Un pianeta che è candidato per essere abitato vivrà senza dubbio catastrofi, collisioni ed eventi a livello di estinzione. Se la vita deve sopravvivere e prosperare in un mondo, deve possedere le giuste condizioni intrinseche e ambientali per permettergli di persistere. Qui, un'illustrazione dell'ambiente della prima Terra può sembrare spaventosa, ma la vita in qualche modo ha ancora trovato un modo. (NASA GODDARD SPACE CENTER VOLO)

Com'era la vita sulla Terra?

Il pianeta ha avuto la vita su di esso, in una forma o nell'altra, per quasi finché esiste la Terra.

Se venissi nel nostro Sistema Solare subito dopo la sua formazione, avresti visto uno spettacolo completamente estero. Il nostro Sole sarebbe stato più o meno la stessa massa che è oggi, ma solo circa l'80% è più luminoso, mentre le stelle si riscaldano mentre invecchiano. I quattro mondi interni e rocciosi sarebbero ancora lì, ma tre di loro sarebbero estremamente simili. Venere, Terra e Marte avevano tutte atmosfere sottili, acqua liquida sulla loro superficie e gli ingredienti organici che potevano dare vita.

Mentre non sappiamo ancora se la vita abbia mai preso piede su Venere o Marte, sappiamo che quando la Terra aveva solo 100 milioni di anni, c'erano degli organismi che vivevano sulla sua superficie. Dopo miliardi di anni di evoluzione cosmica hanno dato origine a elementi, molecole e condizioni da cui potrebbe esistere la vita, il nostro pianeta è diventato quello in cui non solo ha fatto, ma dove ha prosperato. In base alle nostre conoscenze scientifiche, ecco come sono stati quei primi passi.

Una vista in scala micron di organismi molto primitivi. Se i primi organismi formati sulla Terra o precedano la formazione del nostro pianeta è ancora una domanda aperta, ma l'evidenza favorisce gli scenari in cui sorge la vita sul nostro mondo. (ERIC ERBE, COLORIZZAZIONE DIGITALE DI CHRISTOPHER POOLEY, ENTRAMBE DI USDA, ARS, EMU)

La vita come la conosciamo ha alcune proprietà su cui tutti sono d'accordo. Mentre la vita sulla Terra implica una chimica basata sul carbonio (che richiede carbonio, ossigeno, azoto, idrogeno e molti altri elementi come fosforo, rame, ferro, zolfo e così via) e si basa su acqua liquida, altre combinazioni di elementi e molecole possono essere possibile. Le quattro proprietà generali che condividono tutte le forme di vita, tuttavia, sono le seguenti:

  1. La vita ha un metabolismo, dove raccoglie energia / risorse da una fonte esterna per il proprio uso.
  2. La vita risponde agli stimoli esterni del suo ambiente e ne modifica il comportamento di conseguenza.
  3. La vita può crescere, adattarsi al suo ambiente o può altrimenti evolversi dalla sua forma attuale in un'altra.
  4. E la vita può riprodursi, creando discendenti vitali che derivano dai suoi processi interni.
La formazione e la crescita di un fiocco di neve, una particolare configurazione di cristalli di ghiaccio. Sebbene i cristalli abbiano una configurazione molecolare che consente loro di riprodursi e copiarsi, non utilizzano energia né codificano le informazioni genetiche. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

Tutti e quattro questi devono essere in atto, contemporaneamente, affinché una popolazione di organismi sia considerata viva. Fiocchi di neve e cristalli possono essere in grado di crescere e riprodursi, ma la loro mancanza di metabolismo impedisce loro di essere classificati come vivi. Le proteine ​​possono avere un metabolismo ed essere in grado di riprodursi, ma non rispondono a stimoli esterni o alterano il comportamento in base a ciò che incontrano. Persino i virus, che sono l'organismo più discutibile sulla linea tra vita e non vita, possono riprodursi solo infettando altre cellule viventi con successo, mettendo in dubbio se siano classificate come vive o non viventi.

Molti materiali organici - composti chimici come zuccheri, aminoacidi, formiato di etile e persino complessi come gli idrocarburi policiclici aromatici - si trovano nello spazio interstellare, negli asteroidi e erano abbondanti sulla Terra. Ma non abbiamo prove che la vita sia iniziata prima della formazione della Terra.

Il primo sistema solare era pieno di comete, asteroidi e piccoli gruppi di materia che colpivano praticamente ogni mondo intorno. Questo periodo è storicamente noto come il pesante bombardamento tardivo, e si pensa che abbia portato molti degli ingredienti per la vita, ma non gli organismi viventi stessi, sulla Terra. (NASA)

Invece, il pensiero principale è che la Terra si è formata con questi ingredienti grezzi su di essa, e forse molti altri. Forse i nucleotidi erano comuni; forse proteine ​​e frammenti di proteine ​​sono stati pre-assemblati; forse strati lipidici e doppi strati potrebbero sorgere spontaneamente in un ambiente acquoso. Per passare dai precursori alla vita alla vita reale, tuttavia, si ritiene che abbiamo bisogno dell'ambiente giusto.

Questi tre pianeti favorevoli - Venere, Terra e Marte - probabilmente avevano tutti un ragionevole livello di gravità superficiale, atmosfere sottili, acqua liquida sulle loro superfici e queste molecole precursori biochimiche. L'unica cosa che la Terra aveva che gli altri due pianeti probabilmente non erano, tuttavia, era una Luna. Mentre probabilmente tutti e tre i mondi hanno avuto la possibilità di formare la vita per la prima volta, la nostra Luna ci ha aiutato a darci possibilità che gli altri mondi non avrebbero potuto avere.

La Terra e il Sole, non così diversi da come sarebbero potuti apparire 4 miliardi di anni fa. Nelle prime fasi del Sistema Solare, Venere e Marte potrebbero essere sembrati abbastanza simili. (NASA / TERRY VIRTS)

La quantità di acqua presente su questi primi pianeti era molto probabilmente sufficiente per creare oceani, mari, laghi e fiumi, ma non abbastanza per coprirli completamente in acqua liquida. Ciò significa che tutti avevano continenti e oceani e all'interfaccia dei due c'erano marea: regioni in cui l'acqua può stabilmente esistere sulla terra ferma ed essere soggetta a tutti i tipi di gradienti energetici.

Luce solare, ombra e notte, cicli di evaporazione e concentrazione, flusso di fluidi porosi in presenza di minerali e gradienti di attività acquatica potrebbero offrire alle molecole l'opportunità di legarsi insieme in modi nuovi e interessanti. Gli effetti delle maree possono essere potenziati dalla Luna, ma tutti questi mondi possiedono maree dovute al Sole. Tuttavia, esiste una fonte di energia aggiuntiva che la Terra possiede che probabilmente ha contribuito all'origine della vita, che potrebbe non essere stata così spettacolare su Venere o Marte.

Le pozze di marea, come quelle mostrate qui dal Wisconsin, si verificano all'interfaccia della terra e con grandi specchi d'acqua, come laghi, mari o oceani. Un pool con le giuste condizioni e molecole precursori è un candidato per cui la vita potrebbe essere sorta sulla Terra. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

Quest'ultimo fattore è l'attività termica dall'interno del pianeta. Nella parte inferiore degli oceani, le prese d'aria idrotermali sono punti caldi geologici che sono eccellenti luoghi candidati per la vita. Ancora oggi, ospitano organismi noti come estremofili: batteri e altre forme di vita che possono resistere alle temperature che tipicamente rompono i legami molecolari associati ai processi vitali.

Queste prese d'aria contengono enormi gradienti energetici e gradienti chimici, in cui l'acqua di sfiato estremamente alcalina si mescola con l'acqua oceanica acida e ricca di acido carbonico. Infine, queste prese d'aria contengono sia ioni sodio e potassio, sia strutture di carbonato di calcio che potrebbero servire da modello per le prime cellule. Il fatto che la vita esista in ambienti come questo indica oggi mondi come Europa o Encelado come potenziali case per la vita altrove nel Sistema Solare.

Nel profondo del mare, attorno alle prese d'aria idrotermali, dove non arriva la luce del sole, la vita prospera ancora sulla Terra. Come creare la vita dalla non-vita è una delle grandi domande aperte nella scienza di oggi. Se la vita può esistere quaggiù, in fondo agli oceani della Terra, forse c'è una possibilità per la vita anche negli oceani sotterranei profondi di Europa o Encelado. (PROGRAMMA NOAA / PMEL VENTS)

Ma forse il luogo più probabile per iniziare la vita sulla Terra è il migliore di tutti i mondi: i campi idrotermali. L'attività vulcanica non si verifica solo sotto gli oceani, ma anche sulla terra. Al di sotto delle aree di acqua dolce, queste aree vulcanicamente attive forniscono un'ulteriore fonte di calore ed energia che può stabilizzare le temperature e fornire un gradiente di energia. Nel frattempo, queste posizioni consentono comunque cicli di evaporazione / concentrazione, forniscono un ambiente confinato che consente l'accumulo degli ingredienti giusti e consente un ciclo di esposizione alla luce solare / notturna.

Sulla Terra, possiamo essere fiduciosi che i tidepools, le aperture idrotermali e i campi idrotermali erano tutti comuni. Mentre le molecole precursori hanno certamente avuto origine oltre la Terra, era probabilmente qui sul nostro pianeta che la trasformazione della non vita in vita avveniva spontaneamente.

Questa veduta aerea della Grand Prismatic Spring nel Parco Nazionale di Yellowstone è una delle caratteristiche idrotermali più iconiche sulla terra del mondo. I colori sono dovuti ai vari organismi che vivono in queste condizioni estreme e dipendono dalla quantità di luce solare che raggiunge le varie parti delle sorgenti. Campi idrotermali come questo sono alcuni dei migliori luoghi candidati per la vita sulla Terra. (JIM PEACO, SERVIZIO PARCHI NAZIONALI)

Nel tempo, la Terra è cambiata enormemente, così come gli organismi viventi sul nostro pianeta. Non sappiamo se la vita sia nata una volta, più di una volta o in luoghi diversi. Quello che sappiamo, tuttavia, è che se ricostruiamo l'albero evolutivo di ogni organismo esistente trovato sulla Terra oggi, condividono tutti lo stesso antenato.

Studiando i genomi degli organismi esistenti trovati sul nostro mondo oggi, i biologi possono ricostruire la scala temporale di ciò che è noto come LUCA: l'ultimo antenato comune universale della vita sulla Terra. Quando la Terra aveva meno di 1 miliardo di anni, la vita aveva già la capacità di trascrivere e tradurre informazioni tra DNA, RNA e proteine, e questi meccanismi esistono oggi in tutti gli organismi. Non è noto se la vita sia nata più volte, ma è generalmente accettato che la vita come la conosciamo oggi discenda da una singola popolazione.

Immagine al microscopio elettronico a scansione a livello sub-cellulare. Mentre il DNA è una molecola incredibilmente complessa e lunga, è composto dagli stessi elementi costitutivi (atomi) di tutto il resto. In base ai dati in nostro possesso, la struttura del DNA su cui si basa la vita potrebbe addirittura risalire alla documentazione fossile. (IMMAGINE DEL DOMINIO PUBBLICO DEL DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Nonostante il fatto che i processi geologici possano spesso oscurare la documentazione fossile oltre alcune centinaia di milioni di anni, siamo stati in grado di risalire all'origine della vita straordinariamente lontana. Fossili microbici sono stati trovati in arenaria risalente a 3,5 miliardi di anni fa. La grafite, trovata depositata nella roccia sedimentaria metamorfizzata, è stata fatta risalire ad origini biogeniche e risale a 3,8 miliardi di anni fa.

I trilobiti fossilizzati in pietra calcarea, dal Field Museum di Chicago. Tutti gli organismi esistenti e fossilizzati possono far risalire il loro lignaggio a un antenato comune universale che visse circa 3,5 miliardi di anni fa. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

Ancora prima, in periodi più estremi, i depositi di alcuni cristalli nelle rocce sembrano provenire da processi biologici, suggerendo che la Terra brulicava di vita già tra 4,3 e 4,4 miliardi di anni fa: appena 100-200 milioni di anni dopo la Terra e si formò la luna. Per quanto ne sappiamo, la vita sulla Terra è esistita quasi quanto la Terra stessa.

Depositi di grafite trovati nello Zircone, alcuni dei più antichi elementi di prova per la vita sulla Terra basata sul carbonio. Questi depositi e i rapporti carbonio-12 che mostrano nelle inclusioni datano la vita sulla Terra a oltre 4 miliardi di anni fa. (E A BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

Ad un certo punto del nostro pianeta, nelle primissime fasi, le molecole che sono abbondanti e precursori della vita, nelle giuste condizioni energetiche e chimiche, hanno iniziato a metabolizzare simultaneamente energia, rispondere all'ambiente, crescere, adattarsi, evolversi e riprodursi . Anche se oggi sarebbe irriconoscibile per noi, ciò segna l'origine della vita. In una serie radicalmente ininterrotta di successo biologico, il nostro pianeta è da allora un mondo vivente.

Diamanti Hadean incastonati in zirconi / quarzo. Puoi trovare i depositi più antichi nel pannello d, che indicano un'età di 4,26 miliardi di anni, o quasi l'età della Terra stessa. (M. MENNEKEN, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON e S. A. WILDE, NATURA 448 7156 (2007))

Mentre Venere e Marte potrebbero aver avuto probabilità simili, i cambiamenti radicali nell'atmosfera di Venere lo hanno reso un mondo ardente di serra dopo soli 200–300 milioni di anni, mentre la morte del campo magnetico marziano ha causato la sua atmosfera strappata via, rendendola solida e congelato. Mentre gli attacchi di asteroidi possono mandare la vita terrestre fuori dal mondo, attraverso il Sistema Solare e la galassia, tutte le prove suggeriscono che siamo nel punto in cui è iniziata.

Entro 9,4 miliardi di anni dopo il Big Bang, la Terra brulicava di vita. Non abbiamo mai guardato indietro.

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Starts With A Bang è ora su Forbes e ripubblicato su Medium grazie ai nostri sostenitori di Patreon. Ethan ha scritto due libri, Beyond The Galaxy e Treknology: The Science of Star Trek da Tricorders a Warp Drive.