Le Toline precursori sintetici di molecole organiche nel Sistema Solare

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Diego Tesauro*

diegotesauroLa formazione di composti organici base della formazione della vita nel sistema solare è sempre stato oggetto di studio e di ipotesi da parte di astronomi. chimici e biologi. Questa ricerca ha le sue origini sia nella comprensione dell’evoluzione della vita sulla Terra che in una estensione della ricerca di forme di vita basate sulla chimica del carbonio verso altri sistemi planetari. In questo ambito va collocarsi anche un recente articolo pubblicato sulla rivista Nature (Nature 2016, 539, 65-68).

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Plutone e Caronte (in secondo piano) in una imagine della NASA (NASA/JHUAPL/SwRI).

A seguito del flyby della sonda New Horizon del sistema Plutone-Caronte avvenuto nel luglio 2015 il team di New Horizons ha pubblicato un modello per spiegare la formazione del materiale di colore rosso scuro presente ai poli di Caronte. La materia rossa sarebbe costituita da Toline che quindi sono presenti su molti corpi del sistema solare, allargando la casistica, infatti inizialmente erano state ipotizzate sul satellite di Saturno Titano e sul satellite di Nettuno Tritone. Ma cosa sono le Toline? Perché rivestono tale importanza nella formazione di composti organici base per la vita?

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New insights into the structure and chemistry of Titan’s tholins via 13C and 15N solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy Derenne et al. Icarus 221 (2012) 844–853

Con il termine Toline il planetologo Carl Sagan, in un articolo apparso su Nature nel 1979 (Nature 1979, 277, 102- 9, 65-68), classificò una classe di macromolecole di formula generale CxHyNz presenti su Titano, unico satellite del sistema solare a presentare un’atmosfera costituita essenzialmente da azoto molecolare, per il 1.5 % da metano e tracce di idrocarburi a massa molecolare maggiore come acetilene ed etano. Il nome toline, coniato dallo stesso Sagan, viene dal greco θόλος (fango, sudiciume) ma anche θολός (volta, cupola) in quanto queste macromolecole presenti nello spazio si formano a seguito di scariche elettriche in ambiente di reazione contenente metano, acqua e ammoniaca o/e irraggiamento a lunghezza d’onda UV depositandosi come solido rosso scuro in fondo nel reattore.

Ottenute per la prima volta nel famoso esperimento di S.L. Miller (J. Am Chem Soc. 1955, 77, 2351-2361) in cui furono ottenuti per la prima volta amminoacidi da una miscela di metano, acqua, idrogeno e ammoniaca a seguito di una scarica elettrica nel reattore, negli ultimi trenta anni sono state riprodotte in laboratorio nelle più svariate condizioni ed analizzate mediante tecniche GC-MS e più di recente mediante spettrometria di massa ESI con analizzatore a trappola ionica ed a risonanza ionica ciclotronica a trasformata di Fourier. I risultati di queste analisi hanno permesso di dimostrare l’esistenza di queste macromolecole, che non possono dirsi polimeri, in quanto non hanno un’unità monomerica ripetitiva, anche a masse superiori alle 200 u.m.a. Inoltre una volta formatisi in assenza di ossigeno ed acqua , subiscono reazioni di ossidazione all’aria ed idrolisi se esposte all’acqua a temperatura intorno ai 100°C (J Am Soc Mass Spectrom. 2005, 16, 850 – 859). Recentemente, producendo in laboratorio Toline nelle condizioni che si verificano nell’atmosfera di Titano, analizzandole dopo averle esposte ad una soluzione acquosa ammoniacale per 2.5 anni, è stata ritrovata una composizione in amminoacidi simile a quella ottenuta nell’esperimento di Miller (Icarus 2014, 237, 182-189). Le toline pertanto sono uno step essenziale nella sintesi, nello spazio interstellare, di una serie di composti organici alla base della vita.

toline3La loro formazione può non essere limitata a determinate condizioni planetarie come quelle di Titano, ma formarsi anche nelle calotte polari di Caronte a seguito della combinazione di molteplici fattori che si verificano su questo satellite. Il suo asse di rotazione ha infatti un’inclinazione di 112° gradi sul piano dell’eclittica, per cui ha un polo che resta per lungo tempo non esposto alla radiazione solare ad una temperatura di 25K (basti pensare che la rotazione completa intorno al sole, a causa della distanza, avviene in 247,8 anni). Pertanto il metano e l ‘azoto emesso da Plutone e catturato da Caronte viene inglobato nei ghiacci e solo la successiva esposizione alla radiazione, terminato il lungo inverno permette la formazione delle toline prima che i reagenti volatili sfuggano all’attrazione gravitazionale di Caronte.

Ma le toline possono aver svolto un ruolo anche nella formazione di composti organici sulla Terra? Il dibattito è più che mai aperto, anche se le ipotesi più accreditate dalla comunità scientifica è che la l’atmosfera terrestre non abbia avuto un carattere riducente nelle prime centinaia di milioni di anni e che la materia organica sia arrivata da comete, meteoriti o comunque da oggetti provenienti dalle zone lontane e fredde del sistema solare. Ma le conferme devono essere ancora trovate e pur aggiungendo di anno in anno nuovi elementi al puzzle della nascita della vita, ancora la scienza necessita di molti dati per chiarire il quadro.

* Diego Tesauro è ricercatore confermato di Chimica generale ed Inorganica (CHIM03) presso l’Università degli studi Napoli “Federico II”. Dal 2013 afferisce al dipartimento di Farmacia. Si è occupato di complessi organometallici di metalli di transizione, di preparazione di polimeri di condensazione termosistenti. Negli ultimi quindici anni l’interesse si è spostato verso la progettazione, sintesi e caratterizzazione di coniugati peptidici. Ovviamente è anche da molti anni un astrofilo, afferente alla Unione Astrofili Napoletani (UAN).

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