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Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi.

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Presentazione sul tema: "Planetologia Extrasolare Quale vita? R.U. Claudi."— 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 lambiente -è capace di autoreplicarsi -È soggetto a variazioni casuali del suo bagaglio di informazioni

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

5 … Oppure sistemi basati sul plasma elettromagnetico… …per i quali labitabilità è data dalle condizioni del mezzo interstellare

6 La chimica basata sul Carbonio… Si ossida facilmente: CO 2 Si riduce facilmente: CH 4 100% 94% 89% 81%29% Ma soprattutto ha la capacità di combinarsi facilmente per formare molecole complesse

7 … in soluzione acquosa Evoluzione Reazioni Chimiche Soluzione Solido Liquido Troppo lente Alcoli Idrocarburi CH 4 Acqua NH 3

8 Perché lacqua: 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

9 Solventi liquidi alternativi Idrocarburi Alcoli Ammoniaca CH 4 Metano T fusioneT ebollizione C2H6C2H6 Etano CH 3 OHMetanolo CH 3 CH 2 OHEtilico NH 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) CC

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

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

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

13 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) Proteine e Amminoacidi Alanina Glicina

14 AlaninaA.GlutammicoLeucinaSerina ArgininaGlutamminaLisinaTreonina AsparaginaGlicinaMetioninaTriptofano A. AsparticoIstidinaFenilalalinaTirosina CisteinaIsoleucinaProlinaValina I 20 amminoacidi

15 Lacido desossiribonucleico (DNA) Purine Pirimidine 1 zucchero (desossiribosio) 1 gruppo fosfato 1 base azotata nucleotide

16 Dimensioni fisiche della superelica del DNA

17 …e la Sintesi Proteica Nessuna informazione formazione Trascrizione Decodifica

18 Start: AUG (in m-RNA) Stop: UAA; UAG,UGA (in m-RNA) Corrispondenza tra amminoacidi e triplette

19 Reperimento dellenergia ATP: Adenosintrifosfato N N N N N H 2 O OH CH 2 OPOPOPO 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

20 Tre processi fondamentali: Fotosintesi: Ossidazione: Fermentazione: Glucosio Processi energetici processo energetico che immagazzina energia Etanolo Processi biochimici esoenergetici

21 A volte la vita è proprio dura! Thiobacillus Ferrooxidans Battero Aerobico che ottiene lenergia necessaria dalla ossidazione del ferro e dello zolfo Ph T Dimensioni C 1.0 m

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

24 ESTREMOFILI Archebatteri Metanococcus CO 2, H 2, T 50°-86° Alobacterium 5M/Litro di NaCl Sulfolobus Ph 1-5, T 65°-90° Strain-121 T 121° (14/8/2003)

25

26 ProcariotiFormazioni ferrose Accumulo di Ossigeno libero Eucarioti Vita multicelluare 4Gya3 2 1 Animali molluschi Esplosione Cambriana Trilobiti Dinosauri e Uccelli Vita nel Pre-Cambriano Piante e fiori Umani CO 2 O 2 Formazione Crosta

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 12 C negli organismi fossili

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 dellovest e nellafrica 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: lesperimento 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: –Latmosfera primitiva non era fortemente riducente, non così tanto! –Ruolo della radiazione UV? –Entrambe le chilarità sono presenti con la stessa abbondanza

31 Orgine della vita: sorgenti idrotermali Lenergia necessaria alla chimica della vita può essere attinta al calore geotermico. Protezione dallUV dovuta allacqua Acqua riscaldata a 1000C Acqua emessa a 450 C Estremofili, per es.: Strain 121

32 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).

33 Alcuni esperimenti Esobiologici AMINO SPORES ROSE/PUR BIOPAN PERSEUS ISS EXPOSE BIOPAN MIR Studio della chimica del S.S. con relazione allorigine 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

34 Conclusioni Un sistema vivente è il risultato di un lento processo di evoluzione dato dalla somma di eventi con probabilità plausibile Appena lambiente diventa abitabile la vita si afferma Il sistema di vita basato sulla chimica del carbonio e sulluso dellacqua è il più probabile Sulla terra il sistema di codifica e decodifica delle informazioni è basato sul DNA e sullRNA, ma abbiamo visto che possono esistere altri sistemi per limagazzinamento delle informazioni


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