Quando incontreremo gli alieni, li riconosceremo?

"Perché la NASA vuole studiare un lago in Canada?"

Alla dogana tre ufficiali diversi mi hanno posto la stessa domanda in vario modo e anche se mi hanno autorizzato a proseguire il mio viaggio, non erano troppo convinti dalle mie risposte. Perché la NASA si interessa a un lago canadese? E cosa centro io in tutto questo?

L'aspetto del Pavilion Lake nella Columbia Britannica non è particolarmente esotico, anzi, si potrebbe benissimo dire il contrario. Di certo nessuno può negare che è situato in una location remota: la grande città più vicina, Vancouver, si trova a diverse ore di auto oltre le montagne. Gli unici paesi che popolano la zona illuminano da lontano con le loro luci le pendici spoglie dei monti; il percorso che li collega si snoda per decine di chilometri in mezzo al nulla. Dalla strada asfaltata che lo costeggia, lo specchio d'acqua non appare diverso da un qualsiasi altro lago di montagna di medie dimensioni che si può trovare nel Nord America occidentale.

Sotto la superficie, però, il fondale è costellato di strutture simili a quelle delle barriere coralline: cupole, coni e strane forme che ricordano carciofi. A differenza dei coralli che sono colonie costituite di piccoli animali, si trattano di formazioni rocciose chiamate microbialiti, create dai cianobatteri e ricoperte di essi. A volte erroneamente indicati come "alghe verdi-azzurre", questi batteri probabilmente hanno prodotto le rocce su cui vivono a loro volta, assorbendo sostanze nutritive dall'acqua per produrre minerali. Proprio come i vegetali, vivono della luce del sole e prosperano in acque poco profonde.

Ecco la ragione dell'interesse della NASA e della mia visita. Gli studiosi che hanno raggiunto questo luogo, tuttavia, pensano ancora più in grande. Vogliono sapere cosa possono dirci questi strani abitanti del Pavilion Lake sulle origini della vita terrestre, di eventuali altri mondi e più in generale capire qualcosa in più sulla natura della vita.

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Erwin Schrödinger era un tipo sveglio. Forse vi ricorderete di lui per il famoso 'esperimento del gatto di Schrödinger', il felino che si trova in una scatola ma non si può dire se sia morto o vivo fino a quando non se ne controlla l'interno. Ad ogni modo, una delle sue opere più interessanti è un libricino del 1944, basato su un ciclo di lezioni tenute a Dublino che pone una domanda essenziale: che cos'è la vita?

Questo scritto è molto significativo perché anticipa alcune importanti proprietà del DNA prima della loro scoperta. Quasi un decennio prima che venisse fatta luce sulla famosa struttura a doppia elica del DNA, Schrödinger aveva individuato correttamente il meccanismo che consente agli organismi di evolversi e trasmettere informazioni di generazione in generazione postulando l'esistenza del cosiddetto 'cristallo aperiodico': una molecola con una struttura non ripetitiva. Anche se ogni anello della catena contiene gli stessi atomi (carbonio, azoto, ossigeno, idrogeno e fosforo), le loro combinazioni consentono di codificare una quantità enorme di informazioni.

Per descrivere questo meccanismo, Schrödinger utilizzava una similitudine con il codice Morse, il metodo di comunicazione in grado di riprodurre un intero linguaggio con solo due lettere. Oggi sappiamo che il codice del DNA dispone di quattro lettere (A, C, G e T), che organizzate e associate in vario modo codificano tutto ciò di cui un organismo ha bisogno per produrre le proteine, far funzionare il suo metabolismo e per vivere in generale. Ecco un elemento di distinzione significativo tra esseri viventi e oggetti inanimati: la capacità di trasmettere informazioni diverse dalla semplice riproduzione ripetitiva di un modello base.

I cristalli ordinari si riproducono sfruttando sempre lo stesso modello di posizionamento degli atomi. Non possono evolversi. Per citare Schrödinger, la differenza che passa tra un minerale e una forma di vita è la stessa che separa "una comune carta da parati in cui lo stesso schema si ripropone in maniera regolare e un capolavoro artistico, per dire un arazzo di Raffaello, non una semplice ripetizione, ma un disegno espressivo coerente ed elaborato tracciato da un grande maestro."

Il ponte dell'imbarcazione a disposizione degli studiosi sembra carico all'inverosimile mentre alcuni tecnici ci sistemano sopra dei sommergibili telecomandati (ROV). Questi piccoli sottomarini robotizzati dotati di telecamere ad alta risoluzione esploreranno la parte del lago che sarà raggiunta più tardi direttamente dai sub. Gli strumenti di cui sono equipaggiati includono anche sensori per misurare: temperatura dell'acqua, pH, posizione GPS, livello di profondità e forza delle correnti. Per galleggiare in modo ottimale, i ROV si affidano ad uno strano mix di apparecchiature essenziali e di ultimi dispositivi hi-tech: motori che rappresentano lo stato dell'arte abbinati a dispositivi di galleggiamento composti da palle wiffle e tubi di galleggiamento arancio brillante che si possono trovare in ogni piscina, il tutto assicurato con delle semplici fascette di plastica. Uno dei sommergibili andrà in giro a curiosare sul fondo del lago scattando immagini ad alta risoluzione dei microbialiti; l'altro, invece, terrà d'occhio il primo e monitorerà le condizioni generali delle acque.

Io osservo i feed video inviati dai ROV dalla base di controllo della missione stabilita a terra dalla NASA. Di fronte a noi si presenta un paesaggio alieno: tumuli irregolari verdi-grigi alti qualche decina di centimetri, alcuni riuniti in grappoli, altri che si stagliano solitari nascosti dalla penombra del fondali. Guardando queste immagini, mi chiedo quanto possano assomigliare all'aspetto primordiale del nostro pianeta. Secondo quanto è stato dedotto studiando i fossili dei microbialiti, sembra che i progenitori dei cianobatteri siano stati le prime forme di vita sulla Terra. L'ossigeno che respiriamo è stato molto probabilmente prodotto miliardi di anni fa proprio da questi organismi che hanno iniziato a convertire l'atmosfera primordiale ricolma di biossido di carbonio nel mix equilibrato di azoto e ossigeno a cui siamo abituati, il tutto molto prima che le piante facessero la loro comparsa sul pianeta. I moderni cianobatteri, tuttavia, producono solo le colonie piatte e viscide che ricoprono i fondali di molti laghi piuttosto che le elaborate formazioni rocciose dei microbialiti del Pavilion, quindi è molto probabile che accadesse lo stesso anche 3,5 miliardi di anni fa.

Per quanto strani, i microbialiti potrebbero essere l'unica cosa vagamente familiare che potrebbe ritrovare oggi sulla Terra un ipotetico viaggiatore del tempo proveniente dai primi giorni del nostro pianeta. Infatti tra i meriti della vita non c'è solo quello di aver avviato la produzione dell'ossigeno che respiriamo: per rendersene conto basti osservare un qualsiasi ambiente terrestre, ognuno ha subito l'influenza fondamentale delle forme biologiche che lo hanno popolato. La chimica delle rocce, degli oceani, il suolo—tutto è stato modellato dalla vita. I ricercatori hanno scovato organismi—per lo più batteri e archei, organismi unicellulari che prosperano in habitat estremi—in ogni angolo della Terra, dalle fessure delle rocce nelle profondità terrestri alle nubi che occupano la parte superiore dell'atmosfera. In ogni luogo possibile, gli esseri viventi si sono adattati all'ambiente circostante modificandolo a loro volta alle proprie esigenze.

Le tracce lasciate da questo lavoro di elaborazione reciproca vengono chiamate biomarcatori e costituiscono il principale interesse di ricerca di Allyson Brady, geochimico della McMaster University. Brady studia come distinguere i processi abiotici—quelli che avvengono senza l'influenza di alcuna forma di vita—dalle tracce inequivocabili di attività organica. "Anche se i batteri che le popolavano sono morti da tempo," racconta la studiosa, "le rocce stesse conservano il genere di tracce chimiche che sembrano dirci 'nella creazione di questo minerale è intervenuta anche una qualche influenza di tipo biologico'. Ecco cosa ci interessa del Pavilion."

I biomarcatori potrebbero essere la chiave che ci aiuterà a capire se eventuali agglomerati di minerali simili che possono trovarsi su Marte sono microbialiti—quindi tracce di antichissime forme di vita—oppure delle loro copie sbiadite. Certe combinazioni percentuali di isotopi o la presenza di molecole insolite sono il genere di tracce chimiche prodotte dal metabolismo di microbi primordiali.

Ovviamente, il caso ideale sarebbe scoprire dei microbi viventi (ammesso che esistano), ma questa possibilità è molto più difficile che si verifichi di quanto non racconti la fantascienza. Ogni campione di microorganismi raccolti da un rover, sonda o astronauta dovrebbe sopravvivere allo shock di finire esposto sotto i nostri strumenti di analisi. Si tratta di un processo lungo e faticoso, prima di imbarcarci in una qualsiasi impresa abbiamo bisogno di un qualche indizio chimico che possa suggerirci l'esistenza di un qualcosa di interessante a livello microscopico. In assenza dei tricorder di Star Trek che ci consenta di effettuare le analisi automaticamente, i ricercatori studiano i biomarcatori nel terreno di Marte, nei ghiacci di Europa, il satellite di Giove e nei pennacchi di acqua eruttati dai vulcani di ghiaccio su Encelado, la sesta luna più grande di Saturno.

Sulle rive del Pavilion, libellule blu iridescente mi ronzano perennemente attorno mentre uno uccello strolaga si tuffa in acqua. Dopo due giorni di operazioni condotte solamente con i ROV, sono entrati in scena anche i subacquei. Il team utilizza un ulteriore imbarcazione per trasportarli verso il sito dell'immersione. Questa volta sono a bordo anch'io, anche se non devo intralciare i lavori in alcun modo. A dire il vero, riuscivo a vedere molte più cose dalla base operativa a terra: adesso mi è concesso solo limitarmi a osservare gli scienziati che controllano i monitor e manovrano i ROV, senza alcuna possibilità di capire ciò che i subacquei stanno davvero facendo.

È facile identificare come esseri viventi le libellule, le strolaghe, i subacquei, persino i batteri dalle forme più strane—come recita una canzone dei Muppets, tutti loro "respirano e mangiano e crescono." Ma siamo sicuri che tutti gli esseri viventi si comportino allo stesso modo?

La parte più difficile dello scovare la vita in giro per il cosmo potrebbe essere proprio quella di riconoscerla nel caso in cui dovessimo trovarcela davanti. La maggior parte degli organismi terrestri è microbica e anche se spesso associamo i batteri con le malattie, la maggior parte di loro non interagisce in alcun modo con gli esseri umani. Un gran numero di specie prospera in luoghi che per noi sono inospitali: acque profonde, grotte che presentano tassi di acidità elevati, ambienti estremamente freddi o caldi. Eppure, anche se l'evoluzione e l'adattamento ci hanno separati, siamo ancora uniti da un certo grado di parentela.

È proprio questa parentela il motivo per cui ogni organismo che conosciamo è basato sulle cellule; comprende acqua allo stato liquido nelle proprie strutture essenziali; è costituito da molecole simili contenenti carbonio, ossigeno, azoto e pochi altri elementi comuni ed infine utilizza il DNA e l'RNA per codificare le informazioni su se stesso e trasmetterle alle generazioni successive. Eppure è più che lecito domandarsi: la vita deve essere strutturata solo in questo modo? Se la storia del nostro sistema solare si svolgesse una seconda volta, gli organismi finirebbero per basarsi sugli stessi principi chimici?

Quando diciamo che la base della vita è organica, intendiamo semplicemente che le sue 'molecole fondamentali contengono carbonio'. Le molecole organiche sono piuttosto comuni nella nostra galassia. Gli astronomi hanno scoperto tracce di aminoacidi (i mattoni delle proteine) nelle comete e basi azotate (le "lettere" genetiche del DNA e RNA) all'interno delle nebulose.

Ma anche se l'acqua potrebbe essere necessaria per la vita, la sua presenza su altri pianeti e nello spazio interstellare è talmente abbondante da non costituire un indizio significativo a tale proposito. Dobbiamo ancora rilevare un segnale di qualsiasi tipo che possa essere interpretato come indicativo della presenza di "vita".

Per quanto suoni paradossale, potrebbero esistere anche forme di vita inorganica, d'altronde "organico" non è sinonimo di "essere vivente". Gli esseri basati sul silicio che popolano gli universi fantascientifici di Star Trek e Discworld di Terry Pratchett sono delle elaborazioni di questo concetto. All'interno della tavola periodica, il silicio è posizionato sotto la stessa colonna del carbonio, quindi i due elementi sono simili dal punto di vista chimico. Di fatto i legami stabiliti dal silicio non sono abbastanza forti, quindi non forma lo stesso tipo di molecole del carbonio che sembra essere l'unico tra tutti gli elementi della tavola periodica in grado di formare strutture sufficientemente elaborate da supportare la vita.

Il DNA presenta una struttura molto complessa, il che porta molti ricercatori a interrogarsi sulla sua nascita. Una ipotesi comune è che l'RNA—il quale è costituito da una singola elica, a differenza della doppia elica del DNA—sia venuto prima, ma a sua volta non si può dire che neanche la composizione dell'RNA non sia elaborata. "Forse la vita non è nata grazie all'RNA, alla base potrebbe esserci stato un qualcosa di ancora più semplice," ipotizza John Chaput della Arizona State University. "Qualsiasi cosa fosse, però, ha agevolato la creazione dell'RNA."

La "D" di DNA e la "R" di RNA rappresentano rispettivamente gli zuccheri desossiribosio e ribosio. Questi sono i montanti della scala di cui le lettere genetiche rappresentano i pioli, ma in teoria molti altri zuccheri sarebbero adatti a svolgere la stesa funzione. Ad esempio, utilizzando altri zuccheri, sono state create delle molecole genetiche artificiali chiamate "XNA": dove la X è solo uno dei molteplici sostituti papabili.

Chaput sta studiando intensamente lo zucchero noto come "treosio", perché la molecola che costituisce, il TNA, "riconosce" l'RNA e si lega ad esso, proprio come il DNA si lega con l'RNA. Il TNA è più semplice dell'RNA e del DNA, sia per quanto riguarda la struttura chimica che per la sua elaborazione. Chaput e altri ricercatori sulla sua stessa lunghezza d'onda si chiedono se il TNA sia il più antico dei tre: "poiché il TNA era più semplice da sintetizzare, si diffuse prima delle altre molecole, ma venne rapidamente spodestato dall'RNA".

L'XNA rappresenta solo uno dei tanti percorsi alternativi percorribili dalla vita. Il carbonio è in grado di costituire molte più molecole di quelle adoperate dagli organismi che conosciamo. Le "nostre" proteine non utilizzano tutti i tipi di amminoacidi; il DNA e l'RNA non sfruttano tutte le "lettere" rese chimicamente possibili delle basi azotate. Eventuali forme di vita aliene potrebbero basarsi sulla chimica organica che conosciamo e avere anche codici genetici simili ai nostri, ma cellule formate con altri tipi di molecole.

Il clima è soleggiato e gradevole, eppure Tyler Mackey e Frances Rivera-Hernandez sono equipaggiati per affrontare temperature ben più basse. Indossano delle mute stagne e si preparano a tuffarsi nelle acque fredde del lago per assicurarsi che tutta l'attrezzatura funzioni correttamente in vista dei rilevamenti scientifici che verranno effettuati nei giorni seguenti.

L'obiettivo di Mackey è quello di studiare come si formano i microbi, come vengono modellati dall'ambiente e in quale modo queste interazioni lasciano traccia nei reperti fossili. Gran parte del suo lavoro di tesi si basa sui laghi presenti sotto la calotta polare in Antartide. Rivera-Hernandez lavora per il team del Mars Science Laboratory, che manovra il Curiosity Rover che sta attualmente esplorando la superficie di Marte. Vuole verificare se i laghi terrestri condividono degli attributi geologici con i laghi ormai prosciugati di Marte che in un lontano passato potrebbero essere stati ricoperti di ghiaccio.

Qui al Pavilion si parla tanto di Marte. I subacquei non stanno semplicemente raccogliendo dati scientifici sui microbialiti: testano anche software e protocolli operativi per compiere operazioni simili sulla superficie del Pianeta Rosso. I subacquei interpretano la parte degli astronauti che esplorano Marte; la barca da cui si sono tuffati sarebbe il loro 'centro di comando' (come quella che un giorno potrebbe risiedere sulla luna di Marte Phobos) e il grande rimorchio della NASA sulla riva serve da 'base di controllo della missione'.

Per rendere la simulazione ancora più realistica, il software che hanno utilizzato per comunicare accumula un ritardo di cinque minuti per ogni viaggio tra la Mission Control e la barca, imitando il tempo impiegato dai segnali per attraversare i 55 milioni di chilometri che intercorrono tra Marte e la Terra nel punto di massimo avvicinamento. Con quel ritardo, il sottomarino non può ottenere istruzioni direttamente dalla Terra, il che significa che molte azioni devono essere accuratamente pianificate in anticipo. (Per capirci, gli astronauti della missione Apollo avevano un ritardo di un secondo scarso per ogni segnale.)

I futuri astronauti che atterreranno su Marte difficilmente troveranno forme di vita che non siano dei batteri, ma potrebbero esserci dei resti di microbialiti. I paleontologi hanno scoperto fossili di microbialiti stratificati in Australia, Groenlandia e Antartide. Alcuni di quelli ritrovati in Australia erano datati 3,5 miliardi di anni, non molto dopo la prima solidificazione della Terra. Se dei microbi simili a quelli terrestri si trovavano su Marte durante lo stesso periodo, ma sono morti (o si sono trasferiti sottoterra) quando il pianeta è diventato desertico, potrebbero esserci fossili simili.

Al momento, l'acqua ritrovata sulla superficie di Marte sembra essere effimera e molto salata, ma non è sempre stato così. "Se c'è mai stata abbondanza di acqua—e a giudicare dalla superficie si crede di sì—si è certamente congelata," ha detto Rivera-Hernandez. Il che rende i laghi freddi sulla Terra particolarmente interessanti per chi studia la vita su Marte. Pavilion si congela tutti gli anni, e probabilmente è stata coperta con una calotta di ghiaccio durante l'ultima era glaciale. Alcuni microbialiti potrebbero essere abbastanza datati da essere sopravvissuti a quel periodo.

A 71 anni dal libro di Schrödinger, gli scienziati hanno fatto molti passi in avanti nella comprensione della vita, ma non c'è ancora una definizione chiara di cosa effettivamente la vita sia. L'evoluzione è una parte di essa, così come il concetto di trasmissione genetica da una generazione all'altra. Il metabolismo anche, è necessario per alterare l'equilibrio chimico di ciò che lo circonda. Ma mentre alcuni esseri sono palesemente non-viventi e altri palesemente viventi, esiste anche una regione d'ombra.

Si tratta del regno dei virus e delle proteine chiamate prioni—famose per essere la causa dell'encefalopatia spongiforme (il noto virus della mucca pazza). I virus hanno DNA e RNA ma devono attaccare delle cellule per riprodursi. I prioni sono importanti perché possono trasmettere informazioni e riprodursi senza DNA appropriandosi di altre proteine, molte delle quali danneggiano i tessuti cerebrali. Virus e prioni sono spesso dannosi, ma alcuni tipi di lievito traggono beneficio dai prioni, e i mammiferi usano alcuni virus per evitare che le madri rigettino i feti nell'utero. Non sono vivi in senso stretto—non crescono e non si moltiplicano indipendentemente da un altro organismo—ma possono mutare ed evolvere secondo le leggi della selezione naturale.

"I virus hanno chiaramente la capacità di seguire le leggi dell'evoluzione darwiniana, ma non senza una cellula che li ospiti," ha detto David Lynn della Emory University. Per lui la differenza tra la vita e la non-vita è un continuum: "ci sono alcune transizioni in cui potremmo distinguere qualcosa che evolve a livello chimico e qualcosa che evolve a livello biologico." In altre parole, non esiste un confine definito tra gli organismi che richiedono una catalizzazione esterna—una cellula ospite, un tessuto cerebrale—per evolvere, e gli organismi che possono evolvere e riprodursi da sé. A un certo punto, i processi chimici inorganici sorpassano questa linea di confine e diventano esseri palesemente viventi.

Lynn riflette a fondo sulle informazioni biochimiche contenute dalle molecole complesse e cerca di capire l'evoluzione in quel contesto. Lui e i suoi collaboratori stanno indagando se le proteine (che, in senso chimico, sono catene relativamente lunghe di molecole organiche usate per costruire le cellule) possono archiviare e trasmettere le stesse informazioni delle molecole genetiche, senza bisogno di DNA e RNA. Ma DNA e proteine sono entrambe complesse, quindi ci si chiede se, nella storia della vita sulla Terra, qualcos'altro di più semplice sia venuto prima e abbia preparato il terreno per entrambi.

Il piccolo lago canadese di Pavilion è un posto in cui possiamo porci delle domande del genere. I ricercatori, i biochimici che lavorano con l'XNA e gli astrobiologi che immaginano la vita su altri mondi stanno cercando di capire gli adattamenti della vita in base alle sostanze chimiche e i materiali con cui sono in contatto.

I batteri come quelli che vivono nel Pavilion Lake al momento formano raramente strutture microbialitiche; anche se Pavilion è un po' più alcalino degli altri laghi che si trovano nella zona e ha un contenuto più elevato di minerali, non ci sono ragioni che facciano pensare con certezza all'esistenza di queste strutture. "Cosa impedisce ai microbialiti di esistere in questo lago? Cosa c'è di così potenzialmente speciale?" si chiede Darlene Lim, leader del team di ricerca del Pavilion. "Non c'è una risposta facile, e le prospettive a riguardo sono infinite."

La vita sulla Terra è tutta collegata a un antenato comune che si nasconde in un passato lontanissimo. Ma forse la vita come la conosciamo coesisteva con altre sostanze biochimiche. Forse con il passare del tempo i nostri lontani parenti hanno avuto molto più successo rispetto agli organismi basati su strutture molecolari alternative e hanno modificato l'ambiente a loro favore mentre le altre forme di vita si estinguevano. Bisogna considerare l'idea della morte non di una specie ma di un intero modo di concepire la vita, che sarebbe cresciuto per dominare il pianeta se solo la storia avesse preso un'altra strada.

Questi esseri via-di-mezzo non sono ai margini della speculazione. Con Marte, Europa e migliaia di esopianeti conosciuti, il range di possibilità biochimiche potrebbe essere enorme. Non possiamo pensare che tutte le forme di vita abbiano seguito lo stesso percorso che hanno seguito sulla Terra, sia dal punto di vista biologico che chimico.

"Che cos'è la vita?" Non è una domanda con una sola risposta. Forse non c'è alcun bisogno di rispondere. Anime sagge come Charles Darwin non hanno nemmeno preso in considerazione certi fronzoli filosofici.

C'è una cima molto alta sulle montagne intorno al Pavilion Lake. Gli abitanti della zona parlano di un grosso dragone che ci abita, e che sorveglia i bambini. I cianobatteri sono in un certo senso i primogeniti delle giovani forme di vita ma sono allo stesso tempo moderni, come del resto la vita in sé, che si è adattata all'ambiente con la forza dell'evoluzione. E nonostante la definizione vaga, ecco cos'è la vita: la forma, il contenuto, la continua evoluzione.

Questa storia è apparsa originariamente su Mosaic con il titolo, "What is life?" L'abbiamo pubblicato con una licenza CC BY 4.0 .