C’è vita su altri mondi? Se altri pianeti possono sostenere chimicamente la vita come la conosciamo qui sulla terra, come si collega questo all’origine della vita stessa?
Gli scienziati hanno a lungo speculato sulla teoria che la vita nella sua forma più primitiva possa essere il passo successivo nell’evoluzione cosmica dopo la formazione dei pianeti. Mentre questa è ancora solo una teoria, nuove idee sull’origine dei pianeti e recenti scoperte nella chimica le hanno dato supporto.
Per esempio, a quaranta milioni di miglia dalla Terra, in questo momento, c’è Marte, un pianeta più freddo della terra, senza ossigeno nella sua atmosfera, e poca acqua sulla sua superficie. Un uomo trasportato su Marte sarebbe boccheggiante e morirebbe – e anche la maggior parte degli altri organismi familiari perirebbero.
Perciò, per oltre mezzo secolo gli astronomi hanno osservato leggere variazioni stagionali di colore sul pianeta; variazioni che apparentemente coincidono con la disponibilità di acqua. Queste sono state interpretate come prove di vita vegetale su Marte, vita specificamente adattata ai rigori dell’ambiente marziano. Se i cambiamenti di colore riportati sono reali, non sembra esserci altra interpretazione ragionevole.
Inoltre, osservazioni spettroscopiche marginali di W. M. Sinton suggeriscono che potrebbero esserci molecole con legami C-H sulla superficie di Marte. Il carbonio e l’idrogeno sono elementi fondamentali per tutti gli organismi terrestri, e il legame chimico che li unisce è essenziale per la struttura delle proteine, degli acidi nucleici e di altri mattoni biologici. È possibile, quindi, che lo stesso tipo di vita, simile nella sua composizione chimica di base, abbia avuto origine due volte nello stesso sistema solare? Anche se speculativo in alcuni dei suoi dettagli, il modello generale dell’evoluzione cosmica è abbastanza ben stabilito.
L’evoluzione cosmica inizia con un’enorme nube di polvere cosmica, come quella che esiste oggi tra le stelle. Tale nube ha un’abbondanza “cosmica” degli elementi, essendo composta principalmente da idrogeno ed elio, con solo una piccola mescolanza di elementi più pesanti. Qua e là la materia sarà un po’ più densa che nelle regioni vicine. Le regioni più diffuse saranno attratte gravitazionalmente dalla regione più densa, che, di conseguenza, crescerà in dimensioni e massa. Man mano che la materia fluisce verso il nucleo centrale in condensazione, la conservazione del momento angolare farà ruotare l’intera regione, nucleo e materia, sempre più velocemente.
Inoltre, mentre grandi quantità di materia continuano a scontrarsi con il nucleo, la sua temperatura aumenterà costantemente. Dopo forse un centinaio di milioni di anni, la temperatura al centro della nube sarà salita a circa quindici milioni di gradi. Questa è la temperatura di accensione delle reazioni termonucleari (come la conversione dell’idrogeno in elio nella bomba all’idrogeno). A questo punto il nucleo della nube diventerà una stella, “accendendosi” e irradiando luce e calore nello spazio vicino. Se la rotazione è sufficientemente veloce, la stella in formazione si separerà in determinate condizioni in parti più piccole, producendo un sistema stellare doppio o multiplo.
Ora che la stella si forma, c’è ancora una grande nube di polvere che circonda la stella e ruota con essa. In questa nube, la nebulosa solare, piccole regioni più dense iniziano ad attrarre la materia vicina, come nella formazione delle stelle. Tuttavia, i protopianeti che crescono da queste regioni, (nel campo gravitazionale della stella vicina), non salgono mai per riscaldamento collisionale alla temperatura di accensione termonucleare, e quindi diventano pianeti e non stelle.
Gerard P. Kuiper, professore di astronomia allo Yerkes Observatory, ha descritto come si formano i pianeti in questo modo negli ultimi anni. Nei protopianeti in formazione, ci sarebbe una tendenza degli elementi più pesanti ad affondare verso il centro, lasciando l’idrogeno e l’elio, molto più abbondanti, come principali costituenti dell’atmosfera che circonda i nuovi pianeti. Quando la stella appena formata si “accende”, la pressione delle radiazioni tenderà a spazzare via questa atmosfera.
Tuttavia, se il protopianeta è molto massiccio, o molto lontano dal sole, l’attrazione gravitazionale del protopianeta per una molecola di gas può essere maggiore della forza delle radiazioni che cercano di spazzarla via, e il protopianeta può mantenere un’atmosfera. Questa atmosfera può essere residua della proto-atmosfera, o può essere dovuta a esalazioni gassose dall’interno del pianeta. Per esempio, l’attuale atmosfera della terra è dovuta ad esalazioni; l’attuale atmosfera di Giove è residuale.
In questo modo, si possono comprendere, in generale, le atmosfere dei pianeti di questo sistema solare:
- Mercurio: Non massiccio, vicino al sole, conserva un’atmosfera trascurabile.
- Venere: Più massiccio di Mercurio, più lontano dal sole, conserva solo il gas pesante, l’anidride carbonica.
- Terra: Conserva i gas più leggeri, azoto, ossigeno e vapore acqueo, ma ha perso quasi tutto l’idrogeno e l’elio.
- Marte: Anche se più lontano dal sole, è meno massiccio della Terra o di Venere, e quindi conserva principalmente solo il gas pesante, l’anidride carbonica.
- Giove, Saturno, Urano, Nettuno: Molto più lontani dal sole e molto massicci, conservano molto idrogeno ed elio, mentre gli altri pianeti hanno perso il loro.
Un fatto del nostro sistema solare che ha suonato la campana a morto di molte cosmogonie è il fatto che sebbene oltre il 99 per cento della massa del sistema solare sia nel sole, oltre il 98 per cento del momento angolare del sistema è nei pianeti. È come se l’inerzia rotazionale fosse stata trasferita dal sole ai pianeti. H. Alfven ha spiegato questo come una frenata magnetica della rotazione del sole, dovuta all’interazione del “suo campo magnetico con la nebulosa solare ionizzata”. Su questa base, l’esistenza di una nebulosa solare da cui si formano sistemi planetari farà ruotare la stella centrale sempre più lentamente.
Ora l’origine dei pianeti deve dipendere dalla temperatura della stella centrale. Se è troppo fredda, l’atmosfera dei protopianeti non sarà spazzata via, dando luogo forse alla formazione di un sistema di pianeti simili a Giove, ma ancora più grandi e massicci. D’altra parte, se la stella è troppo calda, la pressione delle radiazioni disperderà rapidamente la nebulosa solare, lasciando semmai piccoli pianeti senza atmosfera, o un sistema di milioni di piccoli asteroidi. Perché i pianeti si formino, la temperatura della stella deve essere compresa tra questi estremi.
C’è un’altra ragione per credere che le stelle calde non abbiano pianeti. Se la formazione di sistemi planetari e il rallentamento della rotazione stellare derivano entrambi dall’esistenza di nebulose solari, allora dovremmo aspettarci che le stelle calde che dissipano le loro nebulose solari e non formano pianeti ruotino più velocemente. Questo è esattamente ciò che si osserva! Più calda è la stella, più veloce è la rotazione. Le stelle più fredde ruotano più lentamente di quanto ci si aspetterebbe altrimenti.
A una temperatura di circa 7.000 gradi, caratteristica di quelle che sono chiamate stelle F, c’è un’improvvisa grande diminuzione delle velocità medie di rotazione, ed è possibile, forse, che sotto questa temperatura tutte le stelle conservino abbastanza delle loro nebulose solari per formare pianeti, (sempre che non abbiano esaurito le loro nebulose solari nel formare sistemi solari doppi o multipli).
Il numero di tali stelle è compreso tra l’uno e il dieci per cento del numero totale di stelle, suggerendo che ci sono fino a dieci miliardi di sistemi solari solo nella nostra galassia. Di questi, forse l’uno per cento, o 100 milioni, hanno pianeti come la terra. Qual è la probabilità di vita su questi mondi?
Poiché l’elemento più abbondante, a livello cosmico, è l’idrogeno, l’atmosfera dei primi protopianeti di qualsiasi sistema deve contenere molto idrogeno e composti di idrogeno. I composti di idrogeno di carbonio, azoto e ossigeno sono probabilmente i composti di idrogeno più abbondanti nella proto-atmosfera. Essi sono, rispettivamente, il metano, CH4, l’ammoniaca, NH3, e il vapore acqueo, H20.
Nel 1953, Stanley Miller, PhD’54, allora studente laureato che lavorava sotto il professor Harold C. Urey ha dimostrato che quando idrogeno, metano, ammoniaca e vapore acqueo sono mescolati insieme, e forniti di energia, vengono prodotti alcuni composti organici fondamentali. (La fonte di energia nelle protoatmosfere è probabilmente la luce ultravioletta del sole attorno al quale ruota il protopianeta).
Questi composti sono quasi tutti aminoacidi, i mattoni biochimici con cui si costruiscono le proteine. C’è anche qualche ragione per credere che gli aminoacidi portino alla formazione di purine e pirimidine, che a loro volta sono i mattoni per gli acidi nucleici. Le proteine e gli acidi nucleici sono i due costituenti fondamentali della vita come la conosciamo sulla terra; i materiali ereditari come i geni e i cromosomi sono composti forse esclusivamente da acidi nucleici e proteine. Inoltre, gli enzimi, che catalizzano reazioni chimiche lente e quindi rendono possibili forme di vita complesse, sono sempre proteine.
Esperimenti di importanza comparabile a quelli di Miller sono stati effettuati da S. W. Fox. Fox ha applicato il calore, tra i 100 e i 200 gradi centigradi, a molecole semplici, come quelle sintetizzate da Miller. Questa semplice procedura ha prodotto piccole quantità di molecole organiche complesse che, guarda caso, sono ampiamente distribuite in tutti gli organismi terrestri. In particolare, Fox ha prodotto l’acido ureidosuccinico, un intermediario chiave nella sintesi degli acidi nucleici. Le temperature richieste da Fox possono essere facilmente fornite dal riscaldamento radioattivo della crosta del pianeta. Ci sono prove che tale riscaldamento radioattivo è una parte normale della prima evoluzione di tutti i pianeti.
Ora è davvero sorprendente che le molecole prodotte da Miller e Fox sono esattamente le molecole necessarie per formare la vita come la conosciamo. Quasi nessuna molecola è stata prodotta che non sia fondamentalmente coinvolta nei moderni organismi terrestri.
I processi descritti da Miller e Fox si verificherebbero probabilmente su almeno un pianeta di ogni stella di temperatura moderata. Tutto ciò che è richiesto è un modo per raccogliere le molecole prodotte da questi processi in un luogo dove possano interagire. Un mezzo liquido sulla superficie del pianeta serve mirabilmente a questo scopo. Le molecole prodotte nell’atmosfera cadrebbero in questi corpi liquidi, e le molecole prodotte sulla terraferma dall’applicazione del calore verrebbero anch’esse lavate in essi. Anche se i mari di ammoniaca liquida o di acido fluoridrico potrebbero servire, si può dimostrare che i mari d’acqua sarebbero più efficienti nel raccogliere e conservare le biomolecole.
L’unico pianeta di ogni sistema che stiamo considerando possedeva probabilmente mari di acqua liquida all’inizio della sua storia, e quindi su tali pianeti ci si può aspettare la produzione di proteine e acidi nucleici.
Ora le proteine e gli acidi nucleici hanno alcune proprietà insolite; per quanto ne sappiamo, proprietà che non si trovano in nessuna altra molecola. Possono formare una nuova molecola che non solo può costruire altre molecole identiche dalla materia che galleggia nel mare intorno ad essa, ma che se cambiata in qualche modo può anche costruire copie della sua struttura modificata. Una molecola o un insieme di molecole che mutano e si autoriproducono deve subire la selezione naturale. Per queste ragioni, deve essere identificato come il primo essere vivente sul pianeta in questione.
Così, ci possono essere 100 milioni di pianeti solo in questa galassia su cui fioriscono organismi almeno biochimicamente simili a noi. D’altra parte, a causa della selezione naturale, questi organismi devono essere ben adattati, ciascuno al proprio ambiente. Poiché anche lievi differenze nell’ambiente causano alla fine differenze estreme nella struttura degli organismi, non dovremmo accettare che le forme di vita extraterrestri assomiglino a qualcosa di familiare. Ma c’è ragione di credere che siano là fuori.