L’origine degli elementi Paolo Saraceno IFSI-INAF Si parlerà dei processi che : - hanno trasformato gli atomi originati dal Big Bang nelle specie che abitano la terra. -attraverso una continua “complessificazione” della materia, - seguendo il quadro che appare dalle osservazioni, - nell’ipotesi che tutto sia avvenuto seguendo le leggi della natura. novembre2008

? ? IL CASO TERRA di Paolo Saraceno L’origine del nostro pianeta Venerdì 15 febbraio 2008 alle ore 18 in Via Sparano, 136 70121 Bari tel 080\5281221 La libreria LATERZA presenta il libro: IL CASO TERRA Big Bang Un processo di crescente “complessificazione” L’origine del nostro pianeta e la ricerca della vita nell’ Universo di Paolo Saraceno edito da Mursia A.D. 0 1000 2050 miliardi 9 7 6 5 4 3 2 1 ? Quale è l’origine dell’Universo e del mondo che ci circonda ? Quale il suo futuro ? Come è nata la vita sulla terra ? Perchè sugli altri pianeti non c’è vita animale evoluta ? Grandi estinzioni sono ancora possibili? Si può essere ottimisti sul futuro della nostra specie ? Popolazione Mondiale 3.6 miliardi d’anni ? Popolazione Mondiale

2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. schema che seguiremo: 1) IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura Idrogeno (H) Elio (He) + N 2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. 3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro 4) La vita e la sua evoluzione

Con il Big Bang, 13.7 miliardi di anni or sono, comincia la nostra storia un fatto accettato con difficolta Tra le ragioni che rendevano difficile accettare il Big Bang, alcune erano legate alla questione dell’origine della vita Espansione di 10+30 in 10-35 secondi

Fred Hoyle combatte per tutta la vita l’idea di Big Bang (inventò il nome Big Bang, per deridere il modello). Perchè l’Universo era troppo giovane per permettere l’evoluzione che si osservava sulla Terra Per l’origine della vita sostenne la teoria della panspermia che richiedeva all’Universo di esistere da sempre

Le combinazioni possibili per un enzima sono: ~ 1050 Le combinazioni possibili per il DNA : ~ 10100 E gli atomi dell’universo “solo” : ~ 1080 , Ipotizzando che sulla Terra: - esista tanta acqua da coprirla con un oceano profondo 10 Km (5.5 1021 litri ) - in cui si produce un miliardo di catene di DNA al secondo per ogni litro d’acqua . In 10 miliardi di anni (la Terra esiste da 4) si sarebbero prodotte “solo” 1039 catene. Si sarebbe esplorato solo un infinitesimo dei casi possibili: 1 ogni 1061

La natura poi è ancora più complessa L’Universo è troppo giovane per aver allinenato in modo casuale le basi che formano la sequenza del DNA La natura poi è ancora più complessa

L’ISOMORFISMO è ancora più inspiegabile combinazioni possibili per DNA : ~ 10100 La stessa mutazione in almeno 2 individui di una specie è impossibile Ancora più impossibile in individui di specie diverse !!!

Ragno granchio. I ragni granchi si avvalgono del loro perfetto mimetismo per catturare gli insetti che impollinano i fiori. Il colore dei fiori e del ragno sono programmati da geni simili.

Il Big Bang è avvenuto 13. 7 anni fa, la Terra è nata da “soli” 3 Il Big Bang è avvenuto 13.7 anni fa, la Terra è nata da “soli” 3.8 milardi di anni. La spiegazione dell’origine della vita e della sua evoluzione deve essere compatibile con questi tempi, per restare nell’ambito della Scienza. Espansione di 10+30 in 10-35 secondi

Dopo il Big Bang la costruzione del nostro mondo. La temperatura e densità diminuiscono con il tempo Dopo 0.1 sec si formano i primi protoni e neutroni… A circa 2.5 sec cominciano le reazioni Nucleari : H => He a 3.6 min le reazioni nucleari si fermano: densità troppo bassa per continuare 3/4 1/4 L’Universo a 3.6 minuti Dal Big Bang

catturano gli elettroni liberi. Nascono i primi atomi Dopo circa 300.000 anni la temperatura scende a circa 3000 °C e i nuclei di H e He catturano gli elettroni liberi. Nascono i primi atomi L’Universo continua ad espandersi e a raffreddarsi e diviene buio. Dopo circa 300 milioni di anni la materia si condensa in nubi compatte che rapidamente diventano stelle che riportano la luce nell’Universo Espansione di 10-30 in 10-35 secondi

2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. schema 1)IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura Idrogeno (H) Elio (He) + N 2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. 3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro 4) La vita e la sua evoluzione.

Come nasce una stella ? La gravità comprime la materia sin tanto che al suo centro si raggiungono temperature 15 milioni di gradi necessarie a vincere la repulsione columbiana dei protoni e permettere alle forze nucleari di agire

Il diametro delle stelle Dipende dall’equilibrio tra l’energia prodotta al suo interno e la forza di gravità che tende a farla colassare. Quando una stella produce: molta energia diviene una gigante - poca a energia diviene una nana

La zona in cui si raggiunge la temperatura necessaria alla fusione è tanto più grande quanto più grande è la massa della stella -1 0 1 2 Log M/Mo Log L/Lo 6 -4 L  M4 M L Vita 1 1 1 2 16 1/8 4 256 1/64 10 10.000 1/1000 29/03/2017

Fe Si C He H Un’altra differenza tra stelle “piccole” e “grandi” è che le stelle grandi raggiungono temperature più alte al centro, necessarie a costruire gli atomi pesanti L  M4 M L Vita Elementi 1 1 1 H He C 2 16 1/8 4 256 1/64 10 10.000 1/1000 tutti gli elementi

Massa esclusa dal ciclo evolutivo STELLA NASCITA STELLE Funzione di massa Massa esclusa dal ciclo evolutivo Dense Cores D= 0.5 a.l. M =1 -50 Mo T. = 10 - 30 K STELLA fusione nucleare produce atomi piu pesanti L µ M4 t µ 1 / M3 Nane Bianche Stelle Neutroni Buchi neri NUBI MOLECOLARI GIGANTI H2, CO, NH3, H2O, CS, OH, CH4............… M=104 - 106 Mo C, N , O, Si, Mg....... Fe, Ni, Pb, U....

Le stelle, come gli organismi biologici: nascono, vivono e muoiono. Quando muoiono rimettono in circolo gran parte della loro massa per far nascere altre stelle, come fanno gli organismi biologici. E’ un processo in continua evoluzione: ad ogni generazione, la composizione chimica della materia da cui nascono le stelle è diversa da quella della generazione precedente e nascono stelle diverse L’Universo è quindi, diverso da quello che è stato in passato e da quello che sarà in futuro Un’evoluzione cominciata nello spazio interstellare e poi continuata sulla Terra con le specie biologiche

Dall’inizio dell’Universo si è consumato poco idrogeno.... La creazione di queste piccole quantità di atomi pesanti è il combustibile che ha illuminatol’Universo negli ultimi 13.7miliardi d’anni. Dall’inizio dell’Universo si è consumato poco idrogeno.... 3.6 minuti dopo il Big Bang 14.5 miliardi d’anni dopo il Big Bang Universo Attuale Big Bang

Come si sono concentrati sulla terra gli elementi necessari alla vita Universo Attuale 13.7 miliardi di anni Big Bang Terra 3.6 miliardi di anni Esseri viventi Crosta Terrestre

2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. schema 1)IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura Idrogeno (H) Elio (He) + N 2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi. 3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro 4) La vita e la sua evoluzione.

3.8 miliardi di anni fa finisce il bombardamento dei meteoriti la Terra si solidifica Nasce la terra

Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri La terra primordiale Stromatoliti: rocce di carbonato di calcio (CaCO3) Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri che inducono la trasformazione del bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 , disciolto nell’acqua, in carbonato di calcio (CaCO3) che precipita catturando al suo interno i cianobatteri.

La terra quando è nata la vita La terra primordiale Controllo ?? La vita è chimica

L’origine delle specie

Dopo il Cambriano esplode l’evoluzione - 510 (0) milioni d’anni fine del Cambriano - 370 (+ 140) “ “ i primi anfibi – 300 (+150) “ “ i rettili colonizzano la terra. – 250 (+260) “ “i Dinosauri : i più grandi animali che siano mai esistiti sulla terra La natura che aveva sonnecchiato per 3000 milioni d’anni esplode !!

Che si estinguono a - 65 milioni d’anni A -250 milioni d’anni (a 260 milioni d’anni dal Cambriano) compaiono i Dinosauri Che si estinguono a - 65 milioni d’anni

Con la scomparsa dei dinosauri i mammiferi diventano le specie predominanti, all’inizio deponevano uova … poi si adattarono ai nuovi ambienti e progressivamente comparvero cavalli, elefanti, rinoceronti, lupi e scimmie. Il resto è storia recente: - 3.5 milioni d’anni l’età di Lucy - 2 “ “ l’homo abilis - 500.000 anni l’Homo erctus e la scoperta del fuoco - 30.000 scompare il Neandertal e si afferma il Sapiens Sapiens cioè noi

Il mattone costituente di ogni vivente Costruendo strutture organiche sempre più complesse Cellula Il mattone costituente di ogni vivente In quella prima cellula c’era già la sintassi con cui si scriveranno le istruzioni per costituire gli organismi più complessi. E inizia un nuovo processo di “complessificazione” tutto “molecolare” Nascita la vita

L’evoluzione della vita è stata l’evoluzione della cellula che nel tempo è divenuta sempre più complessa

Cellula Tessuto Organo Organismi Colonie di Cellule Costruendo strutture organiche sempre più complesse Cellula Il mattone costituente di ogni vivente Che nel tempo diviene più complessa Colonie di Cellule 1.8 miliardi Tessuto Un insieme di cellule simili Negli organismi la complessità cresce con l’evoluzione Organo Composto da tessuti diversi Organismi Composto da organi e tessuti diversi

Cellula Tessuto Organo Organismi Gruppi Colonie di Cellule Il mattone costituente di ogni vivente Che nel tempo diviene più complessa Colonie di Cellule 1.8 miliardi Tessuto Un insieme di cellule simili Per alcune specie come api o formiche la vita dei singoli individui ha poco senso Organo Composto da tessuti diversi Organismi Composto da organi e tessuti diversi Gruppi Composti da più individui della stessa specie

Cellula Tessuto Organo Organismi Gruppi Popolazioni Colonie di Cellule Il mattone costituente di ogni vivente Che nel tempo diviene più complessa Colonie di Cellule 1.8 miliardi Tessuto Un insieme di cellule simili All’interno dei gruppi e delle popolazioni gli individui collaborano - si scambiano informazioni - realizzano strutture complesse Organo Composto da tessuti diversi Nasce: l’evoluzione culturale Un processo che caratterizza molte specie (c’era anche tra i dinosauri) Organismi Composto da organi e tessuti diversi Che nella specie uomo ha la sua massima espressione. Gruppi Composti da più individui della stessa specie Creando strutture sociali e fisiche sempre più complicate. (per interpretarle nasce: il diritto, l’economia, la sociologia, la psicologia ecc.) Popolazioni L’insieme dei gruppi che vivono sullo stesso territorio

Evoluzione Culturale Avviene in tutte le specie che usanola propria intelligenza per migliorare la qualità della vita, inventando cose utili, acquisendo esperienza e trasferendola ad altri individui della specie. - evolve attraverso le invenzioni equivalenti alla mutazioni nella evoluzione biologica si trasmette attrverso la conoscenza, anche tra individui della stessa generazione selezione attraverso le scelta delle delle invenzioni migliori - si sviluppa ogni volta che una innovazione è diffusa all’interno di una specie - accellera ogni volta che cresce la capacità di comunicare tra gli individui. Nell’uomo alcune tappe sono: - 2.5 milioni di anni: Homo Abilis si differenziano dagli animali costruendo i primi utensili - 45.000 anni nascita del linguaggio 5.000 “ la scrittura 1439 Gutemberg inventa la stampa e inizia l’era moderna Oggi con i calcolatori che permettono di immagazzinare grandi quantità d’informazioni e le reti che le mettono a disposizione di tutti .

La complessificazione dell’universo.. ? La complessificazione dell’universo.. Big Bang H He Stelle O H H2O gli atomi Le molecole Gli organismi Gruppi e popolazioni ? ? ?

conclusione L’Universo è in continua evoluzione 2) il mondo in cui viviamo è il risultato di un processo di “complessificazione” della materia - iniziato con il Big Bang - proseguita all’interno delle stelle con la costruzione degli atomi più pesanti. - nel mezzo interstellare con le molecole e una chimica sempre più complessa - sulla Terra con la nascita e l’evoluzione della vita - infine con strutture sociali complesse che condizionano l’evoluzione biologica

FINE Non dimentichiamo che la maggior parte delle specie del passato si è estinta. Rischiamo di fare anche noi la fine dei dinosauri?? FINE