Il processo di formazione delle molecole e l'origine della vita

Da dove proveniamo? Questa semplice domanda ha affascinato probabilmente da sempre l’umanità, ed è infatti una di quelle a cui anche le più antiche fra le cosmologie e le religioni dovevano dar risposta, per poter soddisfare la sete di conoscenza al riguardo. Oggi, a valle di tutta la moderna conoscenza scientifica e degli sviluppi tecnologici che sono arrivati fino a mettere a disposizione sul mercato servizi dedicati, possiamo risalire per molte generazioni all’indietro sia attraverso l’analisi dei documenti di archivio, sia ancor più indietro attraverso l’analisi del nostro Dna; è così, per esempio, che alcune radici della mia famiglia sono state tracciate indietro per via documentale fino all’Italia dei Longobardi, ed è così che posso identificare la mia parentela sotto forma di Dna condiviso con qualche vittima dell’eruzione vesuviana o ancora più indietro nel tempo, fino a risalire a singoli individui vissuti nel Neolitico. Sempre grazie al DNA e alla scienza dell’evoluzione, possiamo risalire ancora più indietro, arretrando fino ad ere incredibilmente lontane nella storia della vita sulla Terra e rintracciando antenati in creature remotissime. Ma, sebbene tutto questo, come biologo, catturi certamente la mia immaginazione, la domanda in apertura può essere intesa in modo ancora più radicale: da dove derivano gli atomi e le molecole di cui siamo fatti? Per quanto possa sembrare incredibile, cominciamo oggi a rispondere a questa domanda in modo diretto, e non solamente verificando in via sperimentale teorie sui meccanismi di formazione originaria di atomi e molecole.

Grazie alla moderna astronomia, dotata di strumenti giganteschi e potentissimi, possiamo infatti volgere il nostro sguardo agli abissi dello spazio cosmico che ci circonda; e questo, come ben sappiamo, equivale a guardare negli abissi del tempo trascorso dalla formazione dell’universo. Con nostra sorpresa, in qualche caso, gli antichissimi processi che hanno portato alla formazione nell’universo di atomi o molecole fondamentali per la nostra stessa costituzione fisica, sono ancora attivi, e per questo motivo sono visibili a distanze relativamente ridotte da noi, ovvero guardando a tempi relativamente recenti.

È il caso della formazione dell’acqua di cui siamo composti noi stessi e ogni organismo vivente sul nostro pianeta. Sappiamo da tempo che, sul nostro pianeta, l’acqua può essere stata portata da numerose comete, inglobate durante la sua fase di accrescimento iniziale. Ma l’acqua presente nelle comete, quando e dove si è formata? Un team di ricercatori ha utilizzato l’interferometro Alma per misurare i segnali chimici nel disco di materiali avanzati dalla formazione di una giovane stella a 1300 anni luce da noi, chiamata V883 Orionis, rilevando ivi vapore acqueo, come riferito in un recente articolo su Nature. Il disco è la sede dove, successivamente, hanno origine corpi come i pianeti e le comete; di conseguenza, è divenuto critico stabilire se il vapore acqueo trovato nel disco stesso fosse simile all’acqua che si trova poi nelle comete e nei pianeti come il nostro. Per far questo, si può rivelare il rapporto tra acqua “normale” – acqua cioè costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno (H2O) – e acqua “semipesante”, cioè contenente al posto di uno dei due nuclei di idrogeno uno di deuterio (Hdo). Ebbene, il rapporto Hdo:H2O indica che l'acqua all'interno del disco di V883 Orionis è direttamente ereditata dalle fasi in cui si è addensata la materia che ha dato origine alla stella. Infatti, il rapporto tra acqua semipesante e acqua normale nel disco di accrescimento di V883 Orionis corrisponde al rapporto che altri astronomi hanno misurato nelle nuvole di materiale attorno alle protostelle, oggetti cioè molto più giovani. E lo stesso rapporto tra acqua semipesante e acqua normale si trova nelle comete provenienti dai confini esterni del nostro sistema solare. Questa è la prova che le molecole d'acqua nel nostro sistema solare hanno potuto avere origine nel mezzo interstellare freddo prima della formazione del Sole.

L’acqua, quindi, e le sue specie deuterate si formano su granelli di polvere ghiacciata, a partire da molecole che sono ereditate dalla fase prestellare in quello che è chiamato il mezzo prestellare, ove si formano anche molecole organiche alla base dei composti necessari alla vita; durante l’accrescimento di un disco e il suo collasso intorno ad una stella nascente e poi durante la formazione di comete non si verificano significativi cambiamenti chimici, e l’acqua che è ubiquamente presente nel cosmo è quindi quella formata nel gelido spazio, prima ancora che il Sole nascesse, su granellini di polvere e in nuvole di gas rarefatto ove si sono formati anche i mattoni molecolari della vita sul nostro pianeta.