Com’è nata la vita? Nelle celle a combustibile qualche indizio

Su come nacque la vita dall’ambiente tossico e inospitale presente sul nostro pianeta miliardi di anni fa rimane ancora un fitto un mistero. I ricercatori hanno simulato le condizioni di una ipotetica Terra primordiale in provetta, riuscendo anche a produrre alcuni mattoni di base necessari alla vita, come gli amminoacidi, ma sono ben lungi dal capire come questi ingredienti si sono assemblati in cellule viventi e come la vita è stata per la prima volta in grado di generare energia.

Camino idrotermale

Un nuovo studio condotto da Laurie Barge del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, mostra un modo unico per studiare le origini della vita: le celle a combustibile.

Le celle a combustibile sono utilizzate già negli aerei e nei veicoli spaziali della NASA,  e si pensa che potrebbero giocare un ruolo nel mercato dell’auto in un prossimo futuro, in quanto sono in grado di generare energia elettrica a partire da vari prodotti chimici senza una reazione diretta di combustione.

Le celle sono simili alle batterie, ma a differenza di queste ultime richiedono un combustibile, come ad esempio l’idrogeno. Ma nel nuovo studio le celle a combustibile non sono state utilizzate per generare elettricità, bensì per un’ambiziosa scommessa: capire come possa essere iniziata la produzione di energia all’interno delle cellule miliardi di anni fa sulla Terra – o in qualsiasi altro posto del Sistema Solare, dando vita alla vita come la conosciamo oggi.

“Qualcosa sulla Terra ha dato origine alla vita, e pensiamo che un fattore importante sia stato un qualche processo che ha fornito energia elettrica sul fondo marino primordiale”, ha detto Barge. “Questa energia potrebbe aver dato origine alla vita e potrebbe anche averla sostenuta, una volta iniziata. Ora abbiamo un modo per testare materiali e ambienti diversi che avrebbero potuto aiutare la vita a nascere non solo sulla Terra, ma forse anche su Marte, Europa e in altri luoghi del sistema solare”.

Barge e la sua squadra hanno pubblicato la nuova ricerca online il 13 marzo sulla rivista Astrobiology.

Una delle funzioni fondamentali della vita come noi la conosciamo è la capacità di immagazzinare e utilizzare l’energia. Nelle cellule si tratta di una forma di metabolismo e comporta il trasferimento di elettroni da una molecola a un’altra. Tale processo è sempre in atto nel nostro corpo, fornendoci energia.

Le celle a combustibile da questo punto di vista sono simili alle cellule biologiche, in quanto gli elettroni vengono trasferiti da e verso le molecole. In entrambi i casi, questo si traduce in energia elettrica e potenza. Affinché una cella a combustibile possa funzionare, ha bisogno di carburante, come l’idrogeno, con elettrodi e catalizzatori, che aiutano a trasferire gli elettroni.

Gli elettroni vengono trasferiti da un donatore di elettroni (come l’idrogeno) ad un accettore di elettroni (come l’ossigeno), con conseguente produzione di corrente elettrica. Nelle nostre cellule, sono gli enzimi – che contengono metalli che permettono loro di fungere da catalizzatori biologici – che permettono il trasferimento di elettroni e la creazione energia per sostenere la vita.

Negli esperimenti del team, gli elettrodi delle celle a combustibile e i catalizzatori sono stati realizzati utilizzando materiale geologico primitivo che si suppone fosse presente sulla Terra primordiale. Testando diversi tipi di materiali, questi esperimenti con celle a combustibile dovrebbero permettere agli scienziati di restringere il tipo di reazioni chimiche che potrebbero aver avuto luogo durante la nascita della vita sulla Terra ad un ventaglio ridotto di possibilità.

“Quello che proponiamo qui è di simulare processi energetici che potrebbero colmare il divario tra i processi geologici della Terra primordiale e l’emergere della vita biologica su questo pianeta”, ha detto Terry Kee presso l’Università di Leeds, in Inghilterra, uno dei co-autori della ricerca.

Ovviamente lo studio non è completo, anzi all’opposto i ricercatori hanno solo detto qual è l’idea nuova – l’uso delle celle a combustibile – che si apprestano ad utilizzare.

“Stiamo andando indietro nel tempo per testare minerali specifici come quelli che contengono ferro e nichel, che erano comuni sulla Terra primordiale e che potrebbero aver portato al metabolismo biologico”, ha detto Barge.

I ricercatori hanno anche testato il materiale presente vicino ai “camini” idrotermali, simulando le enormi strutture che crescono dalle bocche idrotermali che fiancheggiano i fondali oceanici. Questi “giardini chimici” sono stati a lungo studiati come le possibili sedi per reazioni chimiche primordiali che potrebbero aver dato luogo alla vita.

Quando il team ha utilizzato il materiale dei camini in laboratorio nelle celle a combustibile, sono state effettivamente rilevate correnti elettriche. Barge detto che questo è un test preliminare, che però dimostra come i camini idrotermali erano in grado di trasferire elettroni e, quindi, potrebbero aver guidato alcune delle prime reazioni energiche che hanno portato al metabolismo.

Gli esperimenti hanno inoltre dimostrato che le celle a combustibile possono essere usate per testare altri materiali presenti sulla Terra anticamente. E se la vita fosse nata su altri pianeti, le condizioni iniziali potrebbero essere testate allo stesso modo.

“Basta solo scambiare un oceano con sali e minerali che potrebbero essere esistiti su Marte anticamente”, ha detto Barge. “Dal momento che le celle a combustibile sono modulari – il che significa , è possibile sostituire facilmente i pezzi con altri pezzi – possiamo usare queste tecniche per indagare il potenziale di ogni pianeta per far nascere la vita.”

Un progetto ambizioso quello della NASA, che si trova solo agli inizi e che potrebbe finalmente svelare il mistero che avvolge ancora la nascita delle prime cellule viventi.