Riflessioni sulla vita

Ecco fatto, il mio annuncio è pronto. Se loro ci sono , non possono non rispondere, ma in quale parte dell’Universo potrei proiettarlo per avere maggiori probabilità di risposta?

Miglior risposta

Supponendo di voler cercare la vita, così come noi la conosciamo nell’ universo, si potrebbe incominciare a cercare un pianeta ospitale in quella, che gli astronomi hanno definito CHZ (Circumstellar Habitable Zone)

E’ la regione intorno alla stella dove l’acqua allo stato liquido può rimanere sulla superficie di un pianeta di tipo terrestre per almeno qualche miliardo d’ anni. La zona ha la forma di anello, il confine interno è la minima distanza a cui un pianeta può orbitare senza che l’acqua degli oceani sfugga nello spazio, la massima distanza è quella in cui il pianeta orbita senza che gli oceani gelino .

Il fatto che un pianeta sia nella CHZ ha la precedenza su altri fattori, che ne potrebbero determinare l’abitabilità quali, ad esempio, l’ellitticità dell’orbita, la presenza di un grande satellite e la presenza di pianeti giganti. Se il pianeta è fuori dalla CHZ , gli altri fattori perdono importanza.

Per delimitare ulteriormente questa zona, nel 1999 alcuni ricercatori hanno proposto un equivalente galattico della CHZ, chiamandola GHZ (Zona Galattica Abitabile) in grado di definire i luoghi più ospitali di una galassia e in particolare della nostra.

Quali caratteristiche devono avere questi luoghi? Per prima cosa non devono essere né troppo lontani né troppo vicini al centro galattico. I confini della GHZ, sono poi definiti da due limiti: la disponibilità di materia per la costruzione di pianeti e un’adeguata protezione dalle minacce cosmiche.

Per quanto riguarda la disponibilità di materia è necessario fare un salto nel tempo e tornare a tre minuti dopo il Big Bang. Eccoci in un universo costituito dal 75% di idrogeno, e per circa i 25% da elio, più tracce di deuterio, litio, trizio. Ci sono voluti 10 miliardi di anni perché questa miscela grezza si potesse convertire, all’interno delle stelle, in una serie di elementi pesanti.

sinistra: resti della supernova Cassiopea A G11.2-0.3 Le aree di colore rosso sono riccche di ferro quelle bianche/verdi all’interno sono ricche di silicio
destra: supernova 1E0102.2-7219 Le areee colorate di blu indicano materia violentemente riscaldata ( centinaia di milioni di gradi) dall’onda d’urto dell’esplosione.

Gli astrofici definiscono metalli gli elementi più pesanti dell’elio e sono proprio questi metalli, che in diverse proporzioni, costituiscono i pianeti di tipo terrestre. La loro abbondanza determina la dimensione dei pianeti che si possono formare.

Pianeti troppo piccoli non sono in grado di trattenere l’atmosfera, mentre i pianeti giganti, importanti per fare da scudo agli eventi cosmici distruttivi, si formano attorno ad un nucleo roccioso, che deve avere una certa dimensione minima. Nessun pianeta di questo tipo è stato individuato intorno a stelle con metallicità inferiore al 40% di quella solare. Anche una metallicità troppo elevata produce problemi come la formazione di pianeti senza alternanza tra terre emerse e oceani, importante per il controllo della temperatura atmosferica ed altri processi.

Ma come è la situazione nella nostra galassia? Nella via Lattea si possono individuare quattro zone parzialmente sovrapposte: alone, rigonfiamento, disco spesso e disco sottile

Le stelle in ciascuna di queste zone orbita intono a un centro galattico come i pianeti intorno al sole.

L’alone e il disco spesso contengono stelle vecchie povere di metallo. Improbabile trovare pianeti che abbiano i requisiti necessari ad ospitare la vita.

Le stelle del rigonfiamento presentano un’ampia gamma di metallicità ma sono troppo esposte ai raggi cosmici. La zona del disco sottile è quella in cui si trova il sole.

Osservando attentamente le caratteristiche spettrali di stelle e nebulose, si nota che la metallicità dei gas decresce con la distanza dal centro galattico. All’altezza del Sole, cioè 28000 anni luce dal centro che equivalgono a 8,5 kiloparsec , diminuisce del 17% per kiloparsec.

L’andamento di questo gradiente è simile in tutte le galassie e dipende anche dalla diversa velocità di formazione stellare

In pratica, a distanza via via maggiori dal centro, vi è una quantità proporzionalmente inferiore di gas e vengono generate meno stelle. Per quanto riguarda la velocità di generazione delle stelle, si può dire che abbia raggiunto il culmine fra 8 e 10 miliardi di anni fa e da allora diminuisca. Delle stelle generatesi contemporaneamente, nella stessa posizione, il Sole ha una metallicità superiore del 40% rispetto alle altre, e questo potrebbe aver dato un vantaggio alla Terra.

Ma la metallicità non è l’unico requisito. Per la formazione di pianeti abitabili, bisogna tener conto dell’abbondanza relativa degli elementi. Gli elementi più abbondanti sono stati prodotti da esplosioni di supernove. Questi eventi si dividono in due classi: Tipo I e II. Si parla di evento di Tipo I quando si ha esplosione di stelle di media massa, che producono ferro nichel e cobalto. E’ detta di Tipo II, implosione di stelle massicce che dà origine a ossigeno, silicio magnesio, calcio titanio , torio e uranio. E’ importante quindi il giusto rapporto fa gli eventi di tipo I e II perché ci sia, ad esempio, la giusta quantità di isotopi radioattivi per garantire il calore, come quello generato dal decadimento di potassio,torio e uranio. Questo calore, infatti, alimenta la tettonica a zolle , che svolge un ruolo essenziale nel ciclo geochimico che regola la quantità di biossido di carbonio nell’atmosfera.

Supponiamo ora di aver trovato un luogo nella nostra galassia adeguato alla costruzione di un pianeta abitabile, dobbiamo garantire però che sia al riparo da minacce terribili quali: impatti di asteroidi e impulsi di radiazione. Qui entra in gioco il ruolo dei pianeti giganti,che fungono da spazzini per un sistema planetario. Lo ripuliscono dei detriti presenti durante i primi istanti di vita del sistema e fanno da scudo contro corpi di taglia maggiore (comete) per le regioni più interne al sistema dove più probabile è la vita

A questo punto, abbiamo definito la GHZ. Tale zona, però, è un concetto probabilistico: non è detto che tutti i pianeti all’interno siano abitati e quelli esterni sterili. Inoltre la zona è limitata nel tempo perché la Via Lattea è in continua evoluzione. In passato era sconvolta da esplosioni di supernove e dall’attività del nucleo. Solo 5 miliardi di anni fa ha raggiunto condizioni favorevoli alla comparsa di vite intelligenti. E per ora è un ambiente abbastanza ospitale, attività limitata e abbondanza di metalli, ma potrebbe non essere sempre così. Tra 3 miliardi di anni Andromeda avrà un incontro ravvicinato con la Via Lattea e quindi …..

Bene ora so dove proiettare il mio cartello e forse il mio messaggio raggiungerà un pianeta abitabile; ma … che probabilità ci sono che un pianeta abitabile sia davvero abitato? Insomma è così facile che si verifichino le condizioni favorevoli alla formazione della vita (quella che conosciamo)?

Risposte premiate

L’origine della vita al momento ci sembra quasi un miracolo, dato che sono così tante le condizioni che devono essere soddisfatte perché si verifichi. F. Crick (premio Nobel per la medicina 1962) Life itself: its Origin and Nature 1981

L’uomo finalmente sa di essere solo nell’immensità indifferente dell’ universo, da cui è emerso per caso. Jacques Monod ( premio Nobel per la medicina 1965) Il caso e la necessità 1996

“la vita è una manifestazione obbligatoria della materia, destinata a nascere laddove le condizioni sono adatte. Sfortunatamente, la tecnologia disponibile non ci permette di scoprire quanti siti offrano tali condizioni nella nostra galassia e tanto meno nell’universo. Secondo la maggior parte degli esperti che hanno considerato il problema, specialmente in relazione al progetto per la ricerca di intelligenze extraterrestri, ci dovrebbero essere moltissimi siti di tal genere, forse qualcosa come un milione per galassia. Se hanno ragione, e se io sono nel giusto, devono esserci altrettanti “focolai” di vita nell’universo. La vita è un imperativo cosmico e l’universo è traboccante di vita.” Christian de Duve, (premio Nobel per la medicina nel 1974,) American Scientist dell’ottobre 1995

E’ evidente: non ci sono risposte certe alla mia domanda. Devo decidere : proiettare o non proiettare?

Prima di prendere una decisione così importante, voglio dare un’ occhiata al percorso complesso che c’è dietro a queste riposte e incomincerò da uno dei miei idoli fin dai tempi dell’università: E. Schrödinger.

Nell’1944 E. Schrödinger nel suo libro “Che cos’è la vita” si chiedeva se, al quesito posto nel titolo del libro, scienze come la chimica e fisica potessero mai dare risposta. Le sue riflessioni erano apparentemente ottimistiche, ma la comparsa di concetti religioso filosofici, alla fine della trattazione, lascia qualche dubbio sull’ottimismo iniziale.

Nella prima parte del libro, E. Schrödinger afferma che le leggi fisiche si basano sulla statistica degli atomi e sono perciò leggi approssimate, la loro esattezza si basa sul grande numero di atomi in gioco. Dal momento che anche il più piccolo organo che costituisce un essere vivente è sempre formato da un numero di atomi altissimo, possiamo affermare che non può essere il comportamento di un solo atomo ad influenzarne l’attività! Partendo da questo concetto si può dimostrare quindi, come una struttura vivente essendo ordinata e composta da una moltitudine di atomi, non violi le leggi della chimica e della fisica.

In “ Cos’è la vita”, E. Schrödinger dà anche un’ affascinante definizione:

la parte più essenziale della cellula cioè la fibra dei cromosomi può veramente dirsi un cristallo aperiodico

e continua

la differenza di struttura (tra un cristallo periodico e aperiodico) è della stessa specie di quella che intercorre tra un’ordinaria carta da parati in cui lo stesso disegno è ripetuto indefinitamente con periodicità regolare e un capolavoro di ricamo, per esempio un arazzo di Raffaello in cui non si hanno delle ripetizioni ma un disegno elaborato, coerente, significativo, tracciato da un grande maestro.”

Ed ecco un’altra domanda.

Se la vita non viola nessuna legge né fisica né chimica, visto che ne conosciamo gli ingredienti, perché non pensare di riprodurla in laboratorio?

Negli anni 20 il biochimico A. I. Oparin aveva affermato che la vita, intesa come materia organizzata, si sviluppa dalla materia non vivente come conseguenza di un processo evolutivo soprattutto chimico, purché esistano particolari condizioni e si disponga di un tempo molto lungo.

Secondo Oparin nella Terra primitiva l’atmosfera e i mari contenevano molecole organiche, che poi associandosi, diedero origine al cosiddetto “brodo primordiale” da cui si sviluppò la vita.

Nel 1953 S. Miller, studente di chimica, decise di provare la validità di questa teoria, sostenuta, all’epoca dal genetista J. Haldane. In due tubi collegati fra loro riprodusse le condizioni del mare e dell’atmosfera primitiva che formò con idrogeno,vapor acqueo, metano e ammoniaca.

Considerando che l’ambiente Terra al suo esordio non fosse un sistema tranquillo ma sconvolto da eruzioni, radiazioni fulmini e raggi ultravioletti, Miller fece scoccare continuamente, in quell’atmosfera sintetica, scariche elettriche. Dopo una settimana si accorse che il suo oceano si era diventato torbido e analizzandolo, scopri gli aminoacidi, che sono i costituenti principali delle proteine.

L’esperimento fu ripetuto con diverse ricette di atmosfera e sempre si trovarono molecole prebiotiche. F.Hoyle nel suo libro “Le frontiere dell’astronomia” del 1958 quando affronta il problema “formazione della vita” ha probabilmente in mente questo filone di ricerca e propone un grafico per illustrare il processo.

Hoyle sottolinea poi come queste molecole prebiotiche formino molecole complesse e ordinate invece di decomporsi. Chiama questa anomalia “ capriccio chimico” per cui le molecole utilizzano la loro energia per aggregarsi ad altre molecole liberando piccole quantità di energia durante il processo. Proprio questa tendenza all’ ordine della vita aveva posto il dubbio che la vita fosse un’ eccezione al secondo principio della termodinamica. In realtà, considerando la vita un sistema aperto, l’ordine che costruisce provoca un enorme aumento di entropia dell’ambiente circostante: prende dall’ambiente energia e la cede degradata: tutto in regola, dunque. Analizzando il sistema, Hoyle formula un’ ipotesi: forse nello spazio si sarebbero potute trovare condizioni più favorevoli al processo di formazione di quelle molecole complesse, che hanno portato alle forme di vita unicellulari. La vita potrebbe quindi essere nata nello spazio e aver concluso sulla Terra il percorso evolutivo. Questa ipotesi non è mai stata abbandonata e là nello spazio ci sono navicelle a caccia di molecole prebiotiche.

Ritornando a esperimenti come quello di Miller, essi non hanno mai prodotto niente di più complesso di un amminoacido. Ciò significa che la strada non è quella. In effetti con questo tipo di esperimento si mettono in relazione due dei costituenti della vita : materia ed energia.

Nel 1953, in contemporanea con l’esperimento di Miller, ci fu un altro decisivo passo verso la conoscenza della vita: la scoperta del DNA da parte di Watson e Crick. Di nuovo e assolutamente sconvolgente in questa scoperta c’era la capacità di questa molecola di replicare se stessa. Da qui continuando le ricerche è emersa l’immagine della cellula, entità che accomuna tutti gli esseri viventi, che si comporta come un computer scambiando ogni tipo di informazione che le permetta di vivere.

Ecco allora, che un terzo ingrediente va ad aggiungersi a quelli già noti nella “ ricetta della vita: l’informazione.

A questo punto la vita (come noi la conosciamo) appare decisamente complessa e difficile da riprodurre in laboratorio tanto che ancora nessun laboratorio può davvero vantarsi di averla veramente prodotta.

Ma se il sistema è così complesso, che probabilità c’è che si formi casualmente?

Paul Davies nel suo libro “ Uno strano silenzio” cita ancora Hoyle che, a questo proposito, affermava : “è più facile credere che un tornado che passi attraverso un deposito di rottami riesca ad assemblare un Boeing 747 perfettamente funzionante.”

A questo punto mi sento pessimista. Comincio a pensare che questo evento si sia verificato una sola volta e che noi siamo gli unici abitanti dell’ universo, gli unici osservatori.

Forse devo mettere via il mio cartello e non pensarci più. Dovrei ma non posso: ho ancora qualche speranza.

Forse è la vita come noi la conosciamo ad essere unica.In qualche parte dell’Universo potrebbe essere accaduto un evento altrettanto complesso, che ha portato allo sviluppo di altro tipo di vita . Inoltre, sul nostro stesso pianeta potrebbe esserci qualche vita aliena che ancora non abbiamo riconosciuto e che potrebbe svelarci segreti che si credeva fossero impenetrabili.

Forse vale la pena proiettare quel messaggio nell’Universo e continuare a cercare anche qui, sulla Terra, le prove che qualcun altro lassù, tra le infinite stelle, sta guardando il cielo chiedendosi quale possa mai essere il senso della sua esistenza .

Per sorridere

Per approfondire la parte relativa ad altre forme di vita

il chimico impertinente : ipotesi sulle biochimiche aliene ( come diventare antisciovinista)

Per saperne di più sulla.. vita consiglio la visione di questi tre video di Boncinelli.

http://www.youtube.com/watch?v=rSj9JSzADj0&feature=plcp

http://www.youtube.com/watch?v=EeEIbVJqptk&feature=context-cha

http://www.youtube.com/watch?v=nfwBF0jjbxc&feature=context-cha

Bibliografia

Gonzales , Brownlee, Ward, “Una nicchia nella galassia” Le Scienze398, ottobre 2001

EURESIS “A che tante facelle ?” SEED 2006

E. Schrödinger -Che cosa è la vita- Adelphi 1995

Fred Hoyle- Le frontiere dell’astronomia- Bompiani 1958

Paolo Maffei- L’ Universo nel tempo- Mondadori 1982

Paul Davies- Uno strano silenzio_ 2012

Inoltre.

Joanne Baker – 50 grandi idee di fisica- edizioni Dedalo 2009

Oldberg , Blomquist – Universo istruzioni per l’uso- edizioni Dedalo 2011

J.Rifkin – Entropia – 1982

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Informazioni su Margherita Spanedda

prof. di chimica
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9 risposte a Riflessioni sulla vita

  1. Pingback: Kepler missione finita? | unpodichimica

  2. annarita ha detto:

    Concordo con Paolo: un articolo veramente intrigante. Complimenti, Margherita.

    Un abbraccione.

    Annarita

  3. Pingback: "Cercando Tracce di Vita nell'Universo" - edizione unificata dei carnevali scientifici a supporto del IV convegno dell'IAA di San Marino | Chimicare - divulgazione e cultura della chimica

  4. laurin42 ha detto:

    Ho dimenticato l’autore del libro che suggerisco : Michael Talbot

  5. laurin42 ha detto:

    Cara Margherita sei un genio! sono sempre stata una fan di Bozzetto e non conoscevo queste sue chicche. Certo non ho ancora scoperto come fonte You Tube!
    Io penso che se continuiamo a cercare la vita nell’universo basandoci sulle caratteristiche che conosciamo abbiamo scarso successo. Tutto quello che ci circonda è creazione dell’Energia vitale che si manifesta in molteplici forme, dagli universi e le galassie, fino agli elementi e agli atomi e alle nanoparticelle. E poi c’è tutto quello che non vediamo, limitati dalle certezze dei nostri 5 sensi.
    Non siamo soli, anzi! E perchè dovremmo sentirci soli? O siamo imprigionati in uno spazio tempo delimitato dalle nostre stesse conoscenze ?
    Posso aggiungere alla tua ricca bibiografia un testo che suggerisce ampie riflessioni?
    ” Tutto è uno ” L’ipotesi della scienza olografica Edizione Apogeo
    Ancora complimenti per come rendi accessibili argomenti così profondi.
    Love
    L

  6. Gifh ha detto:

    Un articolo decisamente intrigante e disinvolto, mi congratulo (e ringrazio)! :)

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