Raggi Cosmici per lo Sviluppo della Vita

24 Mag 2020 Raggi Cosmici per lo Sviluppo della Vita

Secondo un nuovo studio della Stanford University, l’interazione tra antichi proto-organismi nella Terra primordiale e i raggi cosmici provenienti dallo spazio potrebbe aver contribuito a una caratteristica fondamentale delle molecole biologiche, l’omogeneità chirale.

Prima dello sviluppo degli animali, dei batteri e persino del DNA, le molecole auto-replicanti gradualmente trovarono la loro strada verso le forme di vita primordiale, sottoposte a una pioggia costante di particelle energetiche dallo spazio. Le molecole si possono presentare in due forme distinte, speculari l’una all’altra. Pensiamo come esempio alle nostre mani: la destra e la sinistra sono immagini speculari l’una dell’altra, ma non possono essere sovrapposte. Questa caratteristica è nota come chiralità. In teoria, le molecole biologicamente attive potrebbero presentarsi in due forme speculari, ma in realtà in natura osserviamo soltanto la forma sinistrorsa, o levogira. La causa di questa preferenza è ignota. Se la “versione specchio” di una molecola viene sostituita alla versione regolare in un sistema biologico, il sistema spesso svilupperà malfunzionamenti o smetterà di funzionare del tutto. Nel caso del DNA, un singolo zucchero “sbagliato” potrebbe distruggere la struttura stabile ad elica della molecola.

Nel 1848 Louis Pasteur scoprì questa caratteristica biologica per la prima volta. Sin da allora, gli scienziati dibattono sulla chiralità della vita, chiedendosi se sia dovuta a meccanismi casuali o all’influenza di qualche processo. Pasteur ipotizzò che, se la vita è asimmetrica, allora ciò potrebbe essere dovuto a un’asimmetria nelle interazioni fondamentali della fisica nel cosmo. “Noi proponiamo che la chiralità biologica che osserviamo sulla Terra sia dovuta all’evoluzione avvenuta sotto l’effetto di radiazione magneticamente polarizzata, per cui una piccola differenza nel tasso di mutazione potrebbe aver promosso l’evoluzione della vita basata sul DNA piuttosto che sulla sua immagine speculare”, spiega Noémie Globus del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), a guida dello studio pubblicato su Astrophysical Journal Letters. Secondo i ricercatori, l’origine della chiralità biologica sarebbe da ricercarsi nell’effetto dei raggi cosmici, una forma di radiazione ad alta energia che ha origine da varie sorgenti nell’Universo, incluse stelle e galassie distanti.

Dopo aver colpito l’atmosfera terrestre, i raggi cosmici degradano infine in particelle fondamentali. A livello della superficie, gran parte dei raggi cosmici esistono sotto forma di particelle note come muoni, altamente instabili: esistono per due milionesimi di secondo, ma, dato che viaggiano quasi alla velocità della luce, sono stati individuati a oltre 700 metri al di sotto della superficie terrestre. I muoni sono anche polarizzati magneticamente, il che implica che, in media, condividono tutti la medesima orientazione magnetica. Quando i muoni decadono, producono elettroni con la stessa polarizzazione magnetica. Secondo i ricercatori, la capacità di penetrazione dei muoni ha permesso ad essi (e ai conseguenti elettroni) di influenzare le molecole chirali sulla Terra e altrove nel cosmo.

“Veniamo continuamente irradiati da raggi cosmici”, spiega Globus. “I loro effetti sono piccoli ma costanti in ogni luogo del pianeta dove potrebbe evolvere la vita, e la polarizzazione magnetica dei muoni e degli elettroni è sempre la stessa. E i raggi cosmici potrebbero avere lo stesso effetto persino su altri pianeti”. Secondo lo studio, quando la vita iniziò a fiorire sulla Terra, questa radiazione costante e imponente influenzò l’evoluzione delle due forme vitali, una speculare rispetto all’altra, in modi differenti, facendo sì che alla fine una prevalesse sull’altra. In quel remoto periodo queste piccole mutazioni potrebbero essere state particolarmente significative, dal momento che all’inizio della vita le molecole coinvolte nel processo erano particolarmente semplici e più fragili. Nel corso di miliardi di generazioni successive, la piccola, ma persistente influenza chirale dovuta ai raggi cosmici potrebbe aver prodotto le caratteristiche biologiche che oggi osserviamo. Gli autori dello studio suggeriscono di condurre esperimenti per verificare le loro ipotesi: ad esempio si potrebbe testare la risposta dei batteri a radiazioni con differenti polarizzazioni magnetiche. Futuri studi potranno, inoltre, esaminare campioni provenienti da comete, asteroidi o da Marte per verificare se molecole organiche in essi contenute possano esibire la stessa chiralità.

Nell’immagine rappresentazione artistica di raggi cosmici che colpiscono la Terra
Credit: Asimmetrie/Infn

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-05/su-hcr052020.php

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