(Philip Steury/iStock/Getty Images) Scopriremo la vita semplice da qualche parte? Forse su Encelado o Europa nel nostro Sistema Solare, o più lontano su un pianeta extrasolare?
Man mano che diventiamo più esperti nell’esplorazione del nostro Sistema Solare e nello studio degli esopianeti, la prospettiva di trovare qualche forma di vita semplice si sta spostando dal regno creativo della fantascienza alla pianificazione concreta delle missioni.
Mentre il giorno della scoperta si avvicina, è un buon momento per chiedersi: come potrebbe essere questa vita potenziale?
Un team di ricercatori dell’Università della California, Riverside, ha esaminato l’antica Terra e alcuni dei suoi primi abitanti per far luce su come potrebbe essere la vita semplice su altri mondi e su come potrebbero apparire le atmosfere.
La Terra è molto diversa oggi rispetto a quando ospitava solo la vita semplice. IL Grande evento di ossigenazione (GOE) ha cambiato la Terra per sempre e l’ha avviata sulla strada per diventare il pianeta che è oggi, con un’atmosfera ricca di ossigeno e una vita complessa. Prima del GOE, l’atmosfera terrestre era molto diversa e la vita guidava il cambiamento. Questa breve storia illustra un fatto importante: la vita e il suo ambiente sono intrecciati.
Le prime forme di vita della Terra vivevano in un ambiente relativamente povero di energia, in un'atmosfera povera di ossigeno.
La luce solare era l’unica energia facilmente disponibile e, molto prima che si sviluppasse la fotosintesi, le forme di vita usavano la luce solare in modo diverso.
Hanno usato proteine denominate rodopsine per catturare l'energia solare, e queste proteine erano un modo più semplice per utilizzare l'energia del Sole rispetto alla più complicata fotosintesi.
«Sulla Terra primordiale, l'energia potrebbe essere stata molto scarsa. I batteri e gli archaea hanno capito come utilizzare l'abbondante energia del Sole senza le complesse biomolecole necessarie per la fotosintesi,' disse L'astrobiologo della UC Riverside Edward Schwieterman in un comunicato stampa.
Schwieterman è il coautore di un nuovo studio pubblicato su Biologia Molecolare ed Evoluzione . Lo studio e' Le prime nicchie della zona fotica sondate dalle rodopsine microbiche ancestrali ', e il responsabile dello studio è Betul Kacar, un astrobiologo dell'Università del Wisconsin-Madison.
A prova della loro utilità, le rodopsine non sono scomparse con le prime forme di vita che le hanno originate. Sono diffusi negli organismi oggi, compresi noi. Sono presenti nei bastoncelli della retina dei nostri occhi, dove sono responsabili della visione in condizioni di scarsa illuminazione. Si trovano anche nella vita moderna e semplice in luoghi come gli stagni salati.
La loro presenza nella vita moderna fornisce un collegamento alla storia evolutiva delle rodopsine. I ricercatori stanno esplorando quel collegamento utilizzando apprendimento automatico e sequenziamento delle proteine. Utilizzando questi strumenti, i ricercatori hanno potuto monitorare l'evoluzione delle proteine su scale temporali geologiche.
Osservare la vita e l’atmosfera della Terra oggi non è una buona indicazione su come cercare la vita su altri mondi. La nostra atmosfera attuale è ricca di ossigeno, ma l’atmosfera della Terra primordiale potrebbe essere stata più simile Venere ', secondo alcune ricerche .
Monitorando l'evoluzione delle rodopsine, gli autori del nuovo articolo hanno costruito un albero genealogico per le proteine. Sono stati in grado di ricostruire le rodopsine da 2,5 a 4 miliardi di anni fa.
Gran parte della nostra ricerca della vita si concentra sulle atmosfere planetarie. Specifiche molecole atmosferiche possono essere biomarcatori, ma per sapere quali potrebbero segnalare la presenza di vita semplice e primitiva, dobbiamo sapere in dettaglio come era l’atmosfera primordiale della Terra una volta che il pianeta ospitava la vita semplice.
'Decodificare le complesse relazioni tra la vita e gli ambienti in cui vive è fondamentale per ricostruire i fattori che determinano l'abitabilità planetaria su scale temporali geologiche,' gli autori scrivere all'inizio del loro articolo, e questo pone le basi per i risultati che presentano.
«La vita come la conosciamo è un'espressione delle condizioni del nostro pianeta tanto quanto della vita stessa. Abbiamo resuscitato antiche sequenze di DNA di una molecola e questo ci ha permesso di collegarci alla biologia e all'ambiente del passato,' disse lo studio ha condotto Kacar.
La ricerca del team è parallela ai test genealogici a nostra disposizione oggi. Possiamo inviare il nostro DNA e imparare molto sulle nostre origini. L'intenso lavoro del team è molto più profondo di così, ma il confronto è utile.
«È come prendere il DNA di tanti nipoti per riprodurre il DNA dei loro nonni. Solo che non si tratta dei nonni, ma di minuscoli esseri vissuti miliardi di anni fa, in tutto il mondo', Schwieterman disse .
I ricercatori hanno scoperto differenze tra le rodopsine antiche e moderne nella luce che assorbivano. Secondo le ricostruzioni genetiche, le antiche rodopsine assorbivano principalmente la luce blu e verde, mentre le moderne rodopsine assorbono la luce blu, verde, gialla e arancione. Questo è un indizio delle differenze ambientali tra la Terra antica e quella moderna.
Sappiamo che l'antica Terra non ne aveva ozono strato prima del GOE, avvenuto tra 2 e 2,4 miliardi di anni fa.
IL strato di ozono non può esistere senza ossigeno libero nell’atmosfera e, senza uno strato di ozono, la vita sulla Terra era soggetta a molte più radiazioni UV di quanto non lo sia adesso.
Attualmente, lo strato di ozono della Terra assorbe tra il 97 e il 99% dei raggi UV del sole.
I ricercatori ritengono che la capacità delle antiche rodopsine di assorbire la luce blu e verde e non la luce gialla e arancione significhi che la vita che faceva affidamento su di essa viveva a diversi metri di profondità nella colonna d'acqua. La colonna d'acqua sopra gli organismi li proteggeva dalle forti radiazioni UVB sulla superficie dell'acqua.
Dopo il GOE, lo strato di ozono ha fornito protezione dalle radiazioni UV del sole e la vita si è evoluta in rodopsine più moderne in grado di assorbire più luce. Quindi le moderne rodopsine possono assorbire la luce gialla e arancione insieme alla luce blu e verde.
Le moderne rodopsine possono assorbire la luce che i pigmenti fotosintetici della clorofilla non possono. Con una nota di eleganza evolutiva, le moderne rodopsine e la fotosintesi si completano a vicenda assorbendo luce diversa, sebbene siano meccanismi non correlati e indipendenti. Questa relazione complementare rappresenta un po’ un enigma nell’evoluzione.
'Ciò suggerisce una coevoluzione, nel senso che un gruppo di organismi sfrutta la luce non assorbita dall'altro,' Schwieterman disse . 'Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che le rodopsine si sono sviluppate per prime e hanno schermato la luce verde, quindi le clorofille in seguito si sono sviluppate per assorbire il resto. Oppure sarebbe potuto succedere il contrario.'
Molti degli indizi sulla natura dei primi anni di vita della Terra sono contenuti nella geologia. Gli scienziati studiano abitualmente le rocce antiche per capire come la vita primitiva è sopravvissuta e si è evoluta.
Studiano anche il comportamento del Sole e la quantità di energia che ha raggiunto la superficie del pianeta man mano che la Terra cambiava nel tempo. Ma ora hanno un altro strumento.
'Le informazioni codificate nella vita stessa possono fornire nuove intuizioni su come il nostro pianeta ha mantenuto l'abitabilità planetaria laddove le inferenze geologiche e stellari non sono all'altezza,' gli autori spiegare nel loro giornale.
Nella vita antica, le rodopsine agivano come un tipo di pompa protonica . Una pompa protonica crea un gradiente energetico in una forma di vita. Questo è separato dalla fotosintesi, che produce energia chimica affinché un organismo sopravviva. Una pompa protonica e il gradiente energetico creano una differenza di potenziale elettrochimico attraverso la membrana cellulare. È come una batteria perché il gradiente presenta energia per un uso successivo.
Ma essendo persone scientificamente curiose, non abbiamo bisogno di sapere esattamente come funzionano. Possiamo capire come possano aiutarci a identificare le atmosfere degli esopianeti simili a quella della Terra primitiva e la vita semplice che prosperava lì.
Il team afferma di poter utilizzare le informazioni codificate nelle biomolecole per comprendere le nicchie in cui sopravviveva la vita antica che non sono presenti da nessuna parte nella nostra documentazione paleontologica. Li chiamano paleosensori.
I ricercatori Dire che, poiché '... la diversificazione funzionale e la messa a punto spettrale di questa famiglia di proteine tassonomicamente diversificata...' sono accoppiate, le rodopsine sono un eccellente banco di prova di laboratorio per identificare biofirme rilevabili a distanza sugli esopianeti.
E non hanno ancora finito.
Intendono utilizzare tecniche di biologia sintetica per comprendere le antiche rodopsine, come hanno contribuito a modellare l’antica atmosfera della Terra e come potrebbero modellare le atmosfere degli esopianeti.
'Progettiamo il DNA antico all'interno dei genomi moderni e riprogrammiamo i batteri affinché si comportino come crediamo si comportassero milioni di anni fa.' La rodopsina è un ottimo candidato per gli studi di laboratorio sui viaggi nel tempo,' Kacar disse .
Alcune prove della vita primordiale e dell'atmosfera della Terra ci sono nascoste. Ma il metodo del team sta superando alcuni ostacoli nella nostra ricerca di tali prove. Chissà dove ci porterà.
'Il nostro studio dimostra per la prima volta che le storie comportamentali degli enzimi sono suscettibili di ricostruzione evolutiva in modi che le biofirme molecolari convenzionali non lo sono,' Kacar disse .
Più impariamo sulla Terra primordiale, più impariamo su altri mondi. Se più pianeti ospitano la vita, ognuno probabilmente ha preso un percorso diverso per ospitarla. Ma ci saranno paralleli nella chimica e nella fisica che stanno dietro. E proprio come qui sulla Terra, l’interazione tra la vita e l’ambiente deve modellare la storia di altri mondi.
'La coevoluzione dell'ambiente e della vita all'inizio della storia della Terra funge da modello per prevedere le biofirme universali e rilevabili che potrebbero essere generate su un pianeta dominato dai microbi oltre il nostro sistema solare,' gli autori scrivere nel loro giornale.
“La Terra primordiale è un ambiente alieno rispetto al nostro mondo odierno. Comprendere come gli organismi qui sono cambiati nel tempo e nei diversi ambienti ci insegnerà cose cruciali su come cercare e riconoscere la vita altrove,' Schwieterman disse .
Questo articolo è stato originariamente pubblicato da Universo oggi . Leggi il articolo originale .