendentemente resistente agli sforzi scientifici volti a sondare il suo ruolo nell'origine della vita. .

L'articolo è pubblicato sulla rivista AGU Advances .

"La nostra immagine della Terra primordiale è piuttosto confusa", ha detto Ranjan, che esplora le concentrazioni di zolfo nelle acque e nell'atmosfera della Terra primordiale. Gli stessi processi che rendono abitabile il nostro pianeta – l’acqua liquida e la tettonica a placche – distruggono costantemente le rocce che detengono la documentazione geologica della Terra, sostiene. "Per noi è fantastico perché ricicla i nutrienti che altrimenti rimarrebbero imprigionati nella crosta terrestre, ma è terribile per i geologi, nel senso che rimuove i messaggeri."

L'articolo di Ranjan è stato selezionato come il pezzo forte dell'editore, in riconoscimento di "esperimenti estremamente difficili da eseguire ma che forniscono vincoli per gli esperimenti di chimica prebiotica in corso in laboratorio".

Al centro degli sforzi per alzare il sipario sull’emergere della vita sulla Terra c’è un concetto noto come “mondo dell’RNA”, ha detto Ranjan, riferendosi all’acido ribonucleico, una classe di molecole presenti in ogni cellula vivente e cruciali per alla vita come la conosciamo.

L’ipotesi del mondo a RNA si basa su un’interessante caratteristica della biologia moderna, ovvero che delle quattro principali categorie di biomolecole – aminoacidi, carboidrati, lipidi e acidi nucleici – l’RNA è l’unico che può svolgere il ruolo di un enzima e il immagazzinamento e replicazione delle informazioni genetiche, facendo copie di se stesso, tutto da solo. C'è solo un problema:è davvero difficile da realizzare.

"Per circa 50 anni, le persone hanno cercato di capire come produrre RNA senza enzimi, che è il modo in cui lo fa la biologia", ha detto Ranjan, spiegando che solo negli ultimi cinque anni i ricercatori hanno scoperto percorsi non enzimatici per produrre RNA.

"Se riusciamo a ottenere l'RNA, allora all'orizzonte vediamo un percorso per far funzionare tutto il resto", ha detto. "E questo fa sorgere la domanda:questa molecola era effettivamente disponibile prima in qualsiasi quantità? E questa è in realtà una delle principali questioni aperte."

Recentemente, gli scienziati hanno completato una ricerca durata mezzo secolo per produrre molecole di RNA senza enzimi biologici, un enorme passo avanti verso la dimostrazione del mondo dell’RNA. Tuttavia, questi percorsi chimici si basano tutti su una molecola di zolfo fondamentale, chiamata solfito.

Studiando campioni di roccia provenienti da alcune delle rocce più antiche della Terra, gli scienziati sanno che c'era molto zolfo in circolazione sulla Terra prebiotica. Ma quanto ce n'era nell'atmosfera? Quanto è finito in acqua? E quanto di esso è finito come solfito produttore di RNA? Queste sono le domande a cui Ranjan e il suo team hanno deciso di rispondere.

"Una volta in acqua, cosa gli succede? Resta a lungo o se ne va velocemente?" Egli ha detto. "Per quanto riguarda la Terra moderna, conosciamo la risposta:il solfito ama ossidarsi o reagire con l'ossigeno, quindi scompare molto velocemente."

Al contrario, come indicano le prove geologiche, c’era pochissimo ossigeno nell’atmosfera terrestre primordiale, il che avrebbe potuto consentire al solfito di accumularsi e durare molto più a lungo. Tuttavia, anche in assenza di ossigeno, il solfito è molto reattivo e molte reazioni potrebbero averlo cancellato dall'ambiente primordiale della Terra.

Una di queste reazioni è nota come disproporzione, un processo mediante il quale diversi solfiti reagiscono tra loro, trasformandoli in solfato e zolfo elementare, che non sono utili per la chimica dell'origine della vita. Ma quanto è veloce questo processo? Avrebbe consentito l'accumulo di quantità sufficienti di solfiti per dare il via alla vita?

"Nessuno ha effettivamente esaminato la questione in modo approfondito al di fuori di altri contesti, principalmente della gestione delle acque reflue", ha affermato Ranjan.

Il suo team ha quindi deciso di indagare su questo problema in varie condizioni, uno sforzo che ha richiesto cinque anni dalla progettazione degli esperimenti alla pubblicazione dei risultati.

"Di tutti gli atomi che contengono il giacimento prebiotico, inclusi carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo, lo zolfo è forse il più spinoso", ha scritto Sonny Harman dell'Ames Research Center della NASA, in un articolo che accompagna la pubblicazione. A causa della loro ansia di entrare in reazioni chimiche, "i composti dello zolfo tendono a essere più instabili, rappresentando rischi per il personale e le attrezzature di laboratorio, intasando la strumentazione e rovinando gli esperimenti."

L'incubo di un tecnico di laboratorio

Nella loro configurazione, Ranjan e i suoi coautori hanno sciolto il solfito in acqua a vari livelli di acidità o alcalinità, lo hanno chiuso in un contenitore sotto un'atmosfera priva di ossigeno e lo hanno lasciato "invecchiare", come ha detto Ranjan. Ogni settimana, il team ha misurato le concentrazioni di vari solfiti con luce ultravioletta. Alla fine dell'esperimento, li hanno sottoposti a una serie di analisi, tutte mirate a rispondere a una domanda relativamente semplice:"Quanta parte di questa molecola originale è rimasta e in cosa si è trasformata?">

Si è scoperto che i solfiti sono sproporzionatamente molto più lenti di quanto sostenuto dalla saggezza convenzionale. Studi precedenti, ad esempio, avevano ventilato l'idea di una foschia di zolfo che avrebbe avvolto la Terra primordiale, ma il team di Ranjan ha scoperto che i solfiti si decompongono sotto la luce ultravioletta più rapidamente del previsto. In assenza di uno strato di ozono durante gli albori della Terra, questo processo, noto come fotolisi, avrebbe rapidamente eliminato i composti di zolfo dall'atmosfera e dall'acqua, anche se non in modo così efficiente come l'abbondante ossigeno nel mondo di oggi.

Sebbene sia plausibile che una lenta sproporzione possa aver consentito l’accumulo di solfiti, la fotolisi lo avrebbe reso molto improbabile, tranne che in alcuni ambienti come piscine di acque poco profonde, ombreggiate dalle radiazioni UV, in particolare se alimentate dal deflusso superficiale per fornire scudi minerali. Gli esempi includono piscine sotterranee o laghi carbonatici a bacino chiuso, depressioni prive di drenaggio in cui si accumulano sedimenti ma l'acqua può uscire solo per evaporazione.

"Pensate a corpi idrici come il Grande Lago Salato nello Utah o il Lago Mono in California", ha detto Ranjan, aggiungendo che gli ambienti idrotermali stanno emergendo come candidati caldi per la prima apparizione della vita. Qui, le acque sotterranee che trasportano minerali disciolti entrano in contatto con il calore derivante dall'attività vulcanica, creando microambienti unici che offrono "spazi sicuri" per processi chimici che non potrebbero verificarsi altrove.

Luoghi simili si possono trovare lungo le dorsali oceaniche nelle profondità marine, ma anche sulla terraferma, ha detto Ranjan.

"Un esempio moderno di ciò è il Parco Nazionale di Yellowstone, dove troviamo pozze che accumulano molto solfito, nonostante l'ossigeno", ha detto, "e ciò può accadere proprio perché il solfito viene continuamente reintegrato dal degassamento vulcanico." /P>

Lo studio offre l'opportunità di testare sperimentalmente l'ipotesi della disponibilità di solfiti nell'evoluzione delle prime molecole della vita, sottolineano gli autori. Ranjan ha affermato che un campo di ricerca in particolare lo entusiasma:la microbiologia filogenetica, che utilizza l'analisi del genoma per ricostruire i progetti dei microrganismi che utilizzano zolfo e che si ritiene rappresentino i phyla più antichi sulla Terra.

Esistono prove che questi batteri guadagnano energia riducendo le forme di zolfo altamente ossidate a quelle meno ossidate. Curiosamente, ha sottolineato Ranjan, essi dipendono da un meccanismo enzimatico piuttosto complesso per il primo passaggio, riducendo il solfato, l'abbondante forma "moderna" dello zolfo, a solfito, suggerendo che questi enzimi siano il prodotto di un lungo processo evolutivo. Al contrario, solo un enzima è coinvolto nella conversione dal solfito, l'ingrediente chiave proposto negli "ambienti di pozzanghere prebiotiche", al solfuro.

"Se fosse vero, ciò implica che il solfito fosse presente nell'ambiente naturale almeno in alcuni corpi idrici, in modo simile a quello che sosteniamo qui", ha detto. "I geologi si stanno rivolgendo proprio adesso a questo argomento. Possiamo usare le rocce antiche per verificare se sono ricche di solfiti? Non conosciamo ancora la risposta. Si tratta ancora di una scienza all'avanguardia."