ORIGINE
DELLA VITA
Giovanni
Chieffi
(XI
Corso di Formazione in Bioetica: "All'origine
delle origini. La nascita: i mille volti di un'idea")
1. Prima di iniziare a
discutere su come e quando sia comparsa la vita, è necessario
definire cosa s’intende per “vita” o per “organismo vivente”.
Diverse sono le caratteristiche comuni e generali degli esseri viventi come la
conservazione di una forma definita e costante, una volta raggiunto lo stato
adulto, il metabolismo, l’omeostasi, cioè la capacità di conservare costante
il proprio ambiente interno, la proprietà del movimento e della irritabilità,
cioè di reagire a stimoli di diversa natura, l’adattamento, la variabilità,
cioè di presentarsi gli organismi viventi, nell’ambito della specie di
appartenenza, diversi tra loro, la proprietà di evolvere, in quanto gli
organismi viventi non sono entità fisse nel tempo, ma possono modificarsi nel
corso delle generazioni, la classificabilità, ma certamente la caratteristica
fondamentale per definire un organismo vivente è rappresentata dalla
riproduzione, cioè la proprietà di dare origine ad altri esseri viventi della
stessa specie.
2. Gli anni intorno al 1860
furono una tappa fondamentale in campo biologico. La teoria dell’evoluzione di
Charles Darwin e gli esperimenti di Louis Pasteur, cui accennerò tra poco,
permisero di abbandonare la congerie di teorie fantasiose che si erano succedute
nei secoli sull’origine della
vita, offrendo le basi per affrontare il problema con rigore scientifico. Una
volta affermatasi la teoria dell’evoluzione (le prove fornite da Darwin erano
più che convincenti), vennero sollevati numerosi interrogativi tra cui quello
riguardante l’origine della vita: se le piante e gli animali si sono evoluti
da forme più semplici e queste a loro volta da generazioni che le precedettero,
ci deve essere pur stato un
primissimo antenato. Si tratta quindi di indagare su come e quando sia comparsa
la prima forma di vita, il problema fondamentale dell’evoluzionismo, in quanto
ne rappresenta il punto di partenza.
3. Varie sono state le
ipotesi fatte dagli scienziati. Aristotele, 2400 anni fa, raccogliendo le idee
formulate dai filosofi che lo precedettero,
propose che la vita potesse generarsi spontaneamente per l’esistenza di
un “principio attivo” insito nella materia non vivente (“principio
passivo”). Il fango, per esempio, è materia inerte ma contiene un
“principio attivo” immateriale che ha la predisposizione a organizzare la
materia in qualcosa di vivo, come un verme, una mosca, una rana. In proposito
scriveva Aristotele:….Tali sono i fatti, ogni cosa si sviluppa non solo
dall’accoppiamento degli animali, ma dalla putrefazione della Terra….E tra
le piante, le cose si svolgono allo stesso modo, alcune crescono dai semi,
altre, per effetto della generazione spontanea, da forze
naturali (principio attivo), esse nascono dalla Terra in putrefazione o
da alcune parti di piante….
La generazione spontanea,
così viene chiamata questa ipotesi sull’origine della vita, tenne banco per
secoli, sostenuta anche da autorevoli pensatori, come Newton, Cartesio e Bacone,
con alcune semplificazioni tra cui la credenza, all’inizio del XIII secolo,
che le oche nascessero da alcuni abeti a contatto con le acque dell’oceano: il
cosiddetto “albero delle oche”, credenza sopravvissuta fino a circa 250 anni
fa, così come quella dell’origine di agnelli dai frutti di alcuni alberi.
Jean Baptiste Van Helmont, medico belga vissuto nel 1600, famoso per le sue
esperienze di fisiologia delle piante, sostenne la generazione spontanea
proponendo, seriamente, addirittura la ricetta per produrre topi in 21 giorni da
una camicia sudicia a contatto con chicchi di frumento. Il “principio
attivo” aristotelico, secondo Van Helmont, era rappresentato dal sudore umano
della camicia sporca. Con un minimo
di senso critico, si direbbe subito che
questo esperimento, oltre a suscitare ilarità, mancava di un semplice
controllo, quello cioè di mettere camicia sporca e chicchi di frumento in una
scatola ermeticamente chiusa per 21 giorni, quelli corrispondenti al periodo di
gravidanza della topina. Intanto in Italia verso la fine del ‘600, un medico
fiorentino, Francesco Redi, affrontò il problema della generazione spontanea
con metodo sperimentale, metodo introdotto nella fisica da un suo grande
contemporaneo, Galileo Galilei. Siccome il Redi era portato a non accettare
passivamente quanto veniva tramandato per tradizione, per quanto autorevole
fosse, decise di eseguire una serie di esperimenti per verificare
la credenza che la terra potesse, sono sue parole: ….produrre (oltre le
piante, che spontaneamente senza seme si presuppone nascano) certi altri piccoli
animaletti ancora: cioè a dire le mosche, le vespe, le cicale, i ragni, le
formiche, gli scorpioni e gli altri bacherozzoli terrestri, ed aerei, che da’
Greci éntoma xoa, e da’ latini insecta animalia furono chiamati…… E più
oltre spiega la sua incredulità essendo:….incline a credere che tutti quei
vermi si generino dal seme paterno, e che le carni, e le erbe e l’altre tutte
putrefatte, e putrefattibili, non facciano altra parte, né abbiano altro
uffizio nella generazione degli insetti, se non di apprestare un luogo, o nido proporzionato, da cui dagli
animali nel tempo della figliatura sieno portati e partoriti i vermi, e
l’uova, o altre semenze di vermi, i quali tosto che nati sono, trovano in esso
nido un sufficiente nutrimento abilissimo per nutricarsi: e se in quello non son
portate dalle madri queste suddette semenze, niente mai, e replicatamente niente
vi si generi o nasca….. E così il Redi impostò l’esperimento che
consistette nel far marcire delle carni sia in vasi la cui apertura era coperta
da carta o meglio da velo (perché vi potesse liberamente entrare
l’aria) saldamente legati, sia in vasi lasciati completamente aperti. Il
risultato fu che le mosche nascevano in gran numero nei vasi lasciati scoperti,
nei quali potevano deporre sulla carne le uova da cui poi si sviluppavano le
larve, le pupe e alla fine l’insetto perfetto. Invece mai si vide sviluppare
mosche dalle carni contenute nei vasi che erano stati accuratamente coperti
appunto per evitare la deposizione su di esse delle uova
da parte delle mosche.
4. Invero il problema della
generazione spontanea non venne risolto dagli esperimenti del Redi, ma si spostò
di volta in volta, nei secoli successivi, a livelli di organizzazione sempre più
semplici grazie all’invenzione del microscopio. Così nel ‘700
Lazzaro Spallanzani, con una serie di mirabili esperimenti, escluse che i
Protozoi ciliati, che pullulano nelle acque stagnanti, potessero generarsi
spontaneamente dagli infusi di fieno. Sottoponendo le infusioni di fieno ed i
recipienti che le contengono alla temperatura dell’acqua bollente, dimostrò
che rimangono sterili. Quindi anche
i ciliati nascono da germi preesistenti, distrutti dal calore. Ancora un secolo
più tardi Pasteur, con esperimenti analoghi a quelli dello Spallanzani, cioè
“sterilizzando” il brodo e i recipienti con il calore, dimostrò che anche i
batteri, all’epoca gli organismi più semplici conosciuti, si originavano solo
da altri batteri.
5. Una volta abbandonata
l’ipotesi della generazione spontanea degli organismi viventi, agli inizi del
‘900 il russo Alexandr I.O. Oparin e indipendentemente
l’inglese John B.S. Haldane
fecero
l’ipotesi che nelle fasi iniziali della formazione del nostro pianeta devono
essere comparsi aggregati di molecole a base di carbonio, capaci di sintetizzare
copie di se stesse cioè in possesso della proprietà fondamentale di un
organismo vivente, cioè quella di riprodursi. Questa è stata certamente una
tappa dell’evoluzione che
ha richiesto una serie di trasformazioni chimiche, ognuna delle quali aggiunse
gradatamente complessità alle molecole organiche. Sulla Terra primordiale i
composti del carbonio erano il
metano e il biossido di carbonio in tracce, ciascuno dei quali contiene un atomo
di carbonio. L’atmosfera era formata in origine anche di vapore acqueo,
idrogeno e ammoniaca. La sua composizione era probabilmente simile a quella dei
gas che ancora oggi fuoriescono dai vulcani: idrogeno, vapore acqueo,
idrocarburi semplici come il metano, idrogeno solforato, anidride solforosa,
monossido di carbonio e anidride carbonica. Questa atmosfera era certamente
priva di ossigeno libero; l’ossigeno era presente soltanto nei composti
chimici quali l’acqua e l’anidride carbonica. Era quindi un’atmosfera
riducente, un fatto che ha favorito la nascita della vita. Infatti molte
molecole biologiche, tra cui gli amminoacidi e i nucleotidi, non possono
formarsi spontaneamente in presenza di ossigeno, dato che questo elemento
reagisce con esso e le modifica chimicamente.
Nel 1953, nel laboratorio
del premio Nobel Harold C. Urey, Stanley C. Miller impostò il famoso
esperimento che, riproducendo le probabili condizioni primordiali della Terra,
portò alla formazione in laboratorio di molecole organiche seppure semplici,
tra cui gli amminoacidi.
Veniva così avvalorata l’ipotesi dell’evoluzione chimica sviluppata da
Oparin e Haldane.
Vediamo nei dettagli come
venne impostato l’esperimento. Miller costruì un apparecchio a tenuta
d’aria e vi mise una miscela di
metano, idrogeno, acqua e ammoniaca. Riscaldando questa miscela fino a
ebollizione dell’acqua, i gas venivano sottoposti a scariche elettriche
ad alta energia. I vapori passavano
in un condensatore e venivano raccolti in una trappola. In questo modo
Miller pensava di aver riprodotto le probabili condizioni esistenti
nell’atmosfera primitiva: gas, calore, pioggia e scariche di fulmini. Così
Miller riassumeva i risultati nel suo articolo comparso su Science nel
1953: L’idea che i composti
organici, che servono da base per la vita, si fossero formati quando la terra
aveva un’atmosfera composta da metano, ammoniaca, acqua e idrogeno, invece di
anidride carbonica, azoto, ossigeno e acqua, venne prospettata da Oparin ed è
stata recentemente rimessa in luce da Urey e Bernal. Per verificare tale
ipotesi, ho costruito un apparecchio in cui
far passare CH4,
NH3, H2O e H2 contemporaneamente a una scarica
elettrica. Nella miscela risultante è stata trovata la presenza di
amminoacidi….
L’esperimento di Miller
indicava che un processo simile si sarebbe potuto verificare nell’atmosfera
della Terra ai suoi albori. I legami chimici che univano gli atomi delle
molecole introdotte nella miscela di gas verrebbero spezzati da qualche forma i
energia (calore, elettricità). Questi atomi si sarebbero poi ricombinati per
formare molecole di amminoacidi.
Successivamente, nel 1957,
Sidney W. Fox, della Florida State University, comunicava di aver ottenuto
catene di amminoacidi, quindi proteine, in seguito a riscaldamento di una
miscela di amminoacidi allo stato secco.
All’esperimento di Miller
ne seguirono altri con miscele di gas di partenza diverse, ma sempre contenenti
gli elementi fondamentali degli organismi viventi, cioè carbonio, idrogeno,
ossigeno, azoto, zolfo e fosforo anche variando le fonti di energia, come raggi
ultravioletti, raggi X, flussi di elettroni o semplicemente temperature elevate. Si
ottennero così composti organici diversi, ma sempre del tipo di quelli dei
viventi: glicidi, lipidi, amminoacidi, e perfino nucleotidi. Nel 1961 infatti Juan
Oro mescolando acido cianidrico e ammoniaca ottenne l’adenina, una molecola
fondamentale degli acidi nucleici, nonché dell’ATP, la principale fonte di
energia delle reazioni biochimiche.
Certamente le condizioni in
cui si sono formate le prime molecole organiche devono essere state diverse da
quelle attuali. In proposito
Haldane osservava che se così non fosse stato, il materiale organico appena
sintetizzato sarebbe stato subito fagocitato da altri organismi.
6. La
conversione di piccole molecole in grandi molecole molto complesse deve
essere stato un processo molto difficile per le condizioni ambientali estreme
della Terra primordiale, dovute alla intensa radiazione ultravioletta e
all’alta temperatura che provocavano la decomposizione di aggregati appena
formati. Miller aveva scoperto, come abbiamo descritto, la possibilità di
produrre molecole organiche complesse, come gli amminoacidi, a partire da
molecole semplici come metano, ammoniaca, acqua e idrogeno, ma non spiegava come
queste molecole non venissero degradate.
Recentemente è stata fatta
l’ipotesi che a proteggere le molecole da fattori esterni siano stati i
minerali. Piccoli comparti che si formano nei minerali, come l’argilla,
avrebbero ospitato queste molecole, offrendo loro anche il supporto per il loro
assemblamento. Inoltre i minerali avrebbero potuto selezionare attivamente
particolari molecole, come quelle che si sarebbero rivelate di importanza
biologica. Inoltre gli ioni minerali, possono catalizzare reazioni complesse non
solo, ma possono essere incorporati nelle molecole biologiche. Nel 1998 Brandes
e collaboratori condussero esperimenti in cui un amminoacido, la leucina, si
degradò entro pochi minuti in acqua pressurizzata a 200 Cº.
Ma quando venne aggiunto solfuro di ferro, l’amminoacido si conservò
inalterato per giorni. Il supporto offerto dai minerali avrebbe anche permesso
di selezionare le molecole che
avrebbero partecipato alla formazione di molecole importanti. E’ il caso della
sintesi delle proteine per un processo di
polimerizzazione
di molecole di amminoacidi. Questi si presentano in due forme, che contengono
gli stessi atomi, ma sono immagini speculari l’una dell’altra, cioè sono
forme isomeriche. Le due forme sono chiamate rispettivamente sinistrorsa (L) e
destrorsa (D). Nell’esperimento di Miller si formarono miscele in parti uguali
di molecole D e L, mentre le proteine degli organismi sono costituite quasi per
il 100% di amminoacidi L. Diverse ipotesi sono state avanzate per spiegare tale
preferenza e tra queste quella che ha ottenuto un qualche supporto
prende in considerazione la selezione degli amminoacidi L per qualche
particolare caratteristica nell’ambiente. Robert M. Hazen e collaboratori
della Carnegie Institution suppongono che questo ambiente fosse rappresentato
dalle facce di cristalli le cui strutture superficiali sono immagini speculari
l’una dell’altra. Uno dei minerali, i cui cristalli formano coppie di facce
speculari è la calcite che in molti gusci di molluschi è legata ad alcuni
amminoacidi. Questi ricercatori cercarono di verificare questa ipotesi
immergendo un grosso cristallo di calcite in una soluzione contenente parti
uguali delle due forme di un comune amminoacido, l’acido aspartico. Dopo 24
ore venivano raccolte tutte le molecole che avevano aderito alle due facce
speculari del cristallo. Risultò che le facce sinistrorse della calcite
selezionavano prevalentemente gli amminoacidi sinistrorsi, il cui eccesso
raggiungeva in alcuni esperimenti il 40%. Se questi risultati venissero
confermati, e se esistessero le condizioni perché gli amminoacidi potessero
legarsi a formare molecole complesse, come le proteine, sarebbe un passo
notevole verso la comprensione di come sia originata la vita, anche perché
recenti esperimenti indicano che solo certe proteine sono capaci di
autoriprodursi. Quindi fu per puro caso che la molecola proteica destinata al
successo si sia sviluppata su un faccia di un cristallo che “preferiva” gli
amminoacidi sinistrorsi anziché quelli destrorsi.
Si è così andata
affermando l’ipotesi, sostenuta in particolare dal chimico
Gunter Wächetrshäuser, secondo cui i minerali avrebbero funzionato come
stampi, catalizzatori e anche come fonte di energia per la formazione di diverse
molecole biologiche complesse. Hazen e collaboratori pensarono di riprendere gli
esperimenti di Miller utilizzando un procedimento usato nell’industria,
conosciuto come la sintesi di Fischer-Tropsch, tecnica con cui si ottengono
molecole organiche formate da una lunga catena di atomi di carbonio a partire da
biossido di carbonio e idrogeno. Aggiungendo degli acidi minerali come quelli
certamente disponibili sulla Terra primordiale e tuttora presenti nei pressi
delle bocche idrotermali oceaniche ricche di solfuri, che per l’elevata
temperatura potrebbero mimare le condizioni ambientali primordiali, Hazen e
coll. hanno ottenuto l’allungamento di molecole con un numero crescenti di
atomi di carbonio, come l’allungamento del nonanetiolo con 9 atomi di carbonio
in acido decanoico a 10 atomi di carbonio. Questo composto è simile agli acidi
organici che alimentano le reazioni metaboliche delle cellule.
Così nel corso di milioni
di anni il materiale prebiotico (amminoaidi, nucleotidi, etc. si è concentrato
probabilmente sulla superficie di particelle minerali quali l’argilla, che ha
la proprietà di catalizzare la reazione di formazione di catene polimeriche
come le proteine e gli acidi nucleici (DNA, RNA). Quindi le principali classi di
composti potettero formarsi e concentrarsi già 4 miliardi di anni fa.
7. Abbiamo così speculato
finora su quella fase dell’origine della vita che va sotto il nome di
evoluzione chimica, necessario prerequisito per l’evoluzione biologica, cioè
dell’evoluzione delle prime forme di vita, di quelle cioè, come abbiamo detto
all’inizio, provviste della caratteristica fondamentale di riprodursi. E’
probabile che questa proprietà sia comparsa a livello molecolare, cioè di
quelle molecole che oggi sono capaci di riprodursi e di trasmettere
l’informazione in esse contenuta alle molecole figlie. Tale proprietà è
posseduta dalle macromolecole degli
acidi nucleici e, secondo recenti esperimenti, anche da certe molecole proteiche
(vedi il caso dei prioni causa di molte malattie, tra cui quella della “mucca
pazza”). Perché ciò si potesse realizzare, era necessario un complesso
meccanismo da poco conosciuto che richiede, nel caso degli acidi nucleici (DNA e
RNA) la partecipazione oltre ai nucleotidi, di
una batteria di enzimi (elicasi, topoisomerasi, primasi, polimerasi,
ligasi) che innescano una cascata di eventi. Un punto difficile da immaginare è
quali siano state le prime macromolecole comparse per prime, le proteine
o gli acidi nucleici. La domanda è legittima
in quanto sappiamo che le proteine sono sintetizzate
sulla base delle istruzioni fornite dal DNA, il quale a sua volta viene
sintetizzato da particolari enzimi che sono proteine. In altri termini, è nato
prima l’uovo o la gallina? Per rispondere a tale quesito, alcuni biologi, tra
cui Francis Crick, hanno ipotizzato la comparsa di un composto dotato della
duplice funzione, ossia di duplicarsi senza l’intervento di proteine. Questa
molecola sarebbe l’RNA, la molecola che traduce l’informazione contenuta nel
DNA per la sintesi proteica. Tale ipotesi è avvalorata dalla scoperta di enzimi
costituiti di RNA. Per cui non è escluso, anche se ancora da dimostrare, che un
qualche tipo di RNA si sia duplicato grazie alla proprietà enzimatica dello
stesso RNA.
Uno dei programmi di ricerca
di Hazen e collaboratori riguarda la riproduzione di semplici processi chimici
che possano condurre a un sistema autoreplicante, forse a un sistema correlato
ai cicli metabolici comuni a tutte le cellule viventi. Comunque gli scienziati
sono molto lontani dal creare la vita e non si può escludere che resti ignota
la serie di trasformazioni chimiche che diedero origine alla vita sulla Terra.
8. Ammesso che le prime
forme di vita siano rappresentate nel brodo primordiale da molecole capaci di
autoriprodursi, oggi la vita non ci appare dispersa nell’ambiente, ma
racchiusa all’interno di un involucro, la membrana cellulare che la separa dal
mondo esterno. In altri termini gli organismi viventi hanno una struttura
cellulare. Nella cellula avviene un insieme di reazioni chimiche coordinate,
mentre quelle che si svolgevano nell’ambiente primitivo erano reazioni casuali
e disordinate. Come si è quindi passati dallo stato disperso molecolare a
quello cellulare?
Oparin ipotizzò la
formazione, nei mari caldi primitivi, di aggregati di molecole organiche avvolti
da molecole d’acqua, simili alle attuali cellule, che chiamò “coacervati”
( dal latino cum acervo = ammucchio
insieme). Tale ipotesi ebbe una dimostrazione sperimentale quando sciogliendo
nell’acqua determinate proteine dotate
di particolari affinità per l’acqua, in opportune condizioni di temperatura e
acidità, si venivano a formare migliaia di goccioline, al cui interno le
molecole si univano tra loro. Ciò avveniva per l’esistenza di cariche
elettriche di senso opposto sulle molecole proteiche, le quali consentivano la
loro reciproca attrazione e allo stesso tempo il richiamo di molecole polari
dell'acqua sulla superficie esterna degli aggregati in modo da isolarli
dall’ambiente esterno. Anche gli esperimenti di Sidney Fox nel 1958 portarono
alla formazione di piccoli globuli, che chiamò “microsfere”, e che ottenne
sciogliendo in acqua calda e leggermente salata le molecole organiche
(proteine) da lui stesso sintetizzate. Al microscopio elettronico queste
microsfere erano rivestite da una doppia membrana di protezione che non ha
niente a che fare con la membrana cellulare, ma che si comporta
sotto certi aspetti come quella. Per esempio, sottoponendo a diverse
pressioni osmotiche le microsfere, si assiste a un loro rigonfiamento o
raggrinzimento proprio come fanno le cellule poste nelle stesse condizioni.
L’ipotesi proposta da R.G.
Goldacre nel 1958 e ripresa successivamente da Melvin Calvin, è forse più
realistica, in quanto suggerisce che i microcontenitori capaci di confinare nel
loro interno molecole biologiche siano state membrane lipidiche. Queste
vescicole, lasciando passare al loro interno piccole molecole di precursori
delle macromolecole biologiche e bloccando i loro polimeri che si fossero
formati, avrebbero rappresentato le protocellule.
9. Secondo un’altra
ipotesi, la vita sarebbe un componente fondamentale dell’Universo e quindi
sarebbe sempre esistita. Tale ipotesi, cosiddetta della “panspermia”, fu
avanzata dal chimico svedese Svante A. Arrhenius agli inizi del XX secolo e
suppone che le forme viventi più semplici, sotto forma di germi o spore,
migrino attraverso lo spazio su nuovi pianeti. La propagazione di questi germi
sarebbe avvenuta attraverso i meteoriti nel cui interno è stata riscontrata la
presenza di qualche composto organico. Recentemente tre ricercatori napoletani,
i biologi molecolari Giuseppe Geraci e Rosanna Del Gaudio, e il geologo Bruno
D’Argenio hanno scoperto, oltre che in campioni di rocce di età diversa,
anche in campioni di meteoriti la presenza di microrganismi vitali che,
osservati al microscopio, nuotano attivamente
quando il campione è sospeso in un liquido nutritivo.
Questa scoperta, secondo gli Autori, avvalora l’ipotesi che la vita sia
venuta dall’esterno sulla Terra.
Uno degli argomenti usato
contro l’ipotesi della panspermia deriva dalla estrema delicatezza dei
composti organici che vengono facilmente degradati dalle alte temperature. Come
avrebbero resistito queste molecole al calore cui vengono sottoposti i meteoriti
all’ingresso nell’atmosfera? La risposta a tale obiezione è stata fornita
da alcuni ricercatori del California Institute of Technology. Questi hanno
scaldato alcuni frammenti del famoso meteorite ALH8401, quello dei fossili
marziani, dimostrando che il cuore del meteorite non ha mai superato i 40°C,
una temperatura ben tollerata dai composti organici.
Comunque l’ipotesi della
panspermia non fa che spostare il problema dell’origine della vita su altri
corpi celesti.
Non va sottaciuta una terza
ipotesi dell’origine della vita: l’ipotesi creazionista. Questa sostiene che
la comparsa della forma primordiale di vita sia stata creata non dalla casualità
degli eventi, bensì da una Mente Suprema. Secondo i creazionisti, sostenere che
molecole molto complesse si siano formate attraverso l’incontro casuale degli
atomi che le costituiscono è privo di logica. A questa critica si può
rispondere che le combinazioni possibili dei costituenti più semplici della
materia sono limitate e regolate da leggi chimiche e fisiche restrittive.
10. Le più
antiche, e certamente più controverse,
tracce di vita o biotracce sono state scoperte recentemente da un gruppo
di geologi guidati da Stephen J. Mojzsis nella piccola isola di Akilia
(Groenlandia). I geologi hanno analizzato nei minerali di lastroni vulcanici
elementi radioattivi, datandoli a circa 4 miliardi di anni fa, per l’esattezza
a 3,83 miliardi di anni fa. Si tratta delle rocce più antiche conservate sulla
superficie terrestre. Nel corso di centinaia di milioni di anni queste rocce
hanno subito processi metamorfici dovuti ad almeno due differenti episodi di
sprofondamento e sollevamento, tali da rendere
impossibile trovare tracce ancora intatte di organismi. L’indizio di
vita intravisto dai geologi, utilizzando il microscopio elettronico a scansione,
è rappresentato in queste rocce da particelle nere di grafite, un minerale
costituito di carbonio puro che si può formare per riscaldamento di sostanze
organiche. Inoltre Mojzsis e collaboratori hanno anche osservato che la grafite
era circondata da cristalli di apatite; questo minerale l’avrebbe preservata
dalle trasformazioni metamorfiche. Cosa ha spinto questi ricercatori a
sospettare che questo carbonio potesse rappresentare una biotraccia? L’alta
percentuale dell’isotopo più leggero del carbonio, il C-12, rispetto
all’isotopo più pesante, il C-13, contenuto nella grafite corrisponde alla
maggiore preferenza che gli esseri viventi attuali hanno per il C-12 quando
utilizzano il biossido di carbonio come fonte di energia per le loro attività.
D’altra parte bisogna
tener presente che l’alta percentuale di carbonio leggero nella grafite,
potrebbe essere interpretata non solo come espressione di processi biologici, ma
anche come risultato di reazioni inorganiche che si svolgono a pressioni e
temperature elevate, cui sono assoggettate le rocce a grande profondità o che
si solidificano da magma (Fedo e Whitehouse, 2002).
La grafite è stata
rinvenuta anche nelle rocce australiane (la selce di Apex, sede dei famosi
microfossili di Schopf) risalente a 3,46 - 3,47 miliardi di anni fa. Anche in
queste rocce la grafite era arricchita significativamente di carbonio leggero.
Inoltre erano copresenti gli stromatoliti, cumuli mineralizzati di
colonie di batteri che rappresentano l’unico segno di vita primitiva,
considerati universalmente la testimonianza fossile più antica sulla Terra. Ma
anche in questo caso i fenomeni di arricchimento in C-12 possono essere
interpretati come il risultato di reazioni chimiche abiotiche.
Un’altra biotraccia
studiata è quella dello zolfo leggero presente nelle rocce molto antiche
dell’Australia occidentale, risalenti a 3,47 miliardi di anni fa. Queste rocce
contengono una percentuale di S-32 più alta rispetto allo zolfo più pesante,
S-34, percentuale caratteristica, come nel caso del C-12, del materiale di
riferimento dei solfobatteri, che utilizzano lo zolfo come fonte di energia.
Anche in questo caso ci troviamo di fronte allo stesso dubbio sorto per il C-12,
cioè se i rapporti isotopici tra S-32 e S-34 siano prodotti dell’attività
batterica o siano piuttosto il risultato di reazioni inorganiche.
Comunque lo studio di più
marcatori nelle rocce antiche sarà necessario per dimostrare l’esistenza di
organismi primordiali. Tale esigenza varrà anche quando saremo in grado di
esplorare sul Pianeta rosso la presenza di tracce di vita, ovviamente di vita
come noi la definiamo. Anzi proprio su Marte, essendo la sua superficie rimasta
immutata nel tempo, gli scienziati prevedono che dovrebbe essere molto più
facile che sulla Terra la ricerca di eventuali forme di vita (ripeto, forme di
vita come noi la definiamo).
11. L’evoluzione che ha
portato dapprima alla comparsa della cellula procariotica, cioè della cellula
contenente DNA disperso nel citoplasma, e poi alla cellula eucariotica, il cui
DNA è racchiuso nella membrana nucleare, è durata circa due o tre miliardi di
anni. Molto più rapido deve essere stato il passaggio dagli organismi
unicellulari ai pluricellulari vegetali e animali. Infatti i primi fossili di
organismi pluricellulari compaiono già abbondanti circa 600 milioni di anni fa
con una “staffetta” della massima complessità che va, nel caso degli
animali, dagli invertebrati ai vertebrati marini, agli anfibi, ai rettili, ai
mammiferi, all’uomo come viene convenzionalmente rappresentata nei libri di
testo. Secondo uno dei maggiori studiosi dell’evoluzione, Stephen Jay Gould,
questa rappresentazione è legata
al considerarci, noi umani, come gli organismi destinati al predominio. Essa
invece sarebbe del tutto secondaria rispetto
all’aspetto più saliente della storia biologica che è rappresentata dalla stabilità del modo di vita batterico dalle prime
testimonianze fossili fino ad oggi e quasi certamente, anche per il futuro della
terra. La nostra è in effetti “l’età dei batteri” come era all’inizio
e come sarà sempre. I batteri rappresentano il più grande successo della
storia della vita, afferma Gould. Questo successo, secondo me, è anche dovuto
alla rapida capacità di riprodursi dei batteri, che ha permesso si selezionare
ceppi sempre più resistenti il che li fa considerare tra gli organismi più
evoluti non in senso antropomorfico, ma in senso biologico di “adattabilità”.
Infatti i batteri occupano una grande varietà di ambienti e sono
soprendentemente diversificati. Non riusciamo a immaginare come l’uomo
potrebbe minacciare la loro estinzione. Il numero di cellule di Escherichia coli
che vivono nell’intestino di ciascuno di noi supera il numero di persone
vissute sulle Terra dalla comparsa dell’uomo.
Gould rappresenta questa sua
ipotesi sull’affermazione dei batteri partendo dal presupposto che le prime
forme di vita comparse sulla Terra si trovavano al limite minimo di complessità
compatibile e conservabile. Rappresentando graficamente questo limite inferiore
come un muro, l’aumento di complessità può avvenire solo in una direzione,
cioè verso destra. La complessità è avvenuta in modo lento, episodico ed
eterogeneo dando origine a taxa aventi scarsa affinità tra loro. Inoltre per
ogni modalità di vita che comporti un maggiore grado di complessità, ne esiste
probabilmente un’altra ugualmente vantaggiosa basata su una maggiore semplicità
di forma, per esempio i parassiti. Quindi il concepire che la vita si evolva
solo verso una maggiore complessità è dovuto, secondo Gould,
solo a un pregiudizio che tende a concentrare l’attenzione su noi
stessi, il che porta a ignorare altrettante linee evolutive che si adattano
ugualmente bene assumendo forme di vita più semplici.
