Prima che esistessero gli animali, batteri o persino DNA sulla Terra, molecole autoreplicanti si stavano lentamente evolvendo dalla semplice materia alla vita sotto una pioggia costante di particelle energetiche provenienti dallo spazio.

In un nuovo documento, un professore di Stanford e un ex studioso post-dottorato ipotizzano che questa interazione tra antichi proto-organismi e raggi cosmici possa essere responsabile di una preferenza strutturale cruciale, chiamata chiralità, nelle molecole biologiche. Se la loro idea è corretta, suggerisce che tutta la vita in tutto l'universo potrebbe condividere la stessa preferenza chirale.

chiralità, noto anche come manualità, è l'esistenza di versioni speculari delle molecole. Come la mano sinistra e destra, due forme chirali di una singola molecola si riflettono a vicenda nella forma ma non si allineano se impilate. In tutte le principali biomolecole:amminoacidi, DNA, RNA:la vita usa solo una forma di manualità molecolare. Se la versione speculare di una molecola viene sostituita alla versione normale all'interno di un sistema biologico, il sistema spesso non funziona correttamente o smette di funzionare del tutto. Nel caso del DNA, un singolo zucchero mano sbagliata disturberebbe la struttura elicoidale stabile della molecola.

Louis Pasteur scoprì per la prima volta questa omochiralità biologica nel 1848. Da allora, gli scienziati hanno discusso se la manualità della vita fosse guidata dal caso casuale o da qualche influenza deterministica sconosciuta. Pasteur ipotizzò che, se la vita è asimmetrica, allora potrebbe essere dovuto a un'asimmetria nelle interazioni fondamentali della fisica che esistono in tutto il cosmo.

"Proponiamo che la manualità biologica di cui siamo testimoni ora sulla Terra sia dovuta all'evoluzione tra radiazioni polarizzate magneticamente, dove una piccola differenza nel tasso di mutazione potrebbe aver promosso l'evoluzione della vita basata sul DNA, piuttosto che la sua immagine speculare, ", ha affermato Noémie Globus, autrice principale dell'articolo ed ex Koret Fellow presso il Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC).

Nella loro carta, pubblicato il 20 maggio in Lettere per riviste astrofisiche , i ricercatori dettagliano la loro argomentazione a favore dei raggi cosmici come origine dell'omochiralità. Discutono anche potenziali esperimenti per testare la loro ipotesi.

Polarizzazione magnetica dallo spazio

I raggi cosmici sono una forma abbondante di radiazioni ad alta energia che provengono da varie fonti in tutto l'universo, comprese stelle e galassie lontane. Dopo aver colpito l'atmosfera terrestre, i raggi cosmici alla fine si degradano in particelle fondamentali. Al piano terra, la maggior parte dei raggi cosmici esiste solo come particelle note come muoni.

I muoni sono particelle instabili, esistente per soli 2 milionesimi di secondo, ma poiché viaggiano alla velocità della luce, sono stati rilevati a più di 700 metri sotto la superficie terrestre. Sono anche polarizzati magneticamente, significato, in media, i muoni condividono tutti lo stesso orientamento magnetico. Quando i muoni finalmente decadono, producono elettroni con la stessa polarizzazione magnetica. I ricercatori ritengono che la capacità di penetrazione del muone consenta a lui e ai suoi elettroni figli di influenzare potenzialmente le molecole chirali sulla Terra e in qualsiasi altra parte dell'universo.

"Siamo continuamente irradiati dai raggi cosmici, " ha spiegato Globus, che è attualmente ricercatore post-dottorato presso la New York University e il Flatiron Institute della Simons Foundation. "I loro effetti sono piccoli ma costanti in ogni luogo del pianeta in cui la vita potrebbe evolversi, e la polarizzazione magnetica dei muoni e degli elettroni è sempre la stessa. E anche su altri pianeti, i raggi cosmici avrebbero gli stessi effetti".

L'ipotesi dei ricercatori è che, all'inizio della vita sulla Terra, questa radiazione costante e coerente ha influenzato l'evoluzione delle due forme di vita specchio in modi diversi, aiutando uno alla fine a prevalere sull'altro. Queste minuscole differenze nel tasso di mutazione sarebbero state più significative quando la vita stava iniziando e le molecole coinvolte erano molto semplici e più fragili. In queste circostanze, la piccola ma persistente influenza chirale dei raggi cosmici potrebbe avere, oltre miliardi di generazioni di evoluzione, prodotto la singola manualità biologica che vediamo oggi.

"Questo è un po' come una ruota della roulette a Las Vegas, dove potresti progettare una leggera preferenza per le tasche rosse, piuttosto che le tasche nere, " ha detto Roger Blandford, il Luke Blossom Professor alla School of Humanities and Sciences di Stanford e un autore della carta. "Fai qualche partita, non te ne accorgeresti mai. Ma se giochi con questa roulette per molti anni, chi scommette abitualmente sul rosso guadagnerà e chi scommette sul nero perderà e se ne andrà".

Pronto per essere sorpreso

Globus e Blandford suggeriscono esperimenti che potrebbero aiutare a dimostrare o confutare la loro ipotesi sui raggi cosmici. Per esempio, vorrebbero testare come i batteri rispondono alle radiazioni con differenti polarizzazioni magnetiche.

"Esperimenti come questo non sono mai stati eseguiti e sono entusiasta di vedere cosa ci insegnano. Le sorprese arrivano inevitabilmente da ulteriori lavori su argomenti interdisciplinari, "disse Globo.

I ricercatori attendono anche campioni organici dalle comete, asteroidi o Marte per vedere se anche loro mostrano un bias chirale.

"Questa idea collega la fisica fondamentale e l'origine della vita, " ha detto Blandford, che è anche professore di fisica e fisica delle particelle a Stanford e SLAC ed ex direttore del KIPAC. "Indipendentemente dal fatto che sia corretto o meno, colmare questi campi molto diversi è eccitante e un esperimento di successo dovrebbe essere interessante".