Possibilità di vita nell'universo tesina

È possibile altra vita nell’universo?

“Fin dall'antichità l'umanità si è posta la domanda sull'esistenza di altre vite: sin dai tempi di Epicuro, di Plutarco, di Lucrezio Caro. Oggi possiamo dire perlomeno che esistono pianeti extrasolari: la loro esistenza è una condizione necessaria - anche se non sufficiente - per l'esistenza di altre forme di vita.”

-Margherita Hack

By

Alessandro Marin Vargas
Liceo scientifico G. Fracastoro
V AT

Indice

Scelta del percorso ____________________________

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Introduzione _________________________________

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1. Cos'è la vita _______________________________

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1.1. E. Schrödinger e la definizione di vita _____________ 5

1.1.1. Stabilità e ordine della vita

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1.2. Forme di vita _____________________________

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1.2.1. Batteri e forme di vita pluricellulari

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1.2.2. Virus ______________________________ 7

1.2.3. Viroidi e virusoidi 8

1.2.4. Prioni 8

1.2.5. Nanobi

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2. Origine della vita ___________________________

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2.1. Storia __________________________________

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2.1.1. Esperimento di Urey-Miller _______________

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2.2. Ipotesi

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2.2.1. Panspermia 11

2.2.2. Un mondo a RNA 12

2.2.3. Un mondo a tioesteri

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2.2.4. Un mondo a liposomi

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2.2.5. Un mondo a coacervati 15

3. Probabilità di vita nell'universo _______________

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1 1

2 3.1. Equazione di Drake _________________________ 17

3.1.1. Fattori astrofisici ______________________

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3.1.2. Fattori planetari ______________________

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3.1.3. Fattori biologici _______________________

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3.1.4. Fattori tecnologici e culturali ____________

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3.2. Paradosso di Fermi _________________________ 20

3.2.1. Validità dell'equazione di Drake ____________

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3.3. Esopianeti _______________________________

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4. Ricerca di vita intelligente ____________________

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4.1. Comunicazione con civiltà extraterrestri _________ 24

4.1.1. Storia 24

4.2. Come comprendersi

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5. Conclusione _______________________________

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La scelta di questo percorso

Da piccolo passavo diverse giornate a casa dei miei nonni lungo la riva dell'Adige a Parona e la sera era tradizione sedersi sul terrazzo con mio nonno a guardare il cielo stellato. Lui amava guardare gli aerei che passavano immaginando le loro destinazioni. Io mi lasciavo trasportare da quella sua curiosità e immaginazione e contemplavo il cielo in cerca di qualche segno che confermasse che noi non siamo soli nell'universo. Infatti osservare il cielo stellato è sempre stato, per me, motivo di riflessione. Era il momento in cui mi confrontavo con la grande immensità dell'universo sentendomi estremamente

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3 piccolo. Mi sorgeva spontaneo immaginare e desiderare l'esistenza di qualcosa al di fuori della Terra perché ero convinto, e lo sono tuttora, che il nostro pianeta non sia l'unico privilegiato a poter ospitare la vita.

Introduzione

C'è vita nell'universo? È una domanda interessante e al contempo problematica. Ad oggi non è ancora possibile dare una risposta certa, ma le ultime scoperte in ambito astronomico hanno reso statisticamente probabile tale ipotesi. La scienza è in grado di descrivere le più piccole componenti che costituiscono le cellule e i vari processi che le caratterizzano ma non è ancora in grado di spiegare come esse si siano formate. A tale proposito sono state presentate diverse ipotesi e sono stati effettuati diversi esperimenti. Si è però certi che la vita sulla Terra si sia formata in determinate condizioni fisico-chimiche, pertanto, se su un altro pianeta si verificassero condizioni simili, la vita potrebbe avere inizio?

Sulla Terra le forme di vita più semplici sono i batteri, i quali hanno la capacità di poter sopravvivere anche in habitat estremi. Sugli astri del nostro sistema solare le condizioni che si osservano sono comunque molto più critiche, non è quindi possibile azzardare questa ipotesi senza dimostrazioni valide. Inoltre un fattore fondamentale per la genesi della vita sulla Terra è stata la presenza di acqua allo stato liquido. Tale dato di fatto fa considerare quest'ultima quale discriminante necessario per l'origine della vita, potendo escludere a priori pianeti che non presentano queste caratteristiche.

Scoperte recenti hanno dimostrato che molte delle stelle presenti nell'universo possiedono un sistema planetario simile al nostro e conseguentemente potrebbero esserci pianeti simili alla Terra potenzialmente abitabili. È ragionevole pensare che in quei pianeti in cui si instaurino le condizioni favorevoli allo sviluppo della vita questa si formi e si evolva dalle forme più semplice a quelle più

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4 complesse. Supporre che il nostro pianeta sia unico è un po' come ritenere che la Terra sia il centro dell'Universo e che tutto ruoti attorno ad essa.

"È innaturale in un campo avere solo una spiga di grano, e nell'infinito universo solo un mondo vivente".

(Metrodoro di Chio)

Cos'è la vita?

Innanzitutto, prima di poter iniziare la ricerca di vita su altri pianeti, è necessario porsi la domanda di cosa bisogna cercare. Ovvero, cos'è la vita? Se dovessimo analizzare un altro pianeta, quali sono i fattori che potrebbero indicarci la presenza o meno di vita?

Gli esseri viventi per lo scienziato sono dei sistemi, ed infatti si parla di sistemi viventi. Un sistema è una qualsiasi porzione di mondo fisico posta sotto osservazione, in esso si riconoscono sempre più parti che sono in continua correlazione tra loro. Scomponendo un sistema nelle sue parti, la conoscenza di ciascuna di esse non ci permette di conoscere il sistema nel suo insieme. Quando si verifica questo, si dice che il sistema è complesso. I sistemi viventi sono sistemi materiali, e si classificano in sistemi aperti, quindi sistemi che scambiano con l'ambiente esterno sia materia che energia. I viventi, ripetiamo, sono molto complessi e ci possiamo limitare a trovare tutte le caratteristiche e proprietà che questi ultimi presentano in comune tra loro: 1

• Ordine
• Scambi di materia e di energia
• Metabolismo
• Uniformità chimica
• Risposta agli stimoli
• Omeostasi
• Lasso di vita
• Programma genetico
• Riproduzione
• Costituzione cellulare
• Capacità di evolversi

E. Schrödinger e la definizione di vita

E. Schrödinger, fisico di origine austriaca, si interroga sullo stesso problema nel libro “Cos'è la vita? La cellula vivente dal punto di vista fisico”. Si chiede se sia possibile raggiungere una verità chiara e distinta sul fenomeno della vita o se in essa vi sia un qualche elemento sfuggente ed eccedente che non ne permetta la definizione in maniera universale e necessaria.

Attualmente la fisica e la chimica non sono in grado di dare una spiegazione a tale evento, però non è affatto una buona ragione per dubitare che le due scienze possano mai spiegarlo. Schrödinger si interroga sul problema cardine di

1 BIOLOGIA,

Campbell N.A., Reece J.B., Bologna, Zanichelli, 2008.

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6 tutta la biologia e lo fa attraverso gli strumenti della nuova fisica, quella quantistica, cercando di trovare una spiegazione che soddisfi i criteri di scientificità della domanda. Analizza la natura fisica del materiale genetico: in primo luogo sente il bisogno di definire il modo attraverso cui agiscono e funzionano le leggi fisiche e chimiche, le quali svolgono una funzione importante nella vita dell'organismo e sono leggi di natura statistica. Ciò significa che, all'interno di un sistema macroscopico, quelle che noi chiamiamo “leggi” non sono altro che dei calcoli del comportamento medio di molte particelle, mentre in un sistema microscopico formato da pochi atomi si nota che esso si comporta in maniera assolutamente disordinata. L'atomo non è assolutamente un centro d'ordine, ma è un centro di disordine e soltanto i legami molecolari rendono stabile qualcosa che è di per sé instabile. Ma quest'affermazione conduce ad una controversia: un organismo deve avere una struttura relativamente grande per godere del beneficio di leggi molto accurate sia per la sua vita interna, sia nelle sue interazioni con il mondo esterno e questo è ciò che afferma la fisica statistica. La biologia, invece, dice che dei gruppi incredibilmente poco numerosi di atomi (che non dovrebbero essere ordinati) hanno un'importanza dominante negli eventi estremamente regolari all'interno di un organismo vivente. Questo significa che il gene, che è necessariamente formato da un numero limitato di atomi, si comporta in maniera stabile e ordinata mantenendo l'informazione genetica anche attraverso i secoli.

Stabilità e ordine della vita

Per spiegare la stabilità si fa riferimento alla molecola, seppur piccola, come ad una sorta di solido. Si può affermare che esistono due modi differenti attraverso cui la natura fabbrica i corpi:

Uno è quello relativamente monotono di ripetere

• Cioè all'infinito la stessa struttura nelle tre direzioni (come nell'accrescimento dei cristalli).

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7 L'altro è quello di costruire un aggregato sempre

• Più esteso, senza ricorrere alla ripetizione. Questo è il caso delle molecole organiche via via più complicate, nelle quali ogni atomo e ogni gruppo di atomi ha una funzione particolare. Schrödinger definisce tale struttura cristallo o solido aperiodico.

Per spiegare la seconda caratteristica, ovvero dell'ordine, Schrödinger afferma che la vita sembra dipendere da un comportamento della materia, ordinato e retto da leggi rigorose, non basato esclusivamente sulla tendenza di questa a passare dall'ordine al disordine, ma basato in parte sulla conservazione dell'ordine esistente.

Anche in questo caso si verifica un paradosso, il quale consiste nel fatto che il secondo principio della termodinamica afferma che tutti i sistemi isolati sono soggetti a un livello crescente di entropia, cioè a una redistribuzione dell'energia tale da portare a uno stato disordinato della materia, disordinato ma in equilibrio inerte (equilibrio che per il vivente corrisponde alla morte). Ciò entra in contraddizione con l'organismo che invece si fonda sul meccanismo della conservazione dell'ordine interno e della vita. La risposta che dà Schrödinger è che l'organismo può tenersi lontano da tale stato (l'entropia massima cioè la morte) solo traendo dal suo ambiente continuamente entropia negativa, si può dire che il ruolo del metabolismo, all'interno dell'organismo, è di liberare tutta l'entropia che non può non produrre nel corso della vita. Il vivente quindi è costituito in maniera tale da opporsi alla legge universale dell'entropia che conduce ogni cosa ad uno stato caotico e inerte. E ciò avviene appunto attraverso lo scambio metabolico con l'ambiente. Per cui cos'è la vita? È quell'insieme di originali strutture fisico-chimiche che si oppongono alla disgregazione a cui vanno incontro naturalmente tutti i corpi.

Infine si pone il problema del determinismo e del libero arbitrio; gli eventi spazio-temporali che si verificano nel corpo di un essere vivente corrispondono all'attività della sua mente ed alle sue azioni, consce o no. Questo

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8 porta a due premesse: il mio corpo funziona come un puro meccanismo, del quale io ne dirigo i movimenti e ne prevedo gli effetti, e nel caso si verificassero gravi conseguenze io ne assumerei la piena responsabilità. Schrödinger risponde a questo problema con la necessità di postulare l'esistenza di un “io” che controlla il movimento degli atomi secondo le leggi di natura. 2

Forme di vita

Queste sono le caratteristiche principali di un essere vivente e sono fondamentali per la ricerca in quanto ci permettono di circoscrivere l'analisi dei dati raccolti. Si possono distinguere diverse forme di vita.

Batteri e forme di vita pluricellulari

La riproduzione avviene tramite un processo che coinvolge gli acidi nucleici (RNA e DNA). Quella cellulare avviene principalmente per divisione (mitosi) ed è connessa all'accrescimento di un organismo pluricellulare, mentre quella sessuata in organismi pluricellulari richiede una forma più complessa di divisone (meiosi). In entrambi i casi l'informazione viene trasmessa attraverso i geni, contenuti nei filamenti di DNA. Cercando di definire la vita, le caratteristiche essenziali che cerchiamo sembrano risiedere essenzialmente nelle molecole degli acidi nucleici che contengono l'informazione necessaria per la riproduzione. Un'altra molecola fondamentale alla vita sono le proteine, alle quali spetta il lavoro teleonomico, ovvero di trasmissione dell'informazione necessaria, anche indirettamente, per la sopravvivenza e la moltiplicazione della forma di vita.

Virus