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Come i fulmini potrebbero spiegare l'origine della vita, sulla Terra e altrove
Johannes Plenio/Pexels
La ricerca della vita su altri pianeti è molto simile alla cucina. (Abbi pazienza per un secondo.) Puoi avere tutti gli ingredienti in un unico posto - acqua, clima caldo e atmosfera densa, i nutrienti adeguati, materiale organico e una fonte di energia - ma se non hai alcun processo o condizioni che possono effettivamente fare qualcosa con quegli ingredienti, hai solo un mucchio di materie prime che non vanno da nessuna parte.
Quindi a volte, la vita ha bisogno di una scintilla di ispirazione, o forse di diversi trilioni. Un nuovo studio pubblicato su Nature Communications suggerisce che i fulmini potrebbero essere stati un componente chiave nel rendere disponibile il fosforo per gli organismi da utilizzare quando la vita sulla Terra è apparsa per la prima volta circa 3,5 miliardi di anni fa. Il fosforo è essenziale per produrre DNA, RNA, ATP (la fonte di energia di tutta la vita conosciuta) e altri componenti biologici come le membrane cellulari.
Questo studio è stata in realtà una scoperta fortunata, afferma Benjamin Hess, ricercatore della Yale University e autore principale del nuovo articolo. Si aprono nuove possibilità per trovare la vita su pianeti simili alla Terra .
Questa non è la prima volta che i fulmini sono stati suggeriti come una parte vitale di ciò che ha reso possibile la vita sulla Terra. Esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che i materiali organici prodotti dai fulmini potrebbero aver incluso composti precursori come gli amminoacidi (che possono unirsi per formare proteine).
Tuttavia, questo nuovo studio discute il ruolo dei fulmini in un modo diverso. Una grande domanda che gli scienziati hanno sempre riflettuto ha a che fare con il modo in cui la prima vita sulla Terra ha avuto accesso al fosforo. Sebbene miliardi di anni fa fosse disponibile molta acqua e anidride carbonica con cui lavorare, il fosforo era avvolto in rocce insolubili e non reattive. In altre parole, il fosforo è stato praticamente rinchiuso per sempre.
In che modo gli organismi hanno avuto accesso a questo elemento essenziale? La teoria prevalente era che i meteoriti fornissero fosforo alla Terra sotto forma di un minerale chiamato schreibersite, che può dissolversi in acqua, rendendolo prontamente disponibile per l'uso da parte delle forme di vita. Il grosso problema con questa idea è che quando la vita iniziò da 3,5 a 4,5 miliardi di anni fa, gli impatti dei meteoriti stavano diminuendo esponenzialmente. Il pianeta aveva bisogno di molta schreibersite contenente fosforo per sostenere la vita. E gli impatti dei meteoriti sarebbero stati anche abbastanza distruttivi da, beh, uccidere prematuramente la vita nascente (vedi: i dinosauri) o vaporizzare la maggior parte della schreibersite consegnata.
Hess e i suoi colleghi credono di aver trovato la soluzione. La schreibersite si trova anche in materiali di vetro chiamati fulguriti, che si formano quando l'illuminazione colpisce la Terra. Quando si forma la fulgurite, incorpora il fosforo delle rocce terrestri. Ed è solubile in acqua.
Gli autori del nuovo studio hanno raccolto la fulgurite che era stata prodotta dall'illuminazione che ha colpito il suolo in Illinois nel 2016, inizialmente solo per studiare gli effetti del riscaldamento lampo estremo preservato in questo tipo di campioni. Hanno scoperto che il campione di fulgurite era composto per lo 0,4% da schreibersite.
Da lì si trattava solo di calcolare quanta schreibersite avrebbe potuto essere prodotta da un fulmine miliardi di anni fa, all'incirca nel periodo in cui emerse la prima vita sulla Terra. Esiste una vasta letteratura che stima i livelli antichi di anidride carbonica atmosferica, un fattore che contribuisce ai fulmini. Armato di una comprensione di come le tendenze dell'anidride carbonica siano correlate ai fulmini, il team ha utilizzato quei dati per determinare la quantità di fulmini che sarebbe stata prevalente all'epoca.
Hess e colleghi hanno stabilito che trilioni di fulmini avrebbero potuto produrre da 110 a 11.000 chilogrammi di schreibersite ogni anno. In quel lasso di tempo, questa attività avrebbe dovuto rendere disponibile abbastanza fosforo per incoraggiare gli organismi viventi a crescere e riprodursi, e molto più di quanto sarebbe stato prodotto dagli impatti dei meteoriti.
Questa è roba interessante per comprendere la storia della Terra, ma apre anche una nuova prospettiva per pensare alla vita altrove. Questo è un meccanismo che potrebbe funzionare su pianeti in cui gli impatti dei meteoriti sono diventati rari, afferma Hess. Questo modello di fulmine è limitato agli ambienti con acque poco profonde: i fulmini devono produrre fulgurite in aree in cui può dissolversi correttamente per rilasciare il fosforo, ma dove non si perde in un vasto specchio d'acqua. Ma questo limite potrebbe non essere necessariamente una cosa negativa. In un momento in cui l'astrobiologia è ossessionata dai mondi oceanici, lo studio riporta l'attenzione su luoghi come Marte che non sono stati sommersi dalle acque globali.
Per essere chiari, lo studio non suggerisce che gli impatti dei meteoriti non abbiano alcun ruolo nel rendere il fosforo accessibile alla vita. E Hess sottolinea che altri meccanismi, come gli sfiati idrotermali, possono semplicemente bypassare la necessità di meteoriti o fulmini.
E infine, oltre 3,5 miliardi di anni fa la Terra non aveva l'aspetto di oggi. Non è del tutto chiaro che ci fosse abbastanza roccia esposta all'aria, dove potrebbe essere colpita da un fulmine e portare alla produzione di schreibersite, per rendere disponibile il fosforo.
Hess lascerà che altri scienziati si occupino di queste domande, poiché lo studio è al di fuori del suo normale lavoro. Ma spero che questo induca le persone a prestare attenzione alle fulguriti e a testare ulteriormente la fattibilità di questi meccanismi, dice. Spero che la nostra ricerca ci aiuterà mentre consideriamo se cercare la vita in ambienti con acque poco profonde, dato che attualmente siamo su Marte.