Planetologia  Extrasolare
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Planetologia Extrasolare Quale vita?. R.U. Claudi. Incursione nella biologia. Abitabilità intorno al Sole ed altre stelle. Ricerca della vita. Definizione “Operativa” di Vita. Un sistema è vivo se: contiene informazioni scambia energia con l’ambiente è capace di autoreplicarsi

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Planetologia Extrasolare Quale vita?

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Presentation Transcript


Planetologia extrasolare quale vita

Planetologia Extrasolare

Quale vita?

R.U. Claudi


Planetologia extrasolare quale vita

Incursione nella biologia

Abitabilità intorno al Sole ed altre stelle

Ricerca della vita


Planetologia extrasolare quale vita

Definizione “Operativa” di Vita

  • Un sistema è vivo se:

  • contiene informazioni

  • scambia energia con l’ambiente

  • è capace di autoreplicarsi

  • È soggetto a variazioni casuali del suo bagaglio di informazioni


Planetologia extrasolare quale vita

Per continuare lo sforzo di generalizzazione…

Strutture fisiche basate sulla fisica dei solidi e l’elettronica dei cristalli liquidi…

…i cui Habitat potrebbero essere pianeti rocciosi con Tsup 200 250 K, o asteroidi…

…ma è difficile immaginare un processo naturale che possa generarle


Planetologia extrasolare quale vita

…Oppure sistemi basati sul plasma elettromagnetico…

http://www.cv.nrao.edu/~awootten/allmols.html

…per i quali l’abitabilità è data dalle condizioni del mezzo interstellare


Planetologia extrasolare quale vita

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

94%

89%

29%

81%

La chimica basata sul Carbonio…

Si ossida facilmente: CO2

Si riduce facilmente: CH4

Ma soprattutto ha la capacità di combinarsi facilmente per formare molecole complesse

http://www.cv.nrao.edu/~awootten/allmols.html


Planetologia extrasolare quale vita

… in soluzione acquosa

Evoluzione

Reazioni Chimiche

Soluzione

Solido

Liquido

Troppo lente

Alcoli

Idrocarburi

CH4

Acqua

NH3


Planetologia extrasolare quale vita

Perché l’acqua: caratteristiche

Permette dissociazione dei sali

ε=80

Capacità di costruire legami H con le molecole dissolte

Ottimo mediatore termico

Ampio intervallo di temperatura entro cui si mantiene liquida

Allo stato di ghiaccio ha densità minore dello stato liquido


Planetologia extrasolare quale vita

Solventi liquidi alternativi

T fusione

T ebollizione

Idrocarburi

C

C

CH4

Metano

-182.0

-164.0

C2H6

Etano

-183.0

-88.6

Alcoli

Metanolo

CH3OH

-97.0

64.7

Etilico

CH3CH2OH

-114.0

78.3

Ammoniaca

NH3

-77.7

-33.3

Sono caratterizzati da un basso valore della costante dielettrica, in alcuni casi non costruiscono legami H con i soluti, in alcuni casi aggrediscono il materiale organico (ammoniaca)


Planetologia extrasolare quale vita

…insomma:

Sistema vivente, basato sulla chimica del carbonio e che utilizza l’acqua come solvente per le reazioni chimiche…

RICORDA QUALCOSA?


Planetologia extrasolare quale vita

Strutture fisiche basate sulla chimica organizzate in macromolecole lineari

Acido Peptico Nucleico (PNA)

p-RNA

Palad

PaladThy

Bibl.:Maurel M.C., 1999


Planetologia extrasolare quale vita

Composti Organici degli esseri viventi

Elementi strutturali

Enzimi

Proteine

Trasmissione di segnali all’interno della cellula

Carboidrati

Scorte di energia

Lipidi

Immagazzinamento e trasferimento di informazioni

Acidi Nucleici


Planetologia extrasolare quale vita

Proteine e Amminoacidi

  • Le proteine sono formate da catene di molecole dette amminoacidi

  • Le proteine sono formate da catene costituite da 14 – 500 amminoacidi, ma possono arrivare fino a 30000.

  • Solo 20 Amminoacidi (in natura sono molti di più).

  • Praticamente tutti hanno chilarità L, solo uno ha chilarità D (Glicina)

Glicina

Alanina


Planetologia extrasolare quale vita

I 20 amminoacidi


Planetologia extrasolare quale vita

L’acido desossiribonucleico (DNA)

1 zucchero (desossiribosio)

1 gruppo fosfato

1 base azotata

nucleotide

Pirimidine

Purine


Planetologia extrasolare quale vita

Dimensioni fisiche della superelica del DNA


Planetologia extrasolare quale vita

…e la Sintesi Proteica

Nessuna informazione

formazione

Trascrizione

Decodifica


Planetologia extrasolare quale vita

Corrispondenza tra amminoacidi etriplette

Start: AUG (in m-RNA)

Stop: UAA; UAG,UGA (in m-RNA)


Planetologia extrasolare quale vita

N H2

N

N

N

N

O

O

O

O

~

O

P

O

P

O

P

O

CH2

~

O

O

O

OH

OH

Reperimento dell’energia

Energia chimica a disposizione della cellula previo la rottura dei legami fosforici per idrolisi enzimatica

ATP: Adenosintrifosfato

Legami ad alto contenuto di Energia:

30 kJ/mol

Adenosina

+

Ribosio


Planetologia extrasolare quale vita

Processi energetici

Tre processi fondamentali:

processo energetico che immagazzina energia

Fotosintesi:

Glucosio

Ossidazione:

Processi biochimici esoenergetici

Fermentazione:

Etanolo


Planetologia extrasolare quale vita

A volte la vita è proprio dura!

Battero Aerobico che ottiene l’energia necessaria dalla ossidazione del ferro e dello zolfo

1.3-4.5

Ph

T

30-35 C

1.0 m

Dimensioni

Thiobacillus Ferrooxidans


Planetologia extrasolare quale vita

Evidenze per un comune discendente

  • Tutti gli esseri viventi conosciuti usano il DNA, RNA, le proteine, gli zuccheri ed i grassi

  • Può essere creata una sola gerarchia di specie sempre più complesse

  • Organismi simili biologicamente condividono la maggior parte del DNA

  • Discendente comune implica fossili di transizione

  • Arti e organi primordiali, come per esempio le ali dei pinguini


Planetologia extrasolare quale vita

Albero Filogenetico e progenitore comune

procariota

Eukariota


Planetologia extrasolare quale vita

Metanococcus

CO2, H2, T 50°-86°

Alobacterium

5M/Litro di NaCl

  • ESTREMOFILI

  • Archebatteri

Sulfolobus

Ph 1-5, T 65°-90°

Strain-121

T 121° (14/8/2003)


Planetologia extrasolare quale vita

Vita nel Pre-Cambriano

Procarioti

Formazioni ferrose

Accumulo di Ossigeno libero

Eucarioti

Vita multicelluare

CO2 O2 

CO2O2 

Animali molluschi

Umani

Formazione Crosta

Piante e fiori

4

Gya

3

Gya

2

Gya

1

Gya

Dinosauri e Uccelli

Trilobiti

Esplosione Cambriana


Planetologia extrasolare quale vita

Tre linee di evidenza…

…che la vita si sia esistita 3.85 Gya e che era sottoforma di esseri unicellulari

1. Ritrovamento di Stromatoliti

2. Ritrovamento di microfossili

3. Arricchimento di 12C negli organismi fossili


Planetologia extrasolare quale vita

Origine della vita: i fossili più antichi

  • I fossili più antichi risalgono a 3.5 Gy e sono stati trovati ad Apex Chert in Australia dell’ovest e nell’africa del Sud

  • Evidenza di formazioni di materiale organico risalenti a 3.5 Gy nelle formazioni ISUA in Groelandia

  • Stromatoliti risalenti a 3.5 Gy in Australia


Planetologia extrasolare quale vita

Esplosione Cambriana

  • Piccole conchiglie fossili (1-5 mm)

  • Conchiglie, scheletri e denti portano ad una esplosione evolutiva di specie

  • In 35 milioni di anni appaiono tutte le specie moderne

  • Le parti ossee e dure dei corpi incentivano di molto il numero di fossili (Esplosione Cambriana)


Planetologia extrasolare quale vita

Orgine della vita: l’esperimento di Urey-Miller

  • Dopo una settimana il 15% del carbonio si è trasformato in composti organici. 2% in amminoacidi (Glicina, α-alanina and β-alanina)

  • Critiche:

    • L’atmosfera primitiva non era fortemente riducente, non così tanto!

    • Ruolo della radiazione UV?

    • Entrambe le chilarità sono presenti con la stessa abbondanza


Planetologia extrasolare quale vita

Orgine della vita: sorgenti idrotermali

L’energia necessaria alla chimica della vita può essere attinta al calore geotermico.

Protezione dall’UV dovuta all’acqua

Acqua emessa a 450 C

Estremofili, per es.: Strain 121

Acqua riscaldata a 1000C


Planetologia extrasolare quale vita

Orgine della vita: panspermia

  • Gli amminoacidi sono stati trovati nello spazio (precursori di ammino acidi nelle nubi molecolari, glicina in Sagitarius B2).

  • Eccesso di varietà di amminoacidi di Chiralità L trovati nella meteorite di Murchison (Boatta, 2002)

  • Produzione in laboratorio di amminoacidi da ghiaccio spaziale irradiato da UV (“Nature 416”, 28 Mar 2002).

Meteorite di Murchison


Planetologia extrasolare quale vita

Alcuni esperimenti Esobiologici

Studio della chimica del S.S. con relazione all’origine della vita resitenza precursori biorganici alle condizioni dello spazio

AMINO

ISS EXPOSE

ISS EXPOSE

Comportamento di spore, batteri e funghi mischiati con polvere meteoritica

SPORES

Comportamento di amminoacidi, basi azotate e acidi nucleici esposte a variazioni di T e radiazione Ionizzante (UV e gamma)

ROSE/PUR

ISS EXPOSE

Esposizione di batteri a condizioni estreme nello spazio

BIOPAN

BIOPAN

Esposizione di amminoacidi alle condizioni dello spazio

PERSEUS

MIR


Planetologia extrasolare quale vita

Conclusioni

  • Un sistema vivente è il risultato di un lento processo di evoluzione dato dalla somma di eventi con probabilità plausibile

  • Appena l’ambiente diventa “abitabile” la vita si afferma

  • Il sistema di vita basato sulla chimica del carbonio e sull’uso dell’acqua è il più probabile

  • Sulla terra il sistema di codifica e decodifica delle informazioni è basato sul DNA e sull’RNA, ma abbiamo visto che possono esistere altri sistemi per l’imagazzinamento delle informazioni


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