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La chimica per ipotesi: metti che un giorno ossigeno e azoto…

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Parliamo ancora di gas, tema centrale del Carnevale della chimica #28 che abbiamo ospitato a maggio nel nostro blog, ma di estrema importanza per tutti. “Di gas ce n’è ovunque,  ne siamo circondati –  ricordavo nella presentazione dell’edizione -.  Alcuni sono nocivi, altri decisamente tossici. Molti però sono benefici e alcuni addirittura fondamentali per noi e per tutti gli esseri viventi.”

Un argomento così meriterebbe di essere studiato alla scuola dell’infanzia. Di più: meriterebbe un’etichetta con la composizione chimica dell’aria come quelle sulle bottiglie d’acqua minerale all’ingresso di ogni ambiente. Esagero? Beh mica tanto! Sui gas che compongono la miscela che respiriamo c’è una confusione disarmante. E hanno avuto il loro bel da fare gli amici del blog Chimicare a spiegare che l’azoto non è “una miscela gassosa ad alto rischio” come invece qualcuno ha osato dire in tv, niente meno che durante il Tg1 dell’ora di pranzoTg1 delle ore 13.30 del giorno 14/09/2010. Roba da farti andare di traverso anche il panino. Ma c’è da scommettere che se tornassero in redazione oggi a chiedere cosa c’è nell’aria che respiriamo, sbaglierebbero di nuovo. E non solo loro.

Troppo ossigeno fa male

La nostra visione antropocentrica del mondo ci porta a pensare che l’unica cosa a impedire all’aria di essere ossigeno allo stato puro è l’inquinamento. Non è così. E per fortuna, direi.

Infatti, se oggi ci preoccupiamo, giustamente, di cosa accadrebbe se aumentasse ancora la concentrazione di CO2 nell’atmosfera, pensate che cosa sarebbe di noi se aumentasse l’ossigeno.

Probabilmente ci sarebbero meno tumori perché le cellule cancerogene, come hanno dimostrato diversi studi qualche anno fa, crescono meglio in ambienti scarsamente ossigenati. In compenso ci sarebbero più molecole reattive quali i radicali liberi che danneggerebbero cellule, organi e tessuti in modo diverso.
E non sarebbe l’unico problema. Gli incendi spontanei ad esempio sarebbero molto più frequenti in quanto l’ossigeno è il gas che alimenta la combustione e quindi anche il fuoco che già ora devasta chilometri e chilometri di territorio in tutto il mondo ogni anno. Le foreste potrebbero sopravvivere solo nelle zone più umide della Terra. Ma le piante che le compongono crescerebbero molto più di quelle che vediamo oggi. L’accrescimento corporeo spropositato riguarderebbe però anche il mondo animale. Gli insetti, ad esempio, hanno un sistema respiratorio costituito da minuscole trachee che portano le molecole d’ossigeno direttamente dentro ogni cellulla. E poiché le dimensioni delle cellule sono legate al metabolismo e quindi ancora alla presenza di O2, se questo gas aumentasse gli insetti sarebbero enormi. E a uccelli e mammiferi non andrebbe certo meglio: diventerebbero più grandi e più veloci, cosa che secondo alcuni studi sarebbe già successa circa 50 milioni di anni fa per un temporaneo aumento dell’ossigeno nell’atmosfera. Tanto per avere un’idea, potremmo avere ratti grossi come cagnolini e ghepardi che fanno i 150 chilometri orari.

A risentire di un aumento di O2 rispetto all’attuale concentrazione non sarebbero però solo i viventi. Anche le nostre creazioni ne risentirebbero. Ad esempio, tutto ciò che è fatto di ferro si arrugginirebbe e degraderebbe più in fretta. Lo vedremmo anche nelle componenti delle nostre amate automobili ed è un peccato perché la combustione interna nei motori a scoppio sarebbe migliore e si spenderebbe meno in carburante se ci fosse più ossigeno nell’ambiente.

Senza azoto non si vive

Ma come detto sempre nella presentazione E allora vediamo cosa accadrebbe se, anziché aumentare l’ossigeno, diminuisse l’azoto.

Per prima cosa sparirebbero gli azotofissatori, ovvero quei microrganismi unicellulari che si trovano un po’ ovunque e che trasformano l’azoto molecolare (N2) in azoto ammonico (NH3) e quindi in azoto organico grazie all’intervento anche di altri batteri (come i cianobatteri che si trovano prevalentemente nel mare e i batteri rizobi che vivono in simbiosi nelle radici delle piante) e delle piante stesse che completano l’organicazione dell’azoto. Poco male, potrebbe pensare qualcuno: son solo batteri e piante. E invece no! Perché per noi che non siamo in grado di utilizzare l’azoto atmosferico (N2), ma dipendiamo strettamente da molecole di azoto organico per sintetizzare proteine e acidi nucleici (compreso il DNA che è l’essenza della nostra esistenza), possiamo vivere solo se è possibile il normale ciclo dell’azoto, ovvero se esistono gli azotofissatori e, naturalmente, se c’è N2 da convertire in composti organici azotati.

Alle origini della vita

Quanto detto finora non deve però indurci a minimizzare il ruolo dell’ossigeno solo perché rappresenta meno del 30% dei gas totali presenti nell’atmosfera ed è inferiore all’azoto molecolare che ci è indispensabile, come abbiamo appena visto. Senza ossigeno ogni forma di vita non solo scomparirebbe ma non sarebbe venuta nemmeno al mondo. Tutte le teorie formulate finora sulle origine della vita sul nostro pianeta sono concordi nel ritenere che le prime forme di vita animale siano comparse solo dopo che le piante hanno cominciato a produrre ossigeno attraverso la fotosintesi. Adesso però a gettare l’ombra del dubbio su queste teorie ci ha pensato un team di ricercatori del School of Chemistry and Biochemistry del Georgia Institute of Technology dimostrando che l’Rna è in grado di catalizzare il trasferimento di elettroni, processo necessario per la costruzione del Dna alla base della vita, anche in assenza di ossigeno.

Se i loro risultati fossero confermati si tratterebbe della prima ricerca che prova che l’Rna in presenza di ferro può catalizzare il singolo trasferimento di elettroni anche senza ossigeno. Ma il processo ha già avuto successo con 10 tipi diversi di Rna, come si può leggere su Nature Chemistry.

Secondo i ricercatori, dunque, oltre tre miliardi di anni fa l’Rna potrebbe aver usato il ferro per catalizzare il trasferimento di elettroni e produrre il Dna, prima che le piante cominciassero a produrre ossigeno per la fotosintesi. Ipotesi questa che non è del tutto nuova, ma nessuno era riuscito ancora a provarla sperimentalmente.

Concludendo…

Insomma, la Terra così come la conosciamo oggi è un equilibrio delicatissimo in cui ogni minima variazione degli elementi chimici che lo compongono causa enormi cambiamenti che si ripercuotono su tutto il sistema. Cosa abbia portato alla situazione attuale non è ancora del tutto chiaro. È certo però che se si vuole continuare ad avere la vita sulla Terra e lo stesso tipo di viventi che vediamo oggi, uomo compreso, dobbiamo cercare di mantenere il sistema in questo equilibrio e quindi a questa composizione chimica dei gas atmosferici.

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