Uno studio pubblicato su Nature Communications identifica nelle rocce vulcaniche della Terra primordiale una sorgente naturale di fosforo altamente reattivo, offrendo una nuova spiegazione per uno dei più antichi enigmi dell'origine della vita
Per oltre settant’anni il fosforo è stato considerato uno dei grandi paradossi dell’origine della vita. È un elemento indispensabile, costituisce l’ossatura del Dna e del Rna, permette alle cellule di immagazzinare e trasferire energia attraverso la molecola ATP (adenosina trifosfato) e partecipa alla formazione delle membrane cellulari. Senza fosforo, semplicemente, la biologia come la conosciamo non esisterebbe.
Eppure proprio il fosforo sembrava rappresentare uno degli ostacoli maggiori alla nascita della vita. La forma più comune presente sulla superficie terrestre, il fosfato, è infatti estremamente stabile, poco solubile e chimicamente poco reattiva: caratteristiche ideali per mantenere in funzione gli organismi viventi, ma decisamente sfavorevoli per avviare la chimica prebiotica che avrebbe preceduto la comparsa delle prime cellule.
Da decenni i ricercatori cercano quindi una risposta a una domanda fondamentale: da dove proveniva il fosforo sufficientemente reattivo da consentire le prime reazioni biochimiche? Uno studio dal titolo Mafic-ultramafic igneous rocks as a source of reactive phosphorus for the origin of life pubblicato su Nature Communications da un gruppo internazionale di scienziati al quale partecipa il prof. Marco Viccaro – ordinario di Geochimica e Vulcanologia al Dipartimento di Scienze Biologiche Geologiche e Ambientali dell’Università di Catania – propone ora una soluzione che potrebbe modificare profondamente questo scenario. Secondo gli autori, la sorgente non sarebbe stata episodica né eccezionale. Sarebbe stata sotto i piedi della giovane Terra fin dall’inizio, ovvero nelle rocce vulcaniche che costituivano gran parte della crosta terrestre primordiale.
Quattro miliardi di anni fa il nostro pianeta appariva molto diverso da quello odierno. I continenti erano ancora limitati, mentre enormi estensioni di basalti, komatiiti e altre rocce mafiche e ultramafiche ricoprivano gran parte della superficie e dei fondali oceanici. Queste rocce, formatesi da magmi ad altissima temperatura, rappresentavano l’interfaccia principale tra l’interno della Terra e gli oceani primordiali. Il gruppo di ricerca ha analizzato campioni provenienti da quindici località distribuite in diversi continenti, comprendendo basalti, komatiiti, peridotiti e cristalli di olivina.
Attraverso sofisticate analisi geochimiche è stato possibile distinguere le diverse specie chimiche del fosforo presenti all'interno delle rocce. Oltre al comune fosfato, i ricercatori hanno identificato quantità misurabili di fosfito e pirofosfato, due forme del fosforo molto più reattive e potenzialmente molto più importanti per la chimica prebiotica. In alcuni campioni il fosfito raggiunge percentuali sorprendentemente elevate rispetto al fosforo totale, mentre il pirofosfato compare in concentrazioni compatibili con una formazione diretta durante i processi magmatici. Questa osservazione suggerisce che le rocce della Terra primordiale possedessero già, al momento della loro formazione, un patrimonio chimico molto più complesso di quanto ipotizzato finora.
La scoperta assume particolare rilevanza perché il fosfito presenta proprietà chimiche profondamente diverse da quelle del fosfato. È circa mille volte più solubile nelle acque naturali e reagisce con maggiore facilità con le molecole organiche. Molti esperimenti di chimica prebiotica hanno mostrato come specie ridotte del fosforo possano facilitare le reazioni di fosforilazione, considerate uno dei passaggi essenziali verso la formazione delle prime biomolecole.
Anche il pirofosfato riveste un ruolo di grande interesse. Questa molecola contiene infatti un legame ad alto contenuto energetico che ricorda, almeno dal punto di vista funzionale, quello sfruttato oggi dall’ATP nelle cellule viventi. Pur senza suggerire un rapporto diretto con i moderni sistemi biologici, la presenza naturale di pirofosfato nelle rocce magmatiche apre nuovi scenari sulla disponibilità di molecole energeticamente attive già nelle prime fasi della storia terrestre.
Uno degli aspetti più innovativi dello studio riguarda il meccanismo di produzione del fosforo reattivo. Le ipotesi formulate negli ultimi decenni chiamavano in causa processi relativamente rari: impatti di meteoriti contenenti fosfuri metallici, fulmini capaci di ridurre il fosforo oppure particolari eventi metamorfici ad alta temperatura. Tutti meccanismi plausibili, ma inevitabilmente localizzati nello spazio e nel tempo. Il nuovo lavoro propone invece un modello radicalmente diverso.
Quando l’acqua marina alterava lentamente le rocce vulcaniche del fondale oceanico, il fosfito e il pirofosfato presenti nei minerali venivano progressivamente rilasciati nell’ambiente. In altre parole, il semplice processo di alterazione chimica della crosta oceanica avrebbe potuto alimentare per milioni di anni un flusso continuo di fosforo reattivo verso oceani, sistemi idrotermali e laghi vulcanici.
Per verificare se questo meccanismo potesse avere un reale significato geochimico, gli autori hanno costruito modelli quantitativi del ciclo del fosforo nella Terra primordiale. I modelli considerano sia la produzione di fosfito attraverso l’alterazione delle rocce sia i processi che ne determinano la scomparsa, come l’ossidazione fotochimica indotta dalla radiazione ultravioletta.
Le simulazioni indicano che negli oceani profondi il fosfito avrebbe potuto raggiungere concentrazioni dell’ordine del micromolare nelle condizioni più favorevoli. In laghi vulcanici caratterizzati da limitata esposizione ai raggi ultravioletti - ad esempio per la presenza di acque stratificate o di sottili pellicole superficiali ricche di materiale organico - le concentrazioni potrebbero aver raggiunto decine di micromoli. Si tratta di valori che, secondo gli autori, meritano di essere considerati seriamente nei futuri esperimenti di chimica prebiotica.
Nel loro insieme, questi risultati delineano un’immagine della Terra primordiale diversa da quella tradizionale.
La crosta terrestre non appare più come un semplice supporto geologico sul quale si sono svolti gli eventi che portarono alla nascita della vita. Diventa invece una protagonista attiva della chimica prebiotica. Le rocce vulcaniche avrebbero immagazzinato, preservato e progressivamente rilasciato forme di fosforo molto più reattive del semplice fosfato, contribuendo a costruire un ambiente chimico favorevole allo sviluppo delle prime reti metaboliche.
Molte domande restano comunque ancora aperte a valle di questo studio, ovvero quali reazioni coinvolgessero effettivamente queste specie del fosforo, quali concentrazioni fossero realmente necessarie, quanto fossero diffusi gli ambienti favorevoli e come interagissero con gli altri ingredienti della chimica prebiotica. Ma il lavoro introduce un elemento nuovo e potenzialmente decisivo. Dimostra che una parte del fosforo reattivo potrebbe essere stata prodotta direttamente dai normali processi magmatici del pianeta e successivamente distribuita attraverso l’alterazione delle rocce.
In altre parole, la Terra primordiale potrebbe aver posseduto fin dall’inizio una “fabbrica geologica” di molecole reattive, capace di alimentare per milioni di anni la chimica che, molto tempo dopo, avrebbe portato alla comparsa della vita. Si tratta dunque di un cambiamento di prospettiva: la nascita della vita non sarebbe stata favorita soltanto da circostanze fortunate, ma anche dalle proprietà intrinseche delle rocce che costituivano il nostro pianeta.