Quali sono gli ingredienti della vita?

Dalla più potente balena blu al più minuscolo paramecio, la vita come la conosciamo assume forme drammaticamente diverse. Tuttavia, tutti gli organismi sono costruiti a partire dagli stessi sei ingredienti essenziali: carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo (CHNOPS).

Perché questi elementi? Per scoprirlo, Life’s Little Mysteries ha consultato Matthew Pasek, un biogeochimico della University of South Florida.

“Innanzitutto, il carbonio entra facilmente in legami con altri atomi di carbonio. Questo significa che forma vaste catene che agiscono come un bello scheletro per altri atomi a cui legarsi”, ha detto Pasek. In altre parole, gli atomi di carbonio sono i mattoni perfetti per grandi molecole organiche. “Questo si presta alla complessità”.

Ma cosa spiega gli altri cinque ingredienti chimici della vita? “Una cosa che rende buoni l’azoto, l’idrogeno e l’ossigeno è che sono abbondanti”, ha detto Pasek. “Hanno anche effetti acido-base, il che permette loro di legarsi con il carbonio per fare aminoacidi, grassi, lipidi e le nucleobasi da cui sono costruiti DNA e RNA.”

“Lo zolfo fornisce il rimescolamento degli elettroni”, ha continuato Pasek. “In pratica, con il loro surplus di elettroni, i solfuri e i solfati aiutano a catalizzare le reazioni. Alcuni organismi usano il selenio al posto dello zolfo nei loro enzimi, ma non molti.”

Infine, ma non meno importante, il fosforo, che di solito si trova nella molecola fosfato, è vitale per il metabolismo, perché le molecole di polifosfato come l’ATP (adenosina trifosfato) sono in grado di conservare un’enorme quantità di energia nei loro legami chimici. Rompendo il legame si libera la sua energia; fai questo abbastanza volte, per esempio, in un gruppo di cellule muscolari, e puoi muovere il braccio.

L’anno scorso, gli scienziati della NASA hanno scoperto l’unica eccezione conosciuta al requisito del fosforo in un lago della California ricco di arsenico. Hanno trovato un ceppo di microbi in grado di sostituire gli atomi di arsenico per il fosforo nelle loro molecole quando le forniture di fosforo sono basse. L’arsenico è chimicamente simile al fosforo, il che lo rende velenoso per la maggior parte delle forme di vita perché interrompe i percorsi metabolici.

In sintesi, “Con poche eccezioni, ciò che serve per la vita è il CHNOPS, più un pizzico di sale e alcuni metalli”, ha detto Pasek. “Naturalmente, questi ingredienti devono essere nella corretta struttura di legame, ma questo sembra verificarsi naturalmente. Gli amminoacidi si formano spontaneamente, così come gli zuccheri, i lipidi e le nucleobasi.”

Questo è vero, almeno sulla Terra. Perché si formino le strutture molecolari necessarie, un pianeta deve trovarsi alla giusta distanza dal suo sole, non può essere troppo caldo o troppo freddo per l’esistenza di acqua liquida. Avere una fornitura abbondante di acqua aiuta anche, perché rende più facile per gli ingredienti di muoversi e sbattere l’uno contro l’altro per formare composti interessanti. Anche la gravità deve essere giusta. Infine, un pizzico di fulmine può fornire l’energia necessaria per catalizzare una reazione che alla fine porterà alla produzione di molecole complesse come gli amminoacidi, le proteine, i grassi, i carboidrati, l’RNA e il DNA che si prestano a produrre la vita. Almeno come la conosciamo noi.

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