La materia organica presente oggi su Marte potrebbe essersi originata dalla formaldeide, un precursore di importanti molecole biologiche essenziali per la vita. Il Pianeta rosso, inoltre, miliardi di anni fa sembrerebbe essere stato un mondo in cui zuccheri e aminoacidi, elementi costitutivi della vita, potrebbero essersi formati in abbondanti quantità. È questa la conclusione a cui è giunto un team di scienziati guidati dalla Tohoku University (Giappone). I risultati della ricerca, pubblicati su Scientific Reports, forniscono nuove indicazioni circa la presenza di vita passata sul pianeta.
Schema della produzione di formaldeide su Marte circa tre miliardi e mezzo di anni fa. Crediti: Shungo Koyama et al., Scientific Reports, 2024
Oggi Marte è un mondo ostile, caratterizzato da un clima estremo. Diverse prove geologiche suggeriscono tuttavia che in un lontano passato il pianeta fosse molto diverso. Circa tre miliardi e mezzo di anni fa, Marte aveva un clima temperato, con un’atmosfera più densa e umida di quella odierna. In un ambiente del genere, il pianeta potrebbe aver avuto acqua liquida superficiale, un ingrediente chiave per la vita come la conosciamo.
La domanda che si sono posti Shungo Koyama, ricercatore alla Tohoku University, e colleghi è: in un simile ambiente, potrebbe essersi prodotta formaldeide? E ancora: è possibile che le molecole organiche presenti oggi su Marte abbiano avuto origine dalla formaldeide?
Per rispondere a questa domanda i ricercatori hanno condotto sofisticate simulazioni, ricostruendo nei loro modelli l’antica atmosfera del pianeta. Nel codice utilizzato – Proteus, acronimo di Photochemical and Radiation Transport Model for Extensive Use – i ricercatori hanno contemplato sessantatré reazioni chimiche, che hanno coinvolto specie reagenti neutre, specie radicaliche – cioè molecole con un elettrone spaiato nei loro orbitali – e ioni. Le condizioni iniziali della simulazione hanno previsto un’atmosfera con una pressione di due bar dominata da anidride carbonica, con concentrazioni minori di idrogeno molecolare e monossido di carbonio. Al termine della simulazione, i ricercatori hanno ottenuto una stima della produzione atmosferica di formaldeide.
L’interesse verso la formaldeide non è casuale. Si tratta, infatti, di una molecola organica che può formarsi facilmente nelle atmosfere planetarie attraverso varie reazioni chimiche. Inoltre, è una specie chimica solubile e reattiva, e quindi ha il potenziale per svolgere un ruolo significativo nella sintesi di importanti molecole biologiche. Reazioni che coinvolgono la formaldeide possono portare ad esempio alla produzione di aminoacidi, i precursori delle macromolecole biologiche che chiamiamo proteine. E possono portare anche alla formazione di zuccheri come il ribosio, un elemento fondamentale per formare lo scheletro zucchero-fosfato che costituisce l’ossatura dell’Rna – molecola chiave per l’origine della vita come la conosciamo. Pertanto, determinare se l’ambiente superficiale del primo Marte può aver favorito la produzione di formaldeide è fondamentale per comprendere se ci sia stata un’evoluzione della chimica prebiotica del pianeta, e se questa possa eventualmente aver portato allo sviluppo di qualche forma di vita.
I risultati della simulazioni suggeriscono che l’antica atmosfera di Marte sarebbe potuta essere una sorgente continua di formaldeide e che questa avrebbe potenzialmente potuto portare alla formazione di vari composti organici, compresi aminoacidi e zuccheri, spiegano i ricercatori. La molecola, inoltre, potrebbe essere all’origine della materia organica presente oggi sul pianeta. In particolare, per quanto riguarda la formazione degli zuccheri, lo studio suggerisce che la formaldeide possa aver contribuito a una produzione continua di molecole biologicamente rilevanti come il ribosio, soprattutto durante il periodo noachiano – da 4.1 ai 3.7 miliardi di anni fa – e primo esperiano – da 3.7 a 3 miliardi di anni fa. A questo proposito, l’ipotesi dei ricercatori è che durante questi periodi geologici la continua conversione di anidride carbonica e monossido di carbonio in formaldeide possa aver saturato l’atmosfera di Marte, favorendo la solubilizzazione di grandi quantità della molecola negli oceani. Qui, tramite la reazione del formosio –o reazione di Butlerov, dal nome del suo scopritore, il chimico russo Aleksandr Michajlovič Butlerov –, la formaldeide sarebbe stata convertita in zuccheri.
Nello studio i ricercatori stimano le quantità di ribosio che potrebbero essersi formate. Ipotizzando che circa 3.8 miliardi di anni fa un terzo della superficie di Marte fosse ricoperta di oceani, che il pH (cioè la concentrazione di ioni H+) di questi oceani fosse neutro e che sul pianeta vi fosse un ciclo dell’acqua simile a quello della Terra, i ricercatori hanno calcolato un produzione annuale della molecola pari a circa 40 tonnellate. Cominciata nel neochiano, questa produzione di ribosio sarebbe continuata sino all’inizio dell’amazzoniano. Da qui in poi, sottolineano i ricercatori, la possibilità di formare elementi costitutivi della vita è diminuita drasticamente per via dell’aumento dell’acidità degli oceani, da cui le reazioni che producono zuccheri e amminoacidi dipendono.
La nuova ricerca fornisce informazioni cruciali sui processi chimici che potrebbero essersi verificati su Marte. Rivelando l’esistenza di condizioni favorevoli alla formazione di biomolecole, lo studio amplia la nostra comprensione dell’antica capacità del pianeta di sostenere la vita. l’obiettivo futuro è comprendere se la materia organica oggi presente su Marte sia davvero derivata dalla formaldeide. Per farlo, verrà inclusa nei modelli la composizione isotopica del carbonio attesa in presenza di questa molecola nell’antico Marte, e verrà confrontata con i dati provenienti dalle attuali missioni sul pianeta. In questo modo si avrà un quadro migliore dei processi che hanno plasmato la chimica organica del Pianeta rosso.
Per saperne di più:
- Leggi su Scientific Reports l’articolo “Atmospheric formaldehyde production on early Mars leading to a potential formation of bio-important molecules” di Shungo Koyama, Arihiro Kamada, Yoshihiro Furukawa, Naoki Terada, Yuki Nakamura, Tatsuya Yoshida, Takeshi Kuroda e Ann Carine Vandaele