Secondo un nuovo studio, i primi elementi costitutivi della vita sulla Terra potrebbero essersi formati grazie alle eruzioni del nostro Sole.
Una serie di esperimenti chimici mostra come le particelle solari, scontrandosi con i gas nell’atmosfera primordiale della Terra, possano formare amminoacidi e acidi carbossilici, i mattoni fondamentali delle proteine ​​e della vita organica. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Life.
Per comprendere le origini della vita, gli scienziati stanno cercando di capire come si sono formati gli amminoacidi, le materie prime di cui sono composte le proteine ​​e tutta la vita cellulare. La proposta più nota è stata avanzata alla fine del 1800, quando gli scienziati hanno ipotizzato che la vita potrebbe essere iniziata in un “piccolo stagno caldo“: una zuppa di sostanze chimiche, energizzate da fulmini, calore e altre fonti di energia, che potrebbero essersi mescolate ad alte concentrazioni finendo per formare molecole organiche.
Nel 1953, Stanley Miller dell’Università di Chicago cercò di ricreare in laboratorio queste condizioni primordiali. Miller riempì una camera chiusa con metano, ammoniaca, acqua e idrogeno molecolare, gas ritenuti prevalenti nell’atmosfera primordiale della Terra, facendola attraversare ripetutamente da una scarica elettrica per simulare un fulmine. Una settimana dopo, Miller e Harold Urey scoprirono che si erano formati 20 diversi amminoacidi.
“È stata una grande rivelazione“, ha detto Vladimir Airapetian, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, e coautore del nuovo articolo. “Dai componenti di base dell’atmosfera della Terra primordiale, puoi sintetizzare queste molecole organiche complesse“.
Ma gli ultimi 70 anni hanno complicato questa interpretazione. Gli scienziati ora ritengono che l’ammoniaca (NH3) e il metano (CH4) fossero molto meno abbondanti di quanto pensato in precedenza nell’atmosfera primordiale; invece, l’aria terrestre dell’epoca era composta di anidride carbonica (CO2) e azoto molecolare (N2), che richiedono più energia per essere scomposti. Questi gas possono ancora produrre amminoacidi, ma in quantità notevolmente ridotte.
Alla ricerca di fonti energetiche alternative, alcuni scienziati hanno indicato le onde d’urto delle meteore in arrivo. Altri hanno citato la radiazione ultravioletta solare. Airapatian, utilizzando i dati della missione Kepler della NASA, ha indicato una nuova idea: le particelle cariche si energia emesse dal Sole.
Kepler ha osservato stelle lontane in diverse fasi del loro ciclo di vita recuperando indizi sul passato del nostro Sole. Nel 2016, Airapetian ha pubblicato uno studio che suggerisce che durante i primi 100 milioni di anni della Terra, il Sole era più debole di circa il 30%. Ma i “superflare” solari – potenti eruzioni che oggi vediamo solo una volta ogni 100 anni circa – avvenivano una volta ogni 3-10 giorni. Questi superflare lanciano particelle alla velocità della luce che si scontrano con la nostra atmosfera, dando il via a reazioni chimiche.
“Non appena ho pubblicato quel documento, il team della Yokohama National University dal Giappone mi ha contattato“, ha detto Airapetian.
Il dottor Kobayashi, un professore di chimica, ha passato gli ultimi 30 anni a studiare la chimica prebiotica. Stava cercando di capire come i raggi cosmici galattici – particelle in arrivo dall’esterno del nostro sistema solare – avrebbero potuto influenzare l’atmosfera della Terra primordiale. “La maggior parte dei ricecatori ignora i raggi cosmici galattici perché richiedono attrezzature specializzate, come gli acceleratori di particelle“, ha detto Kobayashi. Piccole modifiche alla configurazione sperimentale di Kobayashi potrebbero mettere alla prova le idee di Airapatian.
Airapetian, Kobayashi e i loro collaboratori hanno creato una miscela di gas corrispondente all’atmosfera della Terra primordiale così come la intendiamo oggi. Hanno combinato anidride carbonica, azoto molecolare, acqua e una quantità variabile di metano (la proporzione di metano nella prima atmosfera terrestre è incerta ma ritenuta bassa). Hanno bombardato la miscela di gas con protoni (simulando particelle solari) e le hanno accese con scariche di scintille (simulando fulmini), replicando l’esperimento Miller-Urey per confronto.
Con percentuali di metano superiori allo 0,5%, la miscela bombardata con i protoni (particelle solari) produceva quantità rilevabili di amminoacidi e acidi carbossilici. Ma le scariche ekettriche (fulmini) richiedevano una concentrazione di metano di circa il 15% prima che si formassero amminoacidi.
“E anche al 15% di metano, il tasso di produzione degli amminoacidi da parte dei fulmini è un milione di volte inferiore a quello dei protoni”, ha aggiunto Airapetian. I protoni tendevano anche a produrre più acidi carbossilici (un precursore degli amminoacidi) rispetto alle scariche elettriche.
A parità di condizioni, le particelle solari sembrano essere una fonte di energia più efficiente dei fulmini. Ma tutto il resto probabilmente non era uguale, suggerisce Airapetian. Miller e Urey presumevano che i fulmini fossero comuni al tempo del “piccolo stagno caldo” come lo sono oggi. Ma i fulmini, che provengono da nuvole temporalesche formate dall’aria calda, probabilmente erano più rari sotto un sole più fioco del 30%.
Questi esperimenti suggeriscono che l’attività del giovane Sole attivo avrebbe potuto catalizzare i precursori della vita più facilmente di quanto ipotizzato in precedenza.
Ulteriori informazioni: Kensei Kobayashi et al, Formation of Amino Acids and Carboxylic Acids in Weakly Reducing Planetary Atmospheres by Solar Energetic Particles from the Young Sun, Life (2023). DOI: 10.3390/life13051103
