VII Settimana della Cultura Scientifica,
sotto gli auspici del Ministero dell'Università
e della Ricerca Scientifica e Tecnologica.
"Settimana della Fisica"
al Centro Internazionale di Fisica Teorica.
Serie di 10 conferenze-dibattito.

ORIGINE E EVOLUZIONE DELLA VITA.
SOLO SULLA TERRA?

Julian Chela-Flores
Centro Internazionale di Fisica Teorica
Miramare P.O. Box 586; 34100 Trieste, Italy
e
Instituto Internacional de Estudios Avanzados,
(Universidad Simon Bolivar)
Apartado 17606 Parque Central,
Caracas 1015A,Venezuela.

1. Dell'origine del Cosmo all'origine dell'intelligenza

La nostra visione della vita terrestre è basata su due grandi contributi scientifici del nostro millenio, quello di Copernico e quello di Darwin. Infatti, nei primi anni del Cinquecento cominciano a manifestarsi i problemi del sistema tolemaico:

Claudio Tolemeo lavorò nella Biblioteca d'Alessandria d'Egitto nel secondo secolo dopo Cristo. Lui è risponsabile della formulazione di un'ipotesi che per più di un millennio fu la base dell' astronomia: La Terra è il centro dell' universo, tutti gli altri corpi celesti ruotano intorno alla Terra.

Il primo grande progresso verso la scienza moderna è dovuto allo scienziato polacco Nicolò Copernico, studente del'Ateneo patavino dal 1501 al 1503. Secondo Francesco Bertola questo ambiente può aver influenzato Copernico.

Dunque, abbiamo imparato che la nostra posizione nell'universo non è speciale. La sua opera apparirà nel 1543. L'ipotesi di Copernico è che tutti i pianeti, anche la Terra, si muovono intorno al Sole, e che la Terra ha una rotazione intorno al proprio asse ogni 24 ore.

Oggi sappiamo che la visione del sistema solare non è tanto semplice. Infatti, siamo immersi in una grandissima nuvola chiamata nuvola di Oort, e il sistema planetario ha una cintura di miliardi di corpi piccolissimi, chiamata cintura di Kuiper, una fonte importante di comete.

Del naturalista inglese Charles Darwin abbiamo imparato la vera posizione dell'uomo nell'albero della vita. Questa posizione è collegata alla sua radice, che non è altro che un batterio qualunque.

Per capire meglio come abbiamo ricostruito l'albero della vita, basta ricordare che ci sono due tipi di fossili che permettono questa ricostruzione. Entrambi permettono di capire i diversi stadi della vita prima di noi:

1. i fossili, come quelli degli stromatoliti, colonie multicellulari di un batterio molto primitivo, cioè il cianobatterio.

2. i fossili 'viventi', come il Ginkgo biloba che possiamo vedere nel Parco di Miramare. Questa pianta è giunta in Europa verso il 1727 della Cina. Ma nel Mesozoico, centinaia di milioni di anni fa, popolava le isole tirreniche. Proprio il pronipote di Darwin, Richard D. Keynes, è atteso a Miramare nel mese di settembre per raccontare lo sviluppo della teoria dell'evoluzione.

Ma cosa manca nella nostra comprensione della vita dopo Copernico e Darwin? Manca proprio rispondere a quella domanda che tutta l'umanità ha fatto in passato, sin dal momento della prima apparizione degli ominidi:

Questo il titolo del libro di Frank Drake, pionere dello studio della vita nell'universo. Anche Drake è atteso a Miramare per la Quinta Conferenza di Trieste.

Io penso che non ci sia maniera più chiara per fare una descrizione di quello che abbiamo imparato sull'origine ed evoluzione della vita, che ricordare che proprio quelle domande che noi abbiamo risposto nella scienza sono gli stesse domande che la cultura occidentale ha chiesto per un lunghissimo periodo.

Ad essempio in poesia abbiamo "Il Paradiso Perduto di Milton e gli sonneti di Rilke "Adamo" ed "Eva". In musica nell'oratorio di Giuseppe Hayden, "La creazione", il compositore fa una evocazione sia del caos primordiale, come dell'origine della vita e dell'uomo.

Anche nell'arte plastica troviamo riferimento ala creazione del mondo, basta soltanto di fare una passeggiata insieme nell' interno della Basilica di San Marco a Venezia, dove possiamo trovare la bellissima cupola del tredicesimo secolo della Genesi nell'atrio occidentale. I 24 stadi dello sviluppo dell'universo, la Terra e la vita vennero descriti in scene che troviamo in tre cerchi concentrici.

Il proposito di questa parte della discussione è raccontare il progresso della ricerca sull'origine della vita fino ai nostri giorni.Dunque, facciamo un percorso storico per considerare gli antichi quesiti che sono raffigurati nella Cupola della Genesi. Prima di tutto troviamo la nascita dell' universo stesso.

Nel linguaggio scientifico cominciamo con la Grande Esplosione, il famoso 'Big Bang', secondo la frase dello scienziato inglese Sir Fred Hoyle. Dopo il Big Bang troviamo l'origine delle galassie e l'evoluzione delle stelle, compreso il nostro sole e tutto il sistema planetario.

Per comprendere il passo rappresentato nella Cupola della Genesi, cioè la nascita della Terra e il suo inserimento in una orbita regolare intorno al sole, abbiamo dal diciasettesimo secolo la teoria della gravitazione, quella di Sir Isaac Newton. Nel 1687 Newton concluderà la rivoluzione scientifica iniziata nel secolo precedente da Copernico e da Giovanni Keplero con le sue tre famose leggi di movimenti planetari.

Si puo affermare, con Leonida Rosino, che nel libro di Galileo Galilei "Dialoghi intorno a due nuove scienze" ed in tanti altri suoi scritti dal tempo quando lavorava all'Università di Padova, Galileo ha posto le basi della fisica, aprendo la via a Newton.

Ma per capire quel misterioso passo della materia inerte fino a diventare materia vivente, ossia per capire il mistero della fisica della materia vivente, il campo con cui sono stato coinvolto in questo Centro, bisogna fermarci un attimo per considerare l'evoluzione della nebulosa solare.

Forse la nebulosa che da origine al nostro sistema planetario non era molto diversa della 'culla' delle stelle più famosa conosciuta fino ad oggi, cioè la Grande Nebulosa di Orione, che si trova a 1500 anni luce da noi.Man mano che si condensa la nebula proto-solare troviamo intorno al proto-sole una grandissima quantità di corpi che possiamo chiamare 'planetesimali'. Questi "mattoni" darebbero il via alla formazione dei pianeti.

Un esempio è Marte, che poichè non è fornito di una densa atmosfèra, la sua superficie è testimone del periodo della formazione del sistema solare. Questo 'periodo di grande bombardamento' è il prodotto dell'immensa quantità di planetesimali che ancora a quell' epoca erano abbondanti.

D'altro canto, la Terra non dimostra segni di questo antico periodo, perchè il nostro pianeta ha una notevole attività della sua crosta- diciamo- una notevole attività tettonica, e tutti i segni di epoche remote sono adesso scomparsi.

Comunque dallo spazio interstellare le comete, come quella di Halley, portano la materia organica verso la Terra, dando luogo a tre tipi di molecole essenziali per la nascita della vita primordiale:

1. Gli acidi nucleici, cioè principlamente il DNA.
2. Gli aminoacidi, che sono 20 nelle proteine che si trovano in tutti gli organismi viventi.
3. I lipìdi, ossia molecole che formano la membrana delle cellule.

Adesso sappiamo che la crescita dell'abbondanza dell' ossigeno porta all'evoluzione degli animali e delle piante.

Questo aspetto dell'evoluzione è anche considerato nella Cupola della Genesi e anche dai pittori del Rinascimento. Infatti, il Tintoretto a Venezia fa nel 1550 la sua "Creazione degli Animali" (Gallerie dell'Accademia). Questa pittura era per la Sala dell'Albergo della Scuola della Santissima Trinità: Troviamo il Creatore in mezzo a una brilliante luce nella Terra ancora oscura dopo la formazione della Terra stessa nel secondo giorno. Possiamo vedere la scena del quarto giorno: pesci, uccelli ed anche mammiferi. Raffaello a Roma già aveva fatto una bellissima pittura della creazione degli animali con lo stesso titolo del Tintoretto, nel 1519. Gli animali eravano tutti intorno al Creatore, anche gli animali mitici, come l'unicorno (Loggia di Raffaello nel Vaticano).

Dal punto di vista teologico forse la nascita dell'uomo è ancora più importante di quella degli animali. Secondo la teoria di Darwin possiamo capire come i primati primitivi, simile ai lèmuri del Madagascar, si siano evoluti a causa di fenomeni geologici che accaddero oltre otto milioni di anni fa, durante un periodo geologico, il Miocene, caratterizzato dalla formazione di montagne nell' Africa orientale.

Questa nuova morfologia africana del Miocene divise la popolazione primitiva dei nostri antenati, gli ominidi, in due gruppi: quelli della savana diventarono i nostri antenati; quelli della foresta diventarono gli antenati dei gorilla, scimpanzè ed altri primati.

Fra i nostri antenati nascono quelle che possiamo chiamare delle 'industrie', caraterizzate degli istrumenti utilizzati. Più tardi ancora, queste industrie diventano delle 'culture' che hanno lasciato bellissime pitture murali in diverse caverne in Spagna ed in Francia.

Così finisce l'ultimo evento che possiamo trovare nella Cupola della Genesi, quando il primo uomo e la prima donna, secondo la tradizione della Bibbia, lasciano il Giardino dell'Eden par lavorare nella Terra.

2. Dell'intelligenza nella Terra alla vita nell'universo

La Cupola della Genesi non fa nessun riferimento alla vita microscopica, perchè la sua base è la Bibbia scritta più de duemila anni fa per un popolo che non aveva ancora sviluppato la scienza.

Oggi comunque abbiamo una chiarissima documentazione dello sviluppo dei micoorganismi. Prima di tutto, abbiamo prove fossili di stromatoliti nel Lago Ontario in Canada. Ancor'oggi gli stromatoliti esistono sia in Australia, sia nelle Bahamas. Negli ultimi 20 anni gli stromatoliti sono stati scoperti anche sotto i laghi congelati dell'Antartide. Questi, fra i primi abitanti della Terra, sono davvero molto comuni e li troviamo anche in Cina in laghi contaminati che hanno un colore verde.

Dopo un miliardo d'anni dalla prima apparizione degli stromatoliti, accadde una transformazione fondamentale nella evoluzione della vita. I batteri sviluppano una complessa organizzazione interna: proprio il primo passo verso l'intelligenza.

Queste cellule sono gli eucarioti, che sono di solito più grandi dei batteri e hanno anche il DNA all'interno di una membrana che forma un vero nucleo interno alla cellula. I batteri non hanno sviluppato questa membrana interna complessa; alcuni hanno una membrana meno complessa. Per questa ragione i batteri sono considerati 'procarioti', cioè organismi formatisi nel periodo pre-nucleare (in greco 'karyon' vuol dire 'nucleo').

Così siamo arrivati alla frontiera della conoscenza dove possiamo fare la domanda principale nel titolo stesso della nostra discussione:

Qualche possibilità l'abbiamo. Dopo una collisione d'un asteroide con il pianeta Marte, alcuni frammenti scappano della sua superficie. Uno di questi meteoriti arriva tredicimila anni fa in Antartide.
Adesso siamo testimoni di una discussione, non ancora finita, a proposito della materia organica nel interno del meteorite. Non sappiamo ancora se si tratta di resti fossilizati di organismi marziani.

Una seconda possibilità è collegata al nome di Galileo Galilei. Nel 1610 lui scoprì quattro satelliti di Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto. Questo accade alla fine del soggiorno di Galileo a Padova, dopo 18 anni dal 1592 quando il Senato Veneto gli assegna la cattedra di matematica.

Nel 1979 la Missione Voyager dell'Agenzia spaziale degli Stati Uniti, la Nasa, scoprì che la superficie ghiacciata di Europa ha una struttura molto complessa, con delle linee di più di mille kilometri di lunghezza, che non riflettono la luce come il resto della superficie ghiacciata.

La Missione Galileo, così chiamata in onore all'illustre professore dell'Ateneo patavino, ha lasciato la Terra il 18 ottobre 1989 nello Space Shuttle Atlantis. Questa missione è riuscita a mettere in orbita una navicella di 2.5 tonnelate nel sistema di Giove. Con Galileo abbiamo delle fotografie di Europa molto più nìtide.
Il grande interesse che la nostra comunità ha nei riguardi di Europa è perchè non solo questa luna è della stessa dimensione della nostra Luna, ma è perchè Europa è coperta di ghiaccio, e può anche nascondere un oceano interno.

Un altro fattore che contribuisce al nostro presente entusisamo è che l'altra luna galileiana, Io, risulta il corpo più vulcanico del sistema solare. A causa dell'origine comune dei due satelliti, molti scienziati pensano che anche Europa potrebbe avvere attività vulcanica sotto il ghiaccio, che potrebbe dunque diventare proprio un oceano a causa dell'attività vulcanica stessa.

Nel fondo dell'oceano di Europa si potrebbero avere delle fumarole, come accade sulla Terra, e quindi poichè queste fumarole sono 'culle' per la nascita di batteri specializzati, gli 'archeobatteri', c'è la possibilità di trovare la vita in questa luna di Giove.

Nei laghi coperti di ghiaccio permanente nelle valli secche dell'Antartide esistono i due tipi di microorganismi, procariote ed eucariote. Le condizioni in questa parte dell' Antartide presentano un ambiente che sicuramente aiuterà in futuro a comprendere gli organismi che potrebbero sopravivvere nell'oceano di Europa. Uno degli obiettivi della Missione Galileo è scoprire se questo oceano esiste davvero.

3. Conclusione

Abbiamo finito un viaggio molto in fretta attraverso la nostra conoscenza dell'origine, evoluzione e possibile distribuzione della vita nell'universo, ma abbiamo ristretto il nostro interesse sulla possibilità di scoprire la vita nel nostro sistema solare, su Europa, la seconda luna galileana.

Questi studi di quello che potremmo chiamare la 'Astrobiologia', dovrebbero crescere nel prossimo decennio. Ci sono dei progetti anche per visitare una luna di un altro pianeta del sistema solare esterno, Titano, satellite di Saturno. Con la missione Cassini che dovrebbe partire nel prossimo mese d'ottobre la sonda Huygens scenderà nel 2004 sulla superficie di Titano.

C'è un altro progetto per avvicinarsi nell' anno 2012 a una cometa, la 'Wirtanen', con la Missione Rosetta/Champollion. Questa missione è il risultato di una stretta collaborazione fra la Nasa e l'Agenzia spaziale europea (Esa), da cui l'Agenzia spaziale italiana (Asi) è una componente importante; infatti, l'Italia spende 1000 miliardi di lire all'anno, che in buona parte vanno a finanziare i progetti dell'Esa.

Forse quello che sembra più rilevante nei prossimi anni è la recente scoperta dei pianeti intorno a stelle che sono entro un raggio meno di 100 anni luce dalla Terra. Prima abbiamo ricordato che nel cielo possiamo trovare i corpi celesti con un sistema simile a quello della latitudine e longitudine terrestre. Dobbiamo ricordare anche il fatto che i membri delle costellazioni sono sempre a diverse distanze della Terra, come accade nel caso di Orione.

Ci sono diversi esempi di pianeti extrasolari. Dalla superficie di questi corpi potrebbe essere possibile una visione del firmamento assai diversa della nostra. Lo scopritore del primo pianeta extraterrestre, Michel Mayor, serà presente nella prossima Conferenza di Trieste su l'origine della vita.

In conclusione, possiamo dire che ci sono parecchie possibilità per che la vita non sia limitata solo alla Terra. Scroprire la risposta a questo quesito sarà un progresso simile, o forse ancora più importante, di quello dovuto a Copernico e Darwin.

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