La chimica prebiotica potrebbe non aver avuto inizio sulla Terra, ma molto prima, negli spazi siderali dove nascono le stelle. Una ricerca condotta presso l'Università di Aarhus in Danimarca ha dimostrato che i peptidi, precursori fondamentali delle proteine, possono formarsi spontaneamente sulle superfici dei granuli di polvere interstellare, in condizioni estreme che sembravano incompatibili con qualsiasi forma di complessità molecolare. Questa scoperta sconvolge decenni di convinzioni scientifiche secondo cui solo molecole semplicissime potevano assemblarsi nelle fredde distese del cosmo, e sposta significativamente l'origine della chimica della vita verso epoche e luoghi molto più remoti di quanto ipotizzato finora.
I ricercatori Sergio Ioppolo e Alfred Thomas Hopkinson hanno ricreato in laboratorio le condizioni che si verificano nelle immense nubi di polvere cosmica situate a migliaia di anni luce dalla Terra, tra gli ambienti più inospitali dell'universo. All'interno di una camera speciale presso i laboratori dell'Università di Aarhus e presso la struttura di ricerca europea HUN-REN Atomki in Ungheria, il team ha simulato temperature di circa -260°C e livelli di pressione talmente bassi da richiedere la rimozione continua di particelle vaganti per mantenere un vuoto ultra-spinto. In queste condizioni, hanno osservato cosa accade quando la glicina, l'amminoacido più semplice, viene esposta a radiazioni cosmiche simulate attraverso un acceleratore di ioni.
Il risultato è stato sorprendente: le molecole di glicina hanno iniziato spontaneamente a legarsi tra loro, formando peptidi e liberando acqua come sottoprodotto della reazione. I peptidi sono catene corte composte da amminoacidi collegati, e rappresentano i mattoni costitutivi delle proteine, le macromolecole essenziali per tutte le forme di vita conosciute. "Questo indica che lo stesso processo avviene nello spazio interstellare", spiega Hopkinson. La scoperta dimostra che la sintesi peptidica non richiede ambienti protetti o energie particolari, ma può verificarsi direttamente sulla superficie dei granuli di polvere che successivamente contribuiranno alla formazione di pianeti rocciosi.
Per decenni, il paradigma dominante nell'astrobiologia e nella chimica interstellare riteneva che le molecole complesse potessero formarsi soltanto dopo che i gas cosmici avessero cominciato a coalescere in dischi protoplanetari attorno a giovani stelle. Le nubi interstellari venivano considerate troppo fredde, rarefatte e prive di energia per ospitare reazioni chimiche sofisticate. "Pensavamo che solo molecole molto semplici potessero essere create in queste nubi", afferma Ioppolo. Ma i nuovi esperimenti demoliscono questa convinzione, suggerendo invece che le nubi stellari funzionano come autentiche fabbriche chimiche, in grado di sintetizzare molecole biologicamente rilevanti ben prima che si formino stelle e pianeti.
L'aspetto più significativo della scoperta risiede nell'universalità del meccanismo chimico osservato. Tutti gli amminoacidi, indipendentemente dalla loro struttura specifica, si legano in peptidi attraverso lo stesso tipo di reazione di condensazione, che rilascia una molecola d'acqua per ogni legame peptidico formato. Questo implica che non solo la glicina, ma potenzialmente tutti i venti amminoacidi proteinogenici potrebbero assemblarsi in catene più lunghe nelle fredde distese cosmiche. Il team non ha ancora verificato questa ipotesi con altri amminoacidi, ma Hopkinson conferma che "è molto probabile che altri peptidi si formino naturalmente nello spazio interstellare", e che future ricerche esploreranno questa possibilità.
Quando le nubi di polvere interstellare collassano sotto l'effetto della gravità, danno origine a nuovi sistemi solari composti da una stella centrale e pianeti in orbita. Durante questo processo, i granuli di polvere arricchiti di molecole organiche complesse vengono incorporati nei corpi celesti in formazione. Se un pianeta roccioso si trova nella zona abitabile della sua stella, dove l'acqua liquida può esistere in superficie, la presenza di peptidi e altri precursori biologici aumenta notevolmente la probabilità che possano emergere forme di vita. "C'è una reale probabilità che la vita possa emergere" in tali condizioni, sottolinea Ioppolo, anche se il percorso preciso che porta dall'accumulo di molecole organiche alla prima cellula vivente rimane ancora un enigma irrisolto.
La ricerca si inserisce nel più ampio programma del Center for Interstellar Catalysis (InterCat), finanziato dalla Fondazione Nazionale Danese per la Ricerca, che indaga sistematicamente la formazione di molecole prebiotiche nello spazio. Oltre ai peptidi, i ricercatori stanno esplorando se altri componenti essenziali della vita, come le membrane lipidiche, le nucleobasi e i nucleotidi (i mattoni costitutivi del DNA e dell'RNA), possano anch'essi formarsi spontaneamente nelle nubi interstellari. La professoressa Liv Hornekær, direttrice di InterCat e coautrice dello studio, evidenzia che "queste molecole potrebbero partecipare attivamente alla chimica prebiotica precoce, catalizzando ulteriori reazioni che conducono verso la vita".
Studi precedenti avevano già confermato la presenza di amminoacidi semplici come la glicina nello spazio interstellare, sia attraverso osservazioni spettroscopiche di nubi molecolari sia mediante analisi di meteoriti cadute sulla Terra. Tuttavia, il salto concettuale dalla sintesi di singoli amminoacidi all'assemblaggio di catene peptidiche rappresenta un progresso qualitativo fondamentale nella comprensione dell'astrobiologia. I peptidi possiedono infatti proprietà chimiche e catalitiche che gli amminoacidi isolati non hanno, e possono svolgere funzioni proto-enzimatiche anche in assenza di strutture cellulari organizzate.
Le implicazioni di questa scoperta si estendono ben oltre il nostro sistema solare. Se i peptidi si formano comunemente nelle nubi interstellari, allora ogni nuovo sistema planetario che emerge nell'universo riceve fin dall'inizio un patrimonio molecolare complesso, una sorta di eredità chimica universale. Questo potrebbe spiegare perché la vita sulla Terra sia emersa relativamente presto nella storia geologica del pianeta, forse già 3,8 miliardi di anni fa, poco dopo il periodo di intenso bombardamento meteorico. I materiali organici complessi potrebbero essere stati consegnati direttamente dallo spazio, accelerando il processo che ha portato dalle molecole inerti ai primi organismi viventi.
Il team di Aarhus continuerà a investigare la varietà di molecole prebiotiche che possono formarsi nelle condizioni dello spazio profondo, utilizzando tecniche sperimentali sempre più sofisticate che combinano chimica fisica, astrofisica e biologia molecolare. Come sottolinea Ioppolo, "abbiamo già scoperto che molti dei mattoni della vita si formano là fuori, e probabilmente ne troveremo altri in futuro". Ogni nuova molecola identificata riduce il divario tra la chimica inorganica del cosmo primordiale e la biochimica complessa che caratterizza la vita, rendendo sempre più plausibile l'ipotesi che l'universo sia pervaso da una chimica prebiotica universale, e che la vita non sia un'eccezione terrestre ma una potenziale conseguenza naturale dell'evoluzione cosmica.
