Astrobiologia: una scienza moderna per un problema antico Enzo Gallori Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Firenze Liceo A.Volta, 06/02/2014
ASTROBIOLOGIA L Astrobiologia è la scienza che studia l origine, l evoluzione e la distribuzione della vita sulla Terra e nell Universo
JOSHUA LEDERBERG (PREMIO NOBEL PER LA MEDICINA NEL 1958) Lederberg usò il termine exobiology sulla rivista Science nell Agosto del 1959 per indicare: the research into the origin of life on Earth and the development of instruments and methods to search signs of life in the cosmos Il termine astrobiology fu adottato dalla NASA nel 1997 allo scopo di unificare in un unica disciplina le diverse materie scientifiche interessate alla ricerca della vita nel cosmo
SCIENZA NUOVA / ANTICA Com è nata la vita? Siamo soli nell Universo o esistono altri mondi abitati da esseri viventi?
Che cos è la Vita?
ERWIN SCHRÖDINGER What is Life? (1944)
LE BASI CHIMICHE DELLA VITA Acidi Nucleici (DNA, RNA): costituiscono il materiale genetico di tutti gli esseri viventi. In essi risiede l informazione biologica Proteine: rappresentano il materiale strutturale e operativo (enzimi) delle cellule
IL PRINCIPIO CENTRALE DELLA BIOLOGIA Replicazione Trascrizione Traduzione Genotipo Fenotipo
NASA DEFINITION OF LIFE Life is a system able to self-maintain + self-replicate, and capable of undergoing Darwinian evolution La presenza di un sistema genetico è assolutamente essenziale
LA MOLECOLA DEL DNA Fosfato Base Adenina (A) Guanina(G) Timina (T) Zucchero Citosina (C) Nucleotide
IL DNA È LA SEDE DELL INFORMAZIONE BIOLOGICA A = T A G T C significato biologico G C T C A G IL GENE DNA
I CROMOSOMI
MOLTIPLICAZIONE CELLULARE
IL LABBRO DEGLI ASBURGO Rodolfo I (1273-1291) Federico III(1440-1493) Massimiliano I(1459-1519) Filippo IV (1605-1665)
SPIEGARE COME SI SIA FORMATO È fondamentale per ogni discussione sull origine della vita sul nostro pianeta (e probabilmente su qualsiasi altro)
Quando è cominciato tutto?
LA VERA ETÀ DELLA TERRA Arcivescovo James Ussher (1650): Dio creò l Universo il 23 Ottobre 4004 a.c. a mezzogiorno in punto
L EVOLUZIONE MOLECOLARE Formazione della Terra 4.5 Chimica Prebiotica 4.0 Prime forme di vita (DNA / proteine)? 3.5 Diversificazione della vita 3.0 La comparsa di una molecola simile al DNA segna lo spartiacque fra la chimica prebiotica e l inizio della vita.
Come e dove si originarono gli Acidi Nucleici primordiali?
CHARLES DARWIN (1871) in una sorta di stagno caldo, in presenza di sali ammoniacali e fosforici, di luce e di calore,... poté formarsi un composto proteico
BUILDING CODE Sintesi ed accumulo dei precursori Unione (polimerizzazione) dei precursori con formazione delle (macro)molecole prebiotiche Protezione e Persistenza delle molecole prebiotiche nell ambiente primordiale Espressione della potenzialità biologica delle molecole prebiotiche
IPOTESI SULL ORIGINE DELLA VITA Ipotesi endogena: Ipotesi di Oparin-Haldane Ipotesi Minerale Ipotesi esogena: Panspermia
ALEXANDER I. OPARIN Proiskhozhdenie zhizny ( L Origine della Vita ) 1924
TERRA PRIMORDIALE
ATMOSFERA PRIMORDIALE Composizione H 2, CO, CO 2, N 2, NH 3, CH 4, H 2 O, HCN Origine Eruzioni vulcaniche
ATMOSFERA PRIMORDIALE Mancanza di Ossigeno Molecolare O 2 ATMOSFERA RIDUCENTE
CHIMICA PREBIOTICA Gas presenti nell atmosfera primordiale + Energia (Calore, radiazioni) Precursori delle molecole biologiche Pioggia Oceani primordiali
IPOTESI DI OPARIN-HALDANE (~1930) Brodo Caldo Diluito
STANLEY MILLER (1953)
In soluzione acquosa (oceano primordiale) non si ha polimerizzazione bensì idrolisi! Ricerca di habitat alternativi più idonei per la formazione delle Molecole Genetiche primordiali
Vulcani sottomarini
L AMBIENTE MINERALE
THE CLAY HONEYCOMB... Le argille o altri minerali furono necessari per: 1) Concentrare i prodotti presenti nel brodo caldo primordiale; 2) Proteggere questi prodotti dalla distruzione dovuta a raggi U.V.; 3) Catalizzare la polimerizzazione di questi composti fino ad ottenere molecole più complesse... J.D. Bernal (1951)
ELECTRON MICROSCOPY (T.E.M.) K-Chromosomal DNA (X 154,000) K-Plasmid DNA (X 271,500)
RESISTENZA DEL DNA ADSORBITO ALLE ARGILLE Il DNA adsorbito alle argille è protetto sia contro i raggi UV che i raggi X U.V. radiation
3DISS 3DISS: DNA on Diamond Dosimeters on board International Space Station
PANSPERMIA
MOLECOLE NELLO SPAZIO
ZUCCHERO NEL CENTRO DELLA La glicolaldeide è la molecola di partenza per ottenere il ribosio, lo zucchero presente GALASSIA Trovata a 26 mila anni luce da noi la glicolaldeide (Novembre 2008) nella molecola dell RNA
MOLECOLE DALLO SPAZIO Comete Meteoriti Polvere cosmica
POLVERE SPAZIALE OGNI ANNO >10.000 TONNELLATE GIUNGONO SULLA TERRA!!!
CATALISI DI SUPERFICIE E ORIGINE DELLE MOLECOLE NELLO SPAZIO
COMETE
NASA STARDUST MISSION Comet Wild2 Sample Return Mission
La cometa è atterrata!
Polvere cometaria intrappolata in aerogel 11.7 mm Terminal Particle 50 m
GLICINA NELLA COMETA WILD 2 Proteine esseri viventi
METEORITE DI MURCHISON Condrite carbonacea (4.6 10 9 anni) Analisi chimica: Aminoacidi Acidi carbossilici Basi nucleotidiche Composti organici fosforati Composti organici solforati Polioli (zuccheri)
METEORITE MARZIANO (?) Il meteorite ALH8001,0 si ritiene sia stato espulso da Marte in seguito ad un impatto 16 milioni di anni fa e che sia precipitato sulla terra in Antartide 13000 anni fa Immagine ad alta risoluzione ottenute tramite microscopia elettronica a scansione mostrano strutture tubulari attribuibili a microorganismi fossili