giovedì 29 giugno 2017

Quanto erano caldi gli oceani quando la vita si è evoluta?


Sappiamo poco sulla temperatura della superficie terrestre per i primi 4 miliardi di anni della sua storia. Questo presenta una limitazione nella ricerca sulle origini della vita sulla Terra e come potrebbe sorgere in mondi lontani.

Ora i ricercatori suggeriscono che facendo risorgere antichi enzimi potrebbero stimare le temperature in cui questi quasi-organismi probabilmente si sono evoluti miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla rivista Proceedings della National Academy of Sciences.

"Abbiamo bisogno di una migliore comprensione non solo di come la vita si sia evoluta per la prima volta sulla Terra, ma di come la vita e l'ambiente terrestre si sono evoluti in miliardi di anni di storia geologica", ha dichiarato l'autore principale della ricerca Amanda Garcia, paleogeobiologa dell'Università della California, Los Angeles. "Una simile co-evoluzione potrebbe essere all'origine della vita altrove nell'Universo".

Garcia e i suoi colleghi si sono concentrati sulla storia delle temperature della superficie terrestre. Le rocce offrono molti indizi per dedurre le temperature dell'atmosfera negli ultimi 550 milioni di anni nel periodo Fanerozoico, quando la vita complessa e multicellulare è esplosa, inclusa quella umana. Tuttavia, esistono pochi "paleo-termometri" per la precedente epoca Precambriana, che va dalla formazione della Terra, 4,6 miliardi di anni fa, alla nascita della vita.

Le evidenze geologiche precedenti hanno suggerito che 3,5 miliardi di anni fa, durante l'Eone Archeano, gli oceani erano caldi, da 131 a 185 gradi F (55-85 gradi C). Si raffreddarono poi drammaticamente fino alle temperature medie attuali di 59 gradi F (15 gradi C). Gli scienziati hanno fatto queste stime esaminando gli isotopi di ossigeno e di silicio presenti nelle rocce marine. Le rocce ricche di quarzo nel fondo marino, note come selci, hanno livelli più alti degli isotopi più pesanti di ossigeno-18 e silicio-30, poiché l'acqua marina si raffredda. In linea di principio, il rapporto tra gli isotopi più pesanti e più leggeri dell'ossigeno e del silicio può far luce sulle antiche temperature.

Ma tali paleo-termometri però non prendono in considerazione adeguatamente come queste rocce o l'oceano possono essere cambiati nel corso di miliardi di anni. Forse i rapporti isotopici nell'acqua di mare sono variati nel tempo in risposta ad alterazioni fisiche o chimiche, come l'acqua che scorre dalla terra o che esce da bocche idrotermali.

Tenuto conto delle incertezze, Garcia e i suoi colleghi hanno cercato una misura indipendente delle temperature dell'acqua di mare nel Precambriano che si concentra sul comportamento delle molecole biologiche. Gli scienziati hanno esaminato un enzima conosciuto come nucleoside difosfato-chinasi (NDK), che aiuta a manipolare i blocchi di costruzione del DNA e dell'RNA, ma che ha anche molti altri ruoli. Le versioni di questa proteina si trovano in quasi tutti gli organismi viventi ed erano probabilmente vitali anche per molti organismi estinti. Precedenti ricerche hanno trovato una correlazione tra le temperature ottimali per la stabilità proteica e la crescita di un organismo.

Paragonando le sequenze molecolari delle versioni di NDK in una varietà di specie contemporanee, i ricercatori possono ricostruire le versioni di NDK che potrebbero essere state presenti nei loro antenati comuni. Sintetizzando queste ricostruzioni, gli scienziati possono sperimentare su queste antiche proteine ​​"risuscitate" per trovare la temperatura che stabilizza la proteina e dedurre da quella la probabile temperatura che sostenne l'antico organismo.

Gli scienziati stimano quando gli antichi enzimi potrebbero essere esistiti guardando i parenti viventi più vicini all'organismo studiato. Maggiore è il numero di differenze nelle sequenze genetiche di questi organismi, più lontano nel tempo ha vissuto il loro antenato comune. Gli scienziati utilizzano queste differenze per misurare l'età di biomolecole come le ricostruzioni della NDK.

Precedenti ricerche hanno ricostruito gli enzimi antichi per dedurre le temperature passate del pianeta, ma alcuni di questi enzimi possono provenire da organismi che vivevano in ambienti insolitamente caldi, come profonde bocche idrotermali, che non rappresenterebbero l'oceano in generale. Invece, Garcia e i suoi colleghi hanno cercato di ricostruire la NDK da piante terrestri e batteri fotosintetici che vivono nelle profondità massicce di oceani, presumibilmente lontano dalle sorgenti termiche bollenti.

La loro ricerca suggerisce che la superficie terrestre si è raffreddata da circa 167 gradi F (75 gradi C) circa 3 miliardi di anni fa a circa 95 gradi (35 gradi F) circa 420 milioni di anni fa. Questi risultati sono coerenti con i precedenti risultati geologici ed enzimatici.

Garcia ha detto che un tale raffreddamento è difficile da capire, sottolineando come gli scienziati devono ricordare le diverse condizioni presenti in passato quando si è scoperto come la vita si è evoluta nel tempo.

"Richiede un notevole sforzo immaginare un mondo che non sembra adattarsi al senso comune delle nostre condizioni terrestri attuali".

La ricerca futura potrebbe ricostruire versioni di NDK da più organismi, così come altri enzimi potrebbero fornire più prove per sostenere il metodo. Tale ricerca potrebbe aiutare "a trovare la soluzione a grandi domande sull'evoluzione precoce della vita e dell'ambiente terrestre", ha detto.

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