Cercare vita nello spazio è un’impresa sul filo tra scienza e fantascienza. Sembra si possa fare sul serio solo oltre Atlantico: missioni spaziali della Nasa, osservatori astronomici in località esotiche come il Cile o l’Australia. Eppure anche in Italia c’è una vivace comunità scientifica che ha deciso di unire le forze per portare avanti le nostre conoscenze sulle possibilità di vita nell’universo.

Una frontiera della conoscenza che ha un’importanza profonda per comprendere l’origine della vita e la sua possibile diffusione nel cosmo. In altre parole per rispondere alla domanda “perché siamo qui”. Ma che ci serve anche per capire come può evolversi il nostro mondo in risposta ai cambiamenti ambientali dell’antropocene: studiare i climi e le biosfere di pianeti remoti potrebbe servirci, in futuro, a capire meglio come la Terra e il suo clima muteranno.

Il progetto Life in space è una collaborazione tutta italiana presentata sulla rivista accademica Astrobiology nel maggio del 2020, che “nasce dall’esigenza di raccogliere sotto un unico tetto le molteplici iniziative dei gruppi che si occupano di astrobiologia in Italia”, spiega Silvano Onofri, docente di botanica sistematica all’Università degli studi della Tuscia e coordinatore del progetto. Life in space coinvolge undici gruppi di ricerca – di cui sei guidati da donne, un buon segnale per la parità di genere nella ricerca – disseminati per università e istituti di tutto il paese.

Oltre all’Università della Tuscia, a Viterbo, partecipano la Scuola normale superiore di Pisa, l’Istituto nazionale di astrofisica, il Consiglio nazionale delle ricerche e le università Federico II di Napoli, Tor Vergata di Roma, quelle di Padova e di Perugia. Il progetto riceverà 3,5 milioni di euro, fondi stanziati principalmente dall’Agenzia spaziale italiana (Asi), che serviranno anche a finanziare almeno tre borse di dottorato, diciassette assegni di post dottorato e tre posizioni da ricercatore, oltre a numerose tesi di laurea.

Partire dalla Terra

Anche per la vita extraterrestre si deve partire dalla Terra. Gli organismi che vivono in ambienti estremi sul nostro pianeta sono quanto di meglio abbiamo per capire se la vita possa esistere anche in condizioni relativamente lontane dalle nostre, come quelle di Marte o delle lune ghiacciate dei pianeti giganti Giove e Saturno.

Il gruppo di ricerca di Silvano Onofri nel 2005 ha scoperto il Cryomyces antarcticus. Un umile fungo microscopico che vive in uno degli ambienti più ostili conosciuti: all’interno delle rocce antartiche, poverissime di acqua e nutrienti e perennemente a temperature polari. Quanto di più vicino ci sia sulla Terra all’arido gelo marziano. Negli anni successivi alla sua scoperta C. antarcticus è stato sottoposto a condizioni estreme simili a quelle che si trovano nello spazio profondo o sulla superficie di altri pianeti, incluso il bombardamento dei raggi cosmici.

Il fungo antartico ha dimostrato di cavarsela e il gruppo di ricerca sta cercando di capire come sia possibile. Di più, sembra in grado non solo di sopravvivere in animazione sospesa, ma addirittura di crescere, anche se lentamente: “Abbiamo sottoposto C. antarticus alla camera di simulazione di ambiente marziano a Berlino. Condizioni in cui c’è una bassissima disponibilità di acqua liquida, per brevi periodi. Eppure, anche con questo minimo di acqua il fungo riesce a metabolizzare”, spiega Onofri. Questo non dimostra che esistano organismi marziani: ci dice però che, in linea di principio, possono esistere anche in condizioni che, finora, difficilmente ritenevamo adatte alla vita.

La via della biologia extraterrestre che passa da casa nostra la ritroviamo anche in un altro ambiente estremo. Marco Moracci dell’Università Federico II di Napoli studia creature che vivono a temperature di oltre 70 gradi nelle solfatare dei Campi Flegrei. In particolare si concentra sugli archea, microrganismi solo superficialmente simili ai batteri che rappresentano un possibile modello del progenitore comune di tutta la vita sulla Terra.

Le solfatare possono sembrarci inospitali, ma in realtà gli ambienti vulcanici sono fonti essenziali di energia e nutrimento per numerosi organismi. Energia che potrebbe essere ancora più importante su mondi più avari in quanto a nutrimento e luce solare, come le lune Europa ed Encelado, satelliti che sappiamo essere interamente avvolti da un enorme oceano salato coperto da chilometri di ghiaccio. Saremmo però in grado di riconoscere le tracce di questi esseri viventi?

“Uno degli aspetti più delicati è identificare i composti chimici che sono segnali di vita su un corpo celeste, in questo caso in un ambiente vulcanico”, spiega Moracci. “Gli archea dei Campi Flegrei rappresentano un modello per studiare questi segnali. È importante anche capire se ci sono variazioni stagionali e, quindi, quali sono i momenti ottimali per poter osservare gli organismi. Abbiamo dati molto interessanti su questo ultimo punto”.

La nebulosa Granchio, visibile nella costellazione del Toro, si trova a più di seimila anni luce dal sistema solare. È il residuo dell’esplosione di una supernova osservata per la prima volta nel 1054. (Osservatorio Europeo Australe (ESO))

Lo sguardo di Life in space va anche oltre il sistema solare. Sappiamo che quasi tutte le stelle ospitano sistemi planetari e che pianeti di dimensioni paragonabili a quelle della Terra sono molto comuni. È estremamente difficile però trovare evidenze di vita attorno a mondi così remoti da essere osservati spesso solo indirettamente dai nostri strumenti.

Il gruppo di ricerca di Laura Silva dell’Istituto nazionale di astrofisica di Trieste, che collabora con progetti dell’Agenzia spaziale europea (Esa) ma anche della Nasa, studia tramite modelli al computer in quali condizioni un pianeta può avere un clima compatibile con la presenza di forme di vita. L’idea è di trovare candidati promettenti tra le migliaia di pianeti scoperti fuori dal sistema solare, per poi studiarne le atmosfere con strumenti quali il telescopio spaziale James Webb lanciato dalla Nasa il giorno di Natale del 2021.

La ricerca si concentra su una grande varietà di fattori, spiega Silva: composizione chimica, pressione, struttura dell’atmosfera, superficie di oceani e continenti, oltre al tipo di orbita e al tipo spettrale della stella, che possono dare origine a situazioni di abitabilità e osservabilità completamente diverse, e perfino l’ipotetica copertura della vegetazione. “Per non parlare delle nubi, una delle grandi incertezze anche nei modelli dedicati alla Terra”, prosegue Silva. “Abbiamo dimostrato che quando si parla di zona abitabile è necessario esplorare tutti i parametri, per non rischiare di perdere buoni candidati”.

C’è poi chi guarda a cosa succede nelle nubi di gas e polvere interstellari dove forse nascono i primi mattoni chimici della vita. Come il gruppo di Nadia Balucani all’Università di Perugia che usa tecniche inventate dai premi Nobel per la chimica Dudley Robert Herschbach e Yuan Tseh Lee per rispondere a quesiti fondamentali sulla reattività chimica, ma che simulano anche i gas estremamente rarefatti delle nubi interstellari, nelle atmosfere planetarie e anche nelle chiome delle comete.

“Le molecole prebiotiche sarebbero state portate sulla Terra da piccoli corpi (comete, asteroidi e meteoriti) che, formatisi alla periferia del sistema solare, hanno potuto preservare la dote di molecole organiche che si formano nelle nubi interstellari, ovvero le culle dei sistemi solari. A supporto di questa teoria ci sono le circa 250 molecole identificate nel mezzo interstellare. In altre parole, le nubi interstellari sarebbero fabbriche di composti organici che osserviamo anche su comete, asteroidi e meteoriti il cui inventario è ancora più ricco”, conclude Balucani.

Astronauti involontari

Astrobiologia non vuol dire solo cercare forme di vita che si sono evolute su altri pianeti. Significa anche capire come funziona e cosa può fare la vita terrestre nello spazio o come possiamo riempire di vita mondi che oggi ne sono privi. Per esempio, gli asteroidi che hanno colpito la Terra nei milioni di anni passati potrebbero aver fatto schizzare nello spazio frammenti di roccia abitati da esseri viventi, che poi potrebbero essere caduti su Marte o su altri pianeti, colonizzandoli. Resta da capire, però, se i microrganismi della Terra possano sopravvivere come “astronauti involontari” e sopportare un atterraggio non proprio morbido.

L’ipotesi risale addirittura a Lord Kelvin e Hermann Helmholtz, che la proposero intorno al 1870, ma per Onofri “è tuttora considerata dalla comunità scientifica un po’ una stramberia. Al punto che parlarne apertamente può rendere difficile essere presi sul serio”. Secondo Onofri però esistono molti dati che dimostrano come questo trasferimento di forme di vita non sia impossibile, specialmente considerando microrganismi ultraresistenti come C. antarcticus.

E se la vita non si fosse diffusa dalla Terra al resto del sistema solare, possiamo pensarci noi. Per esempio esportando organismi capaci di produrre ossigeno per sostenere le missioni spaziali o addirittura per rendere abitabile Marte. Daniela Billi, astrobiologa dell’Università di Roma Tor Vergata, si occupa anche di come alcuni cianobatteri (batteri capaci di fotosintesi come le piante) siano in grado di sopravvivere nello spazio. Billi ha collaborato all’esperimento Expose-R2 della stazione spaziale internazionale in cui molti organismi, tra cui i cianobatteri, sono stati esposti per diciotto mesi all’ambiente spaziale della bassa orbita terrestre, verificandone la sopravvivenza in condizioni che simulavano anche l’ambiente marziano.

Il globulo cometario Cg4, a 1.300 anni luce dalla Terra. (Osservatorio Europeo Australe (ESO))

In futuro i suoi campioni potrebbero trovarsi a bordo della stazione spaziale Gateway, della Nasa, che dovrebbe orbitare intorno alla Luna, o sull’European large logistic lander dell’Esa che invece atterrerà sul nostro satellite. Sarà così possibile non solo sottoporre microrganismi alle condizioni dello spazio profondo per anni, ma anche studiare in dettaglio come cambierà la loro fisiologia, osservandone il metabolismo e la genetica in tempo reale.

Gli ostacoli tecnologici non sono pochi: “C’è una grossa parte di protocolli da mettere a punto, in quanto i cianobatteri non sono organismi facili da coltivare e studiare, e serve molta miniaturizzazione: le tecniche automatiche ci sono ma vanno adattate a questi organismi e alle condizioni sperimentali, dove avremo strumenti di pochi millimetri”, spiega Billi. “Finora ci sono stati esperimenti semplici condotti su satelliti, ma speriamo di poter fare studi sul genoma e sul suo funzionamento nello spazio per la fine degli anni venti”.

I cianobatteri di Daniela Billi, capaci di produrre ossigeno con la fotosintesi, potrebbero essere una delle chiavi per il supporto della permanenza umana nello spazio e, infine, per modificare il clima di Marte, rendendo lentamente la sua atmosfera respirabile. Finora i risultati sembrano promettenti: “Abbiamo esposto i cianobatteri all’ambiente spaziale o marziano simulato per un anno e mezzo, e abbiamo visto che sono stati capaci di riparare il proprio dna. Non è impossibile quindi che questo organismo possa viaggiare nello spazio, accumulare radiazioni in una dose equivalente a un viaggio fino a Marte, e poi sopravvivere sul pianeta rosso”.

Una comunità coesa

Gli astrobiologi italiani hanno scoperto la possibilità di applicare i loro studi alla vita nello spazio quasi per caso, tramite collaborazioni internazionali che guardavano già in quella direzione. Una serie di strade fortuite e indipendenti che solo negli ultimi anni sta diventando una comunità scientifica coesa. “Dobbiamo molto all’Asi che, con un progetto precedente, aveva fatto incontrare molti di noi”, racconta Moracci. “Ci rendemmo conto che tutti facevamo astrobiologia anche se avevamo differenti background: chi fisico, chi biologo, chi chimico, chi ingegnere. Dialogavamo già, ma non riuscivamo a riunirci attorno a uno stesso tavolo”.

Sono nati così la Società italiana di astrobiologia, il nucleo di ricercatori che ora si è coalizzato in Life in space, e l’Istituto italiano di astrobiologia - Rete dei laboratori nazionali di astrobiologia, mentre l’Asi ha nominato un gruppo di lavoro di esperti scientifici sul tema.

Life in space affronta la questione della vita nello spazio da una miriade di punti di vista diversi. Le linee di ricerca possono faticare a integrarsi, ma questa difficoltà nasconde una forza: quando si incontrano offrono un risultato superiore a quello delle singole parti. “ Per esempio il gruppo di Padova, guidato da Nicoletta La Rocca, studia se e come i cianobatteri si comportano – in condizioni simulate – intorno a stelle di tipo M (stelle più piccole e fredde del Sole, molto comuni nella nostra galassia) invece che con la luce solare, o in diverse possibili atmosfere e temperature. Noi stiamo lavorando per estrarre dalle loro misure quantità da introdurre nei nostri modelli atmosferici e climatici”, dice Laura Silva.

I ricercatori di Life in space concordano che l’Italia oggi è all’avanguardia nell’astrobiologia mondiale. “Quando ti sei fatto un nome nella comunità internazionale, un riconoscimento costruito in anni di lavoro, non è impossibile avere fondi”, dice Silvano Onofri, ma prosegue: “La selezione è feroce, le risorse sono poche. Inevitabilmente, tante persone e progetti di valore rimangono ai margini”. Secondo Silva per gli astrobiologi, come per altri accademici, “il problema principale è la possibilità di pianificare a lungo termine, quindi poter accedere a fondi per borse con una certa regolarità. E servirebbero anche concorsi regolari per i contratti a tempo indeterminato. È necessario avere un gruppo fisso di riferimento e dare prospettive”.

La pensa in modo simile Nadia Balucani: “Una criticità del sistema italiano riguarda la discontinuità con cui i fondi per la ricerca sono erogati e una dotazione troppo bassa rispetto alle richieste totali dei colleghi. In Europa è più facile trovare degli spazi”.

Eppure ne vale la pena. “Raccogliere i dati delle missioni spaziali senza interpretarli tramite il nostro lavoro in laboratorio non avrebbe molto senso e sarebbe solo una ‘raccolta di francobolli’”, dice Balucani. “Se si considerano gli enormi investimenti per le missioni spaziali e per la costruzione di telescopi e radiotelescopi ( l’interferometro Alma, per esempio, è costato 1,4 miliardi di dollari), finanziare la ricerca in laboratorio richiede cifre molto più modeste”.

Il primo progetto tutto italiano sull’astrobiologia è nato proprio quando cominciava la tempesta del covid-19, ma cercare vita tra le stelle ci ricorda che la scienza non vive di sole emergenze. “Questi esperimenti di astrobiologia non hanno necessariamente ricadute pratiche, sono giustificati solo dal nostro desiderio di sapere se c’è vita altrove. Credo sia giusto così. Però hanno grossissime ricadute quando si affronta la permanenza dell’essere umano lontano dalla Terra. Se impariamo a produrre esperimenti e tecnologie di interesse nello spazio, sapremo produrle in situazioni ostili ed estreme anche sulla Terra”, conclude Billi.