Biochimiche alternative e alieni – Cosa aspettarci?

Altri modi in cui la vita potrebbe svilupparsi nell’universo.

Noi terrestri (ma proprio tutti) siamo fatti di carbonio.

Il carbonio (sesto elemento della tavola periodica degli elementi) è il componente principale della vita conosciuta sul pianeta Terra. Circa la metà della biomassa terrestre è infatti costituita da carbonio.

La motivazione di questo “monopolio” biochimico risiede nelle proprietà chimico-fisiche del carbonio e delle molecole da questo costituite. Il carbonio è in grado di formare migliaia di molecole diverse, di varie dimensioni e proprietà strutturali. Queste molecole contengono una vasta gamma di altri elementi chimici (primi fra tutti, idrogeno e ossigeno, ma anche azoto, fosforo, zolfo e tanti altri). Il carbonio è un atomo relativamente piccolo e leggero, cosa che permette la formazione di molecole complesse e stabili.

Le proprietà di questo elemento sembrano davvero insostituibili, cosa che porta chiunque si occupi di astrobiologia (ossia la scienza che studia l’origine, l’evoluzione e la distribuzione delle forme di vita nell’universo) a dare quasi per scontato che qualunque vita si possa sviluppare nell’universo debba essere basata proprio sul carbonio.

Questa assunzione è definita “sciovinismo del carbonio“, e ha come sostenitori molti famosi scienziati, fra cui l’astronomo e divulgatore Carl Sagan. Ma questa assunzione è una realtà o solo un pregiudizio dato dalla mente umana?

Allacciatevi le cinture. Esplorate con noi biochimiche alternative e alieni!

Partiamo dalle basi

Prima di abbandonare la via della ragione e impelagarci in migliaia di possibili vite aliene, dobbiamo considerare un parametro fondamentale: l’abbondanza cosmica degli elementi.

Gli elementi della tavola periodica non sono presenti nell’universo in misura uguale. Alcuni elementi sono estremamente comuni (è stimato che l’idrogeno componga intorno al 70% della massa dell’intero universo), elementi rari ed elementi estremamente rari.

Se la nostra previsione deve essere realistica dobbiamo necessariamente tenere conto della quantità di materia prima disponibile per la nascita di biochimiche alternative a quelle a base di carbonio.

Come regola generale, più un atomo è pesante più sarà raro trovarne grandi quantità nell’universo. Dato che lo sviluppo della vita necessita moderate quantità di un atomo specifico, elementi troppo rari nell’universo sono già fuori dai giochi prima di cominciare.

Inoltre, considerata l’immensa varietà molecolare necessaria per lo sviluppo della vita, l’elemento base deve essere stabile ma al contempo in grado di partecipare a molteplici reazioni chimiche.

Quali candidati sono rimasti?

Ebbene… solo uno.

Silicio, il fratellastro del carbonio

La base per la vita alternativa al carbonio più realistica è il silicio.

biochimiche alternative e alieni
Un horta, una forma di vita basata sul silicio, originaria del pianeta Janus VI (Star Trek, serie originale)

Questo elemento chimico possiede proprietà chimiche simili a quelle del carbonio (infatti fa parte dello stesso gruppo nella tavola periodica). Il silicio è in grado di formare molteplici classi di composti che “mimano” quelle formate dal carbonio, per questo motivo i suoi composti sono utilizzati per molteplici applicazioni (dalla produzione di celle fotovoltaiche a quella di lenti a contatto).

Il silicio è già parte della nostra biochimica terrestre. Le diatomee (ossia un tipo di alghe unicellulari) estraggono il silicio dall’acqua e lo usano per costruire una barriera protettiva.  Gli equiseti (considerati le piante più antiche del globo terrestre e diffuse in quasi tutti i continenti) lo estraggono dalla terra e lo concentrano nel fusto, rendendolo duro e difficile da masticare al fine di scoraggiare gli erbivori.

biochimiche alternative e alieni
Rappresentazione grafica di varie diatomee e dei loro “gusci” di silice.

Insomma, una gran bella alternativa al carbonio? Non proprio.

Il silicio presenta alcuni svantaggi. I suoi atomi sono molto più grandi di quelli di carbonio, per questo motivo formare legami doppi o tripli (che nel caso del carbonio sono normale amministrazione) è più difficile. Molti composti molecolari di silicio sono fortemente reattivi nei confronti dell’acqua e, a contatto con questa, si decompongono spontaneamente. In generale, molecole basate sul silicio sarebbero meno stabili delle loro controparti a base di carbonio.

Non dobbiamo però scoraggiarci.

È possibile che composti del silicio possano essere biologicamente stabili in combinazione con il carbonio. Una biochimica basata su molecole ibride carbonio-silicio potrebbe essere una valida alternativa, e ne abbiamo evidenze anche qui sulla Terra. Quindi siamo ancora liberi di sognare biochimiche alternative non basate sul carbonio!

Ma abbiamo necessariamente bisogno di andare così lontano con l’immaginazione?

Acqua, non così insostituibile

Tutte le forme di vita terrestri conosciute usano l’acqua come solvente per le reazioni biochimiche. Questo è ovviamente legato al fatto che la Terra è un mondo “umido“. L’acqua è presente sulla Terra in tutte e tre le sue forme (vapore, acqua liquida e ghiaccio) e copre circa il 70% della superficie del pianeta.

Come il carbonio, l’acqua possiede possiede proprietà che sono fondamentali per i processi biochimici. Molto sinteticamente, esiste allo stato liquido in un ampio raggio di temperature e ha la capacità di sciogliere i numerosi composti organici. A differenza del carbonio però, in questo caso esistono altre sostanze con proprietà simili che sono talvolta state proposte come solventi alternativi.

Uno dei composti “talassogeni” (come direbbe Isaac Asimov) preferiti è l’ammoniaca. L’ammoniaca non contiene elementi esotici e rari (infatti è molto comune anche sul pianeta Terra) ed è un ottimo solvente per le sostanze organiche. L’ammonica è certamente più volatile a temperature che noi consideriamo “normali”, ma è liquida in un range di temperature relativamente ampio (anche se sotto zero). Il che significa semplicemente che un pianeta con mari di ammoniaca sarebbe molto molto freddo per noi.

C’è un problema fondamentale nella scelta dell’ammoniaca come solvente per la vita, il ghiaccio di ammoniaca non galleggia. Una delle proprietà caratteristiche dell’acqua è che il ghiaccio d’acqua ha una densità minore dell’acqua liquida. Questo permette ai cubetti di ghiaccio di galleggiare nel vostro cocktail e ai mari di congelare dall’alto verso il basso. La formazione dello strato di ghiaccio superficiale è fondamentale per la regolazione del clima terrestre. Nei mari di ammoniaca non si avrebbero iceberg galleggianti, ma uno strato di ammoniaca solida sul fondo marino. In determinate condizioni potrebbe essere possibile avere un controllo climatico anche in questo caso, ma ovviamente è tutto molto più complesso.

Vita aliena molto più vicina del previsto

Esiste nel nostro sistema solare un corpo celeste su cui potrebbe forse svilupparsi una biochimica alternativa a quella terrestre.

Titano, una delle lune di Saturno, è l’unico satellite a possedere un’atmosfera sviluppata. La composizione atmosferica di Titano è infatti ritenuta essere simile a quella terrestre subito prima dello sviluppo degli esseri viventi in grado di produrre ossigeno (prevalentemente azoto e metano). Ovviamente, è da tenere in considerazione che Titano è infinitamente più freddo della Terra (in media -179 gradi centigradi) e quindi è assolutamente impossibile avere acqua liquida. Ma c’è un’alternativa!

Gli idrocarburi.

Grazie ai rilevamenti della sonda Cassini-Huygens, pare che su Titano siano presenti laghi, mari e fiumi di metano ed etano. Inoltre, questi idrocarburi si troverebbero anche in forma gassosa e solida, andando a formare un ciclo caratterizzato da evaporazione, condensazione e precipitazione simile al ciclo dell’acqua presente sulla Terra. Numerosi esperimenti hanno mostrato che in un’atmosfera simile a quella di Titano,in presenza di radiazione ultravioletta, si possano sviluppare molecole complesse come le cinque basi azotate che formano DNA e RNA anche in assenza di acqua liquida.

biochimiche alternative e alieni
Laghi e mari di idrocarburi visualizzati sulla superficie di Titano dalla sonda Cassini-Huygens.

In conclusione

La vita nell’universo potrebbe manifestarsi in modi che non possiamo immaginare.

Anche attenendoci allo “sciovinismo del carbonio” le possibilità sono tante (e molto strane).

Pesci alieni potrebbero star nuotando nei mari di metano di Titano?

Citando un classico: “I want to believe”.

 

La ricerca di vita nello spazio

Biochimiche alternative

Silicio sulla Terra

Silicon-based life

Vita su Titano

Arsenico nel DNA?

Vita rocciosa

Piante verdi? Banale

Atmosfere di pianeti alieni

Biosfera alternativa – Parte 1

Il grande filtro

 

 

Luca Ricciardi

Chimico fisico dei sistemi biologici, laureato a Roma sia in triennale che in magistrale all'università "La Sapienza". Attualmente in Olanda nella ridente cittadina di Enschede per conseguire un PhD, cofinanziato da Royal Dutch Shell, riguardo la produzione di biocarburanti a partire da materiale di scarto agricolo.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *