Nel 2023 la missione OSIRIS-REx ha riportato sulla Terra campioni dell’asteroide Bennu ricchi di amminoacidi. Le analisi isotopiche indicano che parte di queste molecole si sarebbe formata in ambienti gelidi oltre la “linea della neve”, non in acqua calda. I dati suggeriscono origini multiple dei mattoni della vita nel Sistema solare primordiale.
Una vista dall’alto di uno dei contenitori contenenti rocce e polvere dell’asteroide Bennu. Credits: NASA/Erika Blumenfeld and Joseph Aebersold.
Nel settembre 2023 la missione OSIRIS-REx della NASA ha riportato sulla Terra campioni incontaminati dell’asteroide Bennu, un corpo celeste primitivo formatosi circa 4,6 miliardi di anni fa, nelle primissime fasi di vita del Sistema solare. Le analisi preliminari hanno confermato la presenza di una sorprendente ricchezza di composti organici, tra cui almeno 14 dei 20 amminoacidi utilizzati dalla vita qui sulla Terra, oltre ad altri 19 non presenti nei sistemi biologici terrestri e a tutte le basi azotate del DNA/RNA. Poiché gli amminoacidi costituiscono i mattoni fondamentali delle proteine — macromolecole responsabili della struttura cellulare, della regolazione metabolica e della catalisi enzimatica — la loro abbondanza in materiale primordiale rafforza l’ipotesi che una parte significativa dell’inventario prebiotico terrestre sia stata fornita da corpi extraterrestri che hanno impattato sulla Terra, specialmente durante l’intenso bombardamento tardivo risalente a circa 3,9 miliardi di anni fa. Rimaneva tuttavia irrisolta una questione centrale: in quali condizioni chimico-fisiche si sono formate queste molecole nello spazio? Uno studio guidato da ricercatori della Penn State University e pubblicato il 9 febbraio su Proceedings of the National Academy of Sciences propone un’interpretazione che modifica sostanzialmente il quadro tradizionale. L’analisi isotopica di minuscole quantità di materiale indica che almeno una parte degli amminoacidi di Bennu potrebbe aver avuto origine in ambienti estremamente freddi e soggetti a intensa radiazione cosmica, situati nelle regioni esterne del Sistema solare primordiale. Il gruppo ha concentrato l’attenzione sulla glicina, l’amminoacido più semplice, spesso utilizzato come tracciante della chimica prebiotica. Gli isotopi, cioè varianti con differente massa atomica di uno stesso elemento, rappresentano strumenti diagnostici potenti: diversi ambienti di sintesi producono rapporti isotopici caratteristici che funzionano come vere e proprie “impronte digitali” molecolari. Grazie a strumentazione adattata per misurare concentrazioni estremamente basse di composti organici, i ricercatori hanno determinato le abbondanze relative degli isotopi di carbonio e azoto presenti nella glicina e in altri amminoacidi. Per decenni, il modello dominante per spiegare la formazione extraterrestre degli amminoacidi è stato la sintesi di Strecker, ovvero una reazione che coinvolge acido cianidrico, ammoniaca e composti carbonilici in presenza di acqua liquida a temperature moderate. Tale scenario implica ambienti relativamente miti, come quelli generati dall’alterazione acquosa all’interno di asteroidi riscaldati da processi radiogenici. In effetti, gli amminoacidi del meteorite carbonioso Murchison — caduto in Australia nel 1969 e ampiamente studiato — mostrano firme isotopiche coerenti con questo meccanismo. I campioni di Bennu, però, raccontano un’altra storia: le loro firme isotopiche risultano più uniformi e mostrano un marcato arricchimento in azoto che non corrisponde a quello dell’ammoniaca libera misurata nello stesso materiale. Questa discrepanza è difficilmente conciliabile con una sintesi in acqua calda. L’ipotesi alternativa suggerisce invece una formazione in ghiacci esposti a radiazione ultravioletta e raggi cosmici oltre la cosiddetta “linea della neve”, la regione del disco protoplanetario in cui l’acqua e altre molecole volatili condensano in forma solida. In tali condizioni, processi fotochimici su granuli di polvere ghiacciata avrebbero potuto generare amminoacidi con le caratteristiche isotopiche osservate in un ambiente chimicamente distinto e molto più freddo rispetto agli interni asteroidali.
Un ulteriore elemento di complessità emerge dall’analisi dell’acido glutammico, presente in due forme speculari (enantiomeri) – come la mano destra e quella sinistra, per intenderci. In linea teorica, molecole speculari chimicamente identiche dovrebbero condividere la medesima composizione isotopica. Nei campioni di Bennu, invece, i due enantiomeri mostrano valori isotopici dell’azoto significativamente differenti. L’origine di tale asimmetria rimane sconosciuta e apre nuovi interrogativi sia sui meccanismi di sintesi sia sui processi successivi di alterazione. Sebbene l’acido glutammico non sia tra gli amminoacidi centrali del metabolismo primordiale, la scoperta solleva questioni più ampie sulla possibile relazione tra processi cosmici e la preferenza della biosfera terrestre per gli amminoacidi levogiri. Paradossalmente, il corpo progenitore di Bennu mostra anche evidenze di interazione con acqua liquida; ciò suggerisce che gli amminoacidi — o i loro precursori immediati — si siano formati in un ambiente gelido e successivamente siano sopravvissuti a fasi di riscaldamento e circolazione di fluidi senza perdere completamente le loro firme isotopiche originarie. Questa conservazione implica una notevole stabilità molecolare nel corso di miliardi di anni di evoluzione geochimica. Nel complesso, i risultati delineano un Sistema solare primordiale come un laboratorio chimico distribuito, in cui molecole prebiotiche si formavano attraverso percorsi multipli: in ghiacci irradiati nelle regioni esterne, in ambienti acquosi all’interno di asteroidi differenziati e forse persino in nubi molecolari antecedenti alla formazione del Sole. Tale pluralità di processi amplia lo spettro delle condizioni compatibili con la sintesi dei mattoni della vita. Di conseguenza, la Terra primordiale potrebbe aver ricevuto un inventario chimico più ricco e diversificato di quanto ipotizzato in passato, aumentando le probabilità che interazioni tra molecole di diversa provenienza abbiano favorito l’emergere di sistemi autoreplicanti e, infine, della vita.