L'ORIGINE
DELLA VITA 1. LA GENERAZIONE SPONTANEA Fino alla metà del XVII secolo era convincimento
comune che Dio avesse creato l’uomo e gli altri organismi superiori, mentre
gli anfibi, i vermi, gli insetti e in generale gli animali di più piccole
dimensioni si sarebbero generati spontaneamente dal fango o da sostanze in
decomposizione. Questo convincimento ha origini molto lontane.
Nella Cina antica, ad esempio, la gente pensava che dai bambù si generassero
spontaneamente gli afidi, e documenti sacri dell'India testimoniano della
nascita spontanea di mosche dal sudore e dalla sporcizia. Secondo i babilonesi,
poi, il fango dei canali generava vermi. Per i filosofi greci la vita era insita nella
materia stessa e da essa emergeva spontaneamente quando le condizioni si
facevano favorevoli: essi credevano, ad esempio, che pesci e rane si generassero
dal putrido fango del Nilo. Aristotele raccolse le idee relative alla
generazione spontanea formulate dai filosofi che vissero prima di lui e le
sintetizzò in una teoria i cui effetti si sono fatti sentire fino a tempi molto
recenti. Secondo il grande pensatore dell’antichità gli organismi viventi
nascono, in genere, da altri organismi a loro simili, però a volte possono
anche scaturire dalla materia inerte. Esisterebbe infatti, in tutte le cose, un
«principio passivo» rappresentato dalla materia e un «principio attivo»
rappresentato dalla forma. Questa sarebbe una specie di forza interna che guida
e indirizza la materia stessa dandole appunto la forma. Il fango, ad esempio, è
materia inerte, ma contiene un principio attivo che non è nulla di materiale,
ma semplicemente una inclinazione, una predisposizione a organizzare la materia
in qualcosa di vivo come potrebbe essere un verme o una rana. Dalle idee di Aristotele avrebbe preso spunto il
racconto biblico della Genesi secondo il quale Dio in sei giorni creò il mondo
dal caos primitivo: prima separando la terra dall’acqua e dal cielo quindi
creando le erbe, i pesci, gli uccelli e il resto del bestiame e infine l’uomo,
che foggiò dalla creta e gli infuse quindi il soffio della vita. La teoria della generazione spontanea passò
indenne attraverso il Medioevo e il Rinascimento e fu sostenuta da illustri
pensatori come Newton, Cartesio e Bacone. Nel XVI secolo vi era ancora qualcuno
disposto a credere che le oche nascessero da alcuni alberi che si trovavano a
contatto con le acque dell'oceano o che gli agnelli si formassero all'interno di
meloni, come andavano raccontando alcuni viaggiatori al ritorno da lunghi viaggi
in Oriente. Nel XVII secolo finì l'epoca delle leggende e
iniziarono le prime sperimentazioni a sostegno della teoria della generazione
spontanea. Il medico fiammingo Jean Baptiste Van Helmont, annunciò (seriamente)
di avere condotto un esperimento mettendo a contatto chicchi di frumento e una
camicia sporca, in seguito al quale sarebbero nati dei topi dopo 21 giorni.
Secondo Van Helmont il sudore umano avrebbe rappresentato il principio attivo
necessario per spingere la materia inerte a trasformarsi in materia vivente. 2. I PRIMI ESPERIMENTI E' evidente che quello di Van Helmont era un
esperimento condotto male, tuttavia la strada giusta, quella della verifica
sperimentale delle idee, era stata aperta. Nel 1668 il medico e poeta toscano
Francesco Redi illustrò una serie di esperimenti i quali avrebbero dovuto
dimostrare che la generazione spontanea non esiste. Egli mise della carne di
vitello e del pesce in alcuni recipienti che sigillò ermeticamente, lasciandone
aperti degli altri. Dopo un po' di tempo poté notare la presenza di vermi (in
realtà si trattava di larve di insetti) sulle carni in putrefazione all'interno
dei recipienti aperti nei quali entravano e uscivano liberamente mosche e altri
insetti, mentre non vi era traccia di organismi viventi all'interno dei
recipienti chiusi. Più o meno nello stesso tempo in cui Redi
compiva i suoi esperimenti un naturalista olandese, di nome Anton Van
Leeuwenhoek (1632–1723), osservò, per la prima volta, la presenza di
microrganismi attraverso un rudimentale microscopio da lui stesso costruito. Le
osservazioni al microscopio ben presto si moltiplicarono e la presenza di un
numero tanto abbondante di microrganismi all'interno di tutte le sostanze
esaminate fece risorgere l'idea della generazione spontanea, che gli esperimenti
di Redi sembravano avere allontanato. Le osservazioni di Leeuwenhoek stimolarono nuove
ricerche in quella direzione e la disputa fra teoria
della biogenesi (la vita deriva dalla vita) e teoria della abiogenesi (la vita si origina da sostanze non viventi)
si spostò dal mondo macroscopico dei vermi e delle mosche a quello microscopico
dei protozoi e dei batteri. Nel 1745 il naturalista inglese John Needham
condusse una serie di esperimenti che dettero nuovo vigore alla tesi
dell’abiogenesi. Egli scaldò vari liquidi nutritivi come il
brodo di pollo o gli infusi d'erbe coi quali riempì alcune provette che
poi tappò con della garza. Ebbene, nonostante tutti gli accorgimenti adottati
affinché non entrasse nulla nelle provette che contenevano le soluzioni
nutritive rese sterili dal calore, dopo alcuni giorni si poteva notare che
queste pullulavano di organismi viventi. I risultati dei suoi esperimenti lo
convinsero che la generazione spontanea era effettivamente possibile. Gli stessi risultati non convinsero invece
l'abate italiano Lazzaro Spallanzani il quale, alcuni anni più tardi, rifece
gli stessi esperimenti di Needham ma riscaldando il liquido nutritivo molto più
a lungo e a temperature molto più alte, fino a farlo bollire per alcuni minuti.
Ebbene il risultato fu che anche dopo molti giorni i liquidi contenuti nelle
provette, questa volta ermeticamente tappate, rimanevano limpidi e non
mostravano la presenza di microrganismi al loro interno. Le critiche ora
arrivarono dal ricercatore inglese il quale accusò lo Spallanzani di avere
scaldato i liquidi nutritivi a temperature troppo elevate “torturando”
inutilmente le sostanze presenti fino al punto di distruggere il principio
attivo contenuto in esse; e di aver inoltre sigillato le provette al punto da
impedire il passaggio dell'aria indispensabile per la vita.
La controversia continuò ancora per molti anni e
si concluse definitivamente verso la metà del diciannovesimo secolo quando il
biologo francese Louis Pasteur ideò un esperimento che avrebbe detto la parola
fine a una questione che sembrava irrisolvibile. L'esperimento venne condotto
all'interno di un apparato molto semplice, ma geniale, costruito in modo tale da
non poter più dar adito a dubbi sulla possibilità che il principio attivo
possa essere distrutto dal calore o soffocato per mancanza di aria. Pasteur costruì personalmente dei contenitori di
vetro con un lungo collo ricurvo (detti, per la loro forma, «palloni a collo di
cigno»), all'interno dei quali veniva riposta la soluzione nutritiva che era
fatta bollire per più di un'ora lasciando che il vapore uscisse liberamente
dall'orifizio terminale del collo ricurvo. Spenta la fiamma, il liquido
contenuto nel recipiente cominciava a raffreddarsi lentamente dopo aver
richiamato dall'esterno, a causa della depressione conseguente al riscaldamento,
aria contaminata da batteri e altri microrganismi. Questi, tuttavia, a contatto
con il liquido ancora bollente che trovavano all’interno, venivano uccisi.
Dopo alcuni mesi l'infuso si era conservato limpido a dimostrazione che non
erano presenti germi di alcun genere, mentre sul tratto più esterno del collo
si poteva notare la presenza di polveri e microrganismi evidentemente entrati
dall'apertura terminale. L'esperimento di Pasteur era semplice e completo
proprio come dovrebbero essere gli esperimenti per apparire convincenti, e
rispondeva in modo chiaro e inequivocabile alle obiezioni avanzate dai
sostenitori dell'abiogenesi. Questi infatti sostenevano che qualora fosse
condotto ad ebollizione per lungo tempo il liquido nutritivo, veniva distrutto
il principio attivo e la vita non avrebbe più potuto svilupparsi. Pasteur
dimostrò invece che un eventuale principio attivo presente nella materia non
veniva danneggiato dal lungo e intenso riscaldamento. Infatti se si fosse rotto
con un secco colpo di lima il collo ritorto ponendo il liquido nutritivo a
diretto contatto con l’aria, dopo poche ore lo stesso si sarebbe intorbidito
per la presenza di spore e germi che poi avrebbero continuato a svilupparsi.
Inoltre Pasteur lasciando aperto il suo recipiente con il collo ricurvo e
consentendo all'aria di entrare e uscire liberamente, seppure attraverso un
lungo e tortuoso percorso, spense sul nascere le obiezioni di coloro i quali
sostenevano che il principio attivo, senza aria, era impedito nella sua funzione
di generatore della vita. 3. LA TEORIA DELLA BIOGENESI SOLLEVA NUOVI PROBLEMI Con l'esperimento di Pasteur si chiuse per sempre
la polemica fra i sostenitori dell'abiogenesi e quelli della biogenesi, a favore
di questi ultimi, ma nello stesso tempo si aprì la porta a nuovi interrogativi.
Innanzitutto ci si chiese: se per generare un essere vivente ci vuole un altro
essere vivente, chi ha generato il primo essere vivente? In secondo luogo: se
ogni individuo genera sempre individui simili a sé stesso, come si è formata
l’enorme varietà di organismi che popola attualmente la Terra? E’ sempre
esistita? Era presente fin dall'inizio?
A quest'ultima domanda, in termini scientifici,
risponde il ritrovamento dei fossili che testimoniano di forme viventi del
passato diverse da quelle del presente e la teoria evoluzionistica di Darwin la
quale afferma che le nuove specie nascono da quelle già esistenti. Gli
individui di una stessa popolazione, come è facile constatare, presentano
caratteristiche leggermente diverse l’uno dall’altro, e quando l’ambiente
si modifica per azione di forze che traggono origine dall’interno e
dall’esterno della Terra e per l’attività degli stessi organismi viventi,
quegli individui i cui caratteri consentono il migliore adattamento alle nuove
condizioni di vita ottengono il massimo successo riproduttivo, mentre gli altri
si estinguono prima di raggiungere la maturità sessuale. Quindi attraverso una
selezione naturale delle forme più adatte, le generazioni successive si
arricchiscono degli individui dotati dei caratteri più vantaggiosi. La teoria di Darwin sottintende, in altre parole,
che tutte le forme attualmente viventi possano aver tratto origine da pochi o
forse addirittura da un unico progenitore comune. Secondo Darwin sarebbe stata
quindi la selezione naturale a creare nuovi organismi, e lo avrebbe fatto per
adeguare le forme viventi alle esigenze di un ambiente in continua
trasformazione. Per rispondere alla domanda relativa all'origine
della vita gli scienziati hanno avanzato due diverse ipotesi. Secondo la prima
di esse la vita sarebbe una componente fondamentale dell'Universo e sarebbe
quindi sempre esistita così come sarebbe sempre esistito l’Universo. Questa
idea, detta della «panspermia», fu avanzata per la prima volta dal chimico
svedese Svante Arrhenius agli inizi di questo secolo e prevede che le forme
viventi più semplici migrino, attraverso lo spazio, colonizzando continuamente
nuovi pianeti. Secondo l'altra ipotesi la vita sarebbe comparsa direttamente qui
sulla Terra in modo spontaneo, a partire dalla materia inerte dopo che la Terra,
appena formata, ebbe perduto una quantità notevole del suo calore iniziale e fu
possibile la formazione di una crosta stabile sopra la lava infuocata. Questa
idea è detta, come quella più antica, della «generazione spontanea», ma
rappresenterebbe, a differenza di quella antica, un fatto eccezionale, forse
unico e irripetibile in tutto l'Universo. Secondo Arrhenius la vita si sposterebbe quindi
da un pianeta all'altro sotto forma di spore o germi che verrebbero sospinti
dalla pressione di radiazione delle stelle fino ad incontrare un altro pianeta
su cui planare e quindi evolvere verso forme di vita più complesse. I biologi,
tuttavia, sanno bene che un viaggio nel mezzo interstellare, soprattutto se
molto lungo, non è affatto privo di rischi: vi sono radiazioni di ogni tipo
(raggi ultravioletti, raggi X, raggi gamma), temperature vicine allo zero
assoluto, o viceversa temperature molto elevate in prossimità delle stelle, in
grado di distruggere qualsiasi forma di vita, anche se sistemata all'interno di
spessi involucri protettivi. Per superare i rischi connessi al bombardamento
di radiazioni cosmiche si è allora pensato che i semi della vita avrebbero
potuto viaggiare all'interno delle meteoriti dove in effetti è stata
riscontrata la presenza di qualche composto organico. In tal caso però le
difficoltà sarebbero sopraggiunte al momento dell'ingresso nell'atmosfera,
quando il riscaldamento per l'attrito e il successivo schianto al suolo
avrebbero potuto provocare l'uccisione dei germi precedentemente protetti dalla
crosta solida del veicolo. La polvere interplanetaria più fine avrebbe invece
un impatto morbido con l'atmosfera e con il suolo e sembrerebbe quindi più
adatta delle meteoriti al trasporto di germi di vita sui pianeti, ma in questo
caso sarebbero le condizioni molto severe incontrate negli spazi cosmici a
rendere estremamente pericoloso il viaggio. C'è addirittura chi ha pensato, per superare le
difficoltà connesse all'attraversamento degli spazi cosmici, ad una specie di
panspermia artificiale, cioè a forme di vita seminate da mani di esseri
intelligenti. L'idea (stravagante?) è venuta a Francis Crick, premio Nobel per
la medicina nel 1962, il quale immagina che alcuni membri di una civiltà
extraterrestre in visita ai pianeti della galassia siano sbarcati sul nostro e
abbiano lasciato, magari accidentalmente, qualche residuo della loro escursione.
Il vero difetto della teoria della panspermia sta
nella mancata spiegazione dell'origine vera e propria della vita: se gli esseri
viventi derivano necessariamente da altri esseri viventi, allora la vita non
sarebbe mai nata, ma sarebbe esistita da sempre. Tuttavia l'idea che la vita sia eterna non piace
alla maggior parte dei biologi così come non piace alla maggior parte degli
astronomi l'idea di un Universo che esiste da sempre. Naturalmente entrambi
hanno buone ragioni per opporsi a queste ipotesi. Se la vita e l'Universo che la
contiene esistessero da sempre verrebbero violate alcune leggi fondamentali
della fisica come ad esempio il secondo principio della termodinamica che
prevede un aumento continuo e incessante dell'entropia, ossia del disordine
generale. Ora, se l'Universo esistesse da sempre questo disordine generale
sarebbe stato raggiunto da un tempo infinito e oggi non ci sarebbero le
strutture ordinate che possiamo osservare in esso, a cominciare appunto dalla
vita. 4. L'ORIGINE DELLA VITA SULLA TERRA Se non si accetta l'ipotesi che la vita possa
essere arrivata sulla Terra provenendo dallo spazio è gioco forza ammettere la
possibilità della generazione spontanea, con una differenza, tuttavia, rispetto
al passato. Prima di Pasteur si pensava infatti che il processo generativo
avvenisse velocemente e continuamente, mentre la moderna teoria sull'origine
spontanea della vita sostiene che il processo sia avvenuto lentamente e una
volta sola. Due sono le ipotesi sulla nuova generazione
spontanea: quella autotrofa e quella eterotrofa. Secondo la prima di queste
ipotesi il primo essere vivente sarebbe stato un autotrofo cioè un
organismo simile alle attuali piante verdi, capace di sintetizzare sostanze
organiche utilizzando sostanze inorganiche attraverso una complessa serie di
reazioni chimiche, che prende il nome di «fotosintesi clorofilliana»; nella
seconda ipotesi il primo essere vivente sarebbe stato un eterotrofo, cioè
un organismo che non è in grado di fabbricarsi da solo gli alimenti, ma deve
prenderli già belli e pronti da altri organismi viventi. L’ipotesi autotrofa nasce dall’osservazione
che gli animali (eterotrofi) per vivere hanno bisogno delle piante (autotrofe),
mentre le piante per vivere non hanno bisogno di nessuno. A questa ipotesi
tuttavia vengono mosse alcune critiche ineccepibili dal punto di vista logico
che rendono difficoltosa l’impostazione di un programma sperimentale
effettivamente praticabile. Come è possibile, ci si chiede, che gli autotrofi,
che sono organismi costituiti di sostanza organica ben organizzata, siano
comparsi prima delle sostanze che essi stessi producono? Inoltre gli autotrofi,
per certi aspetti, sono più complessi degli eterotrofi e quindi supporre che
siano comparsi per primi contraddirebbe la teoria evoluzionistica, secondo cui
le forme di vita più semplici precedono quelle più complesse, e non le
seguono. Gli studiosi, ritenendo quindi molto improbabile
la comparsa di organismi complessi in un ambiente fatto di forme molecolari
semplici, si sono orientati verso l’altra ipotesi avviando ricerche volte a
dimostrare la possibilità di una transizione spontanea dal semplice al
complesso, cioè dal mondo inorganico delle piccole molecole a quello organico
delle grandi molecole e poi ancora oltre fino alle strutture finemente
coordinate presenti negli esseri viventi. Le prime idee al riguardo furono
avanzate, alla fine degli anni Venti, dal biologo anglo-indiano John Burdon
Sanderson Haldane (1892-1964). Egli partì dall'osservazione che la Terra
primitiva doveva avere caratteristiche molto diverse da quelle attuali. In essa,
tanto per cominciare, non c'era la vita, mentre in quella attuale la vita c'è.
Se oggi si formasse spontaneamente del materiale organico - egli faceva notare -
questo verrebbe immediatamente fagocitato da qualche organismo vivente, mentre
sulla Terra primitiva, senza la presenza di organismi viventi, la materia
organica che fosse comparsa spontaneamente non sarebbe stata decomposta dai
batteri o da altri microrganismi e quindi non solo avrebbe potuto persistere,
ma, lasciata tranquilla, avrebbe avuto tutto il tempo per svilupparsi ed
eventualmente accrescere la sua complessità. Lo stesso concetto era già stato formulato molto
tempo prima da Darwin il quale in una lettera ad un amico così si esprimeva:
“Si dice spesso che esistono oggi tutte le condizioni per la prima formazione
di un organismo vivente, condizioni che potevano essere state presenti anche in
passato. Se (ma quale grosso "se"!) si potesse immaginare che in
qualche piccolo stagno caldo, con ogni sorta di sali ammoniacali e fosforici,
luce, calore, elettricità, ecc., si fosse potuto formare chimicamente un
composto proteico pronto a subire trasformazioni anche più complesse, oggi tale
materia sarebbe subito divorata o assorbita, cosa che non sarebbe invece
avvenuta prima della formazione degli esseri viventi”. Le stesse idee di Haldane erano state avanzate,
in precedenza, da un ricercatore sovietico di nome Aleksandr Ivanovic Oparin il
quale le pubblicò nel 1924 in un libretto che venne però tradotto in inglese
solo nel 1937. Oparin e Haldane erano entrambi di formazione atea e quindi,
lontani da condizionamenti e pregiudizi di carattere religioso, hanno affrontato
il problema relativo all'origine della vita da un punto di vista prettamente
materialistico. Vi era un'unica differenza sostanziale fra l'ipotesi di Haldane
e quella di Oparin e riguardava l'atmosfera primitiva che secondo lo scienziato
russo doveva essere ricca di idrogeno mentre, per quello inglese, era ricca di
anidride carbonica. E proprio da questo dato si partirà per avere conferma
sperimentale delle nuove idee. Le idee di Haldane e Oparin non vennero accettate
di buon grado dai credenti i quali tentarono di dimostrare che la vita non
poteva essere nata attraverso l'incontro fortuito di atomi, e per tale motivo
non poteva che essere il frutto di un intervento divino. Ad esempio le proteine
- essi dicevano - sono molecole molto complesse e pretendere che si possano
formare attraverso l'incontro casuale degli atomi che le costituiscono è privo
di logica. In effetti è estremamente improbabile che i composti fondamentali
della materia vivente siano il risultato dello scontro casuale di atomi di
idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto, per citare solo quelli fondamentali. La
cosa diventa poi assurda se si considera che le prime molecole complesse
avrebbero avuto a disposizione meno di un miliardo di anni per organizzarsi a
partire dagli elementi semplici, e un miliardo di anni rappresenta un tempo
molto limitato per questo genere di operazione. Questo tipo di ragionamento però
è sbagliato perché immagina che gli atomi debbano unirsi fra loro in modo del
tutto casuale mentre è dimostrato che le combinazioni possibili dei costituenti
più semplici della materia non sono infinite ma limitate, e guidate da leggi
chimiche e fisiche restrittive. Tutti questi presupposti hanno avuto puntuale
conferma in laboratorio.
5. L’ATMOSFERA PRIMORDIALE Le condizioni ambientali presenti sulla Terra
prima che comparissero gli esseri viventi dovevano essere, come abbiamo detto,
molto diverse da quelle attuali e in particolare doveva essere diversa la
composizione dell'atmosfera che avvolgeva il nostro pianeta. L’atmosfera
primitiva era sicuramente priva di ossigeno, un gas molto reattivo che
attualmente, a mano a mano che si consuma perché si combina con gli altri
elementi, viene reintegrato dalle piante. Pertanto quando non esistevano ancora
le piante, anche qualora l’ossigeno fosse stato presente in piccole tracce,
proveniente, ad esempio, dalla scissione di molecole d’acqua a seguito di
scariche elettriche, questo avrebbe immediatamente reagito con molti degli
elementi esistenti, ossidandoli. Gli scienziati ritengono invece che
l’atmosfera primitiva doveva essere ricca di idrogeno e dotata quindi di
caratteristiche riducenti e non ossidanti. Nel linguaggio della chimica i termini «ossidante»
e «riducente» vogliono esprimere la capacità, da parte degli atomi, di
attrarre a sé o allontanare da sé gli elettroni quando si legano ad altri
atomi per formare composti. Questo fenomeno si realizza tutte le volte che gli
atomi si combinano fra di loro e in particolar modo quando lo fanno con ossigeno
e idrogeno, che sono due elementi molto diffusi in natura e che formano composti
praticamente con tutti gli altri. Quando ad esempio un atomo qualsiasi si lega
all’ossigeno per formare un composto questo atomo si ossida perché
l’ossigeno attrae a sé i suoi elettroni. Se lo stesso atomo si lega invece
all’idrogeno si riduce, perché in questo caso l’idrogeno sposta il suo
elettrone su quell’atomo. Il carbonio, ad esempio, può legare a sé uno o due
atomi di ossigeno: nel primo caso si forma un composto che si chiama ossido di
carbonio (CO) e nel secondo caso si forma l’anidride carbonica (CO2)
e si dice che il carbonio si trova nella forma più ossidata possibile. Lo
stesso atomo di carbonio può legarsi anche all’idrogeno formando i cosiddetti
idrocarburi (composti di solo idrogeno e carbonio) e se gli atomi di
idrogeno che gli si legano attorno sono quattro, cioè il massimo consentito al
singolo atomo, si dice che il carbonio si trova nella forma più ridotta
possibile, corrispondente alla molecola di metano (CH4). Quando
idrogeno e ossigeno si legano fra di loro si forma la molecola di acqua (H2O)
nella quale le rispettive caratteristiche riducenti e ossidanti dei due elementi
si annullano a vicenda formando un composto neutro dal punto di vista di queste
proprietà. Vediamo ora in che modo si è formata
l’atmosfera sulla Terra primordiale. I geofisici hanno calcolato che il Sole e
i pianeti che lo circondano si formarono all’incirca 5 miliardi di anni fa in
seguito all’esplosione di una supernova, cioè di una stella molto grossa che,
prima di disintegrarsi, aveva avuto modo di sintetizzare al suo interno molti
elementi pesanti a partire da idrogeno e elio. In origine quindi la Terra era
una sfera incandescente formata prevalentemente di idrogeno e elio, ma anche di
elementi pesanti come carbonio, azoto, ossigeno, ferro e silicio che erano stati
proiettati nello spazio dall’esplosione della supernova. Poi la Terra si
raffreddò assumendo una conformazione abbastanza vicina all’attuale e i gas
più leggeri in parte reagirono con gli elementi più pesanti e in parte si
dispersero nello spazio. In particolare si allontanò quasi tutto l’elio, che
è un gas leggero e niente affatto reattivo, mentre una parte dell’idrogeno,
l’elemento più leggero di tutti, si combinò con altri elementi formando
composti idrogenati semplici come il metano (CH4), l’ammoniaca (NH3),
l’acido solfidrico (H2S) e l’acqua (H2O). Terminata la
“scrematura cosmica” degli elementi più leggeri rimasero sul posto quelli
più pesanti, che cominciarono a differenziarsi per azione della gravità in un
«nucleo» centrale formato quasi esclusivamente di ferro e nichel, in un «mantello»
sovrastante costituito di ossidi di elementi pesanti e in una «crosta»
superficiale fatta di silicati di elementi leggeri come alluminio, potassio e
sodio. Durante la formazione e il consolidamento della crosta si liberarono,
attraverso le spaccature presenti in essa, molti gas e sostanze facilmente
volatili provenienti dall’interno del pianeta che andarono a formare quella
che viene considerata l’atmosfera primordiale della Terra.
Una prova indiretta della composizione di questa
atmosfera primordiale è data dall’esame delle miscele gassose emesse ai
nostri giorni dai vulcani e dalle solfatare, la cui composizione è molto
prossima a quella ricavata per via teorica. Un’altra prova è stata fornita
dalle sonde che hanno raggiunto i pianeti più esterni del sistema solare dove
hanno riscontrato l’esistenza di un’atmosfera ricca di composti idrogenati.
Alle stesse conclusioni si perviene infine con l’analisi delle meteoriti,
nelle quali tutte le sostanze sono presenti in forma altamente ridotta. Prove sicure sulla composizione dell’atmosfera
primitiva non ce ne sono, ma di una cosa gli scienziati sono certi: in
quell’atmosfera non esisteva ossigeno libero, O2, nemmeno in
quantità modestissime. Ora, però, se in quei tempi lontani non c'era
l'ossigeno, non doveva esserci nemmeno l'ozono (che è un composto formato da
tre atomi di ossigeno, invece che da due) e quindi la luce ultravioletta del
Sole, che attualmente è bloccata proprio dalla presenza di uno spesso strato di
questo gas nell'alta atmosfera, poteva raggiungere la superficie della Terra in
quantità molto superiore ad oggi e contribuire, con la sua energia, alla
formazione dei composti chimici primitivi.
La radiazione ultravioletta del Sole sarà stata
sicuramente una fonte di energia importante per la sintesi dei composti
organici, ma non l’unica, anche perché quel tipo di radiazione oltre che
formarle, decompone molte molecole organiche. Le altre radiazioni
elettromagnetiche provenienti dal Sole e in particolare la componente visibile
di esse, non ebbero alcuna efficacia per le sintesi primordiali dei composti
organici, mentre saranno determinanti nei successivi stadi dello sviluppo della
vita. Molto importante, invece, per le sintesi organiche primordiali, fu
l’energia derivante dalle scariche elettriche.
6. L'ESPERIMENTO DI MILLER Nel 1952 un giovane ricercatore americano,
Stanley Lloyd Miller, fresco di laurea, fu incaricato dal suo professore, Harold
Clayton Urey, premio Nobel per la chimica nel 1934, di eseguire un esperimento
secondo le modalità da lui stesso indicate. L'apparecchiatura necessaria, costruita
appositamente, era abbastanza semplice e consisteva in due bocce di vetro
riempite rispettivamente di acqua tenuta ad alta temperatura e di una miscela di
idrogeno (H2), ammoniaca (NH3) e metano (CH4),
cioè di quei gas che, insieme al vapore acqueo (H2O), si riteneva
fossero i costituenti principali dell’involucro gassoso che più di quattro
miliardi di anni fa circondava la Terra. L’acqua calda, che nelle intenzioni
dei ricercatori avrebbe dovuto rappresentare l'oceano ancestrale, produceva
vapore che attraverso un tubo veniva convogliato nel recipiente il quale
conteneva i gas dell'atmosfera primitiva. All’interno di quel recipiente
venivano generate scariche elettriche a 60.000 volt che avrebbero dovuto
riprodurre i fenomeni temporaleschi presumibilmente frequenti e intensi
all'inizio della storia del nostro pianeta. Dopo una settimana di trattamento continuo venne
analizzato il contenuto della boccia piena di acqua che nel frattempo aveva
cambiato colore, divenendo rosso-arancio, e con sorpresa si scoprirono al suo
interno, assieme a composti di ogni tipo, anche alcuni aminoacidi, cioè i
precursori delle proteine le quali, come tutti sanno, sono i costituenti
principali degli organismi viventi. Miller non fu il primo chimico a sintetizzare gli
aminoacidi che in realtà erano già stati ottenuti in laboratorio per altra
via, ma fu il primo a dimostrare che da composti a struttura molto semplice, che
si supponeva fossero presenti nell’atmosfera primitiva della Terra, si
potevano ottenere molecole complesse particolari, cioè proprio quelle molecole
che stanno alla base dei composti organici che caratterizzano gli esseri
viventi. E tutto ciò senza fare ricorso ad artifizi particolari o a fonti di
energia eccezionali. All'esperimento di Miller ne seguirono altri
dello stesso tipo con miscugli gassosi di partenza diversi, ma sempre contenenti
gli elementi fondamentali degli organismi viventi e cioè carbonio (C), idrogeno
(H), ossigeno (O), azoto (N), zolfo (S) e fosforo (P) e anche le fonti di
energia erano di vario tipo. Vennero utilizzati i raggi ultravioletti, raggi X,
flussi di elettroni o semplicemente temperature elevate, grazie al cui impiego
si ottennero svariati composti tipici degli organismi viventi come glucidi,
lipidi, aminoacidi e perfino i nucleotidi, cioè i costituenti del DNA e dell'RNA.
Mai si trovarono molecole diverse da quelle tipiche dell’attuale materia
vivente. Tutti questi esperimenti hanno dimostrato, in
modo inequivocabile, che i precursori biologici degli organismi viventi si
sarebbero potuti formare nell'atmosfera primitiva, qualora questa fosse stata
un’atmosfera riducente, attraverso normali processi chimici di sintesi. Questi
semplici composti organici in un secondo tempo sarebbero caduti al suolo trasportati dalle
piogge e quindi convogliati in mare dove, in un momento successivo, avrebbero
potuto eventualmente arricchirsi e integrarsi. Certo, produrre in provetta gli
amminoacidi non significa creare un essere vivente: una cellula infatti è tanto
più complessa rispetto ad un amminoacido quanto un uomo rispetto ad una
cellula, tuttavia è indubbio che con gli esperimenti di Miller un notevole
passo avanti verso la formazione abiotica (cioè per via chimica) dell’essere
vivente era stato compiuto. In verità non tutto è chiaro: ad esempio gli
esperimenti hanno mostrato che le complesse molecole prebiotiche si formano con
maggior facilità a temperature alte che a temperature basse. Inoltre la
composizione della materia vivente sembra essere più vicina a quella delle
stelle che non a quella della Terra, dove predominano composti a base di
silicio, ossigeno, calcio, sodio e ferro. Infine, a complicare ulteriormente le
cose, vi è la scoperta recente di alcuni composti organici, anche abbastanza
complessi, all'interno di nubi galattiche. Ebbene proprio questo insieme di osservazioni ha
fatto ritenere a Fred Hoyle e al suo collaboratore indiano C. Wickramasinge, che
la vita si sia potuta formare fra le stelle invece che sulla Terra; è stata
riesumata, in un certo senso, la vecchia teoria della panspermia. Fred Hoyle è un astronomo di chiara fama, colui
che propose il famoso «Modello di Universo stazionario», ossia quel modello
secondo il quale l'Universo sarebbe infinito ed eterno e nel quale in
continuazione verrebbe creata nuova materia allo stesso ritmo con il quale
l'espansione in atto andrebbe rarefacendo quella esistente. La teoria della
panspermia, avanzata da Hoyle sotto nuova luce, sarebbe quindi coerente con il
suo modello di Universo. In un Universo che ha avuto una origine, come abbiamo
già fatto notare, supporre che la vita sia giunta sulla Terra dagli spazi, non
risolverebbe il problema della sua comparsa, ma semplicemente lo sposterebbe su
di un altro pianeta. In un Universo eterno, invece, anche la vita potrebbe
essere eterna. In realtà nelle nubi interstellari e nelle code
delle comete sono state scoperte molte molecole organiche, alcune delle quali
anche del tipo di quelle che stanno alla base dei fenomeni vitali, ma non è
ancora chiaro come tali molecole si siano formate. Tuttavia la scoperta di
molecole organiche nelle nuvole galattiche non autorizza a dare per sicura la
provenienza dei materiali essenziali per lo sviluppo della vita e della vita
stessa dagli spazi. Per Hoyle, invece, le osservazioni delle nubi molecolari
sono sufficienti per ritenere che i primi organismi viventi, quelli che
presumibilmente erano in grado di vivere senza ossigeno e a temperature prossime
allo zero assoluto, si siano formati nello spazio e non sulla Terra. Secondo
l'astronomo inglese le comete non solo portarono sulla Terra i primi germi di
vita, ma anche successivamente diffusero quei virus che scatenarono le peggiori
epidemie che la storia umana ricordi e forse ancora oggi alcune malattie virali
che affliggono l’uomo, come l’influenza, proverrebbero dallo spazio. 7. IL BRODO CALDO DILUITO I risultati degli esperimenti simili a quello di
Miller messi a punto da scienziati di tutto il mondo hanno definitivamente
dimostrato che sulla Terra primordiale, in una situazione completamente diversa
da quella attuale, sotto l’azione di fonti di energia quali il calore, le
scariche elettriche e le radiazioni ultraviolette, molecole inorganiche a
struttura molto semplice ebbero l’opportunità di formare composti a struttura
un po’ più complessa che noi chiamiamo organici perché fanno parte degli
organismi viventi. Questi composti sarebbero poi caduti in mare dove si sarebbe
formato quello che Oparin chiamava il «brodo prebiotico», ossia una specie di
brodo caldo diluito. Qui alcune molecole organiche avrebbero potuto trovare
riparo dalle radiazioni ultraviolette che tendono a decomporle, mentre altre
avrebbero incontrato le condizioni migliori per unirsi e organizzarsi in
strutture più complesse, i cosiddetti «polimeri». In altre parole, nel mare
primitivo, sarebbe continuata l’evoluzione dei composti chimici. I composti più importanti, dal punto di vista
biologico, sono le proteine e gli acidi nucleici: si tratta, in entrambi i casi,
di polimeri di condensazione, cioè di strutture di grosse dimensioni che si
formano per unione di piccole molecole con eliminazione di molecole d’acqua.
E' poco probabile quindi che i grossi polimeri si possano essere formati nel
mare primitivo dove è più logico attendersi il processo contrario, cioè
l’idrolisi, che è la rottura dei legami interni a grosse molecole per
inserimento fra gli atomi stessi di molecole di acqua. Dobbiamo quindi immaginare ambienti diversi da
quello acquoso entro i quali fare avvenire la sintesi delle proteine e degli
acidi nucleici e questi potrebbero essere delle pozze dalle quali l'acqua
avrebbe potuto facilmente evaporare fino a consentire alle sostanze organiche di
depositarsi sul fondo asciutto e caldo. Nel 1957 il biochimico americano Sidney Walter
Fox illustrò, in occasione di una conferenza sull'origine della vita, il lavoro
da lui svolto per unire aminoacidi e formare proteine fuori dagli esseri
viventi. L'esperienza di Fox consisteva semplicemente nel riscaldare una miscela
di aminoacidi su una piastra metallica: quando la massa si raffreddava era
possibile osservare al suo interno alcune molecole complesse, molto simili alle
proteine che chiamò "proteinoidi" per distinguerle dalle molecole
biologiche. Queste molecole, verosimilmente, si erano formate per unione di
amminoacidi con conseguente liberazione di acqua che, sulla piastra calda, era
immediatamente evaporata. Le stesse reazioni che Fox ottenne sulla piastra
metallica sarebbero state possibili sulle rocce ancora molto calde di una crosta
terrestre che si era appena solidificata. Si può quindi immaginare le onde del
mare ma soprattutto le maree, che a quel tempo per la maggiore vicinanza della
Luna dovevano essere molto più rilevanti di quelle attuali, nell’atto di
portare il brodo nutritivo ricco di sostanze organiche sulla terra ferma dove
l'acqua sarebbe velocemente evaporata consentendo alle molecole di amminoacidi
di unirsi. I nuovi composti sarebbero quindi stati portati nuovamente nel mare
da piogge successive o dal riflusso di marea. E' stato proposto un altro meccanismo per
ottenere la sintesi delle piccole molecole organiche. Si sa che le reazioni
chimiche avvengono per collisione fra molecole e l’energia necessaria per
produrre una collisione sufficientemente violenta per avviare la reazione, si
chiama «energia di attivazione». Il calore è un mezzo per fornire energia di
attivazione perché mette in agitazione le molecole consentendo loro di
scontrarsi con forza tale da provocare la rottura degli edifici molecolari e la
successiva ricomposizione sotto altra forma. Tuttavia le molecole organiche, quando
reagiscono, non lo fanno sbriciolandosi completamente e quindi ricostruendo le
nuove strutture a partire dai singoli atomi ma avvicinando alcune parti più
reattive, chiamate «gruppi funzionali», dove si forma il legame; il resto
della molecola peraltro rimane intatto. Un eccesso di calore potrebbe allora
danneggiare gravemente le molecole complesse facendo loro perdere individualità
e specialità, e compromettendo irrimediabilmente la reazione di condensazione.
Vi sono però alcune sostanze, chiamate catalizzatori, che con la loro presenza
facilitano l’urto fra le molecole nel punto giusto evitando di alzare troppo
la temperatura. Ebbene, esistono in natura alcuni metalli e minerali che
agganciano piccole molecole alla loro superficie, creando le condizioni adatte
alla formazione dei polimeri. Il fenomeno si chiama adsorbimento (da non
confondere con assorbimento). Di recente, alcuni scienziati del centro ricerche
di forme di vita extraterrestre della NASA, l’ente spaziale americano, hanno
dimostrato che l’argilla contenente nichel possiede la proprietà di attirare,
come fosse una calamita, i 20 amminoacidi normalmente presenti nelle proteine
biologiche catalizzandone la sintesi in una lunga catena polipeptidica.
Possiamo quindi immaginare, sul fondo di mari e
laghi primordiali, fittissimi depositi di sabbie e argille (presenti, del resto,
anche in quelli attuali) capaci di adsorbire ossia di legare a sé piccole molecole organiche fungendo
da catalizzatori. Attaccate debolmente ma ordinatamente, e allineate come fossero
birilli, ne verrebbero facilitati gli urti che diverrebbero più numerosi ed
efficaci rispetto a quelli che potrebbero verificarsi fra le molecole disperse
nel mezzo acquoso. 8. LA FORMAZIONE DEI COACERVATI Le sostanze organiche complesse che si accumulano
sul suolo e nei mari della Terra primitiva sembrano possedere proprietà che
prefigurano quelle della vita e tuttavia siamo ancora ben lontani da ciò che
potrebbe essere definito un organismo vivente. La vita attualmente non ci appare
dispersa nell’ambiente, ma racchiusa all’interno di un involucro (la
membrana cellulare) che la separa dal mondo esterno. Inoltre essa è
rappresentata da un insieme di reazioni chimiche coordinate e sincronizzate
mentre quelle che si svolgevano nel brodo primitivo erano reazioni disordinate e
casuali. Oparin, sulla base di queste considerazioni,
ipotizzò la formazione, nei caldi mari primitivi, di aggregati di molecole
organiche in goccioline simili, nell’aspetto, alle attuali cellule. Queste
piccole gocce o sacche di composti organici avvolti da molecole d’acqua, sono
chiamate «coacervati» (dal latino cum
acervo = ammucchio insieme) ed erano conosciute già molto tempo prima che
Oparin le proponesse come possibili precursori delle cellule. Si era sperimentato che mescolando in acqua
determinate proteine dotate di elevata affinità per l’acqua, in opportune
condizioni di temperatura e acidità, si venivano a formare migliaia di
goccioline al cui interno le molecole più grandi apparivano unite le une alle
altre, mentre, nel resto della soluzione, le stesse molecole risultavano quasi
assenti. Il fenomeno si spiega ammettendo l’esistenza di cariche elettriche di
segno opposto sulle molecole proteiche le quali avrebbero l’effetto di
consentire la loro reciproca attrazione e, nello stesso tempo, il richiamo sulla
superficie esterna di molecole polari di acqua che formerebbero una specie di
pellicola intorno al coacervato isolando, al suo interno, una piccola quantità
della soluzione di partenza. In realtà l’idea dei coacervati quali
precursori degli organismi viventi non fu accettata a cuor leggero, anche perché
questi aggregati di molecole organiche si formano solo se si fa uso di soluzioni
di polimeri biologici convenientemente selezionati e nulla autorizza a ritenere
che i polimeri dispersi nel brodo primordiale si sarebbero comportati allo
stesso modo. La creazione spontanea di un involucro in grado di contenere
molecole organiche complesse avrebbe rappresentato tuttavia un passaggio
fondamentale dall'evoluzione chimica a quella biologica. Dopo quello di Oparin, numerosi altri modelli di
protocellule sono stati proposti. Fra questi merita una menzione particolare
quello del già menzionato biochimico statunitense Sidney Walter Fox il quale,
nel 1958, sciolse in acqua calda e leggermente salata alcuni proteinoidi, cioè
quelle molecole da lui stesso sintetizzate senza far ricorso ad organismi
viventi. Quando la soluzione si fu raffreddata, fu possibile notare il formarsi
di numerosissimi piccoli globuli simili ai batteri, che egli chiamò «microsfere».
L’osservazione al microscopio elettronico di questi piccolissimi globuli di
sostanza organica metteva in evidenza l’esistenza di una doppia membrana di
protezione. La struttura a doppio strato che delimita la superficie esterna
delle microsfere non ha niente a che fare con le membrane cellulari, tuttavia si
comporta per molti aspetti come quelle. Se ad esempio si pongono in soluzioni più
concentrate o, rispettivamente, meno concentrate del loro liquido interno, le
microsfere si raggrinziscono o si rigonfiano esattamente come fanno le cellule
poste nelle stesse condizioni. Inoltre le microsfere sono in grado di trattenere
al loro interno determinate molecole lasciandone fuoriuscire altre. Tali
caratteristiche fanno di questi pseudo-microrganismi a base di proteinoidi dei
sistemi estremamente somiglianti alle cellule.
All'interno dei coacervati o delle microsfere le
molecole organiche primitive si sarebbero trovate a stretto contatto invece che
sparse nell'acqua dell'oceano e quindi facilitate nelle combinazioni di
strutture più complesse. Oltre a ciò, se fosse stata disponibile una qualche
forma di energia utile per creare situazioni di maggiore stabilità questa si
sarebbe realizzata facilmente. Non siamo ancora giunti ad un grado di
organizzazione paragonabile a quello di una cellula e quindi, da questo punto di
vista, non possiamo considerare il coacervato un organismo vivente: ma quanto
lontano siamo da esso? Sarebbe immediata la risposta se conoscessimo una
definizione precisa di vita, che purtroppo non possediamo. Se si tratta di distinguere fra un topo e un
sasso è facile dire chi è vivo e chi no, ma quando si tratta di decidere fra
un virus (la forma vivente più semplice che esista attualmente) e un coacervato
le cose si fanno più difficili. La stessa difficoltà si incontra quando si
deve decidere se certi batteri che in determinate condizioni ambientali sono in
grado di compiere la fotosintesi che invece non attuano quando hanno a
disposizione cibo già pronto, siano piante o animali o, per meglio dire,
autotrofi o eterotrofi.
Se per vita intendiamo una forma di materia e di
energia altamente organizzata, il coacervato potrebbe già essere considerato un
organismo vivente, forse addirittura più completo del virus. Se per vita
intendiamo invece un organismo che sia in grado di riprodursi e di evolvere, il
coacervato non è un organismo vivente mentre il virus lo è.
In realtà dato che i cambiamenti evolutivi
avvengono con gradualità, nel periodo di transizione fra il mondo inanimato e
la vita deve esserci necessariamente qualcosa che non siamo in grado di
classificare in modo preciso. Tuttavia, vivente o non vivente che sia, il
coacervato è un insieme di molecole organiche più o meno complesse con un grado di organizzazione sicuramente molto più elevato di quello
presente fra le molecole disperse nell'oceano circostante. Per mantenere ed
arricchire il grado di organizzazione sarebbe servita dell'energia e l'energia
di cui poter disporre a quel tempo era molto abbondante e diversificata. C'era
l'energia sotto forma di raggi ultravioletti, c'era energia elettrica
trasportata dai fulmini e c'era infine il calore. Queste forme tuttavia non
sarebbero state utili ai coacervati perché non controllabili e tali che
avrebbero spezzato i legami esistenti distruggendo l’ordine raggiunto, anziché
formarne di nuovi ed aumentare l'organizzazione. 9. L’ENERGIA PER LA VITA I coacervati o altre strutture a loro simili che
popolavano gli oceani primitivi, come abbiamo appena visto, disponevano di varie
forme di energia che all’inizio della storia della Terra si erano rivelate
determinanti per attivare le reazioni fra le semplici molecole che costituivano
l’atmosfera di quel tempo; esse peraltro si sarebbero dimostrate pericolose e
addirittura controproducenti, se avessero agito sulle strutture chimiche più
complesse e delicate che nel frattempo si erano formate. Il semplice fatto di stare all’interno di uno
spazio limitato conferiva alle molecole organiche dei coacervati una maggiore
organizzazione rispetto alle molecole isolate e disperse nell’oceano
circostante. Naturalmente per mantenere questa organizzazione ed eventualmente
migliorarla sarebbe stata necessaria una forma di energia costante e moderata e
non quella mutevole e intensa dei fulmini e delle radiazioni ultraviolette.
Quale avrebbe potuto essere la nuova forma di energia adatta alle delicate
strutture contenute all’interno dei coacervati? La grande quantità di molecole organiche che si
erano accumulate nell’oceano primitivo avrebbe potuto rappresentare una fonte
di energia chimica utile e molto abbondante, per utilizzare la quale tuttavia
era indispensabile che queste molecole reagissero. Una reazione chimica, come è
noto, consiste nella demolizione di un determinato edificio molecolare e nella
costruzione di uno nuovo con gli atomi legati fra loro in modo diverso da prima.
Ora, se dopo la reazione il contenuto energetico delle nuove molecole fosse
minore di quello delle vecchie, vorrebbe dire che la riorganizzazione degli
atomi ha messo a disposizione dell’energia per consentire l’avvio eventuale
di nuove reazioni: se invece fosse maggiore evidentemente le nuove molecole
avrebbero sottratto energia all’ambiente. Ad esempio un fiammifero contiene energia
potenziale che diviene attuale, cioè viene messa in libertà, quando il
fiammifero si accende; tuttavia esso non si accende da solo ma serve una qualche
forma di energia per innescare la reazione. Questa, come abbiamo visto, è detta
energia di attivazione e nel caso del fiammifero potrebbe essere fornita da un
semplice strofinio della capocchia su una superficie ruvida, oppure da una fonte
di calore. In generale, affinché una
reazione esoergonica (cioè capace di mettere in libertà energia) possa avere
luogo, questa reazione deve essere prima avviata da una opportuna spinta
energetica. Il sistema più semplice per fornire energia di
attivazione è quello di scaldare i reagenti: quanto più la temperatura è
elevata tanto più le molecole si agitano e si urtano, e tanto più diventa
grande la probabilità di scontri efficaci. Nel caso del fiammifero, ad esempio,
lo strofinio della sua capocchia su una superficie ruvida serve proprio a
produrre calore. Tuttavia nel caso dei complessi composti organici precursori
delle molecole specifiche degli organismi viventi, una temperatura troppo
elevata avrebbe potuto disintegrare le molecole e gli stessi coacervati entro i
quali queste molecole erano contenute, provocando un danno irreparabile invece
che un miglioramento della situazione. Col passare del tempo il brodo caldo e diluito
che riempiva le depressioni le quali si erano venute a creare sulla superficie
terrestre si faceva sempre più tiepido e in conseguenza di ciò le reazioni
diventavano sempre più lente. In realtà, un abbassamento generale della
temperatura da un lato poteva rappresentare un vantaggio perché evitava
reazioni troppo violente che avrebbero comportato la demolizione delle molecole
complesse messe insieme attraverso tante difficoltà, ma dall’altro avrebbe
rappresentato un danno perché le reazioni non avrebbero più avuto a
disposizione il calore necessario per il loro avvio. A questo punto della storia
della Terra dovettero entrare in scena delle sostanze capaci di facilitare le
reazioni chimiche riducendo l’energia di attivazione. Queste sostanze, che
attualmente sono presenti in tutti gli organismi viventi, sono gli enzimi. Sono questi i catalizzatori del mondo biologico
così come minerali e metalli possono fungere da catalizzatori di reazioni non
biologiche. Le reazioni chimiche tipiche degli organismi viventi si realizzano
entro un intervallo di temperatura piuttosto ristretto e basso ma tali
temperature non sono in grado di fornire l'energia di attivazione necessaria ad
avviare questo tipo di reazioni, che invece vengono attivate dagli enzimi. Gli enzimi più tipici sono formati da due parti:
una proteica ed una non proteica. La parte proteica contiene il cosiddetto sito
attivo cioè una zona che aderisce alle molecole sulle quali esplica
l’azione. La parte non proteica è spesso una vitamina e coadiuva quella
proteica nella sua funzione. Gli enzimi possono agire anche al di fuori degli
organismi viventi e ciò facilita lo studio di reazioni specifiche che se
esaminate all’interno della cellula insieme a tutte le altre renderebbero più
problematica l’analisi delle stesse. Gli organismi viventi attuali utilizzano
soprattutto gli zuccheri come fonte di energia: gli zuccheri o carboidrati sono
molecole formate di solo carbonio, ossigeno e idrogeno e attualmente sono
sintetizzati dalle piante verdi. Questi composti erano presenti anche
nell’oceano primitivo? Per rispondere a questa domanda il chimico
americano Melvin Calvin (1911-1997) bombardò con radiazioni ad alta energia
composti chimici un po’ diversi da quelli scelti da Miller per il suo
esperimento, ma tali che ugualmente avrebbero potuto essere presenti
nell’atmosfera primitiva. In tal modo lo scienziato ottenne nuove molecole fra
cui alcuni zuccheri semplici come il glucosio. Il glucosio è uno zucchero formato da sei atomi
di carbonio legati convenientemente a dodici di idrogeno e a sei di ossigeno la
cui formula C6H12O6 fa pensare a sei atomi di
carbonio uniti ad altrettante molecole di acqua. Per questo motivo il glucosio
ed altri zuccheri di composizione analoga sono chiamati anche carboidrati. Con
l’aiuto di specifici enzimi glucosio e zuccheri simili possono concatenarsi e
formare strutture complesse, come amido e cellulosa. Nei mari primitivi avrebbero potuto esserci
molecole di glucosio utilizzabili come fonte di energia. Sennonché i legami fra
gli atomi che costituiscono la molecola del glucosio sono molto forti, tanto che
per scioglierli ed estrarne l’energia serve un notevole quantitativo di
energia di attivazione. Dobbiamo quindi immaginare in azione un meccanismo
simile a quello che oggi gli organismi viventi attuano per facilitare la rottura
dei legami più resistenti. Il metodo consiste nel legare alla molecola da
demolire alcuni atomi con la funzione di attirare su di sé gli elettroni che
formano i legame in modo da indebolirli e facilitare la demolizione della
struttura molecolare. Questa funzione nel caso del glucosio è assolta
egregiamente dai cosiddetti gruppi fosforici che sono un insieme di atomi di
fosforo ossigeno e idrogeno i quali, unendosi alla molecola dello zucchero, la
trasformano in glucosio-fosfato: una molecola più debole di quella di partenza
e che quindi necessita di minore energia di attivazione per rompersi. 10. ATP E FERMENTAZIONI Ora il problema è che l’aggiunta dei gruppi
fosforici alla molecole di glucosio richiede a sua volta energia la quale
attualmente viene fornita da un composto chimico chiamato adenosintrifosfato ma
che comunemente è noto con la sigla ATP. In realtà l’ATP non solo fornisce
l’energia, ma anche il gruppo fosforico necessario per indebolire la molecola
di glucosio. Gli eterotrofi primitivi disponevano anch’essi
di ATP? L’ATP è una molecola complessa formata da un composto azotato
chiamato adenina, da uno zucchero a cinque atomi di carbonio chiamato ribosio e
da tre gruppi fosforici. I gruppi fosforici erano presenti nella crosta
terrestre sotto forma di fosfati, cioè di sali costituenti le rocce che le
acque calde di quei tempi lontani avrebbero potuto sciogliere e portare a mare,
mentre l’adenina e il ribosio si sarebbero formati spontaneamente attraverso
un processo di cui si ha conferma sperimentale. Chi produsse per primo l’adenina in laboratorio
fu, nel lontano 1960, il biochimico americano di origine spagnola Juan Oro il
quale lavorava nell’Università di Houston nel Texas. Egli fece reagire acido
cianidrico (H-CºN),
uno dei prodotti dell’esperimento di Miller e ammoniaca, ottenendo quantità
molto importanti di un composto non volatile che si rivelerà essere proprio
l’adenina la cui formula chimica C5H5N5 può
essere considerata il pentamero dell’acido cianidrico (CHN). In un successivo
esperimento lo stesso Oro aggiunse formaldeide (CH2O), un composto
usato spesso come disinfettante in soluzione acquosa con il nome di formalina,
ai composti dell’atmosfera primitiva, ottenendo fra l’altro il ribosio,
ossia proprio lo zucchero a cinque atomi di carbonio presente nella molecola
dell’ATP. L’ATP è un composto unico nella sua funzione
di trasferire gruppi fosforici su altre molecole e contemporaneamente di fornire
energia. Esso porta attaccati a sé tre gruppi fosforici due dei quali ad alto
contenuto energetico, cioè tali che quando si sciolgono liberano grandi quantità
di energia. Per tale ragione i legami terminali dei gruppi fosforici sono detti
legami ad “alta energia”. Quando si stacca un gruppo fosforico dall’ATP ciò
che resta si chiama ADP, o adenosindifosfato, perché porta legati a sé solo
due gruppi fosforici. In presenza di uno specifico enzima un gruppo
fosforico può essere trasferito da una molecola di ATP ad una di glucosio
formando il glucosio-fosfato e ADP. Quest’ultimo composto non è più in grado
di trasferire un secondo gruppo fosforico ad un’altra molecola di glucosio e
quindi per tornare ad essere attivo deve ridiventare ATP. Attualmente la formazione di nuove molecole di ATP a
partire da ADP e datori di gruppi fosforici è portata avanti da una serie di
reazioni che liberano energia. Queste reazioni possono avvenire in presenza o in
assenza di ossigeno. Le reazioni che arricchiscono le molecole di ADP di nuovi
gruppi fosforici in assenza di ossigeno si chiamano fermentazioni, mentre
quelle che avvengono in presenza di ossigeno si chiamano respirazioni.
Ora, poiché nell’atmosfera primitiva non c’era l’ossigeno è possibile
che negli eterotrofi primitivi succedesse qualche cosa di simile a ciò che
avviene attualmente nelle fermentazioni.
Oggi le fermentazioni (dal latino fervere = bollire) avvengono in molti organismi unicellulari ma
anche in molti organismi superiori, compreso l’uomo e consentono praticamente
a tutti gli attuali tipi di cellule di sopravvivere, anche se solo per breve
tempo, in assenza di ossigeno. Il più noto processo fermentativo è quello che
trasforma il mosto in vino, cioè il succo d’uva, dolce per la presenza di
glucosio, in una soluzione acquosa di alcol etilico. Questa trasformazione è
dovuta a determinati organismi unicellulari chiamati saccaromiceti. In realtà
l’opera di trasformazione dello zucchero del mosto in alcool del vino è
compiuta dagli enzimi contenuti nei saccaromiceti, i quali possono agire anche
al di fuori degli organismi viventi. L’energia prodotta durante la
trasformazione viene immagazzinata in gran parte nei legami fosforici
dell’ATP. Oltre all’alcol etilico la trasformazione del
glucosio comporta la formazione dell’anidride carbonica, che nell’atmosfera
primitiva era del tutto assente o molto scarsa, mentre si rivelerà di
importanza fondamentale per la successiva evoluzione del metabolismo. Gli
organismi anaerobici primitivi utilizzavano per i loro processi vitali glucosio
e altri substrati organici semplici, presenti in concentrazione abbastanza
elevata nelle acque primordiali, immagazzinando l’energia prodotta in molecole
di ATP. 11. PRIMA L’UOVO O LA GALLINA? Un punto poco chiaro è il modo in cui hanno
cominciato a formarsi le macromolecole tipiche della vita: fra polipeptidi e
polinucleotidi, cioè fra proteine ed acidi nucleici, quali sono comparsi per
primi? La domanda è legittimata dal fatto che attualmente le proteine vengono
sintetizzate sulla base delle istruzioni fornite dal DNA il quale, a sua volta,
viene sintetizzato da particolari enzimi che sono proteine. In altre parole, è
nato prima l’uovo o la gallina? Gli acidi nucleici sono formati da una sequenza
ordinata di unità strutturali chiamati nucleotidi i quali, a loro volta, sono
molecole formate dall’unione di tre diverse specie chimiche: uno zucchero a
cinque atomi di carbonio, una molecola di acido fosforico e una base azotata. Gli zuccheri a cinque atomi di carbonio sono il
ribosio presente nell’RNA e il deossiribosio (molecola simile al ribosio, ma
con un atomo di ossigeno in meno), presente nel DNA. Le basi azotate sono
composti con proprietà basiche (cioè contrarie di quelle acide) che contengono
atomi di azoto. Ne esistono di cinque tipi che prendono il nome di adenina,
citosina, guanina, timina e uracile. Le prime quattro si trovano nel DNA, mentre
nell’RNA, dove pure sono presenti quattro delle cinque basi, al posto della
timina vi è l’uracile. Nel DNA è contenuta l’informazione genetica degli
organismi e la specificità dell’informazione è data dalla particolare
disposizione delle basi azotate lungo il polimero stesso. Le proteine sono anch’esse molecole giganti
costituite dalla connessione di tanti monomeri (dal greco monos
= uno e meros = parte) rappresentati
da venti piccole molecole chiamate amminoacidi. In tutti gli esseri viventi si
trovano gli stessi venti amminoacidi, ma disposti in modo diverso da caso a
caso: proprio questa disposizione diversa dei monomeri determina la specificità
del polimero (dal greco polys = molto,
numeroso) e quindi della sua funzione. Tutte le funzioni vitali degli organismi sono
esercitate dalle proteine ma la particolare disposizione degli amminoacidi in
seno ad esse è determinata dalla specifica sequenza delle basi azotate nel DNA.
L’RNA ha il compito di portare il messaggio contenuto nel DNA nella zona della
cellula in cui avverrà la costruzione delle proteine e nello stesso tempo
provvedere alla costruzione delle proteine stesse. La vita è quindi oggi costituita da un sistema
binario interagente in cui l’informazione è contenuta negli acidi nucleici
che la trasmettono alle proteine le quali, a loro volta, esplicano tutte le
funzioni in seno all’organismo compresa quella di ricostruire, al momento
opportuno, gli acidi nucleici rispettando la loro struttura originaria. Come si è arrivati a ciò? Mediante quale serie
di reazioni chimiche è sorto questo sistema interdipendente di acidi nucleici e
proteine? E’ molto improbabile che i due tipi di molecole fondamentali per la
vita, che fra l’altro sono composti strutturalmente molto complessi, siano
comparsi contemporaneamente e nello stesso luogo. Tuttavia sembra anche
impossibile avere gli uni senza gli altri. Per superare questa contraddizione alcuni
biologi, fra cui Francis Crick e Leslie E. Orgel, indipendentemente gli uni
dagli altri, ipotizzarono la comparsa di un composto con funzione duplice ossia
con la capacità di duplicarsi senza l’intervento di proteine e
contemporaneamente di catalizzare ogni fase della sintesi proteica. Questo
composto avrebbe dovuto essere l’RNA, il quale si presentava favorito rispetto
al DNA per alcuni validi motivi fra cui quello che fa di esso una molecola a
struttura più semplice e più facilmente sintetizzabile rispetto al DNA.
Successivamente una serie di osservazioni ha avvalorato quest’idea e fra
queste la scoperta di enzimi costituiti da RNA: fatto questo che annullava il
convincimento per cui tutte le reazioni catalitiche dovessero essere svolte da
proteine. Inoltre si è riusciti a modificare alcune molecole di RNA con
funzioni enzimatiche in modo da renderle capaci di unire alcuni nucleotidi dello
stesso RNA. In quest’ambito molto resta ancora da scoprire ma non è escluso
che in un futuro non molto lontano si possa dimostrare un qualche tipo di
duplicazione dell’RNA catalizzato dallo stesso RNA.
Qualora fosse possibile dimostrare senza ombra di
dubbio che l’antenato comune alle attuali cellule contenesse RNA in grado di
sintetizzare le proteine, di duplicarsi ed eventualmente anche di evolversi,
compito fondamentale della ricerca sull’origine della vita diventerebbe quello
di spiegare come sia comparso questo RNA. Abbiamo visto che nel 1961 Juan Oro, mescolando
acido cianidrico e ammoniaca in soluzione acquosa, ottenne una molecola
fondamentale degli acidi nucleici, l’adenina. Essa è una delle quattro basi
azotate presenti nel DNA e nell’RNA, oltre che una componente dell’ATP, la
principale molecola fornitrice di energia nelle reazioni biochimiche.
Successivamente altre reazioni fra composti, che avrebbero potuto essere
presenti in un’atmosfera prebiotica riducente, portarono alla creazione anche
delle altre basi azotate presenti negli acidi nucleici. Un fatto straordinario è la scoperta che gli
amminoacidi e le basi azotate indispensabili per la vita potrebbero provenire
dallo spazio, dove sono stati osservati gli stessi composti generati negli
esperimenti condotti in laboratorio. Nel primo mezzo miliardo di anni della
storia della Terra il bombardamento di meteoriti e comete deve essere stato
intenso e non è da escludere che questi proiettili arrivati dallo spazio non
abbiano portato sulla Terra materia organica sintetizzata in luoghi lontani. 12. LA FOTOSINTESI Il brodo caldo e diluito, ricco di sostanze
organiche, probabilmente andò diluendosi sempre più a mano a mano che gli
eterotrofi primitivi in continua espansione utilizzavano le molecole in esso
contenute per trarne l’energia e la materia necessarie affinché fosse
arricchita ed organizzata meglio la loro struttura interna. Nell’oceano
primitivo con l’andare del tempo non solo aumentò il consumo di materiale
organico, ma contemporaneamente diminuì la produzione di nuove molecole per
l’affievolirsi dell’intensità delle scariche elettriche e delle altre forme
di energia: un fenomeno questo che mise a repentaglio la vita stessa la quale si
era appena generata in forme stabili con tanta difficoltà. La crisi divenne seria quando le radiazioni
ultraviolette ruppero le molecole d’acqua liberando idrogeno e ossigeno, che
con la loro presenza modificarono la composizione dell’atmosfera stessa. In
realtà l’idrogeno allo stato molecolare appena uscito dall’acqua volò via
perché il debole campo gravitazionale terrestre non fu in grado di trattenerlo,
mentre l’ossigeno reagì con le sostanze presenti e trasformò ad esempio il
metano in anidride carbonica ed acqua e l’ammoniaca in azoto ed acqua. Si
modificò quindi la composizione dell’atmosfera che ora appariva costituita
soprattutto da vapore acqueo, azoto ed anidride carbonica. Parte dell’ossigeno che si era formato a
seguito della fotolisi (dal greco “rottura per mezzo della luce”)
dell’acqua si trasformò in ozono, una molecola costituita di tre atomi di
ossigeno uniti insieme. Questo gas ha la caratteristica di assorbire le
radiazioni ultraviolette e pertanto, una volta formato, impedì il proseguimento
della fotolisi dell’acqua e nello stesso tempo l’uccisione delle prime forme
di vita. Lo strato di ozono quindi, arrestando le
radiazioni ultraviolette, avrebbe fermato certe sintesi organiche determinando
una carenza di alimenti, il che avrebbe prodotto una selezione sugli eterotrofi
avvantaggiando quelli più adatti alle nuove condizioni ambientali. Di questi organismi avrebbero potuto sopravvivere
naturalmente quelli che avessero potuto disporre di un’altra sorgente di
energia, diversa da tutte quelle utilizzate fino ad allora. Questa nuova forma di energia era la luce del
Sole che ora riusciva a filtrare facilmente attraverso l'atmosfera resa
trasparente in seguito alle trasformazioni prodotte dall’ossigeno che si era
liberato dalle molecole d’acqua. D’altra parte la presenza di anidride
carbonica metteva a disposizione degli organismi viventi nuova materia per la
formazione dei composti organici. Ora non serviva altro che una mutazione
profonda la quale portasse alla comparsa di una molecola in grado di catturare
l’energia luminosa inviata dal Sole e di trasferirla all’interno delle
molecole. Un momento decisivo per l’evoluzione fu dunque
la comparsa della clorofilla (dal greco “foglia verde”) che permise di
sfruttare l’energia solare per trasformare semplici sostanze inorganiche come
l’anidride carbonica e l’acqua in sostanze organiche ricche di energia. L’energia luminosa del Sole provoca la
scissione delle molecole d’acqua negli elementi costituenti cioè in idrogeno
e ossigeno e contemporaneamente, grazie all’azione catalitica della
clorofilla, carica di energia chimica alcune molecole ad elevato contenuto
energetico fra cui quelle di ATP. Con questa operazione si chiude il primo
stadio della fotosintesi che viene detto “fase luminosa” ed inizia il
secondo che consiste fondamentalmente in quello che viene detto “organicazione
del carbonio”, ossia la sua trasformazione da componente di una molecola
inorganica, l’anidride carbonica, a componente di una molecola organica, il
glucosio. Per questa trasformazione necessitano idrogeno ed energia, due delle
entità messe a disposizione della prima fase della fotosintesi. L’altra,
l’ossigeno, non trova alcuna destinazione all’interno del processo
fotosintetico e quindi viene allontanata come prodotto di rifiuto.
Un momento decisivo per l’evoluzione deve
essere stato la comparsa della clorofilla: una molecola a struttura molto
complessa la quale verosimilmente fu preceduta da qualche cosa di più semplice.
Nel 1966 due biochimici canadesi, partendo da pirrolo e formaldeide, due
composti ottenibili a loro volta da molecole più semplici, riuscirono ad
ottenere la formazione di anelli porfirinici che sono strutture complesse le
quali formano due edifici molecolari con funzioni diverse nelle piante e negli
animali. Sia l’emoglobina (la molecola del sangue che ha
la funzione di trasportare l’ossigeno ai tessuti) sia la clorofilla, hanno
struttura molto simile. Entrambe le molecole contengono atomi di carbonio,
azoto, ossigeno e idrogeno legati ad anello con al centro, nel caso
dell’emoglobina, un atomo di ferro e nel caso della clorofilla, un atomo di
magnesio. Questi anelli che si chiamano porfirinici si ritrovano anche in altre
molecole complesse di significato biologico come ad esempio nei citocromi. Oggi esistono organismi che contengono composti
simili alla clorofilla capaci di utilizzare l’energia della luce visibile e in
alcuni casi anche di quella infrarossa (cosa che normalmente la clorofilla non
è in grado di fare) per costruire composti a molecola complessa a partire da
altri a molecola più semplice: essi sono i batteri fotosintetici e le alghe
azzurre. Organismi simili a questi popolarono la Terra primitiva arricchendola
sempre più di ossigeno e di materiale organico al quale potevano attingere gli
eterotrofi che la crisi precedente aveva messo in difficoltà.
Questa modificazione dell’atmosfera favorì
l’affermarsi degli organismi aerobi, capaci di procurarsi con la respirazione
molta più energia di quella prodotta con la fermentazione. 13. CONCLUSIONI I geofisici si trovano d’accordo nel ritenere
che circa cinque miliardi di anni fa scoppiò la stella che fornì il materiale
da cui trasse origine la nuvola di gas e polvere cosmica che avrebbe portato
alla formazione del sistema solare. La Terra sarebbe quindi nata un po’ dopo
di questa data e pertanto si ritiene di poter fissare la sua origine, come corpo
isolato nello spazio, a 4,5 o 4,6 miliardi di anni fa. Appena formato il nostro pianeta doveva essere di
dimensioni molto maggiori di quelle attuali e costituito soprattutto di idrogeno
ed elio con una piccola percentuale di elementi pesanti, ovvero costituito di
materiale molto simile a quello dell’Universo nel suo complesso. In effetti
sembra che i grandi pianeti come Giove e Saturno presentino anche attualmente la
stessa composizione materiale della stella che generò l’intero sistema
solare. Subito dopo il suo isolamento avvenne però un’abbondante scrematura
che comportò l’allontanamento dei gas più leggeri che la forza di gravità
non riusciva a trattenere e la formazione di alcuni composti che, nonostante le
temperature piuttosto elevate, erano in grado di esistere in forma solida. Fra
questi vi erano i silicati che attualmente formano le rocce più diffuse della
crosta terrestre. Alcuni elementi pesanti, come ad esempio il ferro, che è il
metallo più diffuso nell’Universo ma che non si unisce facilmente agli altri
e per tal motivo si presenta spesso in forma isolata, insieme con suo omologo più
raro, il nichel, lentamente si portò nella parte centrale del pianeta essendo
sostanza più pesante dei silicati. In questo modo si venne a differenziare
gravitativamente un “nucleo” centrale più pesante formato di nichel e
ferro. Sopra di esso si disposero gli ossidi di elementi pesanti che
costituirono quello che i geofisici chiamano “mantello” sul quale, a sua
volta, galleggiavano i materiali più leggeri che, solidificandosi, avrebbero
dato origine alla “crosta” eterna. Mentre i materiali più pesanti si andavano
sistemando in funzione del loro peso, gli elementi più leggeri si disperdevano
nello spazio non essendo la Terra in grado di trattenerli a sé per la sua
insufficiente forza gravitazionale. Fra questi elementi leggeri vi erano
innanzitutto idrogeno ed elio ma anche ossigeno, azoto, carbonio e tutti i gas
nobili, che oltre all’elio comprendono neon e argo. Però mentre i gas nobili
non sono in grado di combinarsi con altri elementi l’idrogeno è in grado di
reagire praticamente con tutti, formando i cosiddetti composti idrogenati. Esso
si combinò quindi con l’ossigeno e formò l’acqua (H2O), con
l’azoto e formò l’ammoniaca (NH3), con il carbonio e formò il
metano (CH4). Tutti questi composti alle temperature che vigevano
sulla Terra a quel tempo erano allo stato gassoso o di vapore e si sarebbero
dispersi nello spazio se non fossero rimasti intrappolati nel magma sottostante
la crosta in formazione. Quando la Terra si raffreddò e la crosta si
ruppe in vari punti i gas disciolti nel magma si liberarono ed andarono a
formare un’atmosfera velenosa che il pianeta a stento riusciva a trattenere.
In realtà gran parte dell’idrogeno sfuggì mentre gran parte degli altri gas
si sciolsero nell’acqua, che con l’abbassamento della temperatura si
raccolse in forma liquida nelle depressioni del suolo. Nell’atmosfera rimasero
tuttavia grandi quantità di vapore acqueo, ammoniaca e metano e forse anche una
piccola quantità di idrogeno molecolare, oltre ad altri gas di secondaria
importanza. Possiamo fissare a quattro miliardi di anni fa la
situazione che abbiamo or ora descritto e nella quale cominciavano a svolgersi
le prime reazioni che avrebbero portato alla formazione dei precursori degli
esseri viventi. Mentre le molecole idrogenate reagivano sotto l’azione dei
fulmini e delle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole, piombavano sulla
Terra meteoriti che contribuivano a rompere la fragile crosta e a liberare i gas
sottostanti, e comete che trasferivano sul nostro pianeta le stesse molecole
inorganiche e forse le più semplici molecole organiche che colà si formavano e
che ancora oggi sono individuabili nelle loro code. Le rocce sedimentarie più antiche risalgono a
tre miliardi e mezzo di anni fa e forse contengono qualche flebile e molto
problematica traccia di vita. Queste rocce si trovano in Canada, in Sud Africa e
in Australia e sono state datate con molta accuratezza grazie al metodo dei
radioisotopi. L’analisi chimica di queste rocce ha messo in evidenza la
presenza di alcuni composti che potrebbero essere considerati “fossili
chimici” perché, per quanto ne sappiamo, si tratta di composti che derivano
soltanto dal metabolismo di esseri viventi. Tuttavia la certezza che si tratti
di materiale molto antico non c’è, anche perché non è possibile escludere
la contaminazione successiva di quelle rocce da parte di materiale organico
prodotto in tempi più recenti. In Groenlandia, in sedimenti che risalgono a 3,8
miliardi di anni fa, sono stati rinvenuti idrocarburi a struttura complessa che
potrebbero essere le tracce lasciate da proto-organismi che, a loro volta,
potrebbero essere stati preceduti dai coacervati.
I primi veri organismi viventi di cui si ha
testimonianza diretta dai fossili raccolti in Australia hanno un’età di tre
miliardi e mezzo di anni. Si tratta degli Stromatoliti, strutture costituite da
numerosi strati sovrapposti come fossero pile di frittelle. Oggi è possibile
osservare la formazione di strutture simili a questi antichi fossili in acque
salate non molto profonde dell’Australia. Le Stromatoliti attuali sono
prodotte dalla crescita di comunità di batteri e alghe azzurre (cianoficee) su
cui si depositano granelli di sabbia. Batteri e cianoficee sono organismi
procarioti, ossia cellule prive di nucleo differenziato e quindi poco evolute,
ma le cianoficee sono capaci di fotosintesi e questa osservazione fa ritenere
che le prime forme viventi dovessero essere presenti sulla Terra ancor prima di
tre miliardi e mezzo di anni fa. Ora, poiché non esiste una prova certa
dell’esistenza di cellule eucariote, cioè con nucleo differenziato, di età
superiore a un miliardo di anni, dobbiamo ritenere che l’evoluzione della vita
nei primi due o tre miliardi di anni sia stata molto lenta e comunque riservata
ad organismi unicellulari. Deve essere stato rapido invece il passaggio dagli
organismi unicellulari ai pluricellulari se i primi fossili di organismi
complessi erano già abbondanti 600 milioni di anni fa. Seicento milioni di anni fa terminò la lunga era
Precambriana ed iniziò quella che possiamo considerare la storia vera e propria
del nostro pianeta ossia il periodo di tempo di cui abbiamo abbondante e sicura
testimonianza fossile. Questa storia recente iniziò con l’era Paleozoica
quando la vita era presente solo nel mare. Successivamente vennero effettuati i
primi tentativi, da parte delle alghe, di invadere la terra ferma. A seguito
delle piante arrivarono sulle terre emerse anche i primi animali erbivori,
alcuni dei quali si differenziarono in carnivori.
Fa riflettere il fatto che l’evoluzione abbia
prodotto, per tre miliardi di anni, solo esseri unicellulari mentre quelli
pluricellulari siano comparsi molto tardi, diffondendosi e differenziandosi in
forme sempre più complesse soltanto negli ultimi 5 o 600 milioni di anni. In
realtà, durante la loro lunghissima storia, gli organismi unicellulari si sono
arricchiti di “organuli” entro i quali avevano luogo reazioni e funzioni
sempre più raffinate e complesse, tuttavia questi organismi, anche se sempre
meglio organizzati, rimanevano ciò nondimeno strutturati in una sola cellula.
Può darsi che la vita pluricellulare abbia tardato a svilupparsi per la
mancanza di qualche particolare condizione ambientale ad essa necessaria che
soltanto molto tardi ha potuto realizzarsi sul nostro pianeta, ma non abbiamo la
più pallida idea di quale condizione possa trattarsi. Più verosimilmente, la comparsa di forme viventi
pluricellulari rappresentò un fatto probabilistico legato alla casualità degli
eventi la cui frequenza, come è noto, è proporzionale alla probabilità che si
realizzino (un batterio sarebbe quindi una forma vivente più probabile di un
uomo e, fra gli uomini, uno con capacità intellettive mediocri sarebbe un
essere intelligente più probabile di un “Einstein”). Quindi, se è vero
come è vero che l’evoluzione procede per “balzi” casuali di cui poi
l’ambiente si incarica di selezionare i più adatti alla sopravvivenza,
dovremmo concludere che il balzo evolutivo più difficile della storia degli
esseri viventi sarebbe stato non già la comparsa delle prime cellule presenti
sulla Terra fin dal tempo della solidificazione della crosta, ma la transizione
dagli esseri unicellulari ai pluricellulari, che ha richiesto tre miliardi di
anni per realizzarsi. Se la probabilità di esseri pluricellulari è
tanto rara, la vita extraterrestre, qualora esistesse, dovrebbe essere
rappresentata quasi esclusivamente dai batteri, mentre le forme pluricellulari
dovrebbero essere piuttosto scarse e ancora più rare dovrebbero essere quelle
intelligenti. fine |