Tra nanobatteri e alieni: alla ricerca della vita ... - IASF Palermo

Tra nanobatteri e alieni:
la ricerca della vita
extraterrestre
Andrea Santangelo
IASF-CNR- Palermo
Settimana della Scienza
Palermo 27 Marzo 2004

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Galaxies

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Il Dibattito Filosofico: Atomisti
L’idea di altri mondi è già presente
nell’atomismo greco del V secolo
A.C., all’interno di una cosmologia,
iniziale, ma complessa.
Essa nasce dai principi
fisici del sistema
cosmologico
Democrito di
Abdera
Un numero infinito di
atomi genera un
numero infinito di
mondi
Makròs diàkosmos Mikròs diàkosmos
Epicuro

Scrivono gli atomisti
In alcuni mondi non c’e’ Sole o Luna, in altri sono più grani
che nel nostro, in altri più numerosi. In alcuni luoghi ci
sono più mondi, in altri meno. In alcune parti stanno
sorgendo, in altri luoghi scomparendo. Ci sono poi mondi
pieni di creature viventi, piante o altre cose umide …
Democrito (460-370 A.C.)
Ci sono infiniti mondi sia simili che diversi da questo
nostro mondo. Poiché gli atomi sono in numero infinito,
come abbiamo già provato, (…) non esiste nessun ostacolo
all’infinito numero di mondi …
Epicuro (341-270 A.C.)
Se è disponibile materia in abbondanza, se lo spazio non
manca, e non vi è nessuna cosa o causa di impedimento,
ogni cosa arriverà a compimento …”
Lucrezio (De rerum Natura)

Il Dibattito Filosofico: Aristotele
“…Non possono esserci
più mondi che uno…”
La sua cosmologia è
tanto complessa
quanto statica, nasce
dai pincipi fisici
La Terra, corruttibile, in continuo
cambiamento sta al centro fisico di una
gerarchia di sfere celesti cristalline

IL Dibattito Scientifico: Copernico e l’
Eliocentrismo
De Revolutionibus orbium
coelestium (pronto nel 1530,
fu pubblicato nel 1543)
Pone le basi del sistema
eliocentrico, la Terra è uno
dei mondi, che ruota attorno
al sole

Il Dibattito Filosofico: Bruno
“De L’Infinito, Universo e mondi”
(1584)
Bruno, atomista, copernicano
convinto:
Giordano Bruno
monaco di Nola,
sviluppa le idee di
Copernico, …ma in
chiave filosofica
• Abbatte le mura esterne
dell’Universo e ne recupera l’Infinità
• Recupera l’identita di struttura tra
cielo e terra, secondo il suo principio
di unità
• Teorizza la Pluralità dei mondi e la
loro abitabilità
• Geometrizza lo spazio cosmico
Morirà arso vivo in Campo dei
Fiori il 17 Febbraio 1600

Il Dibattito Scientifico: Brahe e
Galileo, la mutabilità del cielo
Tycho Brahe (1546-1601)
L’Osservazione di una “stella
nuova”, nel cielo delle stelle
fisse rompe il paradigma
epistemologico aristotelico…
Galileo GALILEI (1564 -1642)
L’nvenzione del telescopio, nel
1609 permette a Galileo di
scrutare la vera natura della
luna e dei pianeti…

Il Dibattito scientifico: tecnologia e osservazioni, le
basi sperimentali del copernicanesimo
Nel “Sidereus nuncius”, la prima
comunicazione scritta delle
osservazioni “con l’Occhiale”,
Galileo nota che la Luna non è poi
diversa dalla Terra, nota che
esistono moltissime stelle invisibili
ad occhio nudo, osserva e
riconosce i satelliti di Giove
“Dialogo sopra i due massimi sistemi,
Tolemaico e Copernicano” 1632
Kepler (1571-1630)
“Epitome Astronomiae Copernicanae”
1618

Il Dibattito continua, ma la strada è aperta…
• “Discovery of a world in the Moon”, John Wilkins (1638)
• “Principia philosophie”, Renè Descartes (1644)
• “Entratiens sur la pluralité des mondes”, Bernard Le Bovier de
Fontanelle (1686)
• “Kosmotheros, sive de terris colestibus earumque ornatu
conjencturae”, Christian Huygens (1686)
• “Principia”, Isaac Newton (1713)
• “Age of Reason”, Thomas Paine (1793)
• “Astronomical Discourses” Thomas Dick (1817)
• “Of a Plurality of worlds: an Essay” William Whevell (1853)
• “Other Worlds than Ours”, Richard Proctor (1870)
• “La Pluralitè des mondes habités”, Camille Flammarion (1862)

Il Dibattito sulla Vita Extraterrestre
Scontro tra Antropocentrismo e
Pluralismo
Evoluzionismo Spettroscopia
Darwin (e Wallace) Astronomica e gli
avanzamenti in Astrofisica

Cos’è la vita ? (Partiamo dall’unico
esempio certo…)
La Vita è
• Un Sistema Ordinato
• Che si sostiene contro la tendenza
al disordine
• Che riproduce se stessosistemi
simili, ordinati, indipendenti

La Vita sulla terra è un gioco a tre
DNA, RNA, Proteine:
Nel 1959 Watson e Crick
scoprivano la struttura a
doppia elica del DNA, la base
della vita come conosciuta
sulla terra
E’ una sequenza lineare di
nucleotidi, uniti da legami
covalenti una molecola di
acido fosforico, una di
zucchero, una base organica,
Timina, Citosina, Adenina e
Guanina
La specifica sequenza dei nucleotidi contiene
l’informazione, il codice genetico che viene
trasferita attraverso l’ RNA, che contiene una
catena e quattro basi (Uracile al posto della
Timina…)

I costituenti base della vita
Carbonio, Idrogeno, Ossigeno,
Azoto sono gli atomi mattone
delle molecole della vita
Questi si combinano dando
origine all molecole che la vita
usa: metano, ammonia, acqua,
formaldeide.
E poi più complesse:
amminoacidi, purine, pirimidine
etc…
…non sono una rarità…

Amminoacidi non terrestri sono
stati trovati sulle Meteoriti…
• Meteorite di Murchison
caduto in Australia nel
1969
• Trovate numerose forme
molecolari
– Idrocarburi
– Urea e derivati
– Aminoacidi
– Alcoli e aldeidi
– Chetoni
– Ammine e Purine
– Pirimidine
– Ossiacidi
– ….

Amminoacidi non terrestri sono
stati trovati sulle COMETE…
Halley vista dalla sonda
Europea Giotto
67P/Churyumov-
Gerasimenko

Le nubi Protostellari
Le nubi
interstellari
sono ricche di
molecole
organiche
La Nebulosa “Eagle”
Osservata dallo Hubble
Space Telescope

Nel Mezzo interstellare…
Segni Spettrali di
Aminoacidi e
molecole complesse
L’Universo non ha problemi
a sintetizzare in modo
naturale le Basi della Vita!

L’Ipotesi di Oparin-Haldane
Nei primi anni del 20simo secolo, Aleksandr Oparin (1924) e
John Haldane (1929), suggerirono indipendentemente che:
L’atmosfera della terra primitiva (povera di Ossigeno, ricca di
Idrogeno) ed una appropriata forma di energia (Luce Ultravioletta
o Illuminazione da Fulmini) potevano innescare catene di
reazioni che portavano a molecole complesse
Il Mare primordiale era un grande laboratorio chimico che
grazie all’energia solare era in grado di produrre composti
organici: una zuppa diluita fatta di monomeri e polimeri
organici.
La Zuppa Prebiotica! …Sì
ma gli esperimenti?

L’esperimento di Miller-Uray
Miller e Uray (1953)
partirono da H 2
O, NH 3
,
CH 4
, and H 2
E usando scariche
elettriche…
Dopo alcune ore
osservarono uno strano
film marrone-arancio
Si erano formati
amminoacidi!
Molecole organiche da quelle
inorganiche con grande facilità!

E le catene più lunghe e complesse?
E’ un grosso passo passare da molecole organiche a
molecole organiche che si auto-replicano
Molti esperimenti sono stati condotti per far crescere
strutture simili alle proteine dagli aminoacidi
Le lunghe molecole a catena di Carbonio sono fragili e si
spezzano facilmente.
Tuttavia gli esperimenti mostrano che queste catene
possono formarsi, crescere e stabilizzarsi nella melma e
nell’argilla…
Luna e Maree

Questo è successo sul
pianeta…Terra
La Terra si è formata
attorno al Sole circa
4.5 miliardi di anni fa.
La vita è apparsa sulla
Terra circa 3.8 miliardi
di anni fa
Cioè…
Appena fu possibile,
come se fosse un
evento facile, quindi
assai probabile…

Appena Possibile ?
Il Tasso di impatto delle
meteoriti era, 4miliardi di anni
fa, 100 volte più alto di oggi.
Ogni milione di anni, un
asteroide di 16 Km colpiva la
terra. Che è quello che fece
scomparire i dinosauri.
Grazie a Giove che spazza
via dal Sistema solare gli
asteroidi che impattano sulla
Terra…
Quindi la vita apparve
appena fu possibile…
La vita: evento assai probabile o solo molta fortuna?

Tre ipotesi
• L’Ipotesi del “Miracolo” Alla ricerca di un
DNA “levogiro”
• L’Ipotesi del Caso La probabilità della vita
attorno ad una stella 10 -22 –10 -3000
• L’Ipotesi del “processo naturale
probabile” leggi chimico-fisiche che
spingono la natura all’auto-organizzazione ?

E’ il momento di lasciare la Terra..

Distance
(AU)
Radius
(Earth's)
Mass
(Earth's)
Rotation
(Earth's)
# Moons Orbital
Inclination
Orbital
Eccentricity
Density
(g/cm 3 )
Sun 0 109
332,8
00
25-36* 9 --- --- 1.410
Mercury 0.39 0.38 0.05 58.8 0 7 0.2056 5.43
Venus 0.72 0.95 0.89 244 0 3.394 0.0068 5.25
Earth 1.0 1.00 1.00 1.00 1 0.000 0.0167 5.52
Mars 1.5 0.53 0.11 1.029 2 1.850 0.0934 3.95
Jupiter 5.2 11 318 0.411 16 1.308 0.0483 1.33
Saturn 9.5 9 95 0.428 18 2.488 0.0560 0.69
Uranus 19.2 4 15 0.748 15 0.774 0.0461 1.29
Neptune 30.1 4 17 0.802 8 1.774 0.0097 1.64
Pluto 39.5 0.18 0.002 0.267 1 17.15 0.2482 2.03

Marte
I Canali di Schiapparelli
(1893) e Lowell (1894-
1924)
Le sonde Viking e la
ricerca della vita…30
esperimenti biologici
…nessun risultato
Una solitudine
sconfortante ?

ALH84001:
In piena estate del 1996…
Molecole organiche in una
meteorite espulsa da Marte
13.000 anni fa e ritrovata
nell’Antartico
Presenza di carbonati prodotto di
creature viventi
Nanobatteri fossili?

La caccia continua…
La superficie di Marte
ricostruita dalla Missione
Mars Express dell’ESA
Beagle 2, purtroppo
silenzioso…

La caccia continua…
Tracce che
indicano la
formazione
di sedimenti
quando la
roccia era
immersa in
qualcosa
simile alla
risacca

Europa,
luna di Giove
In piena estate del
1996…di nuovo
La sonda Galileo
osservò strane,
inaspettate,
corrugazioni

La stessa morfologia dei banchi di ghiaccio del polo

Titano, luna di Saturno
Atmosfera densa,
simile a quella della
terra primordiale,
ricca di carbonio
Ma la superficie di
Titano è nascosta da
una densa coltre di
nubi…

Huygens su Cassini

Lanciata nel 1998 Cassini orbita attorno a Saturno

Oltre il sistema solare…

C’e’ una stella poco più brillante del sole

Il primo pianeta
extrasolare fu trovato
da Wolszczan e Frail
attorno ad una pulsar
La scoperta dei pianeti
extrasolari…
Nel 1995 Michel Mayor e
Didier Queloz
dell’Osservatorio di
Ginevra scoprirono…
Un pianeta attorno alla
stella 51 Pegasi, distante
0.05 UA dalla stella centrale

I Pianeti non possono essere visti ma…

Oggi
120
pianeti

Un
Sistema
quasi
Solare
I due
pianeti
di 47
Ursae
Major

Terrestrial
Planet Finder
(NASA),
Eddington,
Darwin (ESA)

1961, first SETI
Conference, NRAO,
Green Bank, Wesr
Virginia
L’equazione di Drake

• R = tasso di formazione stellare
• f p = Frazione di stelle con pianeti
•n h = numero di pianeti abitabili per stella
con pianeti
• f L = frazione con pianeti abitabili dove è
sorta la vita
• f l = frazione di pianeti con vita intelligente
• f c = frazione di vita intelligente ed in grado
di comunicare attraverso la Galassia
• L=vita media di civiltà intelligenti
• N=Numero di civiltà comunicanti nella
Galassia

L’equazione di Drake (2)
Ci possono essere fino a 50.000 Civiltà Intelligenti nella
Galassia… e anche nel caso peggiore almeno una!
Ci sono poi più di 100 miliardi di Galassie… Ma…

Non siamo soli in questo
Universo…
E Gli “altri” dove sono ?
E’ f L molto piccolo 10- 22 -10 -3000 ?
O è L molto piccolo ?