di GIUSEPPE CASSANO
Professore di Fisiologia Generale, Corso di
Laurea in Scienze Ambientali - Università di Bari.

Empedocle di Agrigento affermava che gli elementi che costituiscono ciò che v'è di stabile e fisso nel variare degli esseri sono quattro: terra, acqua, aria, fuoco; l'infinita varietà delle produzioni naturali risulterebbe da una variazione indefinita delle quantità dei singoli elementi che entrano a far parte di ciascun composto.

L'affermazione di Empedocle ha avuto indubbio successo, ma possiamo ancora oggi affermare che siamo fatti da terra, acqua, aria e fuoco?

Gli organismi viventi vengono attualmente classificati in cinque regni: Monera (batteri e alghe azzurre), Protista (protozoi), Fungi (muffe, lieviti e funghi), Plantae (piante) e Animalia (animali).Monera e Protista sono unicellulari, Fungi, Plantae e Animalia pluricellulari.

Ogni cellula a sua volta è costituita da molecole da semplici (acqua, glucosio) a piuttosto grosse e complesse (proteine, acidi nucleici e così via).

Ogni molecola è costituita da atomi. Gli atomi (idrogeno, elio, litio, berillio, carbonio, azoto, ossigeno, fluoro e così via) non sono quattro o dieci ma ben più numerosi; le loro caratteristiche sono riassunte nella tabella periodica degli elementi proposta da D. Mendeleeff nel 1869.

A voler trovare un accordo con Empedocle, potremmo dire che siamo fatti di atomi (reperibili in terra, acqua e aria) e da energia (il fuoco).

In fondo la parola "fuoco" sostituisce "energia" nel linguaggiocorrente perché più immediatamente comprensibile; riuscire in parole semplici a definire "energia" è ancora più difficile che definire "luce", "onde del mare" e così via. Per questo l'idea che il fuoco sia generatore di vita ha avuto tanto successo nel sentire comune.

Ad esempio il fuoco è passione nel quarto tempo (Allegro con fuoco) della nona sinfonia di Dvoràk; il fuoco è sensualità nella "Danza del fuoco" di de Falla e così via.

Ma il fuoco è generatore di vita ? Cerchiamo la risposta nella nostra esperienza. Una passeggiata in un bosco che ha subito un incendio ci mostra un paesaggio non paragonabile al precedente.
E a voler fare qualche semplice esperimento, proviamo a far germinare ceci o fave con o senza una passata nel forno di casa: quali semi germineranno, tutti o solo quelli non abbrustoliti?

Questi esempi dovrebbero essere sufficienti a concludere che il fuoco non è generatore di vita. Eppure nemmeno questo è sempre assolutamente esatto, se solo allarghiamo appena la definizione di fuoco.

La vita sul nostro pianeta dipende quasi completamente da ciò che usualmente viene chiamata fornace solare.
La luce che arriva dal sole viene usata dagli organismi vegetali nelle cui cellule sono presenti organuli fotosintetici detti cloroplasti; nei cloroplasti è presente un complesso sistema di proteine enzimatiche (fotosistema I e fotosistema II) che insieme alla clorofilla sanno ingabbiare la luce e costruire glucosio (C6H12O6) partendo da biossido di carbonio (CO2) e acqua (H2O), liberando per di più ossigeno (O2).

Per la precisione la reazione è 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2.
Per rendersi conto della grandezza di questo processo pensiamo ad un bicchiere di acqua minerale da un lato (che contiene soprattutto acqua e CO2 più qualcos'altro) e ad un bicchiere di succo d'uva dall'altro (soprattutto acqua e glucosio, più qualcos'altro).
Pensiamo ora che nessun nostro prestigiatore sa trasformare acqua minerale in succo d'uva.

Bene, le piante sanno farlo, noi no. Viviamo lo stesso perché procuriamo l'energia che ci serve mangiando piante o animali, che a loro volta hanno mangiato piante.

Ma vorrei descrivere un'altra situazione un po' più strana. Nel 1977, alcune esplorazioni sottomarine, effettuate in una zona a 400 Km a Nord-Est delle Galapagos, hanno rivelato l'esistenza di

spettacolari e abbondanti comunità di animali marini, all'epoca sconosciuti, che vivevano attorno a quattro geyser di acqua calda, su un fondale a 2.700 m di profondità, altrimenti quasi privo di vita.

Gli animali più diffusi in questo sito sono : a) Riftia

pachyptila (appartenenti al Tipo Pogonophora, una sorta di vermi che vivono in tubi conficcati nei fondali marini); b) grosse cozze Calyptogena magnifica; c) granchi del genere Munidopsis.

Queste comunità (hydrothermal vent communities) da allora sono state identificate in altri siti soprattutto nell'area del Pacifico e quasi sempre associate ai bordi delle placche tettoniche.

In questi siti si ha emissione di acque calde (la temperatura media è 8-16°C contro i 2°C misurati altrove a pari profondità) ricche di composti ridotti dello zolfo (soprattutto H2S, il responsabile del cattivo odore delle uova marce).

Ora le piante presenti sulla Terra e nel mare, usano la luce del sole per costruire composti del carbonio ricchi di energia (glucosio e simili), ma a 2.700 m di profondità, luce del sole non ne arriva.

Qual è la sorgente d'energia che mantiene queste comunità di animali?

I composti ridotti dello zolfo vengono usati da particolari batteri che sono chemiosintetici, in grado cioè di sintetizzare composti ricchi di energia (ricordo che le piante sanno farlo, noi no) usando non la luce del sole, ma l'energia dei legami chimici presenti in H2S che viene ossidato a zolfo elementare.

Per usare un'espressione spettacolare questi batteri sanno sintetizzare succo d'uva da acqua che puzza di uova marce.

I batteri poi sono in simbiosi con gli altri animali e mantengono in vita quelle comunità.

Tornando ora al fuoco generatore o no di vita, queste comunità animali dipendono da composti tipo glucosio che non sono stati sintetizzati da organismi fotosintetici ma da batteri chemiosintetici, il cui approvvigionamento di materiale di partenza dipende da attività per così dire vulcanica sul fondo del mare.
In altre parole nel caso delle hydrothermal vent communities il fuoco che è al centro della Terra sostiene la vita.

Possiamo concludere che la vita oggi presente sul pianeta dipende in grandissima parte dal "fuoco" del sole e in alcuni casi dal "fuoco" al centro della Terra, intendendo "fuoco" come energia in varie forme.

Sempre stimolante è poi la discussione su come si sia originata la vita sul nostro pianeta. Diventa utile qui una breve digressione.
Le scienze sperimentali si basano su esperimenti che sono accuratamente descritti in articoli scientifici pubblicati su giornali specializzati; tali esperimenti devono poter essere ripetuti da chiunque e fornire gli stessi risultati ottenuti dal primo sperimentatore.

Qualsiasi attività di ricerca sfugga a questa convenzione è destinata ad incontrare lo scetticismo prima e l'ostilità poi della comunità scientifica, per il semplice fatto che a nessuno piace lavorare senza ottenere risultati pubblicabili.

Ora per ritornare al problema dell'origine della vita, la generazione spontanea (formazione di materia vivente capace di riprodursi) da elementi non vitali è un esperimento: 1) mai riuscito; 2) generalmente poco tentato, perché l'interesse di chi finanzia la ricerca scientifica è volto a migliorare le condizioni di vita piuttosto che capirne le origini.

Naturalmente le congetture sull'origine della vita non mancano; vediamo un po'.
È comunemente accettato che la vita dei procarioti (gli organismi unicellulari senza nucleo e mitocondri che appartengono al regno Monera) sia comparsa tra 4,1 miliardi di anni fa (quando la crosta terrestre si solidificò) e 3,5 miliardi di anni fa, quando il pianeta era ormai abitato da batteri in grado di contribuire alla formazione di stromatoliti.

Gli stromatoliti sono strati laminati di roccia sedimentaria e si formano in questo modo.

Sedimenti aderiscono ai rivestimenti gelatinosi di microrganismi mobili che a loro volta migrano in continuazione verso l'alto per sfuggire ai sedimenti stessi; questa continua attività produce rocce sedimentarie dal caratteristico aspetto a bande.

Gli stromatoliti più antichi sono stati rinvenuti in Sudafrica e Australia occidentale e si ritiene si siano formati a 3,5 miliardi di anni fa.

Il punto è che le condizioni ambientali sulla Terra oggi sono ben diverse da quelle a quel tempo. Quattro miliardi di anni fa le scariche elettriche e caduta di meteoriti erano molto più frequenti,più abbondanti le manifestazioni di attività vulcanica e le radiazioni ultraviolette; l'atmosfera poi conteneva pochissimo ossigeno.
Le prime forme di vita si sarebbero sviluppate in quelle condizioni. In 4 tappe: 1) sintesi chimica e accumulo di sostanze organiche semplici, quali amminoacidi e nucleotidi; 2) unione di amminoacidi in proteine e di nucleotidi in acidi nucleici cioè di monomeri in polimeri (monomero = singolo mattone, polimero = muro); 3) aggregazione di molecole prodotte abioticamente in goccioline il cui "dentro" può diventare diverso dal "fuori"; 4) origine dell'ereditarietà.

L'esperimento di Miller e Urey

Stanley Miller e Harold Urey nel 1953 vollero provare

sperimentalmente la tappa 1 dell'elenco sopra riportato e in un recipiente di reazione misero acqua riscaldata in contatto con scariche elettriche e con una atmosfera artificiale contenente H2 (idrogeno), CH4 (metano), H2O (vapor d'acqua) e NH3 (ammoniaca).

Dopo una settimana, l'acqua all'interno del recipiente di reazione conteneva amminoacidi e altri composti organici presenti negli organismi viventi di oggi.
Da allora l'esperimento è stato ripetuto molte volte aggiornando la composizione della fase gassosa con le conclusioni raggiunte per altre vie, ad esempio aggiungendo N2 (azoto), CO (monossido di carbonio) e CO2 (biossido di carbonio); i riultati ottenuti sono stati sempre sostanzialmente gli stessi.

L'esperimento di Miller e Urey dimostrò che molecole organiche sono il prodotto di sintesi chimica da sostanze semplici (presenti nell'atmosfera) più energia (calore e scariche elettriche); il che ci riporta alla frase "il fuoco è generatore di vita".

Alcuni ricercatori hanno trovato "a bordo" di meteoriti caduti sulla Terra in epoca recente, tracce di composti organici tra i quali amminoacidi.

Da questa evidenza al proporre che altrettanto sia accaduto nel passato remoto il passo è stato breve. Questa ipotesi(nota come panspermia) non è in alternativa a quanto detto sopra, cioè sia la panspermia che l'evoluzione chimica potrebbero aver contribuito alla formazione dell'insieme di molecole organiche da cui si produssero le prime forme di vita.

Chi scrive per amore di precisione, ricorda al lettore che l'esperimento di Miller e Urey e la panspermia spiegano solo la tappa 1 delle 4 sopra riportate; in parole più chiare tra la glicina (un amminoacido) e una cellula di Homo sapiens c'è grosso modo la distanza che esiste tra un bullone e una fabbrica completamente automatica di automobili super accessoriate.

Il nostro pianeta si sta lentamente riscaldando?

La temperatura viene misurata con sufficiente affidabilità più o meno da un secolo.
In quest'ultimo secolo, a detta dei climatologi, la temperatura media globale è aumentata di circa 0,5°C. Previsioni effettuate con pesanti modelli di calcolo consentono di prevedere che entro l'anno 2100 l'aumento della temperatura media globale potrebbe essere tra 1,0 e 3,5°C.

Tornando al presente, vorrei far notare che un aumento di 0,5°Cdella temperatura media globale sembra irrilevante, ma non è così.

Un aumento della temperatura media di 0,5°C significa

statisticamente un maggiore numero di giornate molto calde ed un minor numero di giornate molto fredde.

Quali possono essere le conseguenze di tale riscaldamento sugli organismi viventi?

Sulla Terra in questo momento esiste la vita in una miriade stupefacente di organismi perfettamente adattati alle condizioni climatiche più estreme.

Batteri sono presenti anche in acque a 60°C.

All'estremo opposto dell'albero evolutivo, i mammiferi, uomo compreso, vivono in ambiente polare e in ambiente equatoriale.

Un esempio di adattamento estremo di un mammifero ad ambiente caldo è il ratto canguro che vive in ambiente desertico. Non ha acqua a disposizione e non beve mai durante la sua vita.
Ricava l'acqua che gli è necessaria dalla dieta di semi oleosi dei quali si nutre poiché l'ossidazione di 1 g di grassi produce 1,1 g di acqua.
Per risparmiare acqua di giorno vive nella sua tana satura di vapor d'acqua (perdendo pochissima acqua con la respirazione) ed è attivo di notte, quando la temperatura esterna alla tana è più bassa; la sua urina è quattro volte più concentrata di quella dell'uomo.

All'estremo opposto le foche che vivono in ambiente artico; mantengono l'interno dell'organismo a 37°C nuotando beatamente in acque in equilibrio con ghiaccio grazie ad uno strato di grasso presente sotto la pelle che funziona perfettamente da isolante termico; con altri sistemi poi sono in grado altrettanto bene di non essere isolate quando si trovano nell'aria e non più nell'acqua.

Gli uomini poi sono tanto bene adattati culturalmente e biologicamente all'ambiente nel quale vivono che un abitante dell'Alaska non vorrebbe vivere in Kenia e viceversa.

Ciò nondimeno, le conseguenze per l'uomo del riscaldamento della Terra potrebbero essere drammatiche.
Per 0,5°C in più? La temperatura media globale è una astrazione statistica che significa in pratica più giornate caldissime e meno giornate freddissime.

Le implicazioni climatiche sono drammatiche per l'uomo in termini di piovosità, uragani, alluvioni, disseccamento dei suoli, produttività agraria e così via.
Non si tratta di affidare nuovi compiti a scienziati, si tratta di operare scelte per l'umanità cercando di superare il nostro usuale modo di fare: aspettare per vedere cosa succede e poi cercare di rimediare.

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