Secondo un nuovo studio le sorgenti termali potrebbero essere state responsabili dell’emergere della vita sulla Terra

La ricerca sull’emergere della vita sulla Terra si è spesso concentrata sul ruolo delle sorgenti idrotermali nelle profondità marine, quelle imponenti strutture sul fondo dell’oceano che pompano costantemente un mix di materiale organico e inorganico. All’interno di questi pennacchi si trovano minerali chiamati solfuri di ferro, che secondo gli scienziati potrebbero aver contribuito a innescare le prime reazioni chimiche che hanno creato la vita.

Questi stessi minerali si trovano anche nelle attuali sorgenti termali, come la Grand Prismatic Spring nel Parco Nazionale di Yellowstone, negli Stati Uniti. Le sorgenti termali sono corpi d'acqua sotterranei riscaldati dall'attività vulcanica sotto la superficie terrestre.

Una nuova ricerca aggiunge un numero piccolo ma crescente di prove secondo cui le antiche versioni di queste sorgenti termali potrebbero aver svolto un ruolo chiave nell’emergere della vita sulla Terra. Ciò aiuta a colmare il divario tra ipotesi contrastanti su dove potrebbe essere emersa la vita.

L’importanza della fissazione del carbonio per la vita

La fissazione del carbonio è il processo mediante il quale gli organismi viventi convertono l'anidride carbonica, presente nell'aria e disciolta nell'acqua, in molecole organiche. Molte forme di vita, tra cui piante, batteri e microrganismi noti come archaea, seguono percorsi diversi per raggiungere questo obiettivo. La fotosintesi è un esempio.

Ciascuno di questi percorsi contiene una cascata di enzimi e proteine, alcuni dei quali contengono nuclei costituiti da ferro e zolfo. Possiamo trovare proteine con questi nuclei ferro-zolfo in tutte le forme di vita. In effetti, i ricercatori suggeriscono che risalgano all'Ultimo Antenato Comune Universale (LUCA), una cellula ancestrale da cui gli scienziati ritengono che la vita come la conosciamo si sia evoluta e diversificata.

I solfuri di ferro sono minerali che si formano quando il ferro disciolto reagisce con l'idrogeno solforato, il gas vulcanico che fa sì che le sorgenti termali abbiano l'odore di uova marce. Se osserviamo da vicino la struttura di questi solfuri di ferro, vediamo che alcuni di essi sono incredibilmente simili ai cluster ferro-zolfo.

Questo legame tra solfuri di ferro e fissazione del carbonio ha portato alcuni ricercatori a proporre che questi minerali abbiano svolto un ruolo cruciale nella transizione dalla geochimica terrestre primordiale alla biologia. Questa ricerca amplia questa conoscenza studiando l’attività chimica dei solfuri di ferro nelle antiche sorgenti termali terrestri che hanno una geochimica simile alle sorgenti di acque profonde.

La simulazione ha portato risultati chiari

Per questo studio, i ricercatori hanno costruito una piccola camera personalizzata che consentirebbe loro di simulare gli ambienti termali sulla Terra primordiale. Hanno quindi diffuso campioni di solfuro di ferro sintetizzato in tutta la camera. I ricercatori hanno simulato le condizioni delle sorgenti termali primitive per rispondere a diverse domande. Alcuni erano puri. Ad altri venivano dosati altri metalli normalmente presenti nelle sorgenti termali. Una lampada sopra questi campioni simulava la luce solare sulla superficie della Terra primordiale.

Sono state utilizzate lampade diverse per simulare l'illuminazione con diverse quantità di radiazioni ultraviolette. L'anidride carbonica e l'idrogeno venivano costantemente pompati attraverso la camera. È stato dimostrato che questi gas sono importanti per la fissazione del carbonio negli esperimenti sugli sfiati in acque profonde. Si è scoperto che tutti i campioni di solfuro di ferro sintetizzati erano in grado di produrre metanolo, un prodotto della fissazione del carbonio, a vari livelli.

Questi risultati hanno mostrato che i solfuri di ferro possono facilitare la fissazione del carbonio non solo nelle sorgenti idrotermali di acque profonde, ma anche nelle sorgenti termali terrestri. Anche la produzione di metanolo è aumentata con l’irradiazione della luce visibile e a temperature più elevate.

Esperimenti con temperature, illuminazione e contenuto di vapore acqueo variabili hanno dimostrato che i solfuri di ferro probabilmente facilitavano la fissazione del carbonio nelle sorgenti termali terrestri sulla Terra primordiale.

Le conclusioni sono state soddisfacenti

Ulteriori esperimenti e calcoli teorici hanno rivelato che la produzione di metanolo avviene attraverso un meccanismo chiamato spostamento inverso acqua-gas. Una reazione simile è stata osservata nel percorso utilizzato da alcuni batteri e archaea per trasformare l’anidride carbonica in cibo. Questo percorso è chiamato percorso “acetil-CoA” o percorso “Wood-Ljungdahl”. Si propone che sia la forma più antica di fissazione del carbonio sorta agli albori della vita.

Questa somiglianza tra i due processi è interessante perché il primo avviene sulla terraferma, ai margini delle sorgenti termali, mentre il secondo avviene nell'ambiente umido all'interno delle cellule.

Questo studio dimostra la produzione di metanolo in un’ampia gamma di condizioni che avrebbero potuto essere riscontrate nelle sorgenti termali della Terra primordiale. I risultati ampliano la gamma di condizioni in cui i solfuri di ferro possono facilitare la fissazione del carbonio. Dimostrano che ciò può accadere sia nelle profondità del mare che sulla terra, anche se a causa di meccanismi diversi.

Pertanto, gli scienziati ritengono che questi risultati supportino l’attuale consenso scientifico che suggerisce che i cluster ferro-zolfo e il percorso dell’acetil-CoA sono antichi e probabilmente hanno svolto un ruolo importante nell’emergere della vita, indipendentemente dal fatto che sia avvenuta sulla terra o sul fondo del mare.

Riferimenti allo studio:

Iron sulfide-catalyzed gaseous CO2 reduction and prebiotic carbon fixation in terrestrial hot springs. Nature Communications (2024). Nan, J., Luo, S., Tran, Q.P. et al.