LUCA ha detto basta alla solita minestra!

Avevamo già allegramente favellato delle paradossali disavventure che possono colpire senza pietà alcuna i ricercatori che, volendo dimostrare la veridicità di una teoria scientifica, finiscono loro malgrado per distruggerne le fondamenta (qui). Orbene, sappiate che nell’impervio mondo della ricerca esistono persone infide, meschine e malefiche: non più per canoscenza bensì per personale vanagloria, esse si fregiano della propria capacità di

Avevamo già allegramente favellato delle paradossali disavventure che possono colpire senza pietà alcuna i ricercatori che, volendo dimostrare la veridicità di una teoria scientifica, finiscono loro malgrado per distruggerne le fondamenta (qui). Orbene, sappiate che nell’impervio mondo della ricerca esistono persone infide, meschine e malefiche: non più per canoscenza bensì per personale vanagloria, esse si fregiano della propria capacità di distruggere il lavoro altrui. Emblematico esempio di questi giorni è un nuovo studio pubblicato sulla rivista BioEssays, nel quale tre biechi figuri si propongono di smantellare non una teoria a caso, bensì una delle più famose: la “Teoria del brodo primordiale”!

Negli anni ’20 il non-artificialmente intelligente biochimico A.I. Oparin ed il genetista J.B.S Haldane proposero indipendentemente l’idea alla base della cosiddetta “Ipotesi Oparin-Haldane”: la vita primitiva sarebbe nata in una “ZUPPA primordiale” (come si dovrebbe tradurre letteralmente, non “BRODO primordiale” come solitamente si legge e si scrive in italiano) di molecole organiche, prima di evolversi fuori dagli oceani milioni di anni dopo. Per oltre 80 anni buona parte del mondo ha quindi accettato l’idea che la radiazione UV abbia potuto fornire l’energia per convertire il metano, l’ammoniaca e l’acqua degli oceani della Terra primitiva nel primo composto organico e che le prime cellule siano cresciute tramite la fermentazione di suddette sostanze generando energia in forma di ATP. Certo vi erano critici e certo vi erano teorie alternative. Ma, come sottolinea anche Nick Lane dello University College di Londra (uno dei tre biechi figuri), i libri di testo riportano tutti tale spiegazione; ci sono quindi pochi dubbi su quale delle tante fosse la teoria prediletta. Tra l’altro, dopo il trionfale esperimento di Miller-Urey (ripetuto e rivisitato più volte nel corso dei decenni), erano pochi i detrattori – o almeno tra quelli iscritti al gruppo “Persone che ragionano secondo un logico e razionale metodo scientifico”.

Oggi un nuovo paper si propone di soppiantare ogni brodaglia, indicando un nuovo artefice del prodigio. William Martin, biologo evoluzionista dell’Istituto di Botanica III di Düsseldorf, spiega che il concetto della zuppa non è mai stato accantonato malgrado i difetti biogenergetici e termodinamici. Il brodo infatti non ha nessuna capacità di produrre l’energia essenziale per la vita. I tre moschettieri forniscono quindi una nuova prospettiva sul perchè la minestrina sia poco sostanziosa e presentano un’alternativa: la vita sarebbe sorta da una miscela di gas (H2, CO2, N2, e H2S) e l’energia necessaria sarebbe venuta dallo sfruttamento dei gradienti geochimici generati dalle sorgenti idrotermali del fondo oceanico. Posticini interessanti quest’ultimi: Pikaia ne aveva già parlato qui.

Lo studio è infatti partito dall’ipotesi che la sorgente di energia che ha alimentato i predecessori degli organismi viventi potesse essere individuata lungo le microscopiche cavità naturali di tali sistemi. Secondo i ricercatori queste celle catalitiche generarono i lipidi, le proteine e i nucleotidi necessari alla nascita di LUCA (Last Universal Common Ancestor). Il gruppo si è perciò concentrato sulle sorgenti alcaline delle profondità oceaniche, che producono gradienti chimici molto simili a quelli presenti attualmente nella maggior parte degli organismi viventi. Gradienti di protoni attraverso le membrane intracellulari che consentono la produzione di energia per la cellula.

Detto inter nos, la prospettiva non è poi così nuova: tra le varie spiegazioni alternative al sorgere della vita – tra cui una dall’esotico nome “Teoria della spiaggia radioattiva” (giuro che esiste) – esisteva già una “Teoria delle sorgenti del fondale marino” all’interno di una più vasta “Teoria del mondo a ferro-zolfo”. Chi in fondo non ricorda il buon vecchio chimico tedesco Günter Wächtershäuser? In tutta onestà, alzi la mano chi non lo rimembra distintamente. La state alzando un po’ tutti, vero? Ma fidatevi, Wikipedia non mente (quasi) mai! Anche la storia delle correnti alcaline era già stata partorita dai geochimici William Martin e Michael J. Russell.

Tornando a noi: secondo il team gli organismi primitivi probabilmente sfruttarono i suddetti gradienti attraverso un processo chiamato chemiosmosi, nel quale il gradiente protonico viene usato per dare impulso alla sintesi della valuta universale dell’energia (l’ATP) o di equivalenti più semplici. Successivamente l’evoluzione permise alle cellule di generare il proprio gradiente tramite un trasferimento di elettroni da un donatore (in principio probabilmente l’idrogeno) ad un accettore (probabilmente l’anidride carbonica). Come sottolinea il co-autore del paper John Allen, biochimico dell’Università Queen Mary di Londra, le moderne cellule viventi avrebbero ereditato le stesse dimensioni del gradiente protonico e, fatto estremamente rilevante, lo stesso orientamento (positivo fuori e negativo dentro) delle vescicole inorganiche da cui deriverebbero. La chemiosmosi è strettamente necessaria per il metabolismo del carbonio e dell’energia in tutti gli odierni organismi quindi, secondo il team, deve esserlo stata anche per le prime cellule capaci di vita autonoma. La sfida affrontata dai ricercatori, e di questo va dato loro atto, sta nel comprendere in che modo le prime cellule abbiano potuto sfruttare una forza geochimica per poi imparare a gestirla autonomamente.

Una transizione vitale, dato che la chemiosmosi è l’unico meccanismo tramite il quale gli organismi poterono allontanarsi dai fluidi. Il fatto che tutti gli organismi oggi siano chemiosmotici sarebbe dunque spiegabile con l’eredità lasciata da LUCA; un’eredità senza la quale la vita non avrebbe potuto evolversi. Sarebbe quindi giunto il momento di gettare le ottuagenarie manette di un’idea originatasi in un tempo in cui nessuno ancora aveva alcuna comprensione di come fosse fatto un ATP.

Sarà anche vero…  Ma dopo decenni di manette, chi ce la toglie più la Sindrome di Stoccolma?!?!

(L’ultimo antenato comune universale) Luca Perri


Riferimenti:
Nick Lane, John F. Allen, William Martin. How did LUCA make a living? Chemiosmosis in the origin of life. BioEssays, doi: 10.1002/bies.200900131, 2010.

Fonte dell’immagine: Wikimedia Commons