L’enigma di come il fosforo abbia potuto inserirsi nella chimica della vita sembra aver trovato una soluzione, nell’ambito di uno studio in via di pubblicazione su Pnas (organo dell’Accademia americana delle scienze), condotto dai ricercatori dell’Università di Washington Jonathan D. Toner e David C. Catling.
Il fosforo è stato fondamentale nell’origine della vita. Le condizioni di partenza non erano le stesse che hanno poi permesso ai primi organismi monocellulari di evolversi fino alla comparsa di quelli complessi che esistono tutt’oggi. Nessuno di noi avrebbe potuto sopravvivere in quella Terra, la cui atmosfera era priva di ossigeno e ricca di altre sostanze in quantità nocive.
Ma come ci è arrivato il fosforo nella chimica della vita? Sappiamo del “brodo primordiale”, delle pozze dove attraverso l’azoto, l’anidride carbonica, il vapore acqueo e altri gas, ebbe origine la prima cellula.
Fin dagli anni ’50 è noto l’esperimento di Stanley Miller e Harold Urey in cui vennero riprodotte in laboratorio le condizioni ambientali di allora, con risultati che fecero la Storia della biologia, tanto quanto la scoperta della struttura a doppia elica del Dna e del suo ruolo cruciale nella trasmissione dei caratteri ereditari.
Il fosforo è alla base dalla struttura del Dna e del Rna. Eppure stando alle nostre conoscenze, la Terra che vide la nascita della vita ne era piuttosto povera. Allora come si spiega che siamo tutti qui – vivi – a parlarne?
Dagli studi sul cianuro a quelli sul fosforo: alla ricerca dell’origine della vita
In precedenza Toner e Catling hanno incentrato i loro studi su questa era geologica – nota come Archeano – prendendo le condizioni ambientali di allora come punto di partenza imprescindibile, soprattutto riguardo al ruolo che ha giocato il cianuro, a proposito di sostanze a noi nocive. Sembra paradossale, ma anche questo veleno ha giocato un ruolo importante nella costruzione dei composti organici indispensabili per la vita.
«Il cianuro è il fulcro delle recenti ipotesi sull’origine della vita – spiega Toner – grazie alla sua capacità di polimerizzare e sintetizzare vari composti organici.
Si pensa che fosse presente sulla Terra a causa delle reazioni ad alta temperatura nei meteoriti e nella fotochimica dell’atmosfera».
Nello studio precedente pubblicato nel settembre 2019, Toner e Catling riportano che «la recente ricerca sull’origine della vita mostra come molti composti organici, nei prebiotici possono essere prodotti simultaneamente dal cianuro in reti di reazione che coinvolgono rame, zolfo, fosforo e luce Uv».
Cosa c’entra il fosforo col cianuro? Un collegamento possiamo trovarlo proprio nelle discussioni dello studio precedente, dove viene spiegato quanto è importante mantenere i laghi alcalini, in modo da permettere al cianuro e al suo composto col ferro di stabilizzarsi assieme ad altri elementi, come il fosforo.
Rimaneva da risolvere il problema della penuria di questo elemento nella Terra dell’Archeano.
Un enigma studiato da 50 anni
Studiando alcuni laghi ricchi di sali (carbonati), riscontrabili nel Mono Lake in California o nel lago Magadi in Kenya, Toner e Catling rispondono così a una domanda che la comunità scientifica si poneva da almeno 50 anni.
I livelli di fosforo che presentano questi laghi sono notevolmente più elevati rispetto all’acqua di mare. Trovare la ragione di questa disparità significa, secondo i ricercatori, avere una spiegazione della presenza abbondante di fosforo in una Terra dove invece scarseggiava.
I test di laboratorio hanno mostrato che un ruolo chiave è stato giocato proprio dall’abbondanza di carbonato. Se negli altri laghi il calcio si lega al fosforo producendo minerali, in quelle ricche di carbonato questo si sostituisce al fosforo, lasciandolo libero.
«Non si tratta solo di test di laboratorio, ma anche di modellistica – spiega a Open Daniel Puente – Hanno usato modelli geochimici scoprendo che evaporando a determinate temperature, il fosforo raggiungeva concentrazioni molali (mol/kg) abbastanza alte prima di precipitare nei sali di Na2HPO4. Occorre la presenza di “mafic rocks“, rocce ricche di ferro e magnesio. Gli agenti atmosferici agiscono su questa roccia – in particolare l’anidride carbonica – in sostanza, la CO2 reagisce con queste rocce formando carbonati, che coi diversi agenti atmosferici vanno a riversarsi nel lago, rendendolo alcalino».
«La Terra primordiale – continua Toner – era un luogo vulcanicamente attivo, quindi c’erano molte rocce vulcaniche appena formate che reagivano con l’anidride carbonica e fornivano carbonato e fosforo ai laghi. Di conseguenza la Terra primordiale avrebbe potuto ospitare molti laghi ricchi di carbonati, con concentrazioni di fosforo tali da dare inizio alla vita».
Foto di copertina: Christian Irmer/flickr/Primordial soup.
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