Olha Darchuk (Krivoy Rog, Ukraine, 1976 - ) - The Origin of Life

La Base della Vita Sulla Terra

di Antonio Bigazzi

Sappiamo tutti che la vita sulla terra si basa sul carbonio (C). Ma perché?

Prima di tutto serve un elemento che riesca a combinare delle catene un po' più interessanti di quelle completamente lineari, come sarebbe, se esistessero, con l'ossigeno: O-O-O-O-...-O. Che noia.

Servono allora elementi che sappiano formare almeno 3 legami e quindi abbiano almeno 3 ma non più di 5 elettroni di valenza, ovvero gli elettroni nell'orbitale più esterno; sono quelli che formano i collegamenti interatomici.

Ricordiamoci che gli atomi hanno la tendenza a formare ottetti. Volessimo antropomorfizzare, gli atomi ambiscono a raggiungere la configurazione dei gas nobili, come l'elio o l'argon, con 8 elettroni 8 nell'orbitale più esterno. Vogliono diventare aristocratici.

Ritornando alla base della vita sulla terra. Chi si candida?

Escludiamo subito i metalli che tendono a formare legami di tipo ionico, che tendono a sciogliersi nelle cellule dove l’acqua fa da padrone, o metallico. Per varie ragioni ci servono legami covalenti.

E quindi la ricerca si riduce sostanzialmente a boro, carbonio, azoto, silicio e fosforo. Se non ce la fa uno di questi signori, inutile andare a cercare a casa dell'arsenico o dello stagno.

Il boro ha 3 elettroni ed a prima vista andrebbe bene. Ma sono pochi per arrivare ad 8, il che renderebbe una catena basata sul boro assai instabile. Spiacenti, ma terremo presente il suo CV.

Il carbonio ha 4 elettroni e tipicamente forma 4 bei legami, 2 verso 2 altri C e 2 verso altri elementi quali l'idrogeno, dandoci gli amati/odiati carboidrati, ma anche ossigeno, azoto, zolfo, alogeni quali il fluoro e non solo. Riesce anche a formare legami doppi e tripli con se stesso. E sa persino configurarsi ad anello.
Il carbonio è un vero eclettico.

Ma perché non l'azoto allora che, con 5 elettroni di valenza, potrebbe facilmente raggiungere l'agognato numero 8?

Il problema con l'azoto è l'opposto di quello del boro: troppi elettroni, il che lo rende instabile e piuttosto irritabile. Le catene di azoto tendono ad esplodere il che le fa più adatte a fare da carburante per razzi che a sostenere la vita.

Le considerazioni fatte per l'azoto ci portano ad eliminare anche il fosforo che è persino meno stabile. Infatti la principale “moneta energetica” delle cellule è formata da una molecola con una coda di tre atomi di azoto (ATP). Il distaccarsi e riformarsi del terzo azoto accade da 2mila a 3mila volte al giorno nel corpo umano, per molecola di ATP. Il contrario di stabilità e permanenza.

Ma il silicio? Perché non lui coi suoi 4 bei elettroni di valenza?

Questo elemento sa ben formare delle reti anche vaste di atomi. Basti pensare al vetro ed a molte ceramiche.

Un episodio della nota serie Star Trek propose infatti una civilizzazione basata sul silicio. Dubito però avrà potuto avanzare più in là dell'età della pietra :).

In realtà il silicio è troppo largo. La sovrapposizione dei suoi orbitali è parziale e ne consegue che i legami Si-Si non sono abbastanza forti: non “tengono” con la serena pervicacia che è propria del carbonio.

A questo punto qualcuno potrebbe obiettare che si potrebbero intercalare atomi diversi per comporre una catena, magari C-O-P-O, ecc.
Ma i legami eteronucleari non sono in genere granché stabili a causa della differente “fame” di elettroni (elettronegatività) degli atomi in questione . Ed infatti le reazioni biochimiche avvengono molto spesso proprio rompendo e creando legami eteronucleari.

E quindi carbonio fu.

E non sono i diamanti, pur fatti di carbonio, che durano per sempre. Anch'essi si consumano alla lunga.

È invece il carbonio base della vita, dai batteri alle balene, che parrebbe il più duraturo.

È lui che ci dà la pasta, gli zuccheri (quindi in ultima analisi la Nutella) e l'alcol per la grappa ed il Brunello.

Sfortunatamente è sempre lui, segregato a doppio filo nell'anidride carbonica, che sta accumulandosi nei nostri oceani e nell'atmosfera e che finirà per rosolarci. Ma non per colpa sua; per colpa nostra e della nostra incapacità a regolarci.

In conclusione, è ironico come nelle calze della Befana si dia del carbone ai bambini che sono stati "cattivi".

Lo vorrò interpretare come offrire la base della vita ai nostri giovani.