Xenobiologia di una Super Terra

In funzione di quanto scritto in precedenza relativamente alla Xenobiologia, cerchiamo di immaginare le caratteristiche biologiche di una super terra

Base Chimica: ipotizzando che sia di tipo roccioso, la distribuzione di carbonio e silicati dovrebbe essere simile a quella terrestre. Quindi potrebbe svilupparsi una biochimica a base DNA

Gravità: Ovviamente è più elevata di quella terrestre: per gli organismi acquatici il problema si pone relativamente, mentre per quelli extra acquatici saranni molto più tozzi e robusti degli equivalenti terresti. Domineranno cespugli, invece che alberi. Gli organismi volanti, potrebbero sviluppare soluzioni a pallone aerostatico, con un’equivalente della vescica dei pesci

Clima e atmosfera: a causa dell’attività tettonica molto più vivace della nostra avremmo nell’atmosfera una più alta percentuale di anidride carbonica rispetto alla terra. Quindi gli organismi autotrofi saranno favoriti rispetto agli eterotrofi e al contempo, per l’effetto serra, il clima sarà più caldo di quello terrestre.

Avremmo un’ecologia molto simile a quella del Carbonifero, ma priva delle felci giganti e dei grandi equiseti.

Radiazioni Ionizzanti: essendo il nucleo solido, il campo magnetico sarà minore di quello della Terra: inoltre, lo strato di ozono sarà meno spesso.

Di conseguenza, il livello delle radiazioni ionizzanti sarà maggiore di quello terrestre: saranno favorite le forme di DNA più robuste agli errori di replicazione, come lo Z-DNA.

Ciò implicherà che l’orologio molecolare delle mutazioni e quindi la deriva evolutiva, sarà molto più lenta della nostra

Durata del giorno: Sarà maggiore di quella della Terra, il che influenzerà il ciclo di trascrizione dell RNA. Il metabolismo delle creature di quel mondo sarà più lento del nostro e ciò influenzerà la durata della loro vita.

Vivendo di più, per non consumare le risorse ecologiche, al contempo il loro tasso di riproduzione sarà più basso

Xenobiologia IV

Tornando all’argomento Xenobiologia, una vita base carbonio può svilupparsi anche senza utilizzare nè RNA, nè il DNA nelle sue diverse forme. Secondo le ricerche le ricerche di Vitor Pinheiro del Medical Research Council di Cambridge, esiste una classe di acidi nucleici: gli xna (xeno-nucleic acids) con le stesse caratteristiche e funzionalità di dna e rna.

Gli xna sono varianti della ricetta molecolare originale: hanno uno scheletro costituito dalle stesse basi azotate (adenina, guanina, citosina e timina) e dai cosiddetti gruppi fosfato, ma non usano gli stessi zuccheri. Al posto del deossiribosio del dna e del ribosio dell’rna, infatti, possono incorporare uno di 6 zuccheri differenti. In particolare, c’è arabinosio (ANA), 2-fluoro-arabinosio (FANA), treosio (TNA), un analogo “bloccato” del ribosio (LNA, locked nucleic acid) anidroesitolo (HNA) o cicloesene (CeNA)

Questi acidi nucleici, che potrebbero svilupparsi in Natura, possono replicarsi con un’efficienza maggiore del nostro DNA, arrivando al al 99,6% di accuratezza, con un tasso di mutazione e di deriva evolutiva minore della nostra.

Il metabolismo non sarebbe coincidente con quello delle specie a DNA, non potremmo mangiare organismi del genere, ma al contempo Virus e Batteri a XNA non potrebbero infestarci.

Infine, sarebbero nucleasi, cioè gli enzimi biologici che attaccano e distruggono gli acidi nucleici: tradotto in termini pratici, il ciclo vitale degli organismi a XNA sarebbe molto più lungo del nostro

Fauna di Ediacara

Uno dei misteri più grandi della paleontologia è la cosiddetta fauna ediacariana. In pratica, a fine del Precambriano, dopo la grande glaciazione che aveva reso la Terra simile a una palla di neve, all’Equatore il ghiaccio raggiungeva uno spessore di tre metri, provocando un’estinzione di massa, si sviluppano questi strani organismi, simili a piume, a materassini gonfiabili o segmentati, che a prima vista, poco a che vedere con le successive forme animali.

Anche perché molte cose, proprio dal punto di vista biologico, non tornavano: erano delle creature acquatiche alquanto improbabili.

Finchè, Gregory Retallack, che lavora presso la University of Oregon a Eugene, ha provato a cambiare il punto di vista, con un’ipotesi eretica, ancora da dimostrare pienamente

Cosa accade se poniamo quelle creature in un habitat terrestre, invece che marino ? Ipotesi tutt’altro che assurda, visto che per lo scioglimento dei ghiacciai si verificano fenomeni di sollevamento dei terreni

Gli essere assurdi cominciano ad avere un senso.Le Dickinsonia e Tribrachidium possono essere delle tracce di licheni. Charnia un particolare tipo di alga adattata alla vita fuori dall’acqua. I Kimberella e Spriggina forse pluricellulari con caratteristiche di convergenza evolutiva con molluschi e anellidi.

Un’ecosistema caratterizzato da:

1) Elevata biodiversità
2) Elevato tasso di speciazione
3) Alto gradiente di diffusione

Senza scomodare l’ipotesi del DNA non ortodosso, il tutto però rientra nell’interpretazione che il buon Gould da dell’evoluzione: non un processo lento, graduale e lineare, ma uno caotico, in cui fasi di stasi si alternano a fasi parossistiche, derivate dalla modifica del contesto ambientale.

E ritrovarsi improvvisamente in un’ambiente “vergine” e ad elevato tasso di mutazione (lo strato di ozono dell’epoca era minore del nostro) può spiegare questo fenomeno di esplosione evolutiva che paradossalmente entra in crisi per lo stesso motivo che ne ha causato lo sviluppo: il riscaldamento globale.

A fine Precambriano, a causa di un improvviso aumento della presenza dell’anidride carbonica nell’aria, dovuta a immense esplosioni vulcaniche che ha provocato un incremento notevole dell’effetto serra.

Se ci fa caso, l’ecosistema di Ediacara è simile a quello della tundra artica: trovarsi improvvisamente ad una temperatura equatoriale non è che sia il massimo, per chi si è adattato a quell’ambiente.

Piccola nota, da scrittore di fantascienza (o almeno da tizio che ci prova): l’intepretazione standard, con esseri dal corpo estremamente sottile ma molto ampio, senza sistema circolatorio, respiratorio e digerente. in cui processi metabolici di questi organismi passassero tutti direttamente attraverso la superficie corporea, con la nutrizione di tipo fotoautotrofica, ossia dipendente dalla simbiosi con alghe e batteri e la capacità di muoversi nell’acqua regolando sacche di gas, è straordinaria per descrivere la fauna di un gigante gassoso della Classe II di Sudarsky, costituiti essenzialmente di vapore acqueo e idrogeno, come il famigerato 47 Ursae Majoris b

Xenobiologia (Parte III)

Sempre nell’ambito della Xenobiologia, anche il tradizionale mondo a DNA riserva qualche sorpresina. Infatti questo esiste in diversi tipi di conformazioni. Esse sono denominate A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA, E-DNA,H-DNA, L-DNA, P-DNA e Z-DNA che dipendono dalla presenza di modificazioni chimiche delle basi o dalle condizioni del solvente, come la concentrazione di ioni metallici

Negli organismi terrestri esistono solo le conformazioni A-DNA, B-DNA e Z-DNA sono state osservate nei sistemi biologici naturali: di queste tre, la più frequente è la B.Le due conformazioni alternative sono differenti dal punto di vista della geometria e delle dimensioni.

Possiamo trascurare la A, perchè tipica del DNA disidrato, condizione che vedo difficile associare alla vita

La conformazione Z è tipica invece delle sequenze che presentano modificazioni chimiche come la metilazione, e dei tratti di DNA ricchi di basi C e G. Essa assume un andamento sinistrorso, opposto rispetto alla conformazione B

Ora in funzione del contesto ambientale, non è detto che in altri pianeti non possano prevalere o conformazioni di DNA esotiche o il Z-DNA

Ipotesi DNA esotico

Il meccanismo di trascrizione e traduzione rimane identico: muta il risultato della sintesi proteica, quindi gli organismi avranno un metabolismo diverso dal nostro.

Il meccanismo di replicazione è identico, però è meno robusto agli errori: di conseguenza, avremo un maggior tasso di mutazione e quindi maggiore deriva evolutiva, accentuata dalla minor presenza di DNA a tripla elica (sempre nell’ipotesi che costituiscano un meccanisco di regolazione genica)

Lo stesso avverrebbe per la configurazione quadruplex: meno quadruplex telomerici, implicherebbe maggior frequenza di malattie oncologiche negli organismi pluricellulari, mentre meno quadruplex di altro tipo, implicherebbe un blocco più lasco nella replica dei geni.

In pratica gli organismi unicellulari si moltiplicherebbero più velocemente, mentre quelli pluricellulari avrebbero una capacità di rigenerazione dei tessuti molto più spinta degli organismi terresti.

Ipotesi Z-DNA

E’ complementare alla procedente. Avremo un set proteico diverso dal nostro, una maggiore robustezza alle mutazioni e quindi una deriva evolutiva più lenta, maggior robustezza alle malattie oncologiche, ma minor tasso riproduttivo delle cellule.

In pratica la cicatrizzazione dei tessuti sarebbe molto, molto più lenta

Xenobiologia (Parte II)

Sempre tornando al discorso della Xenobiologia, anche la tradizionale biochimica al carbonio può riservare diverse sorprese.

Nelle nostre cellule, esiste una divisione del lavoro: da una parte il DNA porta l’informazione genetica, l’RNA la trasferisce in una cellula, mentre le proteione sovraintendono alle altre funzioni.

Tuttavia l’RNA potrebbe fare tutto da solo. Di fatto, come molecola possiede le seguenti proprietà:

1) L’abilità di auto-duplicarsi, o di duplicare altre molecole di RNA.

2) L’abilità di catalizzare semplici reazioni chimiche, che rende possibile la creazione di nuove molecole.

3) L’abilità di formare legami peptidici e, quindi, di attivare la sintesi proteica

Quindi diversi ricercatori hanno ipotizzato come la vita nei primordi della Terra fosse basata esclusivamente su RNA.

Ergo è possibile ipotizzare come questa soluzione sia potuta persistere in altre parti dell’Universo, in cui scarseggia l’acqua e abbondano i fosfati.

Che caratteristiche avrebbe una vita di questo tipo: per prima cosa, visto che per funzionare dovrebbe presupporre una collaborazione tra le diverse molecole di RNA replicatore e una divisione di compiti tra enzimi e replicatori, avremmo una struttura della cellula diversa.

Niente nucleo, ma una serie di ribosomi distribuiti nella membrana liptide.

Inoltre, Le basi aromatiche, che assorbono efficientemente le radiazioni UV, sono inoltre molto prone a modificazioni strutturali, che rendono decisamente bassa l’accuratezza della conservazione dell’informazione genetica.

Quindi, anche in questo caso avremo un elevato tasso di mutazione e di deriva evolutiva

Xenobiologia (Parte I)

Sempre nell’ambito degli spunti che sto pensando per romanzi e racconti di fantascienza, un paio di riflessioni sulle caratteristiche biochimiche della vita aliena

Ipotesi Silicio

Come tutti i lettori di fantascienza sanno, è forte la biochimica alternativa a quella del carbonio più citata in romanzi e fumetti, proprio per le proprietà chihime di questo elemento, come ad esempio la configurazione elettronica dello strato di valenza.

In una biologia di questo tipo implicherebbe:

1) la presenza di catalizzatori che facilitino la creazione di legami doppi o tripli

2) Utilizzo di un solvente diverso dall’acqua, visto che porterebbe alle decomposizione delle catene di silani, l’equivalente degli idrocarburi per il carbonio

3) Essendo le molecole complesse basate sul silicio più instabili di quelle sul carbonio, la durata media delle relative cellule dovrebbe essere molto più bassa. In compenso, data la maggiore facilità di errore nella replica di quello che dovrebbe essere l’equivalente del nostro DNA, vi sarebbe un tasso di mutazione e quindi una velocità evolutiva maggiore della nostra

Ipotesi Zolfo e Fosforo

Anche se meno citata nei racconti, almeno credo, una chimica organica basata sul tetranitruro di tetrazolfo avrebbe caratteristiche analoghe a quella descritta per il silicio.

Lo stesso potrebbe valere per il Fosforo

Ipotesi Fosforo Azoto.

In un’atmosfera in cui abbonda il diossido d’azoto, ad esempio su lune orbitanti attorno a pianeti di tipo gioviano, organismi basati sull’azoto-fosforo potrebbero assorbirlo assieme al fosforo.

Il diossido d’azoto verrebbe così ridotto, in un qualcosa di simile alla nostra glicolisi: il problema è che in ogni caso avremmo come effetto collaterale la produzione dell’ossigeno.

Affinchè il sistema sia in equilibrio, è necessaria la presenza di una seconda classe di organismi che basino la loro biochimica sull’ossigeno, producendo però come prodotto di scarto il fosforo.

In un’atmosfera di ammoniaca, gli organismi la assorbirebbero assieme al fosforo: in questo caso l’analogo della glicolisi produrrebbe idrogeno come prodotto di scarto.

Anche in questo caso, avremmo una seconda classe di organismi, capaci di convertire l’idrogeno in fosforo e ammoniaca

In entrambi i casi, per problemi di bilancio energetico, le reazioni chimiche funzionano sulla riduzione, invece che sull’ossidazione, in quell’ecosistema dovrebbe esistere un elemento catalizzatore