Insostituibile acqua: a proposito dell’asteroide Bennu
Alle 16:52 (ora Italiana) dello scorso 24 settembre un frammento di asteroide è caduto sul deserto dello Utah [1], si tratta di appena 250 grammi provenienti dall’asteroide 101955-Bennu che pesa più di 77 milioni di tonnellate. Non è caduto sulla terra accidentalmente, ma è il compimento della missione NASA OSIRIS-REx. La sonda americana nel 2018 aveva iniziato il suo volo intorno all’asteroide e il 20 ottobre 2020 aveva effettuato il cosiddetto Touch-And-Go, ovvero una “Toccata e Fuga” raccogliendo un campione della superficie dell’asteroide, poi il prezioso carico era stato messo al sicuro in una capsula e spedito a gran velocità per un viaggio di due anni e mezzo con destinazione Pianeta Terra. [2]
Ma perché impiegare quasi 10 anni di lavoro e 1 miliardo di dollari [3] per raccogliere polvere da un corpo celeste come questo? Perché Bennu appartiene ad una famiglia di asteroidi ricchi di argilla e rocce di varia tipologia capaci di intrappolare molecole carboniose e soprattutto acqua [4], composto che abbiamo scelto come oggetto dell’Editoriale di questo mese. Quando Bennu si è originato i pianeti del sistema solare erano ancora in via di formazione, da allora vaga pressoché indisturbato nel vuoto interplanetario, trasportando con sé materiale carico di informazioni sulla storia della formazione del sistema solare, del nostro pianeta e quindi sulla nascita della vita.
Gli ultimi studi stanno dimostrando che la molecola d’acqua è presente sul pianeta Terra praticamente da sempre: il Sole si è formato 5 miliardi di anni fa; il nostro pianeta si è formato appena 500 milioni di anni dopo e probabilmente già conteneva abbondante acqua tale da poter formare oceani. Le prove di ciò si trovano in degli Zirconi raccolti in Australia [5], rocce antichissime datate 4.4 miliardi di anni, che possono essersi formate solamente in un ambiente che conteneva acqua liquida. Più tardi, circa 3.9 miliardi di anni fa, un’intensa pioggia di meteoriti deve aver colpito il pianeta e questo potrebbe aver addirittura provocato l’evaporazione degli oceani e la formazione di una densa nube di vapore in tutta l’atmosfera. A tale evento è stato dato il nome di Late Heavy Bombardment [6]. Questa pioggia di asteroidi (simili appunto a 101955-Bennu) e comete proveniente dal cielo ha portato con sé anche una grande quantità di ghiaccio, il quale è andato a completare la riserva di acqua presente ad oggi sul nostro pianeta. È incredibile pensare che una percentuale d’acqua che ogni giorno beviamo, o nella quale ci immergiamo facendo il bagno al mare, proviene direttamente dalla formazione del pianeta ed ha più di 4.4 miliardi di anni. Va comunque ricordato che non tutte le molecole d’acqua ad oggi presenti sul nostro pianeta provengono direttamente dall’aggregazione del disco protoplanetario o dal Late Heavy Bombardment. Una parte delle molecole ha attraversato il metabolismo animale e vegetale oltre a processi di trasformazione geologici in cui la molecola è stata dissociata e ricomposta.
Circa 4 miliardi e mezzo di anni fa, il volto del pianeta Terra doveva essere molto diverso dall’attuale, non c’erano ancora montagne e terraferma, la Terra era un water-world, un mondo interamente ricoperto di acqua, davvero un “pianeta azzurro”. In questo ambiente sono comparse anche le prime forme di vita, le prove più antiche sono rintracciabili almeno tre miliardi di anni fa. Agli occhi di un chimico si presenta un’evidente incompatibilità tra l’osservazione del fenomeno dell’emergenza della vita e le condizioni ambientali in cui ciò è avvenuto. Proverò a spiegare subito perché. I processi di polimerizzazione in biologia, come quello che porta all’aggregazione degli amminoacidi per formare proteine, producono contemporaneamente una nuova molecola d’acqua; tuttavia, una reazione chimica che produce acqua in un ambiente acquoso è sempre sfavorita perché la presenza di un eccesso di acqua favorirebbe la reazione opposta, ovvero la distruzione del polimero, sia esso una proteina, una molecola di DNA o RNA o uno zucchero. Quindi, niente aggregazione di biomolecole niente vita, tuttavia guardandoci intorno vediamo un mondo ricchissimo, in cui la maggior parte degli esseri viventi abitano stabilmente nell’acqua e dall’acqua hanno avuto origine. Le cellule e gli enzimi, che in esse operano, hanno risolto questo problema compartimentando lo spazio, ovvero suddividendo un interno da un esterno. Le reazioni metaboliche hanno luogo nel core dell’enzima e contengono il giusto numero di molecole d’acqua necessarie perché la reazione chimica proceda, non una dipiù non una di meno. [7]
L’acqua è un ottimo solvente per le sostanze definite “polari” e per quelle “ioniche”, ad esempio riesce a sciogliere molto bene un gran numero di sali, non è invece in grado di sciogliere sostanze “apolari” come la benzina e i solventi per vernici. Esistono poi molecole chiamate anfifiliche costituite da lunghe catene carboniose idrofobe attaccate ad una porzione idrofila, ne sono un esempio l’olio e il sapone. Queste proprietà uniche di affinità all’acqua fanno sì che possano formarsi e operare strutture molto complesse come le cellule. La membrana plasmatica è essenzialmente una sfera di molecole anfifiliche che si arrangiano in modo da avere la parte idrofila all’esterno a contatto con l’acqua e la parte idrofoba all’interno a contatto con altre molecole analoghe, tali strutture sono insolubili in acqua e quindi rimangono in sospensione nel liquido. Qui, ancora una volta, la compartimentazione ci viene in soccorso… a cavallo della membrana plasmatica tra l’interno e l’esterno della protocellula c’è una differenza di quantità di sali minerali e altre sostanze disciolte, l’esistenza di questo disequilibrio è il combustibile che la cellula usa per alimentare i meccanismi molecolari che permettono all’ organismo di agire. Sono esempi di questo comportamento la proteina ATP-sintasi che, posizionata nella membrana plasmatica, produce energia per tutta la cellula sfruttando la differenza in concentrazione tra interno ed esterno dello ione H+(solubile in acqua), oppure il funzionamento dei neuroni che usano la differenza di concentrazione tra ioni sodio e potassio tra l’interno e l’esterno della membrana per propagare il segnale elettrico attraverso il cervello.
Viene da chiedersi: sarebbe possibile sostituire l’acqua con un’altra molecola? Potrebbe esistere un composto alternativo capace di dar forma a fenomeni paralleli e analoghi? Probabilmente no. I congeneri dell’acqua (H2O) come, ad esempio, l’acido solfidrico (H2S) presente nell’atmosfera del pianeta Venere non hanno le proprietà corrette per presentarsi in forma liquida a temperature ragionevoli. Molecole idrocarburiche come quelle che compongono i laghi di Titano, il satellite maggiore di Saturno, non posseggono le corrette proprietà chimiche per consentire la formazione di membrane e di solubilizzare sali; quindi, sarebbe impossibile la compartimentazione e la formazione di cellule. La molecola d’acqua possiede una chimica unica che la rende essenziale per lo sviluppo della vita così come la riconosciamo, questo è vero fino al punto che la ricerca di esopianeti abitabili, ovvero pianeti che orbitano intorno ad altre stelle e che presentano condizioni favorevoli alla vita, si basa sull’osservazione di acqua liquida. La ricerca di esopianeti procede da diversi decenni ma, solo di recente, sta dando i suoi frutti e quasi giornalmente l’elenco totale deve essere aggiornato. Ad oggi sono stati scoperti più di 6000 esopianeti e gli astronomi hanno catalogato 63 di questi come Terre o Superterre [9-10], ovvero pianeti con una massa simile alla terra o poco superiore, con una composizione rocciosa (non gassosa come Giove o Saturno) e soprattutto che, intorno alla propria stella, hanno un’orbita che consente di mantenere l’acqua allo stato liquido. È necessario fare una precisazione: l’acqua liquida si potrebbe trovare non solo nei pianeti orbitanti nella cosiddetta “fascia riccioli d’oro” ma anche su satelliti oltre questa fascia di abitabilità; ne sono un esempio le lune di Giove e Saturno: Europa e Encelado, che potrebbero ospitare un intero oceano sotterraneo.
Dal quadro che abbiamo qui disegnato emerge ancora una volta quanto il luogo e i tempi in cui la vita ed in particolare la vita senziente si è sviluppata, non siano casuali, bensì sono le uniche condizioni nelle quali una vita come la conosciamo possa svilupparsi. L’acqua appare essere un elemento abbondante nell’universo, ma ciò che rende unico questo pallido puntino blu che è la nostra Terra (l’espressione è di Carl Sagan, “a pale blue dot”) è la storia di come questa molecola sia sopravvissuta nei milioni di anni finché non è comparso l’uomo a servirsene e goderne. Ad esempio, a quanto ne sappiamo la storia del nostro vicino Marte è ben diversa, il pianeta rosso un tempo ospitava acqua tale da poter dare forma a laghi e canali, ormai prosciugati dal vento solare. È probabile che anche Venere possedesse acqua ma, a causa di un estremo riscaldamento dovuto ad un effetto serra fuori controllo, questa sia poi scomparsa.
La geologia del pianeta Terra ha riservato questa preziosa risorsa per molte ere e continua a farlo poiché il sistema Terra tende ad autoregolarsi entro certi limiti, parte attiva di questa omeostasi sono gli esseri viventi stessi: piante, alghe ed altri microorganismi. Recentemente si è aggiunta una nuova variabile, una forza mai vista prima d’ora sul pianeta: si tratta dell’Uomo che, con una potenza e una rapidità prorompente, è capace di modificarne gli equilibri in modi terribili e meravigliosi: costruire città, abbattere foreste, modificare l’albedo terrestre, modificare la composizione dell’atmosfera e di conseguenza la sua fotochimica, far piovere artificialmente, sgretolare montagne, accelerare la crescita algale negli oceani ed altro ancora. La potenza che l’essere umano ha nelle sue mani grazie al progresso della scienza e della tecnica è innegabile. La storia del XX secolo ci insegna che possiamo modificare radicalmente il volto del pianeta: la decisione di cosa fare di questa potenza è rimessa al libero arbitrio dei singoli e all’accordo tra gli uomini. È nostra responsabilità preservare la casa comune che ci è stata consegnata dal Creatore in quella che viene ormai definita l’era geologica dell’Antropocene [11].
L’acqua è un elemento essenziale praticamente di tutte le narrazioni sulle origini del mondo. I popoli e le culture di tutti i tempi avevano già intuito il ruolo centrale dell’acqua per la vita, come poi dimostrato scientificamente. Nella tradizione cristiana, l’acqua è spesso associata alla purezza, alla rinascita e alla guarigione, sia nel Nuovo che nell’Antico testamento. Si pensi ad esempio al diluvio universale [12]: “Il Signore vide che la malvagità degli uomini era grande sulla terra e che ogni intimo intento del loro cuore non era altro che male, sempre” quindi decise di operare una purificazione del mondo salvando quanto di buono era stato creato, per mezzo dell’acqua. Questo evento rimanda direttamente al significato del battesimo (baptizein in greco che significa “tuffare”, “immergere”) nel quale, per mezzo dell’acqua, viene segnata la fine del peccato e l'inizio della vita nuova [13-14]. Inoltre, sono moltissimi i miracoli, compiuti da Gesù di Nazaret, legati all’acqua: le nozze di Cana, la guarigione del paralitico alla piscina di Betesda, la guarigione del cieco nelle piscina di Sìloe etc.
Può essere interessante notare che oggigiorno, in contesto tecnico-scientifico, moltissimi studi stanno mettendo in dubbio l’attributo di “purezza” alle acque che ci circondano, siano esse acque salate, dolci o potabili. Come conseguenza delle attività industriali e dell’urbanizzazione nei mari e negli oceani galleggiano tonnellate di plastiche visibili e invisibili (microplastiche). Ultimamente, si parla di inquinanti emergenti e persistenti, ovvero piccole molecole organiche, come farmaci e additivi per le plastiche, i quali vengono sversati per incuria nell’ambiente e, nonostante siano in piccolissime concentrazioni, sono rintracciabili praticamente in tutte le fonti di acqua, compresa quella potabile, sostanze che i processi naturali faticano ad eliminare. [15]
Le scoperte scientifiche in ambito bio-geologico riguardo la storia del pianeta Terra ci dimostrano come l’acqua “utile et humile et pretiosa et casta” secondo il Cantico delle Creature di Francesco d’Assisi [16] sia fonte ed elemento essenziale per la vita. L’attenzione dei chimici riguardo l’inquinamento ci mette in allerta sul rischio di corrompere in maniera irreversibile una risorsa essenziale e insostituibile. In seno alla scienza stessa emerge una presa di coscienza riguardo la rottura dell’armonia fra essere umano e natura e sorge la necessità di guarire questa frattura con uno sforzo congiunto tra scienza, tecnica, cultura ed educazione.
Papa Francesco nell’ enciclica Laudato Si’ riassume così la questione: «L’armonia tra il Creatore, l’umanità e tutto il creato è stata distrutta per avere noi preteso di prendere il posto di Dio, rifiutando di riconoscerci come creature limitate. Questo fatto ha distorto anche la natura del mandato di soggiogare la terra (cfr Gen 1,28) e di coltivarla e custodirla (cfr Gen 2,15). Come risultato, la relazione originariamente armonica tra essere umano e natura si è trasformato in un conflitto (cfr Gen 3,17-19). Per questo è significativo che l’armonia che san Francesco d’Assisi viveva con tutte le creature sia stata interpretata come una guarigione di tale rottura». [17]
Bibliografia e sitografia:
[2] https://solarsystem.nasa.gov/missions/osiris-rex/in-depth/
[4] Hamilton VE, et al.; OSIRIS-REx Team. Evidence for widespread hydrated minerals on asteroid (101955) Bennu. Nat Astron. 2019;3(4):332-340. doi: 10.1038/s41550-019-0722-2.
[5] Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (2001). Nature, 409(6817), 175–178. doi:10.1038/35051550
[6] Bottke, William F.; Norman, Marc D. (2017). The Late Heavy Bombardment. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 45(1), annurev-earth-063016-020131–. doi:10.1146/annurev-earth-063016-020131
[7] David L Nelson Michael M Cox. I principi di biochimica di Lehninger. Ed. Zanichelli. ISBN 9788808920690
[8] Schopf, J.W. (2006). The First Billion Years: When Did Life Emerge? Elements, 2, 229-233.
[9] https://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog
[10] https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/
[11] https://disf.org/editoriali/2021-06
[13] Catechismo della chiesa Cattolica n.1214
[14] Catechismo della chiesa Cattolica n.1219
[15] Colin Baird, Michael Cann, Chimica ambientale, ed. Zanichelli. ISBN 9788808173782
[16] Cantico delle creature: FF 263.
[17] Papa Francesco. (2015). Laudato si': Sulla cura della casa comune. n.66 http://www.vatican.va/content/francesco/en/encyclicals/documents/papa-francesco_20150524_enciclica-laudato-si.html
Fotografie:
1) Capsula riportata sulla terra dalla missione OSIRIS-Rex https://www.flickr.com/photos/gsfc/53209962842/in/album-72177720310727975/
2) Fotografia del pianeta Terra completamente illuminato scattato dalla missione Apollo 17 nel 1972, passata alla storia come “Blue Marble” https://www.nasa.gov/image-article/blue-marble-image-of-earth-from-apollo-17/
3) Fotografia del terreno marziano scattata dal rover Perseverance nel 2023, dalla morfologia si deduce che la zona un tempo era attraversata da un fiume https://mars.nasa.gov/resources/27457/curved-bands-of-rocks-at-skrinkle-haven/
4) Formazione di isole si rifiuti plastici negli oceani https://marinedebris.noaa.gov/info/patch.html
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