![Page 1: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/1.jpg)
Planetologia Extrasolare
Quale vita?
R.U. Claudi
![Page 2: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/2.jpg)
Incursione nella biologia
Abitabilità intorno al Sole ed altre stelle
Ricerca della vita
![Page 3: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/3.jpg)
Definizione “Operativa” di Vita
Un sistema è vivo se:
-contiene informazioni
-scambia energia con l’ambiente
-è capace di autoreplicarsi
-È soggetto a variazioni casuali del suo bagaglio di informazioni
![Page 4: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/4.jpg)
Per continuare lo sforzo di generalizzazione…
Strutture fisiche basate sulla fisica dei solidi e l’elettronica dei cristalli liquidi…
…ma è difficile immaginare un processo naturale che possa generarle
…i cui Habitat potrebbero essere pianeti rocciosi con Tsup 200 250 K, o asteroidi…
![Page 5: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/5.jpg)
…Oppure sistemi basati sul plasma elettromagnetico…
…per i quali l’abitabilità è data dalle condizioni del mezzo interstellare
http://www.cv.nrao.edu/~awootten/allmols.html
![Page 6: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/6.jpg)
La chimica basata sul Carbonio…
Si ossida facilmente: CO2 Si riduce facilmente: CH4
100%
100%100%
100%
100%
100%
100%
94%
89%
81%29%
Ma soprattutto ha la capacità di combinarsi facilmente per formare molecole complesse
http://www.cv.nrao.edu/~awootten/allmols.html
![Page 7: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/7.jpg)
… in soluzione acquosa
Evoluzione Reazioni
Chimiche Soluzione
Solido
Liquido
Troppo lente Alcoli Idrocarburi
CH4
AcquaNH3
![Page 8: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/8.jpg)
Perché l’acqua: caratteristiche
ε=80 Permette dissociazione dei sali
Capacità di costruire legami H con le molecole dissolte
Ampio intervallo di temperatura entro cui si mantiene liquida
Allo stato di ghiaccio ha densità minore dello stato liquido
Ottimo mediatore termico
![Page 9: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/9.jpg)
Solventi liquidi alternativi
Idrocarburi
Alcoli
Ammoniaca
CH4Metano
-182.0 -164.0
T fusione
T ebollizione
C2H6Etano -183.0 -88.6
CH3OHMetanolo
-97.0 64.7
CH3CH2OHEtilico -114.0 78.3
NH3 -77.7 -33.3
Sono caratterizzati da un basso valore della costante dielettrica, in alcuni casi non costruiscono legami H con i soluti, in alcuni casi aggrediscono il materiale organico (ammoniaca)
C C
![Page 10: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/10.jpg)
…insomma:
Sistema vivente, basato sulla chimica del carbonio e che utilizza l’acqua come
solvente per le reazioni chimiche…
RICORDA QUALCOSA?
![Page 11: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/11.jpg)
Strutture fisiche basate sulla chimica organizzate in macromolecole lineari
Palad PaladThy
p-RNA
Acido Peptico Nucleico (PNA)
Bibl.:Maurel M.C., 1999
![Page 12: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/12.jpg)
Composti Organici degli esseri viventi
Proteine
Carboidrati
Lipidi
Acidi Nucleici
Elementi strutturali
Trasmissione di segnali all’interno della cellula
Enzimi
Scorte di energia
Immagazzinamento e trasferimento di informazioni
![Page 13: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/13.jpg)
C
HH
N
H
C
O
HO
Carboxyl group: COOH
Amine Group: NH2
CCentralcarbonatom
H
H
H
L-Alanine
C
HH
N
H
C
O
HO
C
H
H
H
D-Alanine
C
H
H
N
H
C
O
HO
H
C
H
H
N
H
C
O
O
H
H
HC
H
C
H
H
N
H
C
O
H
H
C
H
H
N
H
C
O
O
H
H
HC
H
O
Peptide link
glycine alanine
• Le proteine sono formate da catene di molecole dette amminoacidi
• Le proteine sono formate da catene costituite da 14 – 500 amminoacidi, ma possono arrivare fino a 30000.
• Solo 20 Amminoacidi (in natura sono molti di più).
• Praticamente tutti hanno chilarità L, solo uno ha chilarità D (Glicina)
Proteine e Amminoacidi
Alanina
Glicina
![Page 14: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/14.jpg)
Alanina A.Glutammico Leucina Serina
Arginina Glutammina Lisina Treonina
Asparagina Glicina Metionina Triptofano
A. Aspartico Istidina Fenilalalina Tirosina
Cisteina Isoleucina Prolina Valina
I 20 amminoacidi
![Page 15: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/15.jpg)
L’acido desossiribonucleico (DNA)
Purine
Pirimidine
1 zucchero (desossiribosio)
1 gruppo fosfato
1 base azotata
nucleotide
![Page 16: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/16.jpg)
Dimensioni fisiche della superelica del DNA
![Page 17: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/17.jpg)
…e la Sintesi Proteica
Nessuna informazione
formazione
Trascrizione
Decodifica
![Page 18: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/18.jpg)
Start: AUG (in m-RNA)
Stop: UAA; UAG,UGA (in
m-RNA)
Corrispondenza tra
amminoacidi e triplette
![Page 19: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/19.jpg)
Reperimento dell’energia
ATP: Adenosintrifosfato
N
N
N
N
N H2
O
OHOH
CH2OPOPOPO
OOO
OOO
~ ~
Legami ad alto contenuto di Energia:
30 kJ/mol
Energia chimica a disposizione della cellula previo la rottura dei legami fosforici per idrolisi enzimatica
Adenosina
+
Ribosio
![Page 20: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/20.jpg)
Tre processi fondamentali:
Fotosintesi:
Ossidazione:
Fermentazione:
Glucosio
Processi energetici
processo energetico che immagazzina energia
Etanolo
Processi biochimici esoenergetici
€
6CO2 + 6H2Ohv ⏐ → ⏐ C6H12O6 + 6O2
€
CH2O+O2 ⏐ → ⏐ CO2 + H2O
€
C6H12O6 ⏐ → ⏐ C2H6O+ 2CO2
![Page 21: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/21.jpg)
A volte la vita è proprio dura!
Thiobacillus Ferrooxidans
Battero Aerobico che ottiene l’energia necessaria dalla ossidazione del ferro e dello zolfo
Ph
T
Dimensioni
1.3-4.5
30-35 C1.0 m
![Page 22: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/22.jpg)
Evidenze per un comune discendente
•Tutti gli esseri viventi conosciuti usano il DNA, RNA, le proteine, gli zuccheri ed i grassi
•Può essere creata una sola gerarchia di specie sempre più complesse
•Organismi simili biologicamente condividono la maggior parte del DNA
•Discendente comune implica fossili di transizione
•Arti e organi primordiali, come per esempio le ali dei pinguini
![Page 23: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/23.jpg)
Albero Filogenetico e progenitore comuneprocariota
Eukariota
![Page 24: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/24.jpg)
• ESTREMOFILI
Archebatteri
MetanococcusCO2, H2, T 50°-86°
Alobacterium5M/Litro di NaCl
SulfolobusPh 1-5, T 65°-90°
Strain-121T 121° (14/8/2003)
![Page 25: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/26.jpg)
Procarioti Formazioni ferrose
Accumulo di Ossigeno libero
Eucarioti
Vita multicelluare
4 Gya 3 Gya 2 Gya 1 Gya
Animali molluschi
Esplosione Cambriana
Trilobiti
Dinosauri e Uccelli
Vita nel Pre-Cambriano
Piante e fiori
Umani
CO2 O2 CO2 O2
Formazione Crosta
![Page 27: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/27.jpg)
Tre linee di evidenza……che la vita si sia esistita 3.85 Gya e che era sottoforma di esseri unicellulari
1. Ritrovamento di Stromatoliti
2. Ritrovamento di microfossili
3. Arricchimento di 12C negli organismi fossili
![Page 28: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/28.jpg)
Origine della vita: i fossili più antichi•I fossili più antichi risalgono a 3.5 Gy e sono stati trovati ad Apex Chert in Australia dell’ovest e nell’africa del Sud
•Evidenza di formazioni di materiale organico risalenti a 3.5 Gy nelle formazioni ISUA in Groelandia
•Stromatoliti risalenti a 3.5 Gy in Australia
![Page 29: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/29.jpg)
Esplosione Cambriana
•Piccole conchiglie fossili (1-5 mm)
•Conchiglie, scheletri e denti portano ad una esplosione evolutiva di specie
•In 35 milioni di anni appaiono tutte le specie moderne
•Le parti ossee e dure dei corpi incentivano di molto il numero di fossili (Esplosione Cambriana)
![Page 30: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/30.jpg)
Orgine della vita: l’esperimento di Urey-Miller
Dopo una settimana il 15% del carbonio si è trasformato in composti organici. 2% in amminoacidi (Glicina, α-alanina and β-alanina)
•Critiche:
–L’atmosfera primitiva non era fortemente riducente, non così tanto!
–Ruolo della radiazione UV?
–Entrambe le chilarità sono presenti con la stessa abbondanza
![Page 31: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/31.jpg)
Orgine della vita: sorgenti idrotermali
L’energia necessaria alla chimica della vita può essere attinta al calore geotermico.
Protezione dall’UV dovuta all’acqua
Acqua riscaldata a 1000C
Acqua emessa a 450 C
Estremofili, per es.: Strain 121
![Page 32: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/32.jpg)
Orgine della vita: panspermia
Meteorite di Murchison
•Gli amminoacidi sono stati trovati nello spazio (precursori di ammino acidi nelle nubi molecolari, glicina in Sagitarius B2).
•Eccesso di varietà di amminoacidi di Chiralità L trovati nella meteorite di Murchison (Boatta, 2002)
•Produzione in laboratorio di amminoacidi da ghiaccio spaziale irradiato da UV (“Nature 416”, 28 Mar 2002).
![Page 33: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/33.jpg)
Alcuni esperimenti Esobiologici
AMINO
SPORES
ROSE/PUR
BIOPAN
PERSEUS
ISS EXPOSE
BIOPAN
MIR
Studio della chimica del S.S. con relazione all’origine della vita resitenza precursori biorganici alle condizioni dello spazio
Comportamento di spore, batteri e funghi mischiati con polvere meteoritica
Comportamento di amminoacidi, basi azotate e acidi nucleici esposte a variazioni di T e radiazione Ionizzante (UV e gamma)
Esposizione di batteri a condizioni estreme nello spazio
Esposizione di amminoacidi alle condizioni dello spazio
ISS EXPOSE
ISS EXPOSE
![Page 34: Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb68497959361e8d38b2/html5/thumbnails/34.jpg)
Conclusioni
•Un sistema vivente è il risultato di un lento processo di evoluzione dato dalla somma di eventi con probabilità plausibile•Appena l’ambiente diventa “abitabile” la vita si afferma•Il sistema di vita basato sulla chimica del carbonio e sull’uso dell’acqua è il più probabile•Sulla terra il sistema di codifica e decodifica delle informazioni è basato sul DNA e sull’RNA, ma abbiamo visto che possono esistere altri sistemi per l’imagazzinamento delle informazioni