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Planetologia Extrasolare

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Presentazione sul tema: "Planetologia Extrasolare"— Transcript della presentazione:

1 Planetologia Extrasolare
Quale vita? R.U. Claudi

2 Incursione nella biologia
Abitabilità intorno al Sole ed altre stelle Ricerca della vita

3 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 Concezione intuitiva della vita Difficoltà nella definizione di essere vivente attraverso le nozioni di crescita, alimentazione e produzione di scarti. Esempio del fuoco, si alimenta dalla ossidazione del comburente Esempio del mulo che è sterile La vita si manifesta attraverso la sua evoluzione

4 Per continuare lo sforzo di generalizzazione…
Strutture fisiche basate sulla fisica dei solidi e l’elettronica dei cristalli liquidi… …i cui Habitat potrebbero essere pianeti rocciosi con Tsup K, o asteroidi… …ma è difficile immaginare un processo naturale che possa generarle

5 …Oppure sistemi basati sul plasma elettromagnetico…
Produzione di molecole nello spazio interstellare …per i quali l’abitabilità è data dalle condizioni del mezzo interstellare

6 La chimica basata sul Carbonio…
Si ossida facilmente: CO2 Si riduce facilmente: CH4 100% 94% 89% 81% 29% Anche il Si ha proprietà simili al C, si ossida facilmente, ma si riduce meno facilmente ed ha una chimica povera, inoltre l’anidride carbonica è un gas, mentre il biossido di silicio è un solido. Ma soprattutto ha la capacità di combinarsi facilmente per formare molecole complesse

7 Evoluzione Reazioni Chimiche Soluzione Solido Liquido
… in soluzione acquosa Evoluzione Reazioni Chimiche Soluzione Solido Liquido Troppo lente Alcoli Idrocarburi CH4 Acqua NH3

8 Perché l’acqua: caratteristiche
Permette dissociazione dei sali ε=80 Capacità di costruire legami H con le molecole dissolte Ottimo mediatore termico Le prime due proprietà sono importanti per la produzione di molecole complesse, la terza proprieta è importante per la veicolazione delle molecole, la quarta è importante per motivi legati al clima. Ampio intervallo di temperatura entro cui si mantiene liquida Allo stato di ghiaccio ha densità minore dello stato liquido

9 Solventi liquidi alternativi
T fusione T ebollizione Idrocarburi C C CH4 Metano -182.0 -164.0 C2H6 Etano -183.0 -88.6 Alcoli Metanolo CH3OH -97.0 64.7 Etilico CH3CH2OH -114.0 78.3 Ammoniaca 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)

10 …insomma: Sistema vivente, basato sulla chimica del carbonio e che utilizza l’acqua come solvente per le reazioni chimiche… RICORDA QUALCOSA?

11 Strutture fisiche basate sulla chimica organizzate in macromolecole lineari
Acido Peptico Nucleico (PNA) p-RNA Palad PaladThy Bibl.:Maurel M.C., 1999

12 Composti Organici degli esseri viventi
Elementi strutturali Enzimi Proteine Trasmissione di segnali all’interno della cellula Carboidrati Scorte di energia Lipidi Immagazzinamento e trasferimento di informazioni Acidi Nucleici

13 Proteine e Amminoacidi
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 Solo 20 Amminoacidi (in natura sono molti di più). Praticamente tutti hanno chilarità L, solo uno ha chilarità D (Glicina) Glicina Alanina

14 I 20 amminoacidi Alanina A.Glutammico Leucina Serina Arginina
Glutammina Lisina Treonina Asparagina Glicina Metionina Triptofano A. Aspartico Istidina Fenilalalina Tirosina Cisteina Isoleucina Prolina Valina

15 L’acido desossiribonucleico (DNA)
1 zucchero (desossiribosio) 1 gruppo fosfato 1 base azotata nucleotide Pirimidine DNA: struttura a doppia elica costruita da legami tra le basi azotate, questi legami possono essere solo tra adenina timina e citosina e guanina Purine

16 Dimensioni fisiche della superelica del DNA

17 …e la Sintesi Proteica Trascrizione Decodifica Nessuna informazione
La doppia elica si separa e si connette con un tipo speciale di RNA (Acido Ribonucleico) che duplica la successione di triplette delle basi azotate che sono sul DNA. Una volta terminata la trascrizione, il m RNA viene immesso nel citoplasma dove incontra una struttura della cellula detta ribosoma,la quale effettua l’operazione di decodifica leggendo le triplette e sintetizzando le proteine. Trascrizione Decodifica

18 Stop: UAA; UAG,UGA (in m-RNA)
Corrispondenza tra amminoacidi e triplette Start: AUG (in m-RNA) Corrispondenza tra le triplette di basi azotate e gli amminoacidi, Nell’RNA la timina è sostituita dall’Uracile Stop: UAA; UAG,UGA (in m-RNA)

19 Legami ad alto contenuto di Energia:
Reperimento dell’energia Energia chimica a disposizione della cellula previo la rottura dei legami fosforici per idrolisi enzimatica ATP: Adenosintrifosfato N N H2 O OH CH2 P ~ Legami ad alto contenuto di Energia: 30 kJ/mol Adenosina + Ribosio Idrolisi enzimatica, processo chimico in cui interviene l’acqua ed un enzima

20 Tre processi fondamentali:
Processi energetici Tre processi fondamentali: Fotosintesi: processo energetico che immagazzina energia Glucosio Ossidazione: Processi biochimici esoenergetici Ovvero come rigenerare l’ATP attraverso il glucosio Fermentazione: Etanolo

21 A volte la vita è proprio dura!
Battero Aerobico che ottiene l’energia necessaria dalla ossidazione del ferro e dello zolfo Ph T 30-35 C Dimensioni 1.0 m Thiobacillus Ferrooxidans

22 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

23 Albero Filogenetico e progenitore comune
procariota Eukariota L’albero filogenetico è costruito considerando l’evoluzione genetica delle specie. La lunghezza di ciascun albero èfunzione della distanza genetica delle altre specie. Gli archea e i batteri sono, per la maggior parte dei procarioti, gli archea sono tutti degli estremofili indicando che all’origine le condizioni di abitabilità non erano “accoglienti” e che malgrado ciò si è sviluppata la vita.

24 ESTREMOFILI Archebatteri Metanococcus Alobacterium Sulfolobus
CO2, H2, T 50°-86° Alobacterium 5M/Litro di NaCl ESTREMOFILI Archebatteri Sulfolobus Ph 1-5, T 65°-90° Strain-121 T 121° (14/8/2003)

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26 Vita nel Pre-Cambriano
Procarioti Formazioni ferrose Accumulo di Ossigeno libero Eucarioti Vita multicelluare CO2  O2  CO2  O2  Animali molluschi Umani Formazione Crosta Piante e fiori 4 Gya 3 Gya 2 Gya 1 Gya Dinosauri e Uccelli Trilobiti Esplosione Cambriana

27 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 Il carbonio 13 ha un neutrone in più e risulta con un legamne più forte nell’anidride carbonica. Le reazioni chimiche che avvengono negli esseri viventi prediligono la presenza del C più leggero

28 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

29 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)

30 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 Fra le altre cose non è chiaro il ruolo della radiazione UV che può dissociare il metano e l’ammoniaca e l’idrogeno così liberato fuggire dall’atmosfera trasformando così una atmosfera riducente in una a meno contenuto di H e quindi ossidante.

31 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 emessa a 450 C Estremofili, per es.: Strain 121 Acqua riscaldata a 1000C

32 Orgine della vita: panspermia
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). Meteorite di Murchison

33 Alcuni esperimenti Esobiologici
Studio della chimica del S.S. con relazione all’origine della vita resitenza precursori biorganici alle condizioni dello spazio AMINO ISS EXPOSE SPORES ISS EXPOSE 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) ROSE/PUR ISS EXPOSE BIOPAN Esposizione di batteri a condizioni estreme nello spazio BIOPAN PERSEUS MIR Esposizione di amminoacidi alle condizioni dello spazio

34 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


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