12 Settembre 2014 sicilia SCIENZA. Due fisici messinesi trovano la spiegazione della mutazione dell’inorganico dopo 30 anni Ecco i mattoni della vita Saija del Cnr e Saitta de La Sorbona hanno riprodotto al computer l’esperimento di Miller del 1953, svelando il processo di formazione delle molecole organiche fondamentali dal “brodo primordiale” MESSINA. Come è avvenuto il passaggio dall’inorganico all’organico? Come, in sostanza, ha avuto origine la vita? Un importante passo in avanti arriva da due studiosi di Messina che hanno utilizzato un metodo di simulazione numerica al computer basato su quello proposto 30 anni fa da un altro figlio dello Stretto, il professor Michele Parrinello, scienziato di fama mondiale per i suoi studi in questo . ASSE MESSINA-PARIGI. A dare una scossa alla ricerca sono stati Franz Saija (ricercatore dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici di Messina del Consiglio Nazionale delle Ricerche) e Antonino Marco Saitta (professore di Fisica all’Università Pierre e Marie Curie - Sorbona di Parigi), entrambi laureati in Fisica a Messina sotto supervisione del professor Paolo Giaquinta. I due fisici messinesi hanno riprodotto al computer il celebre esperimento di Stanley Miller, con il quale nel 1953 si dimostrò in laboratorio la possibilità di formare spontaneamente gli aminoacidi, le molecole base della vita, sottoponendo a intense scariche elettriche le semplici molecole inorganiche presenti nel brodo primordiale così come ipotizzato già nel 1871 da Charles Darwin. UN PO’ DI STORIA. Nel 1953, come si accennava, facendo scoccare alcune scintille in una miscela di metano, ammoniaca, vapore acqueo e idrogeno, Miller fornì il primo sostegno sperimentale alla teoria - formulata nel 1924 dal biochimico russo Aleksandr Oparin - secondo cui le molecole organiche fondamentali avrebbero potuto formarsi spontaneamente dal “brodo primordiale” presente sulla terra. Tuttavia, gli esatti processi di sintesi che portano da molecole semplici (acqua, ammoniaca, metano, ossidi di carbonio) a molecole organiche semplici (formaldeide, cianuro di idrogeno, acido formico) e infine a molecole complesse come amminoacidi, purine e pirimidine, non sono mai stati chiariti. Per spiegarli, sono stati chiamati in causa l'irradiazione UV, l'energia termica delle fonti idrotermali marine, le reazioni di ossidoriduzione in un “mondo a ferro e zolfo”, la radioattività di fondo del pianeta e perfino le onde d'urto generate dagli impatti dei meteoriti. AMICIZIA E RICERCA. Racconta Saija: «Io e Marco ci conosciamo da prima che la nostra passione comune, la fisica, ci portasse a collaborare insieme. L'idea ci è balenata in mente, classica lampadina, guardando un documentario televisivo: si parlava dell'esperimento di Miller-Urey e venivano intervistati Franz Saija Marco Saitta Foto dell’esperimento riprodotto al computer scienziati che lavoravano nel campo della chimica prebiotica. Nel giro di un paio di pomeriggi - continua - con Marco avevamo già pianificato la nostra ricerca e organizzato le simulazioni numeriche da dover effettuare sui computer di grossi centri di calcolo, in questo caso quello francese. Infatti, quando si parla di simulazioni al computer così sofisticate non si intendono i semplici personal computer che ognuno di noi ha sulla propria scrivania, ma centri di calcolo dove i nostri conti girano per settimane se non per mesi». COSA SI È FATTO. Utilizzando un approccio che tratta le interazioni dei singoli atomi a livello quantistico, Saija e Saitta sono riusciti ad identificare su scala atomica i meccanismi coinvolti in queste reazioni chimiche e a determinare le condizioni necessarie per la formazione di aminoacidi. «Abbiamo simulato al computer il comportamento di una miscela di molecole semplici, la stessa usata da Miller nel suo apparato in laboratorio (acqua, ammoniaca, metano, monossido di carbonio, azoto), sottoponendola ad intensi campi elettrici. L’effetto di tali campi - spiega Saija - dell’ordine di 50 MV/cm, ha determinato la trasformazione delle molecole del sistema iniziale in molecole via via più complesse fino alla comparsa della glicina, l’aminoacido più semplice in natura, e il “mattone fondamentale” per costruire peptidi e proteine». Aggiunge Saitta: «Particolarmente significativa è l’individuazione della formazione di formammide, in quanto è stato recentemente dimostrato che questa molecola, sottoposta a irradiazione UV, permette la formazione di guanina. La guanina era l'unica delle quattro basi nucleotidiche che non si era riusciti a produrre solo fornendo calore al "brodo primordiale", tanto che gli studiosi dell'origine della vita avevano soprannominato la guanina “la G mancante”». I due autori del lavoro, pubblicato nella prestigiosa rivista dell’accademia delle scienze americana PNAS pochi giorni fa, hanno infatti dimostrato che queste reazioni avvengono attraverso stadi di reazione più complessi di quanto supposto in precedenza, individuando gli acidi formico e cianidrico e soprattutto la formammide come dei composti intermedi “chiave” della chimica prebiotica. EFFETTO FORMAMMIDE. L'interesse della scoperta è rafforzato dalla recente identificazione della formammide nell'ambiente di una protostella di tipo solare. La formammide potrebbe quindi essere considerata “l'impronta digitale” della presenza di amminoacidi di origine abiotica in un ambiente extraterrestre. La portata di questo studio si spinge al di là degli esperimenti di Miller; grazie alle stimolanti interazioni con geochimici di fama mondiale del laboratorio di ricerca al quale appartiene Saitta, l’Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie dell’Université Pierre et Marie Curie, i due scienziati messinesi prevedono di sviluppare i loro studi futuri nell’ambito della geochimica prebiotica. Infatti, è noto in questo campo che dei campi elettrici estremamente intensi, ma molto localizzati, sono presenti in natura sulla superficie dei minerali che si trovano nelle profondità della Terra. «Questo risultato - spiegano - suggerisce la necessità di esplorare a fondo il ruolo di tali campi sia per comprendere i meccanismi chimici che hanno portato allo sviluppo di molecole biologiche sempre più complesse, sia per sfruttare le enormi opportunità che questo tipo di simulazioni numeriche quantistiche possono aprire in molti ambiti scientifici che vanno dall’elettrochimica alla neurobiochimica». (D.D.J.) SANT’AGATA MILITELLO Ricerche, premiata a Napoli Alice Cicirello SANT’AGATA MILITELLO. La giovane ricercatrice di Sant’Agata Militello, Alice Cicirello, 30 anni, ingegnere, ha ricevuto il premio "Young Researcher Best Paper Competition". Il lavoro di Alice, incentrato nel campo delle vibrazioni e delle sollecitazioni legate ad esse (come i terremoti), è stato considerato quale miglior contributo scientifico nella categoria ricercatori di età inferiore ai 35 anni. Il premio dimille euro è stato consegnato dal professore Barry Topping della Heriot Watt University (Edimburgo), in occasione della conferenza internazionale, "CST2014: The Twelfth International Conference on Computational Structures Technology", organizzata da Civil-Comp press a Napoli. Durante la conferenza, sono stati presentati più di 250 lavori di ricercatori di circa 40 nazionalità diverse. Alice è ricercatrice in Dinamica Strutturale presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università diCambridge e Bye-fellow del Murray Edwards College dell'Università di Cambridge. centonove pagina 22
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