Le più antiche tracce di vita

Un viaggio alle origini dell'evoluzione

In alcune rocce australiane, risalenti a circa 3,5 miliardi di anni fa, sono stati osservati, al microscopio, i segni di antichi organismi viventi. Si tratta di vescicole o di bastoncini più o meno allungati; tracce lasciate, in epoche remote, dagli abitanti della Terra primordiale.

Secondo gli scienziati, la fauna batterica presente in queste rocce mostra una discreta varietà di forme e di strutture. Un indizio che la vita, in quel periodo, si era non solo solidamente stabilita sulla Terra, ma aveva anche cominciato a differenziarsi. Altre rocce trovate in Groenlandia risalgono addirittura a 3,8 miliardi di anni fa. Si tratta di alcune fra le rocce più antiche mai trovate sul nostro pianeta.

Ebbene, lo studio al microscopio di sottili sezioni di tali rocce ha rivelato la presenza di tracce fossili di antichi organismi, simili a batteri. Contrariamente alle rocce australiane, qui non sembra esservi molta varietà fra i vari micro-fossili. Forse la vita non era ancora così differenziata o più semplicemente le rocce ci mostrano solo una particolare nicchia. Ovviamente, di questi antichi batteri è rimasta solo un'impronta nella roccia. Tutto la materia organica è ormai scomparsa e pertanto non è possibile analizzarne il DNA o le proteine. Ma il ritrovamento è comunque un'importante scoperta. Dimostra infatti che 3,8 miliardi di anni fa la vita era presente sulla Terra, cioè ad appena poche centinaia di milioni di anni dalla formazione e dal raffreddamento del pianeta.

Può l'aggregazione degli atomi essere avvenuta nel "brodo caldo" della Terra primordiale, oltre 4 miliardi di anni fa? Come si è visto, oggi è stato dimostrato che i mattoni di base delle strutture viventi (amminoacidi, precursori del DNA, eccetera) si formano facilmente e in modo spontaneo in presenza di gas primitivi e di energia. Non sappiamo esattamente cosa sia avvenuto alcuni miliardi di anni fa, quando le prime molecole di DNA vennero prodotte e si riprodussero, dando origine a strutture più complesse. Ma alcune ipotesi sono state formulate.

Una Divina Commedia chimica

I ricercatori che si occupano dell'origine della vita pensano che i mattoni costitutivi del DNA si aggregarono grazie a una serie di circostanze fortunate, creando una struttura capace di replicarsi. Da quel momento, attraverso una lunga sequenza di tempi, ci fu un'evoluzione verso molecole sempre più complesse, fino ad arrivare a quelle che si possono oggi vedere in natura. L'incontro e l'unione di miliardi di molecole, per centinaia di milioni di anni, sotto l'azione dell'energia solare: quante probabilità avevano questi agganci casuali di organizzarsi in strutture come quelle del DNA? Alcuni ritengono che si sia trattato di una probabilità estremamente bassa, frutto di una serie di circostanze del tutto eccezionali. Basterebbe fare i conti, dicono, per accorgersi che dal punto di vista statistico è infatti astronomicamente improbabile che un tale avvenimento possa aver avuto luogo. A questo proposito è utile citare il famoso esempio della scimmia. Battendo a casaccio i tasti di una macchina da scrivere, in teoria una scimmia potrebbe comporre la Divina commedia, se le si dessero abbastanza fogli e tempo: ma è evidente che si tratti di un risultato praticamente impossibile da ottenere.
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Ma non bisogna dimenticare che entrano in gioco anche altri elementi, a modificare notevolmente questa visione pessimistica. Innanzitutto, non è necessario che la scimmia batta a macchina la Divina commedia tutta in una volta. La molecola di DNA infatti non è stata scritta di getto, ma è il frutto di un montaggio progressivo di elementi più piccoli. Così la nostra scimmia avrebbe potuto produrre gradualmente alcune pagine giuste, messe ogni volta da parte e usate successivamente per il montaggio finale. In tal caso l'indice di probabilità aumenterebbe enormemente (soprattutto se si tiene conto che lo stesso discorso vale per ogni singola pagina, risultante da un montaggio graduale di parole). Non solo, ma bisogna tener presente che la Divina commedia non è l'unico testo letterario che può scaturire da una battitura casuale: poemi, novelle, libri di storia o di matematica, biografie, saggi, tutto può risultare. Pertanto, le possibilità di scrivere altre opere, tutte diverse, sono pressoché illimitate. Non solo, ma la stessa cosa si può scrivere in moltissimi modi, e in moltissime lingue.

Il gioco della frase misteriosa

C'è, in proposito, un esperimento molto interessante condotto da uno dei padri fondatori della teoria dell'informazione, Claude E. Shannon. Egli sottopose un gruppo di studenti a una prova curiosa: indovinare una frase segreta, suggerendo delle lettere alle quali l'esaminatore rispondeva semplicemente con un sì o con un no. Se per esempio la frase in questione era: "Il gatto passeggia sul tetto", gli studenti dovevano, con una serie di tentativi, indovinare le 24 lettere della frase nella giusta sequenza. Affrontato in modo puramente casuale (traendo per esempio a caso da un sacchetto le lettere dell'alfabeto), questo gioco sarebbe stato praticamente infinito, dato lo sterminato numero di combinazioni di lettere nelle 24 posizioni. Ma la logica del linguaggio non procede in questo modo. Nel linguaggio infatti esiste un certo equilibrio tra consonanti e vocali, tra sillabe e associazioni di sillabe. Qualcuno che voglia indovinare una frase del genere, in altre parole, non comincerebbe mai col mettere 24 A di seguito, poi 24 B, 24 C e così via, procedendo per tentativi metodici fino alla Z. Nel caso specifico, dopo aver indovinato la I iniziale, tenterebbe subito di proporre una L, per ottenere l'articolo "il", col quale spesso ha inizio una frase. Indovinate la G e la A successive, tenterebbe subito di proporre "gatto" (oppure "gallo", eccetera), riducendo enormemente il numero degli errori. Chi ha familiarità con le parole incrociate (e i giochi enigmistici in genere) sa che esistono chiavi e scorciatoie per trovare in tempi ragionevoli le varie soluzioni. Ebbene anche nella chimica c'è un'analoga logica. Le associazioni non sono puramente casuali: esiste una certa "grammatica" chimica. Quando, per esempio, Stanley Miller fece passare delle scariche elettriche nelle sue ampolle contenenti gas simili a quelli della Terra primordiale, ottenne delle molecole organiche che erano frutto di quella grammatica. C'è insomma una naturale tendenza delle molecole ad aggregarsi in certi modi e non in altri, in presenza di determinate circostanze.

La "macchina dell'evoluzione"

Tutto questo ci mostra che l'evoluzione delle molecole primordiali è molto meno legata alle regole del puro caso astratto; essa è piuttosto una risposta alle situazioni ambientali, combinate con le leggi della chimica. Tenendo anche presente che sin dall'inizio della costruzione della vita si sono create delle situazioni di "selezione", ormai verificate in laboratorio, anche per quanto riguarda le molecole. Il biochimico tedesco Manfred Eigen, premio Nobel, ha in proposito realizzato, nei suoi laboratori al Max Planck Institute, un'ingegnosa "macchina dell'evoluzione" composta di apparecchi chimici e fisici, che consente di accelerare l'evoluzione di un virus, simulando e studiando le mutazioni delle sequenze di DNA.

Darwin, scrive Eigen, propose che il più complesso si generasse dal meno complesso, per selezione naturale. Perché mai questo principio non dovrebbe valere anche per la complessità delle macromolecole? Anche qui competizione e... "cooperazione" hanno permesso di scartare un numero enorme di mutazioni casuali, e di migliorare e stabilizzare quelle selezionate. È impossibile, dice Eigen, ricostruire le varie tappe di questo percorso, ma è possibile in compenso comprendere le leggi naturali che devono aver governato quegli stadi dell'evoluzione. La nostra attuale scarsa conoscenza della dinamica di certi processi può farci sembrare le cose più difficili di quanto non siano in realtà. Potrebbe cioè esistere qualche scorciatoia, qualche meccanismo che ancora non riusciamo a vedere, che rende tutto questo montaggio assai meno problematico.

Piero Angela Giornalista e scrittore