L'origine della vita, la straordinaria capacità che ha la materia di muoversi, reagire, correre e magari pensare, ha da sempre affascinato l'uomo, mobilitando la fantasia e l'ingegno di filosofi e scienziati per millenni. Solo nel corso degli ultimi decenni, però, è stato possibile cominciare a tracciare un quadro attendibile degli avvenimenti, grazie, in particolare, allo sviluppo delle conoscenze nel campo della biochimica.
In questa sede, naturalmente, non potrà essere trattato in modo esauriente l'argomento dell'apparizione del codice genetico e della progressiva evoluzione della materia (montaggi molecolari, meccanismi di riproduzione, mutazioni, selezione ambientale, relazione tra strutture e comportamenti, eccetera), a causa della sua complessità. E anche i meccanismi dell'evoluzione verranno analizzati in un prossimo appuntamento.
Probabile o improbabile?
Di fondamentale importanza è capire se i processi che hanno portato all'apparizione della vita sulla Terra sono qualcosa di eccezionale e di altamente improbabile o se potrebbero aver luogo spontaneamente, regolati da leggi naturali.
Oggi non abbiamo ancora modo di verificare se e come la vita altrove, nell'universo, può essersi sviluppata: tutto quello che possiamo fare è studiare il solo modello che abbiamo a disposizione, la Terra. Questo modello offre un vantaggio: ha funzionato, cioè ha dato effettivamente origine alla vita. Ma anche uno svantaggio: non è ancora chiaro in che modo tutto ciò sia accaduto. Mancano ancora molti anelli a questa catena di avvenimenti. Tuttavia, come si diceva, alcune linee d'insieme cominciano a delinearsi. Per collocare l'origine della vita sulla Terra dobbiamo tornare a quattro miliardi e mezzo di anni fa.
A quel tempo il nostro pianeta non era certo un posto raccomandabile: se oggi Marte e Venere ci colpiscono per il loro aspetto ostile, altrettanto avremmo potuto dire della Terra primordiale. Anche dopo l'inizio della solidificazione della crosta terrestre, l'ambiente era totalmente inospitale: vulcani, lava, fulmini e, soprattutto, un'atmosfera irrespirabile per l'uomo, composta da ammoniaca, idrogeno, vapore acqueo, metano (oltre a idrogeno solforato, anidride solforosa e ossido di carbonio); e pressoché assenza di ossigeno. Si pensa che sotto l'azione dell'energia solare e dei fulmini i gas presenti nell'atmosfera abbiano dato luogo a una reazione, formando i primi composti organici (forse in parte portati anche dalle comete), che gradualmente riempirono gli oceani, dove l'acqua li proteggeva dall'azione dei raggi ultravioletti. Per prima cosa ebbero origine gli amminoacidi. Poi questi primi composti (sempre sotto l'azione dell'energia solare) si unirono casualmente in aggregati più grandi e più complessi, i cosiddetti polimeri. In questo "brodo caldo", com'è stato definito, per molti milioni di anni è avvenuto un rimestamento di molecole organiche sempre più numerose e complesse, fino all'emergere di molecole capaci di stampare copie identiche di se stesse. Questo processo, secondo alcuni, potrebbe probabilmente aver avuto luogo in prossimità delle sorgenti sulfuree calde dei vulcani sottomarini, a quel tempo numerosissimi. Nacque così la replicazione, assieme alla selezione ambientale, che portò a molecole ancor più complesse ed efficienti che, unendosi in ulteriori montaggi spontanei e cominciando a replicarsi dentro una membrana, diedero origine alle prime forme cellulari, e quindi alla vita vera e propria: esseri unicellulari (alghe verdazzurre o solfo-batteri) destinati a evolversi.
La boccia delle meraviglie
Questa, grosso modo, è l'ipotesi che al momento trova più consensi tra i ricercatori che si occupano dell'origine della vita. Ma naturalmente mancano molti passaggi di questa sequenza, anche perché nessuno era presente a vedere come andarono realmente i fatti. Quello che si può fare oggi è tentare di ricostruire gli avvenimenti e cercare di riprodurre, almeno parzialmente, alcuni di questi processi in laboratorio.
Il primo grande successo, in questo senso, è stato ottenuto negli anni Cinquanta dal biologo Stanley Miller, che effettuò un esperimento perfettamente ripetibile, rimasto un classico. Impiegando un particolare apparecchi, mise nell'ampolla superiore i gas che si presume costituissero l'atmosfera primitiva della Terra: idrogeno, metano, ammoniaca, vapore acqueo. Poi, per simulare l'energia primitiva dei fulmini, sottopose questi gas a scariche elettriche. Dopo una settimana, nel fondo della sfera di vetro si erano formati nientemeno che degli amminoacidi. E gli amminoacidi, com'è noto, sono i costituenti delle proteine, cioè i mattoni con cui vengono costruite tutte le nostre cellule.
Da allora altre ricerche sono continuate lungo la stessa linea, utilizzando, oltre alle scariche elettriche, anche altre forme naturali di energia, come fasci di particelle. Si sono così ottenute sostanze quali l'adenosina, che è un componente degli acidi nucleici, cioè del famoso DNA, la molecola a doppia elica che costituisce i cromosomi.
Uno dei possibili sviluppi di queste ricerche è arrivare a individuare molecole di proteine e di DNA, che unite darebbero origine a un virus, cioè a qualcosa che è già in grado di replicarsi. Com'è ovvio, l'obiettivo di questi studi è cercare di giungere spontaneamente a queste molecole, poiché con metodi artificiali si è già arrivati a costruire dei virus in laboratorio, partendo da catene molecolari preesistenti. Già nel 1967 il premio Nobel Arthur Kornberg della Stanford University era riuscito a unire quelli che si potrebbero chiamare i "cromosomi" di un virus, cioè produrre dei DNA di un virus in provetta, inserirlo all'interno di un batterio particolare e ricavarne molti altri virus. E un virus, per quanto sia in grado di autosostenersi soltanto all'interno di una cellula vivente, è veramente molto vicino a essere una forma di vita.
Piero Angela Giornalista e scrittore.
In questa sede, naturalmente, non potrà essere trattato in modo esauriente l'argomento dell'apparizione del codice genetico e della progressiva evoluzione della materia (montaggi molecolari, meccanismi di riproduzione, mutazioni, selezione ambientale, relazione tra strutture e comportamenti, eccetera), a causa della sua complessità. E anche i meccanismi dell'evoluzione verranno analizzati in un prossimo appuntamento.
Probabile o improbabile?
Di fondamentale importanza è capire se i processi che hanno portato all'apparizione della vita sulla Terra sono qualcosa di eccezionale e di altamente improbabile o se potrebbero aver luogo spontaneamente, regolati da leggi naturali.
Oggi non abbiamo ancora modo di verificare se e come la vita altrove, nell'universo, può essersi sviluppata: tutto quello che possiamo fare è studiare il solo modello che abbiamo a disposizione, la Terra. Questo modello offre un vantaggio: ha funzionato, cioè ha dato effettivamente origine alla vita. Ma anche uno svantaggio: non è ancora chiaro in che modo tutto ciò sia accaduto. Mancano ancora molti anelli a questa catena di avvenimenti. Tuttavia, come si diceva, alcune linee d'insieme cominciano a delinearsi. Per collocare l'origine della vita sulla Terra dobbiamo tornare a quattro miliardi e mezzo di anni fa.
A quel tempo il nostro pianeta non era certo un posto raccomandabile: se oggi Marte e Venere ci colpiscono per il loro aspetto ostile, altrettanto avremmo potuto dire della Terra primordiale. Anche dopo l'inizio della solidificazione della crosta terrestre, l'ambiente era totalmente inospitale: vulcani, lava, fulmini e, soprattutto, un'atmosfera irrespirabile per l'uomo, composta da ammoniaca, idrogeno, vapore acqueo, metano (oltre a idrogeno solforato, anidride solforosa e ossido di carbonio); e pressoché assenza di ossigeno. Si pensa che sotto l'azione dell'energia solare e dei fulmini i gas presenti nell'atmosfera abbiano dato luogo a una reazione, formando i primi composti organici (forse in parte portati anche dalle comete), che gradualmente riempirono gli oceani, dove l'acqua li proteggeva dall'azione dei raggi ultravioletti. Per prima cosa ebbero origine gli amminoacidi. Poi questi primi composti (sempre sotto l'azione dell'energia solare) si unirono casualmente in aggregati più grandi e più complessi, i cosiddetti polimeri. In questo "brodo caldo", com'è stato definito, per molti milioni di anni è avvenuto un rimestamento di molecole organiche sempre più numerose e complesse, fino all'emergere di molecole capaci di stampare copie identiche di se stesse. Questo processo, secondo alcuni, potrebbe probabilmente aver avuto luogo in prossimità delle sorgenti sulfuree calde dei vulcani sottomarini, a quel tempo numerosissimi. Nacque così la replicazione, assieme alla selezione ambientale, che portò a molecole ancor più complesse ed efficienti che, unendosi in ulteriori montaggi spontanei e cominciando a replicarsi dentro una membrana, diedero origine alle prime forme cellulari, e quindi alla vita vera e propria: esseri unicellulari (alghe verdazzurre o solfo-batteri) destinati a evolversi.
La boccia delle meraviglie
Questa, grosso modo, è l'ipotesi che al momento trova più consensi tra i ricercatori che si occupano dell'origine della vita. Ma naturalmente mancano molti passaggi di questa sequenza, anche perché nessuno era presente a vedere come andarono realmente i fatti. Quello che si può fare oggi è tentare di ricostruire gli avvenimenti e cercare di riprodurre, almeno parzialmente, alcuni di questi processi in laboratorio.
Il primo grande successo, in questo senso, è stato ottenuto negli anni Cinquanta dal biologo Stanley Miller, che effettuò un esperimento perfettamente ripetibile, rimasto un classico. Impiegando un particolare apparecchi, mise nell'ampolla superiore i gas che si presume costituissero l'atmosfera primitiva della Terra: idrogeno, metano, ammoniaca, vapore acqueo. Poi, per simulare l'energia primitiva dei fulmini, sottopose questi gas a scariche elettriche. Dopo una settimana, nel fondo della sfera di vetro si erano formati nientemeno che degli amminoacidi. E gli amminoacidi, com'è noto, sono i costituenti delle proteine, cioè i mattoni con cui vengono costruite tutte le nostre cellule.
L'apparato che permise a Stanley Miller di effettuare il suo famoso esperimento. La parte fondamentale è l'ampolla nella quale in un miscuglio di gas, simili all'atmosfera primitiva, venivano fatte scoccare potenti scariche elettriche. Dopo una settimana nel tupo di raccolta, Miller trovò diversi aminoacidi, i mattoni fondamentali della vita.
Da allora altre ricerche sono continuate lungo la stessa linea, utilizzando, oltre alle scariche elettriche, anche altre forme naturali di energia, come fasci di particelle. Si sono così ottenute sostanze quali l'adenosina, che è un componente degli acidi nucleici, cioè del famoso DNA, la molecola a doppia elica che costituisce i cromosomi.
Uno dei possibili sviluppi di queste ricerche è arrivare a individuare molecole di proteine e di DNA, che unite darebbero origine a un virus, cioè a qualcosa che è già in grado di replicarsi. Com'è ovvio, l'obiettivo di questi studi è cercare di giungere spontaneamente a queste molecole, poiché con metodi artificiali si è già arrivati a costruire dei virus in laboratorio, partendo da catene molecolari preesistenti. Già nel 1967 il premio Nobel Arthur Kornberg della Stanford University era riuscito a unire quelli che si potrebbero chiamare i "cromosomi" di un virus, cioè produrre dei DNA di un virus in provetta, inserirlo all'interno di un batterio particolare e ricavarne molti altri virus. E un virus, per quanto sia in grado di autosostenersi soltanto all'interno di una cellula vivente, è veramente molto vicino a essere una forma di vita.
Piero Angela Giornalista e scrittore.
