Gli scienziati di Cambridge svelano una nuova teoria sulle origini degli elementi costitutivi della vita

I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno identificato un processo chiamato grafitizzazione, che teorizzano potrebbe produrre molecole essenziali per la costruzione della vita come proteine, fosfolipidi e nucleotidi sulla Terra primordiale. Questo processo, evidenziato in uno studio pubblicato sulla rivista Life, suggerisce che le alte temperature derivanti dagli influssi celesti e dalle interazioni con ferro e acqua potrebbero semplificare gli ambienti chimici, rendendoli favorevoli alla formazione di componenti necessari alla vita.

I ricercatori dell’Università di Cambridge suggeriscono che le molecole essenziali per l’evoluzione della vita potrebbero essere derivate da un processo chiamato grafitizzazione. Se ciò fosse confermato attraverso esperimenti di laboratorio, potremmo permetterci di simulare le condizioni che probabilmente hanno dato origine alla vita.

Come sono arrivate lì le sostanze chimiche necessarie alla vita?

Il modo in cui le condizioni apparentemente fortuite per la vita siano nate in natura è stato a lungo dibattuto, con molte ipotesi che hanno raggiunto vicoli ciechi. Tuttavia, i ricercatori dell’Università di Cambridge hanno ora modellato il modo in cui si verificano queste condizioni, producendo i componenti necessari alla vita in grandi quantità.

La vita è governata da molecole chiamate proteine, fosfolipidi e nucleotidi. Precedenti ricerche suggeriscono che le molecole benefiche contenenti azoto come il nitrile – Cianoacetilene(HC3N) e Acido cianidrico(HCN) – e isonitrile – Isocianato(HNC) e Isocianuro di metile(CH3NC) – Può essere utilizzato per creare questi elementi essenziali della vita. Finora non esiste un modo ovvio per produrre tutte queste cose nello stesso ambiente in grandi quantità.

In un recente studio pubblicato su vitaIl gruppo ha ora scoperto che, attraverso un processo noto come grafite, è possibile sintetizzare teoricamente grandi quantità di queste molecole benefiche. Se il modello potesse essere verificato sperimentalmente, suggerirebbe che il processo sia stato un possibile primo passo della Terra nel suo viaggio verso la vita.

Perché questo processo è più probabile che si verifichi rispetto ad altri?

Il problema più grande con i modelli precedenti è che insieme al nitrile vengono creati una serie di altri prodotti. Questo crea un sistema caotico che ostacola la formazione della vita.

“Gran parte della vita è la semplicità”, ha affermato il dottor Paul Rimmer, assistente professore di astrofisica sperimentale al Cavendish Laboratory e coautore dello studio. “È il sistema.” Abbiamo trovato un modo per eliminare parte della complessità controllando ciò che può accadere in chimica.

Non ci aspettiamo che la vita venga prodotta in un ambiente caotico. Quindi, ciò che è sorprendente è come la grafite stessa ripulisce l'ambiente, poiché il processo produce esclusivamente questi nitrili e isonitrili, con prodotti collaterali per lo più inerti.

Una rappresentazione schematica dello scenario che proponiamo qui per la produzione di materie prime prebiotiche pulite e ad alto rendimento. Gli eventi si muovono in senso orario dall'alto a sinistra: in primo luogo, la Terra ha un'atmosfera neutra. Questo viene ridotto dopo un gigantesco impatto di 4,3 G ossidando il nucleo metallico del collisore per produrre un'enorme quantità di idrogeno.₂ Atmosfera con grandi quantità di metano e ammoniaca. Questa atmosfera si raffredda rapidamente (in meno di un anno) e la fotochimica produce una nebbia ricca di tolina che deposita materiali organici complessi e ricchi di azoto. Questi materiali organici vengono gradualmente sepolti e attirati dall'interazione con il magma. I cieli diventano limpidi mentre H₂ Si perde nello spazio e ritorna neutrale. Infine, i gas fusi reagiscono con la grafite e vengono strofinati per produrre elevate quantità di HCN e HC puliti.₃N, isonitrile. Credito: Oliver Shortle

“All'inizio pensavamo che questo avrebbe rovinato tutto, ma in realtà rende tutto molto migliore, ripulisce la chimica”, ha detto Rimmer.

Ciò significa che la grafite potrebbe fornire la semplicità che gli scienziati stanno cercando e l’ambiente pulito necessario per la vita.

Come funziona questo processo?

L'era dell'Adeano fu il periodo più antico della storia della Terra, quando la Terra era molto diversa dalla nostra Terra moderna. Non sorprende che si siano verificate collisioni con detriti, a volte delle dimensioni di pianeti. Lo studio presuppone che quando la Terra primordiale entrò in collisione con un oggetto delle dimensioni della Luna, circa 4,3 miliardi di anni fa, il ferro in essa contenuto interagiva con l’acqua sulla Terra.

Il coautore, il dottor Oliver Shortle, professore di filosofia naturale presso l'Istituto di Astronomia e Dipartimento di Scienze della Terra di Cambridge, ha dichiarato: “Qualcosa delle dimensioni della Luna ha colpito presto la Terra e avrebbe depositato una grande quantità di ferro e altri metalli. '

I prodotti di reazione di ferro e acqua si condensano per formare catrame sulla superficie della terra. Il catrame reagisce quindi con il magma ad una temperatura di oltre 1500°C e il carbonio nel catrame si trasforma in grafite – una forma di carbonio molto stabile – che è quella che usiamo nelle matite moderne!

Una volta che il ferro reagisce con l'acqua, si forma la nebbia che si condensa e si mescola con la crosta terrestre. “Quando riscaldato, ciò che rimane sono i benefici composti contenenti azoto”, ha detto Shortell.

Quali prove ci sono a sostegno di questa idea?

Le prove a sostegno di questa teoria provengono in parte dalla presenza di rocce di komatiite. La komatite è un tipo di roccia ignea che si forma quando il magma molto caldo si raffredda (>1500°C).

La komatite è stata originariamente trovata in Sud Africa. “Le rocce risalgono a circa 3,5 miliardi di anni fa”, ha detto Shortell. “Ancora più importante, sappiamo che queste rocce si formano solo a temperature estreme, intorno ai 1.700 gradi Celsius!” Ciò significa che il magma era già abbastanza caldo da riscaldare il catrame e formare l'utile nitrile.

Con il collegamento confermato, gli autori suggeriscono che i composti contenenti azoto verranno sintetizzati tramite questo metodo. Poiché vediamo la komatite, sappiamo che la temperatura del magma sulla Terra primordiale era talvolta superiore a 1.500 gradi Celsius.

Cosa poi?

Ora gli esperimenti devono cercare di ricreare queste condizioni in laboratorio, e studiare se l’acqua, inevitabilmente presente nel sistema, divora i composti dell’azoto, scomponendoli.

“Anche se non sappiamo con certezza che queste molecole abbiano dato origine alla vita sulla Terra, sappiamo che gli elementi costitutivi della vita devono essere stati costituiti da molecole sopravvissute nell'acqua”, ha detto Reimer. “Se futuri esperimenti mostreranno che il nitrile si decompone, dovremo cercare un metodo diverso”.

Riferimento: “Surface idrothermal source of nitrile and isonitrile” di Paul P. Rimmer e Oliver Shortle, 10 aprile 2024, vita.
doi: 10.3390/life14040498

Lo studio è stato finanziato da un Cambridge Research Grant per la scienza planetaria e la vita nell’universo.