Ricerche

Riserve di ossigeno su Marte potrebbero supportare la vita

Secondo un modello i livelli di ossigeno su Marte potrebbero anche teoricamente superare la soglia necessaria per supportare la vita aerobica semplice

Modello che descrive le condizioni in base alle quali l'acqua ossigenata potrebbe esistere su Marte sfida le credenze tradizionali sull'abitabilità del pianeta.

Un team guidato da scienziati del Caltech e del Jet Propulsion Laboratory (JPL) ha calcolato che se su Marte esiste acqua liquida, potrebbe - in condizioni specifiche - contenere più ossigeno di quanto si pensasse in precedenza. Secondo il modello, i livelli potrebbero anche teoricamente superare la soglia necessaria per supportare la vita aerobica semplice.(1)

Questa scoperta è in contrasto con l'opinione attualmente accettata su Marte e il suo potenziale di ospitare ambienti abitabili. L'esistenza di acqua liquida su Marte non è scontata. Anche se è lì, i ricercatori hanno a lungo scartato l'idea che potesse essere ossigenata, dato che l'atmosfera di Marte è circa 160 volte più sottile di quella della Terra ed è composta principalmente da anidride carbonica.

“L'ossigeno è un ingrediente chiave nel determinare l'abitabilità di un ambiente, ma su Marte è relativamente scarso”, afferma Woody Fischer,(2) professore di geobiologia al Caltech e coautore di un articolo pubblicato su Nature Geoscience. “Nessuno ha mai pensato che le concentrazioni di ossigeno disciolto necessario per la respirazione aerobica potrebbero teoricamente esistere su Marte”, aggiunge Vlada Stamenkovic del JPL,(3) autore principale del giornale Nature Geoscience.(4)

Trovare l'acqua liquida su Marte è uno dei principali obiettivi del 'programma Marte' della NASA. Negli ultimi mesi, i dati da una sonda europea hanno suggerito che l'acqua liquida potrebbe trovarsi al di sotto di uno strato di ghiaccio nel polo sud di Marte.

Ricercatori rivelano i cambiamenti di fase indotti dalla luce

Per i ricercatori i risultati sono importanti per la fisica della materia condensata e la loro ricerca di nuovi materiali

I ricercatori sostengono che il modo in cui i materiali ordinari subiscono un cambiamento di fase, come la fusione o il congelamento, è stato studiato nei minimi dettagli.

Ora, un team di scienziati ha osservato che quando attivano un cambiamento di fase utilizzando impulsi intensi di luce laser, invece di cambiare la temperatura, il processo avviene in modo molto diverso. Gli scienziati avevano a lungo sospettato che questa poteva essere la dinamica, ma il processo solo ora è stato osservato e confermato. Con questa nuova comprensione, i ricercatori potrebbero essere in grado di sfruttare questo meccanismo per l'uso in nuovi tipi di dispositivi optoelettronici.

I risultati della ricerca sono stati pubbicati sulla rivista Nature Physics.(1) Il team è stato guidato da Nuh Gedik,(2) professore di fisica al Massachusetts Institute of Technology, con lo studente Alfred Zong e il post-dottorato Anshul Kogar. In questa ricerca hanno collaborato altri 16 membri del MIT, della Stanford University e del Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Russia.

Per questo studio, invece di usare un cristallo reale come il ghiaccio, il team ha usato un analogo elettronico chiamato onda di densità di carica - una modulazione di densità di elettroni congelata all'interno di un solido - che imita da vicino le caratteristiche di un solido cristallino.

Mentre il tipico comportamento di fusione in un materiale come il ghiaccio procede in modo relativamente uniforme attraverso il materiale stesso, quando la fusione viene indotta nell'onda di densità di carica da impulsi laser ultraveloci, il funzionamento del processo manifesta una diversa funzione. I ricercatori hanno scoperto che durante la fusione otticamente indotta, il cambiamento di fase procede generando molte singolarità nel materiale, note come difetti topologici, e questi a loro volta influenzano la dinamica conseguente degli elettroni e degli atomi di reticolo nel materiale.

Le teorie quantistiche dei sistemi biologici

I ricercatori stanno studiando in maniera più profonda ed articolata le descrizioni inerenti alle teorie quantistiche dei sistemi biologici

Cercare di capire a fondo le basi quantistiche dei sistemi biologici ed analizzarla dal punto di vista fisico-matematico sono una delle attuali sfide della scienza.

Nel passato i sistemi biologici sono stati spesso visti come troppo complessi per essere penetrabili con metodi di natura fisico-matematica. La realtà “essere vivente” era considerata troppo articolata per poter essere analizzata da insiemi di equazioni differenziali e principi fisici.

All’inizio del XX secolo, con l’avvento di tecniche e strumenti più potenti e sofisticati, i ricercatori hanno iniziato a studiare in maniera più profonda ed articolata le possibili descrizioni fisiche e matematiche dei sistemi biologici microscopici. Tra i possibili vari esempi ricordiamo i modelli di Turing, che si avvalgono della potenza della computazione quantistica, la morfogenesi, ossia il processo che porta allo sviluppo della forma e della struttura di un organismo, i lavori di Schrödinger, da cui vennero previste molte delle caratteristiche funzionali del DNA.

Attualmente i progressi in questo campo sono rapidi e molti rami della fisica e della matematica hanno trovato applicazioni in biologia, come ad esempio i metodi statistici utilizzati in bioinformatica. A queste scale di lunghezza la fisica classica cede il passo a quella quantistica, che non può essere evitata, poiché ogni processo chimico si basa di fatto sulla fisica quantistica.

Allora esistono sistemi biologici che utilizzano la fisica quantistica per eseguire compiti che non possono essere realizzati da un punto di vista classico? E grazie alla fisica quantistica possono essere realizzati in maniera più efficiente di quanto possa avvenire anche con il migliore equivalente classico? La risposta sembra ad oggi essere affermativa. Negli ultimi dieci anni una serie di esperimenti ha riscontrato diversi casi in cui la Natura si avvale della fisica quantistica per ottenere vantaggi biologici, sfruttando in particolare “sovrapposizioni coerenti di stati” per assistere o migliorare una funzione biologica.

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