Quando la Terra è diventata abitabile?

Immaginate la Terra appena nata: 4,5 miliardi di anni fa era un mondo rovente, ancora sconvolto dal caos che aveva accompagnato la formazione del Sistema solare. Gli scienziati chiamano questa fase Adeano, dal nome di Ade, il dio greco degli inferi e il nome è azzeccato. Asteroidi, comete e i frammenti avanzati dalla nascita dei pianeti (i planetesimi) piovevano di continuo sul pianeta. Ogni impatto scaldava la crosta terrestre. Quelli più grandi potevano fondere le rocce e far evaporare gli oceani: secondo lo studio, corpi molto più grandi dell'asteroide che segnò la fine dei dinosauri continuarono a colpire la Terra fino a circa 4,4 miliardi di anni fa. In un ambiente simile nessuna molecola delicata poteva sopravvivere a lungo. La domanda è: quando è finito questo inferno, abbastanza a lungo da permettere alla chimica della vita di cominciare?. Il "mondo a RNA" Per rispondere, i ricercatori dell'Istituto di Scienze Planetarie di Tucson (Arizona), guidati da Oleg Abramov e con Stephen Mojzsis tra gli autori, si sono concentrati sul cosiddetto mondo a RNA. Lo studio è uscito su Nature Communications. Di che cosa si tratta? Nelle cellule di oggi il DNA conserva le istruzioni genetiche, le proteine svolgono il lavoro pratico e l'RNA fa da intermediario. Ma questo sistema pone un problema da "uovo e gallina": per costruire proteine servono istruzioni genetiche e per copiare le istruzioni servono proteine. L'RNA, però, può fare entrambe le cose: conserva informazione e può accelerare reazioni chimiche. Da qui l'ipotesi, avanzata all'inizio degli anni Sessanta, che prima del DNA esistesse una fase in cui molecole di RNA capaci di autoreplicarsi costituivano la base della prima biologia. C'è un ostacolo: l'RNA è fragile. Per formarsi, restare intatto e interagire con altre molecole ha bisogno di tempo e di temperature che non salgano troppo. Il team ha usato una soglia di circa 110 °C: sopra quel valore, le molecole chiave si degradano.. Come si ricostruisce un passato di 4 miliardi di anni Nessuna roccia di quell'epoca ha conservato un "diario" completo, quindi Abramov e colleghi hanno costruito un modello tridimensionale al computer che simula come gli impatti hanno riscaldato la crosta tra 4,5 e 3,5 miliardi di anni fa. Il modello non è inventato: è vincolato da due elementi reali.. Il primo sono i crateri della Luna. La Luna non ha erosione né placche tettoniche, quindi conserva le cicatrici del bombardamento subito nello stesso periodo dalla Terra. Contandole, si stima quanti corpi sono arrivati e quando. Il secondo sono gli elementi siderofili. Sono metalli come platino, oro e iridio, "amanti del ferro": nella Terra appena formata sono affondati nel nucleo insieme al ferro. Quelli che oggi troviamo nel mantello superiore sono arrivati, in gran parte, dopo, portati dagli impatti. La loro quantità è quindi una specie di contatore del materiale caduto dallo spazio. Il team ha considerato più stime della quantità di materiale in arrivo, e per ogni scenario ha valutato effetti negativi (il calore che distrugge le biomolecole) ed effetti positivi (la formazione di sistemi idrotermali).. Il punto di svolta: le regioni "mai sterilizzate" Prima di circa 4,4 miliardi di anni fa, la crosta viveva in un ciclo senza fine: una zona si raffreddava abbastanza da ospitare reazioni prebiotiche, poi un nuovo impatto la riscaldava di nuovo, cancellando tutto. Come sottolinea Abramov, la chimica prebiotica non ha bisogno di una breve pausa fra un colpo e l'altro, ma di stabilità duratura. Dopo i 4,4 miliardi di anni fa, però, nel modello compaiono porzioni di crosta che, una volta raffreddate, non superano mai più la soglia critica: le "regioni mai sterilizzate". Man mano che il bombardamento si placa, queste aree crescono, e a 4,25 miliardi di anni fa costituiscono più della metà del volume di crosta modellato.. Quando l'impatto aiuta la vita Gli impatti non sono stati solo un nemico. Un grande impatto lascia sottoterra rocce fratturate e roventi; l'acqua che vi circola si scalda e si arricchisce di sostanze chimiche, dando origine a un sistema idrotermale simile alle sorgenti calde e ai camini sottomarini di oggi. Da tempo questi ambienti sono considerati tra i possibili "laboratori" dove si è preparata la vita, perché uniscono acqua, calore ed energia chimica. Qui sta il punto centrale. Intorno a 4,4 miliardi di anni fa gli impatti sterilizzavano sempre meno il pianeta, ma producevano ancora molti sistemi idrotermali. Verso 4,3 miliardi di anni fa, nelle simulazioni, gli ammassi di sistemi idrotermali collegati fra loro diventano particolarmente numerosi. Il momento migliore è 4,33 miliardi di anni fa: abbastanza tardi perché gli ambienti stabili resistano, abbastanza presto perché l'attività idrotermale sia ancora diffusa. La finestra complessiva va da 4,4 a 4,3 miliardi di anni fa.. Che cosa cambia rispetto al passato Le stime precedenti, basate su modelli geochimici, analisi delle biomolecole e simulazioni dell'atmosfera primordiale, oscillavano tra 4,46 e 3,9 miliardi di anni fa: un intervallo di mezzo miliardo di anni. Il nuovo approccio lo restringe in modo notevole.. Il risultato dialoga anche con altri indizi come ad esempio i cristalli di zircone. Secondo Abramov, la previsione è coerente con gli zirconi, minerali che indicano la presenza di acqua liquida sulla Terra già circa 4,4 miliardi di anni fa. Vi è inoltre l'orologio molecolare. Confrontando il DNA degli organismi attuali si stima l'epoca di LUCA, l'ultimo antenato comune universale (non la prima forma di vita, ma la popolazione da cui discende tutto il vivente). Le stime collocano LUCA attorno a 4,2 miliardi di anni fa, con un margine di incertezza da 4,09 a 4,33 miliardi. Le condizioni adatte all'RNA compaiono quindi appena prima di LUCA, come ci si aspetterebbe.. Cautele necessarie Lo studio non dice che la vita sia nata esattamente 4,33 miliardi di anni fa. Restringe la finestra temporale, ma non stabilisce quando siano comparse le prime forme di vita a RNA. Inoltre, anche in una crosta termicamente favorevole, la mancanza di un solo requisito avrebbe potuto impedire la nascita dell'RNA. Per verificare il modello si cercheranno nuove prove, per esempio in campioni del mantello terrestre o in altri zirconi che conservano tracce di acqua e di reazioni chimiche a bassa temperatura. Resta un fatto affascinante: la Terra sembra aver "spento" la sua fase più violenta proprio nel momento giusto per dare alla chimica il tempo di diventare biologia..