Nella ricerca di vita su altri pianeti, spesso sono state avanzate ipotesi fantasiose su strutture biologiche fondate su elementi chimici diversi da quelli su cui si basa la vita sulla Terra, ossia carbonio e acqua.

Nel 1894, H.G. Wells pubblicava un racconto di fantascienza chiamato “The Living Things that May Be” e descriveva un mondo in cui la vita si basava sul silicio anziché sul carbonio, attraversato da creature composte da leghe di silicio e alluminio e immerse in vapori sulfurei sulle coste di un mare di ferro fuso.

Tralasciando le idee un po’ azzardate su zolfo e ferro, l’idea di una vita basata sul silicio era già venuta in mente all’astrofisico tedesco Julius Scheiner qualche anno prima ed era stata ripresa da altri scienziati.

Rappresentazione artistica di uno xenomorfo, la creatura immaginaria protagonista della serie Alien, che ha un esoscheletro a base di silicio polarizzato e acido nel suo sistema circolatorio. Fonte reddit.com

Il silicio però presenta qualche svantaggio. Pur trovandosi nello stesso gruppo del carbonio e avendo quindi potenzialmente la stessa versatilità nel formare legami, privilegia quelli con l’ossigeno piuttosto che con le altre sostanze; detto in altri termini, i suoi legami con l’ossigeno ad esempio in una catena silanica –Si–O–Si– hanno una stabilità maggiore rispetto a quella del legame Si–Si stesso o dei legami con altri elementi. Questo è evidente se si pensa al fatto che i silicati (costituiti da ossido di silicio) sono i minerali più diffusi sulla Terra. In qualunque pianeta dove esiste una percentuale anche minima di ossigeno, il silicio tenderà a reagire con esso, precludendo la strada ad altri tipi di composti potenzialmente interessanti per la vita; e qualora dovesse formare legami con altri atomi (incluso se stesso), molto facilmente li spezzerà per sostituirli con l’ossigeno, rendendo molto difficile la formazione di lunghe catene polimeriche con scheletro a base di silicio. Un altro problema dei composti del silicio è la loro estrema reattività. Possiamo confrontare il metano, la più basilare sostanza organica, col silano (l’equivalente del metano col silicio in mezzo); mentre il metano ha bisogno di una fiamma per essere acceso, il silano prende fuoco a temperatura ambiente; questa reattività suggerisce che i composti del silicio siano, in genere, molto meno stabili di quelli del carbonio. Altri elementi della tavola periodica non si sono dimostrati più adeguati: c’è chi forma troppo pochi legami per volta, o forma legami instabili, altri elementi sono troppo reattivi, e via dicendo.

Metano (CH4) e silano (SiH4) messi a confronto. Nonostante la struttura simile, la lunghezza di legame nel silano è all’incirca il 40% più lunga quella del metano, conferendogli una minore stabilità di legame.

Alla vita serve anche un solvente universale per trasportare le sostanze e dove possano svolgersi le reazioni biochimiche più importanti; per favorire la vita, il solvente (oltre a poter disciogliere numerose sostanze chimiche di importanza biologica) deve essere liquido su un intervallo di temperature abbastanza ampio. Sulla Terra abbiamo l’acqua; alcuni scienziati e molti scrittori di fantascienza hanno proposto l’ammoniaca (NH₃) come alternativa, dato che alle basse temperature è liquida e dissolve molte sostanze. Il problema principale dell’ammoniaca è che resta liquida in un intervallo di temperature piuttosto limitato (da –78 a –34 °C). Anche in questo caso, su un pianeta più freddo potrebbe non essere un problema; tuttavia, quando gela, l’ammoniaca diventa più densa e quindi affonda. Ciò significa che un bacino di ammoniaca congelerebbe completamente quando le temperature, magari a causa di una variazione stagionale, scendono al di sotto dei –78 °C, e dovrebbero dunque esistere forme di vita in grado di ibernarsi finché non torna allo stato liquido.

Rappresentazione di una molecola di ammoniaca. Fonte Pixgood

Un altro candidato è l’acido fluoridrico (HF), che si mantiene liquido su un intervallo di temperature abbastanza ampio (da –83 a +20 °C) e funge da solvente per diverse sostanze organiche industriali, ma purtroppo il fluoro è un elemento piuttosto raro nell’universo (centomila volte più raro dell’ossigeno), e inoltre l’acido fluoridrico ha un comportamento acido piuttosto aggressivo nei confronti di moltissimi composti, sia del carbonio sia del silicio, quindi difficilmente può coesistere con altre molecole della vita.

L’estrema aggressività dell’acido fluoridrico nei confronti delle molecole organiche sembra suggerire che non sia un buon solvente per la vita. Fonte Wikipedia

A quanto pare, carbonio e acqua restano i candidati migliori. Il carbonio, grazie alla sua configurazione atomica, tra tutti gli elementi della tavola periodica è probabilmente quello che ha la maggior capacità di formare legami molto stabili con una grande varietà di atomi, tra cui il carbonio stesso. La versatilità e la stabilità di questi legami rendono possibile la formazione di lunghe e complesse molecole con scheletro carbonioso, ed è per questo che il carbonio è alla base di tutti i composti organici, a partire dal metano (l’idrocarburo più semplice), per arrivare alle complesse molecole che regolano il metabolismo degli esseri viventi (DNA, proteine, lipidi etc.).

L’acqua dal canto suo ha molte caratteristiche estremamente desiderabili ed è per questo che le spetta il compito di solvente per la vita sulla Terra. Oltre a disciogliere moltissimi composti senza disintegrarne le molecole, aumenta di volume quando ghiaccia per via della particolare conformazione cristallina del suo stato solido; e dal momento che, per questo motivo, la densità del ghiaccio è inferiore a quella dell’acqua allo stato liquido, i bacini d’acqua ghiacciano solo in superficie, permettendo così alle specie acquatiche di continuare a vivere al di sotto della coltre ghiacciata. L’acqua inoltre rimane liquida in un intervallo di temperature molto ampio, che permette alle reazioni biochimiche di compiersi in una vasta gamma di ambienti terrestri.

Sotto la superficie ghiacciata, la vita continua. Fonte Pixabay

Si può speculare che le ipotesi fatte siano troppo limitate e che potrebbero esistere delle biochimiche totalmente inimmaginabili in altre parti dell’Universo. In realtà, non solo le missioni condotte finora nell’ambito del nostro Sistema Solare non hanno riportato testimonianze di strane e insolite forme di vita, ma praticamente la totalità delle molecole chimiche complesse trovate fuori dalla Terra sono a base di carbonio. Sembra proprio che non ci sia spazio per una vita diversa da quella basata su carbonio e acqua.

Perché vi sia la possibilità di altre combinazioni chimiche per la vita, dobbiamo immaginare condizioni fisiche totalmente diverse ed estreme rispetto alle nostre, tali probabilmente da rendere molto ardua un’interazione con le forme di vita che vi si sviluppano. Per il momento, è difficile anche solo formulare una simile ipotesi in modo scientificamente accurato, e tanto più verificarla. Ma può senz’altro fornire uno spunto per ulteriori trame fantascientifiche.