Secondo le moderne teorie, il nostro Universo (figura 1) ha avuto inizio da un’enorme esplosione, il Big Bang. Si ritiene che, prima di questo evento, tutta l’energia e tutta la materia dell’attuale Universo fossero compresse in un punto infinitamente piccolo; con il Big Bang si ebbe la liberazione di questa energia, a seguito della quale tutte le particelle di materia iniziarono a formarsi e ad allontanarsi rapidamente le une dalle altre.

Subito dopo l’esplosione, che sarebbe avvenuta intorno a 13,7 miliardi di anni fa, la temperatura era di circa 100 miliardi di gradi Celsius (°C). La materia era presente sotto forma di particelle con carica positiva, chiamati protoni, oppure prive di carica, i neutroni; a causa dell’elevata energia, queste particelle si scontravano tra loro aggregandosi e formando così quelli che sarebbero divenuti i primi nuclei atomici. Successivamente, quando l’Universo raggiunse una temperatura di circa 2500 °C, i protoni presenti nei nuclei cominciarono ad attrarre piccole particelle con carica negativa, detti elettroni, che resero possibile la formazione dei primi atomi. A partire da questi atomi, col passare del tempo, si sono originati tutti i pianeti e le stelle del nostro Universo, compresi la Terra e il Sole (figura 2A).

Gli studiosi di cosmologia pensano che il Sole sia nato circa 5 miliardi di anni fa e, come le altre stelle, abbia avuto origine da un ammasso di polvere e di gas (idrogeno ed elio; figura 2B) che ruotavano nello spazio. L’immensa nube che sarebbe diventata il Sole si condensò gradualmente a mano a mano che gli atomi di idrogeno e di elio venivano attratti dalla forza di gravità verso il centro della nube stessa. Questa attrazione, insieme con l’aumento della temperatura, portò gli atomi di idrogeno a scontrarsi con tale forza che i nuclei si fondevano tra loro, formando altri atomi di elio e liberando energia nucleare; tali reazioni, dette termonucleari, si svolgono tuttora all’interno del Sole e sono la fonte dell’energia che si irradia dalla sua superficie.

Secondo le attuali teorie, i pianeti si formarono da gas e polvere in movimento intorno alla stella appena nata. All’inizio le particelle si ammassavano a caso, mentre in seguito furono gli ammassi diventati più grossi ad attrarre per gravità le altre particelle e quindi a dare origine ai pianeti. L’orbita più vicina al Sole fu percorsa da Mercurio, quella successiva da Venere, la terza dalla Terra, la quarta da Marte e così via fino a Urano e Nettuno, i pianeti più distanti. Si calcola che i pianeti, compresa la Terra, si siano formati circa 4,6 miliardi di anni fa.

È probabile che sulla Terra l’atmosfera primitiva fosse costituita principalmente da idrogeno ed elio, ma col passare del tempo questi elementi chimici si dispersero rapidamente nello spazio non essendo trattenuti dalla debole forza di gravità terrestre. In seguito, a partire dai gas sprigionati dai vulcani si sarebbe formato un secondo tipo di atmosfera, differente sia dall’atmosfera primitiva sia da quella attuale. L’acqua che fuoriusciva dai geyser in forma gassosa arricchì l’atmosfera di  vapore acqueo e, al diminuire della temperatura, queste nubi di vapore si sarebbero condensate e le piogge avrebbero formato i primi oceani, caldi e poco profondi (figura 3).

Fu proprio in questo tipo di ambiente che ebbero origine le prime molecole e le prime cellule. Attualmente, tutte le forme di vita esistenti sulla Terra si trovano in uno strato, denominato biosfera, che comprende tutta la superficie terrestre e si estende per circa 8-10 km fra lo spazio e le profondità marine. Vediamo ora cosa si intende con il termine «vita»

Uno dei principi fondamentali della biologia è che tutti gli organismi viventi sono formati da una o più cellule simili. Questo concetto è d’importanza capitale per la biologia in quanto mette in evidenza l’unitarietà di base di tutti i sistemi viventi.

La cellula possiede quattro caratteristiche particolari che la contraddistinguono dagli altri aggregati di macromolecole complesse:

• comparsa di una membrana esterna che separa la cellula dall’ambiente circostante e le permette di mantenere una propria identità chimica;
• presenza di complesse molecole, gli enzimi, indispensabili per l’efficace svolgimento delle reazioni chimiche da cui dipende la vita:
• possibilità di evolversi grazie a variazioni che compaiono nel corso delle generazioni;
• capacità di duplicarsi e dare origine a nuove cellule.

Ma come si sono formate le strutture fondamentali delle cellule? Quale di queste apparve per prima e rese possibile lo sviluppo delle altre? Nonostante il grande numero di ricerche condotte nel corso dell’ultimo secolo, nessuna di esse sembra aver fornito ancora risposte del tutto convincenti.

La prima teoria riguardo all’origine della vita venne elaborata dal biochimico russo A.I. Oparin (1894-1980). Secondo questo scienziato, la comparsa della vita sulla Terra fu preceduta da una lunga serie di eventi che prende il nome di evoluzione chimica. L’ambiente primitivo in cui si svolsero questi eventi aveva due proprietà importanti: 1) l’ossigeno libero era quasi del tutto assente nell’atmosfera, mentre era ancora abbondante l’idrogeno; 2) i quattro elementi chimici (idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto), che oggi costituiscono più del 95% dei tessuti degli organismi viventi, erano già disponibili nell’atmosfera e nelle acque.

Oltre a questi materiali di base, sul nostro pianeta c’era moltissima energia che si manifestava sotto forma di calore, scariche elettriche, radioattività e radiazioni provenienti dal Sole. Oparin ipotizzò che, in tali condizioni, dai gas dell’atmosfera si sarebbero potute formare grandi quantità di molecole complesse, che in seguito si sarebbero raccolte nei mari e nei laghi del pianeta dando origine a un «brodo primitivo».

Col passare del tempo queste molecole sarebbero diventate via via più numerose e sempre più vicine; a causa della maggiore concentrazione, si sarebbero poi combinate dando luogo a piccoli aggregati più complessi. A questo punto, all’evoluzione chimica avrebbe fatto seguito una nuova fase del processo, che Oparin chiamò evoluzione prebiologica, con la formazione di piccoli sistemi primitivi, detti coacervati, che si possono ritenere il punto di partenza di tutto il mondo vivente. Oparin pubblicò questa ipotesi nel 1922, ma la comunità scientifica non gli diede molto credito. Verso la metà del secolo scorso, però, l’ipotesi di Oparin sull’evoluzione chimica venne sottoposta a verifica sperimentale (figura 4) e fu confermata da Stanley Miller, un giovane laureato dell’Università di Chicago, e dal suo professore Harold Urey; essi simularono in laboratorio le condizioni ambientali della Terra primitiva e dimostrarono che si potevano formare spontaneamente alcune semplici biomolecole, cioè particolari composti chimici, come gli amminoacidi, che sono i componenti di base di tutti gli organismi viventi.

Alcuni scienziati hanno ipotizzato che le forme di vita più semplici attualmente esistenti siano comunque troppo complesse per avere avuto origine sulla Terra e hanno quindi spostato la ricerca dell’origine della vita nello spazio interstellare e nei meteoriti caduti sul nostro pianeta.

Un’interessante scoperta a sostegno di queste ipotesi è stata fatta in Antartide nel 1996, grazie all’analisi di un particolare meteorite. Il dato singolare è che il meteorite preso in esame si sarebbe staccato da Marte circa 4,5 miliardi di anni fa e sarebbe giunto sul nostro pianeta attratto dalla gravità terrestre dopo aver vagato nello spazio per lunghissimo tempo; diversi esami sembrano accertare la presenza su di esso di batteri fossili. Se così fosse, si dovrebbe giungere alla conclusione che, poco dopo la formazione del Sistema solare, su Marte ci fossero acqua e primitive forme di vita.

Molti scienziati sono piuttosto convinti che dallo spazio interstellare, se non vere e proprie forme di vita, potrebbe essere arrivata almeno parte delle biomolecole fondamentali per i processi che diedero origine alla vita.