I raggi cosmici hanno influenzato l’evoluzione delle molecole prebiotiche?

Una ricerca ipotizza che l'interazione tra molecole prebiotiche e raggi cosmici possa aver causato una preferenza strutturale chiave, che nelle molecole biologiche è detta chiralità

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Sul nostro pianeta, molto prima dell’apparizione della prima cellula vivente, le molecole prebiotiche si stavano evolvendo sotto una incessante pioggia di raggi cosmici ad alta energia provenienti dallo spazio.

Una ricerca ipotizza che l’interazione tra molecole prebiotiche e raggi cosmici possa aver causato una preferenza strutturale chiave, che nelle molecole biologiche è detta chiralità.

Se lo studio avesse ragione e i risultati forniti si confermassero corretti, forse ogni forma di vita esistente nell’universo potrebbe condividere la stessa chiralità.

La chiralità è l’esistenza di versioni speculari delle molecole. Esattamente come la mano sinistra e la destra, due forme chirali di una molecola si riflettono a vicenda nella forma ma non si allineano se impilate.

In tutte le principali molecole prebiotiche, aminoacidi, DNA, RNA, la vita ricorre solo a una forma di chiralità. Se la versione speculare di una molecola prebiotica viene sostituita alla versione “normale” all’interno di un sistema biologico, il sistema potrebbe funzionare male o smettere di funzionare del tutto.



Prendiamo ad esempio il DNA, un singolo zucchero dalla chiralità sbagliata manderebbe in frantumi la struttura elicoidale della molecola.

L’omochiralità biologica fu scoperta per la prima volta nel 1848 da Louis Pasteur. Pasteur ipotizzò che, se la vita è asimmetrica, ciò potrebbe essere dovuto a un’asimmetria nelle interazioni fondamentali della fisica presenti in tutto l’universo.

Le molecole prebiotiche e lo studio dei raggi cosmici

Secondo Noémie Globus, primo autore dell’articolo e ex Koret Fellow del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) l’orientamento biologico a cui assistiamo oggi sul nostro pianeta è dovuto all’interazione tra radiazioni polarizzate magneticamente, dove una piccola differenza nel tasso di mutazione potrebbe aver favorito l’evoluzione della vita basata sul DNA, piuttosto che sulla sua immagine speculare.

Nel loro studio, pubblicato su Astrophysical Journal Letters, i ricercatori descrivono la loro tesi sull’origine dell’omochiralità causata dai raggi cosmici proponendo esperimenti che potrebbero mettere alla prova le loro ipotesi.

Polarizzazione magnetica dallo spazio

I raggi cosmici ad alta energia sono una forma di radiazione emessa da stelle e galassie lontane. Dopo aver impattato con gli strati superiori della nostra atmosfera, colpendo alcune molecole, i raggi cosmici decadono in particelle fondamentali.

La maggior parte dei raggi cosmici che arrivano al suolo sono noti come mesoni.

I muoni sono particelle instabili, con una vita di appena 2 milionesimi di secondo, ma poiché viaggiano a una velocità vicina a quella della luce, sono stati spesso rilevati a oltre 700 metri sotto la superficie della Terra. I mesoni sono polarizzati magneticamente, in media, condividono tutti lo stesso orientamento magnetico.

Quando i muoni decadono, producono elettroni con la stessa polarizzazione magnetica. I ricercatori ritengono che la capacità di penetrazione del muone permetta alla particella e agli elettroni prodotti dal suo decadimento di influenzare le molecole prebiotiche presenti sulla Terra e in qualsiasi altro luogo dell’universo.

“Siamo bersagliati continuamente dai raggi cosmici”, ha dettoo Globus, oggi ricercatore post-dottorato alla New York University e al 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”

Secondo i ricercatori nei primi istanti della comparsa della vita sulla Terra, i raggi cosmici hanno influenzato l’evoluzione delle due forme molecolari prebiotiche speculari in modi diversi, favorendo una molecola rispetto all’altra.

Queste piccole differenze nel tasso di mutazione sarebbero state molto importanti inizialmente quando le molecole prebiotiche coinvolte erano molto semplici e delicate.

In quelle circostanze, la piccola ma continua influenza chirale dei raggi cosmici avrebbe potuto produrre miliardi di generazioni arrivando alla chiralità che osserviamo oggi.

“Questo è un po’ come una ruota della roulette a Las Vegas, dove potresti progettare una leggera preferenza per il rosso, piuttosto che per il nero”, ha detto Roger Blandford, della School of Humanities and Sciences di Stanford.

“Giocando alcune partite, non lo noteresti mai. Ma se giochi con questa ruota della roulette per molti anni, quelli che scommettono abitualmente sul rosso guadagneranno e quelli che scommettono sul nero perderanno e scompariranno”.

Globus e Blandford ritengono che si potrebbero realizzare esperimenti che potrebbero dimostrare o confutare la loro ipotesi. I due ricercatori vorrebbero testare la risposta dei batteri alle radiazioni con diversa polarizzazione magnetica.

“Esperimenti come questo non sono mai stati condotti e sono entusiasta di vedere cosa ci insegneranno. Inevitabilmente ulteriori lavori su argomenti interdisciplinari come questo finiranno per riservarci delle sorprese”, ha affermato Globus.

I ricercatori potrebbero testare molecole prebiotiche provenienti da comete, asteroidi o prelevati dalla superficie di Marte per capire se presentano anch’essi una preferenza nella chiralità.

“Questa idea collega la fisica fondamentale e l’origine della vita”, ha affermato Blandford, che è anche professore di fisica dellee particelle allo Stanford e SLAC ed ex direttore del KIPAC. “Indipendentemente dal fatto che sia corretto o meno, unire questi campi molto diversi è eccitante e un esperimento di successo dovrebbe essere interessante”.

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