Dal caos chimico alle tracce della vita

Esistono ambienti estremi a tal punto da risultare inospitali per la maggior parte degli organismi. Ciò valeva senz’altro per la Terra di 100-400 milioni di anni dalla sua formazione, ma vale anche oggi per quegli habitat che, da un punto di vista antropocentrico, sono considerati troppo freddi o troppo caldi, troppo salati, troppo acidi e che sono presenti in alcuni ambienti della Terra, oltre che, probabilmente, su alcuni pianeti e lune del Sistema solare. “In questi luoghi, la chimica, la fisica e la geologia delineano scenari molto diversi da quelli a cui siamo abituati. Condizioni simili a quelle che si ipotizza caratterizzassero la Terra primordiale sono osservabili in luoghi particolari come la caldera dei Campi Flegrei: nelle acque termali, infatti, la temperatura e l’acidità, che sarebbero proibitive per la maggior parte degli organismi, rappresentano invece l’habitat ideale per gli estremofili”, spiega Beatrice Cobucci Ponzano, ricercatrice dell’Istituto di bioscienze e biorisorse (Ibbr) del Consiglio nazionale delle ricerche. “Questi microrganismi non si limitano a sopravvivere in condizioni estreme: ne hanno bisogno per vivere e crescere. Studiare questi ambienti naturali ci permette quindi di capire meglio come la vita possa adattarsi a condizioni estreme, aiutandoci a definire i veri limiti della vita sulla Terra”.

Vediamo allora meglio cos’è l’astrobiologia. “È una disciplina per sua natura transdisciplinare, nata dall’integrazione e dal superamento dei confini tradizionali tra chimica, biologia, geologia, fisica e scienze planetarie”, chiarisce la ricercatrice. “La domanda di ricerca alla base di questa disciplina è semplice solo in apparenza: come può la materia inorganica trasformarsi in vita? Un quesito che ne porta con sé un altro: come possiamo riconoscere la vita lontano dalla Terra? Per rispondere a questi interrogativi fondamentali, l’astrobiologia si propone di ricostruire a ritroso una catena di processi che collega la chimica degli ambienti primordiali alle forme biologiche osservabili oggi”.

All’inizio di questa catena c’è la chimica prebiotica, che studia i processi attraverso cui molecole semplici contenenti carbonio hanno potuto reagire tra loro, dando origine a molecole più complesse. “L’obiettivo è comprendere come molecole non viventi siano riuscite a organizzarsi in sistemi chimici capaci di conservare e trasmettere l’informazione genetica, catalizzare reazioni e interagire con l’ambiente. Affinché questo passaggio conduca alla vita, tali sistemi devono poi diventare stabili”, specifica Cobucci Ponzano. “È qui che entra in gioco lo studio degli organismi estremofili: forme di vita, per lo più unicellulari, che abitano ambienti caratterizzati da condizioni fisiche e chimiche estreme, simili a quelle delle prime fasi della Terra. Studiare il loro metabolismo, la struttura molecolare, i meccanismi di adattamento e la trasmissione dell’informazione genetica consente di collegare i modelli chimici prebiotici agli organismi oggi esistenti. Comprendere la transizione dalla chimica alla biologia consentirebbe, in prospettiva, di estendere questi modelli anche a scenari extraterrestri, come le lune ghiacciate Europa ed Encelado”.

Lo studio integrato degli estremofili fornisce inoltre gli strumenti per valutare possibili tracce di vita, anche in assenza di luce solare e di condizioni superficiali temperate. “Ipotizzare come possano essere le ‘firme biologiche’, o ‘biosignature’, lasciate da eventuali organismi extraterrestri è essenziale per sapere cosa cercare, senza conoscere direttamente le forme di vita che le hanno lasciate”, sottolinea l’esperta. “Molecole organiche, rapporti isotopici, strutture mineralogiche o particolari combinazioni chimiche possono essere indicatori di attività biologica, ma la loro interpretazione richiede una conoscenza approfondita della chimica dell’ambiente in cui si formano, sia in presenza sia in assenza di vita”.

In questo percorso, le attività dei ricercatori del Cnr si collocano lungo una linea continua, che unisce chimica prebiotica, biologia degli ambienti estremi e identificazione delle biosignature. “Al Cnr studiamo, riproduciamo e modellizziamo questi scenari per individuare percorsi plausibili che colleghino la chimica inorganica alle prime strutture molecolari di interesse biologico e, tramite lo studio degli organismi estremofili, per definire i limiti della vita come noi la conosciamo”, conclude Cobucci Ponzano. “In questo modo contribuiamo a definire criteri robusti per distinguere una vera firma biologica da un segnale prodotto da processi puramente chimici, un passaggio cruciale per interpretare i dati provenienti da pianeti, lune e altri ambienti extraterrestri. Un lavoro che si inserisce in un dialogo continuo tra discipline diverse, seguendo la trasformazione della materia: dalla chimica che precede la vita alle forme biologiche che ne esplorano i limiti, fino alle tracce osservabili che permettono di riconoscerla anche a grande distanza”.

Fonte: Beatrice Cobucci Ponzano, Istituto di bioscienze e biorisorse, beatrice.cobucciponzano@cnr.it