Nuove ricette per l'origine della vita potrebbero indicare la strada verso pianeti lontani e abitati.

19 settembre 2023

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a cura di Chris Barncard, University of Wisconsin-Madison

La vita su un pianeta lontano - se esiste - potrebbe non assomigliare affatto alla vita sulla Terra. Ma ci sono solo così tanti ingredienti chimici nella dispensa dell'universo e solo così tanti modi per mescolarli. Un team guidato da scienziati presso l'Università di Wisconsin-Madison ha sfruttato queste limitazioni per scrivere un ricettario di centinaia di ricette chimiche con il potenziale per dare origine alla vita.

La loro lista di ingredienti potrebbe concentrare la ricerca di vita altrove nell'universo indicando le condizioni più probabili: versioni planetarie di tecniche di miscelazione, temperature del forno e tempi di cottura per far convergere le ricette.

Secondo i ricercatori, il processo di passaggio dagli ingredienti chimici di base ai complessi cicli di metabolismo cellulare e riproduzione che definiscono la vita richiede non solo un inizio semplice ma anche la ripetizione.

"L'origine della vita è davvero un processo dello-zero-al-qualcosa", afferma Betül Kaçar, astrobiologa sostenuta dalla NASA e professore di batteriologia presso l'UW-Madison. "Ma quel qualcosa non può accadere solo una volta. La vita si riduce a chimica e condizioni che possono generare un modello di reazioni autoproduttive".

Le reazioni chimiche che producono molecole che incoraggiano la stessa reazione a ripetersi sono chiamate reazioni autocatalitiche. In uno studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, Zhen Peng, ricercatore postdottorato nel laboratorio di Kaçar, e collaboratori hanno compilato 270 combinazioni di molecole che coinvolgono atomi di tutti i gruppi e serie della tavola periodica con il potenziale per l'autocatalisi duratura.

"Si pensava che questo tipo di reazioni fossero molto rare", afferma Kaçar. "Stiamo dimostrando che in realtà è tutt'altro che raro. Devi solo cercare nel posto giusto".

I ricercatori hanno concentrato la loro ricerca su ciò che viene chiamato reazioni di comproprapportamento. In queste reazioni, due composti che includono lo stesso elemento con diversi numeri di elettroni o stati reattivi si combinano per creare un nuovo composto in cui l'elemento è nel mezzo degli stati reattivi di partenza.

Per essere autocatalitici, l'esito della reazione deve anche fornire materiali di partenza affinché la reazione si ripeta, quindi l'output diventa un nuovo input, dice Zach Adam, coautore dello studio e geoscienziato di UW-Madison che studia le origini della vita sulla Terra. Le reazioni di comproprapportamento producono molteplici copie di alcune delle molecole coinvolte, fornendo materiali per i passi successivi dell'autocatalisi.

"Se le condizioni sono adeguate, puoi iniziare con un numero relativamente limitato di quegli output", afferma Adam. "Ogni volta che fai un ciclo, produci almeno un output extra che accelera la reazione e la rende ancora più veloce".

L'autocatalisi è simile a una popolazione di conigli in crescita. Coppie di conigli si uniscono, producono cucciolate di nuovi conigli e poi i nuovi conigli crescono fino a mettersi in coppia a loro volta e fare ancora più conigli. Non servono molti conigli per avere presto molti più conigli.

Tuttavia, cercare orecchie flaccide e code pelose nell'universo probabilmente non è una strategia vincente. Invece, Kaçar spera che i chimici traggano idee dalla lista di ricette del nuovo studio e le mettano alla prova in pentole e padelle che simulano cucine extraterrestri.

"Non sapremo mai in modo definitivo cosa è successo su questo pianeta per generare la vita. Non abbiamo una macchina del tempo", afferma Kaçar. "Ma, in un tubo di prova, possiamo creare molteplici condizioni planetarie per capire come può evolversi la dinamica per sostenere la vita in primo luogo".

Kaçar guida un consorzio supportato dalla NASA chiamato MUSE, acronimo di Metal Utilization & Selection Across Eons. Il suo laboratorio si concentrerà su reazioni che includono gli elementi molibdeno e ferro, ed è entusiasta di vedere quale altra cosa verrà fuori dalle parti più esotiche e insolite del nuovo ricettario.

"Carl Sagan ha detto che se vuoi preparare una torta da zero, devi prima creare l'universo", afferma Kaçar. "Penso che se vogliamo capire l'universo, prima dobbiamo preparare qualche torta".

Informazioni sulla rivista: Journal of the American Chemical Society

Provided by University of Wisconsin-Madison