Restringere il brodo (primordiale)

È difficile che la vita abbia cominciato a formarsi negli oceani, è invece molto più probabile che sia nata in ambienti acquatici relativamente poco profondi. Un recente approfondimento su Nature fa il punto sullo stato delle ricerche sull’origine della vita


Non esiste una definizione univoca di “vita”, ma le comunità scientifiche concordano su alcune delle sue caratteristiche di base. Per esempio la capacità di trasportare le informazioni e riprodurle in copia, consentendo al contempo delle variazioni indispensabili per l’evoluzione. Anche la presenza di metodi di nutrizione e mantenimento è considerata inevitabile. Si è sempre pensato che il primo (o i primi) organismi viventi si siano formati in un ambiente acquoso, quando la Terra era ancora giovane. Ma il diavolo è nei dettagli.

Come riporta un articolo su Nature, acidi nucleici, proteine e altre molecole essenziali alla vita per come noi la conosciamo sono vulnerabili all’acqua. Per questa ragione, come sostiene la biologa sintetica Kate Adamala dell’University of Minnesota, ancora oggi le cellule producono un gel per strutturare e regolare al meglio l’ambiente interno. I sistemi biologici quindi hanno bisogno dell’acqua ma, allo stesso tempo, devono tenerla a bada. Ciò significa, per molti ricercatori, che la vita si è originata dove l’acqua era presente in modo discontinuo. Ovvero in ambienti dove l’alternarsi tra umido e secco poté promuovere lo sviluppo della capacità di regolazione dell’acqua.

Nella pubblicazione troviamo un interessante ripasso delle ipotesi e degli esperimenti sulla formazione dei primi composti organici. Nei primi decenni dello scorso secolo sia in Unione Sovietica, con Alexander I. Oparin, che nel Regno Unito con John B. S. Haldane, gli scienziati ipotizzarono una “zuppa primordiale” di sostanze favorevoli alla vita, e la identificarono col mare degli oceani. Negli anni ’50 iniziò la ricerca sperimentale di questa ipotesi. Stanley L. Miller, della University of Chicago, collegò un pallone di vetro contenente acqua marina con un altro il cui contenuto di metano, ammoniaca e idrogeno, imitava l’atmosfera primordiale. Con l’ausilio di scosse elettriche e riscaldamento ottenne in pochi giorni la formazione della glicina, un componente fondamentale delle proteine. Ciò suggerì un’origine della vita sulla superficie dei mari, nonostante le perplessità di molti scienziati (Pikaia ne ha parlato qui).

Michael Marshall, su Nature, riporta alla luce queste storie in occasione del prossimo arrivo su Marte del rover Perseverance. La sonda della NASA  atterrerà nel cratere marziano Jezero. È possibile che in passato ci sia stato un lago d’acqua allo stato liquido, un lago dove è plausibile che possano essersi verificati i processi chimici necessari alla formazione di molecole biologiche. Così, il rover cercherà segni di vita (o pre-vita; Pikaia ne ha parlato qui) tra i sedimenti marziani di Jezero.

Tra gli scienziati che hanno caldeggiato l’arrivo nel cratere troviamo il chimico britannico John D. Sutherland. Il motivo? La ricerca di prove che avvalorino ulteriormente l’ipotesi per cui la vita si è originata in specchi d’acqua collegati solo parzialmente, e a volte in modo perlopiù irregolare, con altri corsi d’acqua.

I crateri meteoritici come Jezero secondo Sutherland si prestano bene a questa ricerca, perché l’impatto dei meteoriti potrebbe agire come un “catalizzatore”, permettendo notevoli cambiamenti chimici.  I meteoriti sono spesso costituiti da una lega di ferro e nichel, e gli impatti producono cianuro. Così, in crateri di questo tipo, si troverebbero alcune delle sostanze maggiormente coinvolte nella formazione delle molecole cardine della vita.

Un’altra delle ragioni per cui alcuni ricercatori, come Sutherland, sostengono che la vita difficilmente possa essersi originata negli oceani, è l’elevata concentrazione richiesta da alcune sostanze: negli oceani le molecole organiche sarebbero troppo diluite per dare origine a sistemi viventi. Dovremmo quindi concentrarci su piccoli corpi d’acqua, dove le sostanze prodotte avrebbero avuto più possibilità di interagire, oltre a essere sottoposte ai cicli asciutto-umido di cui sopra. Ma, anche sulla Terra, non dovremmo trascurare la possibilità offerta dai  laghi di origine meteoritica, come il lago canadese Manicouagan,

Nel 2019, presso il NSF-NASA Center for Chemical Evolution di Atlanta, Georgia, Moran Frenkel-Pinter e colleghi hanno dimostrato che l’essiccazione induce gli amminoacidi a legarsi per formare catene simili a strutture proteiche. Non solo, questo risultato dell’essiccazione si è dimostrato più frequente proprio nei 20 amminoacidi che compongono le proteine presenti ancora oggi negli organismi viventi. Qualcosa di simile fu dimostrato in un esperimento di David W. Deamer e Gail L. Barchfeld quando nel 1982 asciugarono delle vescicole formate da un doppio strato lipidico. Notarono che la nuova condizione portava alla realizzazione di strutture a più strati entro cui restavano posizionati i filamenti di DNA prima sospesi, che rimasero saldi anche quando le vescicole furono reidratate.

L’acqua, come suggerisce questo studio, ha contribuito alla formazione della vita in modo indiretto, perlopiù per contrasto. Frenkel-Pinter arriva a sostenere che la “pressione selettiva” dell’acqua sia stata in questo particolare senso uno dei modi principali, se non il principale metodo, attraverso cui si è evoluta l’organizzazione delle molecole della vita. Le strutture formatesi riuscirono poi non solo a regolare i rapporti con l’acqua, ma perfino ad utilizzarne a proprio vantaggio la forte reattività.


Riferimenti:
Marshall M. How the first life on Earth survived its biggest threat – water. Nature. 09 December 2020

Immagine: NASA/JPL-Caltech, Public domain, via Wikimedia Commons