Un team di scienziati ha scoperto che la vita sulla Terra oltre tre miliardi di anni fa dipendeva dal molibdeno, un metallo incredibilmente raro nell’ambiente dell’epoca. Lo studio, pubblicato su Nature Communications , è il primo a dimostrare che il molibdeno veniva utilizzato da forme di vita antiche in un’epoca così remota della storia del nostro pianeta.
Sulla Terra, il molibdeno contribuisce ad accelerare reazioni biochimiche vitali nelle cellule. Questo metallo è un componente di enzimi essenziali che guidano numerose reazioni biologiche fondamentali negli organismi. Ciò è importante non solo per i singoli organismi, ma anche per i cicli biogeochimici, come il ciclo dell’azoto, che influenzano l’intero pianeta. Senza il molibdeno, queste importanti reazioni potrebbero comunque avvenire in natura, ma sarebbero troppo lente per sostenere la vita.
“Il molibdeno si trova al centro catalitico degli enzimi che catalizzano le principali reazioni del carbonio, dell’azoto e dello zolfo”, ha spiegato Betül Kaçar, responsabile del Kaçar Lab presso l’Università del Wisconsin-Madison e autrice senior dello studio. Kaçar dirige MUSE, un consorzio interdisciplinare della NASA per la ricerca astrobiologica (ICAR) presso l’Università del Wisconsin-Madison.
“Chiedersi quando la vita ha iniziato a utilizzare il molibdeno significa in realtà chiedersi quando alcune delle strategie metaboliche più importanti sono diventate possibili”, ha affermato Kaçar.
Oggi il molibdeno è relativamente comune nell’ambiente e la sua scarsità non rappresenta più un problema per la vita. Ma non è sempre stato così.
Le prove geologiche dimostrano che miliardi di anni fa negli oceani terrestri erano presenti solo tracce di molibdeno. I livelli aumentarono all’incirca nel periodo in cui i microrganismi iniziarono a utilizzare la fotosintesi, il che portò a un drastico incremento della quantità di ossigeno atmosferico (circa 2,45 miliardi di anni fa). Questo evento è noto come il Grande Evento di Ossidazione e ebbe un profondo impatto sull’evoluzione della vita. Un precedente studio della NASA ha addirittura ipotizzato che l’aumento del molibdeno nell’ambiente in quel periodo potrebbe essere stato necessario per l’evoluzione della vita complessa.
Sfida alla narrazione secondo cui “il tungsteno prima di tutto”.
Ma quando la vita ha iniziato a utilizzare il molibdeno? Data la sua scarsità sulla Terra primordiale, gli astrobiologi si sono chiesti se la vita potesse aver avuto origine dall’utilizzo di altri metalli per accelerare reazioni vitali. Il tungsteno, ad esempio, si comporta in modo simile nelle cellule ed è utilizzato ancora oggi da alcuni organismi che vivono in ambienti estremi. In precedenza, gli scienziati avevano ipotizzato che la vita potesse aver utilizzato prima il tungsteno e poi essersi evoluta fino a utilizzare il molibdeno una volta che quest’ultimo fosse diventato più disponibile. Il nuovo studio dimostra che non è necessariamente andata così.
Il team ha raccolto i dati disponibili sulla diffusione del molibdeno nel corso del tempo e ha ricostruito la storia dell’utilizzo di questo metallo lungo i rami dell’albero della vita. Hanno scoperto che, nonostante il molibdeno fosse raro, gli antichi microbi sulla Terra trovarono comunque il modo di utilizzarlo. Lo stesso vale per l’utilizzo del tungsteno.
“Il nostro lavoro dimostra che sia i sistemi enzimatici che utilizzano il molibdeno sia quelli che utilizzano il tungsteno hanno radici archeane, il che suggerisce che le prime forme di vita probabilmente utilizzavano entrambi i metalli, anziché seguire una semplice logica ‘prima il tungsteno, poi il molibdeno'”, ha affermato Kaçar. “Sosteniamo che l’uso del molibdeno sia molto più antico di quanto ipotizzato da molti modelli, con datazioni molecolari che collocano l’utilizzo del molibdeno tra l’Eoarcheano e il Mesoarcheano, circa 3,7-3,1 miliardi di anni fa, ben prima del Grande Evento di Ossidazione.”
Sorgenti idrotermali come rifugi per i metalli
Precedenti studi del MUSE ICAR, pubblicati nel 2024, hanno individuato alcune nicchie in cui le prime forme di vita potrebbero aver trovato riserve di molibdeno e altri metalli rari nelle profondità oceaniche. Le sorgenti idrotermali sul fondale marino forniscono oligoelementi tra cui ferro, zinco, rame, nichel, manganese, vanadio, molibdeno, cobalto e tungsteno.
“Anche se l’acqua marina dell’Archeano conteneva complessivamente poco molibdeno disciolto, sistemi localizzati come le sorgenti idrotermali avrebbero comunque potuto fornire quantità utilizzabili di molibdeno e altri metalli”, ha affermato Kaçar.
Il nuovo studio dimostra che, anche tra una varietà di altri metalli utili, il molibdeno è stato in qualche modo una delle prime scelte della vita come catalizzatore metallico.
“Il molibdeno potrebbe essere stato un materiale ‘scelto’ di valore perché consente la catalisi su un’ampia gamma di substrati e condizioni redox”, ha affermato Kaçar. “In altre parole, la sua scarsità non ha reso il molibdeno irrilevante; i suoi vantaggi catalitici potrebbero aver giustificato lo sviluppo di metodi per acquisirlo e utilizzarlo.”
Indizi per la ricerca della vita
Lo studio dimostra come la vita possa trovare un modo per utilizzare gli elementi presenti nell’ambiente, anche se scarsi, e ci ricorda che nella ricerca della vita oltre la Terra dobbiamo essere preparati a possibilità che non abbiamo ancora preso in considerazione.
La ricerca della vita nell’universo non consiste nel compilare una lista di condizioni simili a quelle della Terra odierna. Studiare la storia del nostro pianeta e l’evoluzione della vita permette agli astrobiologi di osservare periodi in cui la Terra era un pianeta molto diverso da quello che è oggi. In questo modo, acquisiamo una migliore comprensione della varietà di pianeti nell’universo che potrebbero essere abitabili per la vita come la conosciamo.
“Il nostro studio ICAR della NASA dimostra che mappare la storia evolutiva degli elementi bioessenziali sulla Terra può aiutarci a prevedere quali elementi potrebbero essere utilizzati dalla vita su altri mondi e che diverse disponibilità di elementi abiotici potrebbero portare a scelte biologiche differenti”, ha affermato Kaçar. ” La ricerca della vita dovrebbe tenere conto dei metalli, dei processi redox e dell’evoluzione. Non dovremmo cercare solo ‘vita simile alla Terra ora’, ma strategie biochimiche che avrebbero senso su un pianeta con una storia diversa di ossigenazione e disponibilità di metalli.”
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