L’esperimento di Pasteur è stato considerato a lungo come la prova definitiva che la vita non si genera spontaneamente a partire da materia inorganica, ma può nascere soltanto da altra vita. Ma allora come si è formato il primo organismo vivente?

Secondo le stime attuali, la Terra si è formata circa 4 miliardi di anni fa. Durante il primo miliardo di anni la storia del nostro pianeta è stata molto travagliata: bombardata da meteoriti e comete, riscaldata dal decadimento delle sostanze radioattive presenti al suo interno, la Terra si è trasformata in una massa fusa che successivamente si è raffreddata, sviluppando una crosta solida caratterizzata da un’intensa attività vulcanica.

In seguito a queste trasformazioni, la prima atmosfera di idrogeno è stata sostituita dalla seconda atmosfera primordiale, costituita probabilmente da monossido e diossido di carbonio (CO e CO₂), azoto (N₂) e da piccole quantità di metano (CH₄) e ammoniaca (NH₃) mescolati con vapore acqueo. Intanto, si sarebbero formati i primi oceani per condensazione del vapor d’acqua presente nell’atmosfera e per l’azione delle comete: questi corpi celesti carichi di ghiaccio, colpendo la Terra, vi avrebbero portato grandi volumi di acqua.

In queste particolari condizioni chimico-fisiche è possibile che semplici molecole inorganiche abbiano prodotto piccole molecole biologiche. Oggi queste reazioni non possono avvenire spontaneamente, sia perché l’atmosfera attuale è ricca di ossigeno che contrasta lo svolgimento di simili processi, sia perché manca una fonte di energia adeguata nell’ambiente; 4 miliardi di anni fa, invece, le condizioni erano «ideali».

L’esperimento di Miller-Urey

La formazione delle biomolecole da molecole inorganiche potrebbe dunque essere avvenuta nell’atmosfera primordiale, come è stato dimostrato dall’esperimento di Miller e Urey (▶figura A). Stanley Miller era un giovane biochimico che lavorava come ricercatore nel gruppo di Harold Urey, premio Nobel per la chimica nel 1934. Nel 1953 i due scienziati misero a punto un esperimento per verificare se fosse possibile ottenere materia organica da composti inorganici.

Innanzitutto, essi predisposero un’atmosfera sperimentale contenente i gas che ritenevano fossero presenti nell’atmosfera primitiva della Terra: idrogeno, ammoniaca, metano e vapore acqueo. Fecero quindi passare attraverso questi gas una scarica elettrica che simulasse un fulmine; poi raffreddarono il sistema per far condensare i gas, che raccolsero in soluzione acquosa: ne risultò una sorta di brodo primordiale, l’oceano di 4 miliardi di anni fa.

Nel giro di pochi giorni il sistema arrivò a contenere molte molecole complesse, fra cui amminoacidi (i costituenti delle proteine), purine e pirimidine (i costituenti del DNA): era la prova che le componenti minime della vita potevano originarsi dalla materia inorganica.

Un passo in più: la formazione delle macromolecole

L’esperimento di Miller-Urey è stato in seguito perfezionato. Da allora, per esempio, sono cambiate le ipotesi riguardo alla composizione dell’atmosfera: oggi si ritiene che l’atmosfera primordiale contenesse scarse quantità di metano e ammoniaca.

Ciò che l’esperimento non spiega, però, è la seconda tappa fondamentale nella formazione della vita: com’è avvenuto il passaggio dalle prime molecole organiche alle molecole più grandi come le proteine? La formazione delle molecole biologiche, infatti, avviene oggi solo nelle cellule; le condizioni chimico-fisiche riprodotte dall’esperimento di Miller-Urey non bastano per generare e mantenere in forma stabile molecole come il DNA.

Anche in questo caso, gli scienziati hanno utilizzato dei modelli per cercare di riprodurre le condizioni che in passato dovevano caratterizzare il nostro pianeta. Tra i più accreditati, c’è il modello fornito dalle sorgenti idrotermali (▶figura B) che si trovano nelle profondità oceaniche e da cui fuoriesce acqua a temperatura elevata, ricca di metalli come ferro e nichel.

Secondo alcuni ricercatori, infatti, molti composti che ritroviamo negli esseri viventi non si sarebbero originati nell’atmosfera, ma negli oceani, in prossimità dei vulcani sottomarini o vicino a sorgenti idrotermali dove sono presenti acque molto calde e una grande varietà di sali minerali e gas. In questi ambienti particolari probabilmente ha avuto origine la vita.