La domanda su come sia emersa la vita sulla Terra è una questione che gli umani si sono posti da tempo immemorabile. Mentre gli scienziati sono relativamente fiduciosi su quando è successo, non c'è stata una risposta definitiva sul perché. In che modo gli aminoacidi, i mattoni chimici della vita, si sono riuniti circa quattro miliardi di anni fa per creare le prime molecole proteiche?
Mentre questa domanda è ancora senza risposta, gli scienziati stanno facendo nuove scoperte che potrebbero aiutare a restringerla. Ad esempio, un team di ricercatori del Center for Chemical Evolution (CCT) del Georgia Institute of Technology ha recentemente condotto uno studio che ha mostrato come alcuni dei primi predecessori della molecola proteica possano essersi collegati spontaneamente per formare una catena.
Lo studio è apparso di recente nel Atti della National Academy of Sciences. Lo studio è stato condotto dal Dr. Moran Frenkel-Pinter della Georgia Tech e ha incluso numerosi ricercatori del CCT - che è supportato dalla NASA e dalla National Science Foundation (NSF) - con l'assistenza del Dr. Luke Leman e assistente professore di chimica presso Scripps Research, un istituto di ricerca medica senza scopo di lucro.
Per decenni, gli scienziati hanno avuto teorie su come i primi aminoacidi si sono riuniti per formare molecole proteiche. Purtroppo, finora tutti i tentativi di verificare queste teorie sono falliti. Come ha spiegato il dott. Leman:
“Il modo in cui la chimica ha portato alla vita complessa è una delle domande più affascinanti su cui l'umanità ha riflettuto. Ci sono molte teorie sulle origini delle proteine ma non tanto supporto sperimentale in laboratorio per queste idee. "
Per il loro studio, il team di ricerca ha condotto un esperimento in cui una piccola selezione di aminoacidi (lisina, arginina e istidina) sono stati collocati insieme a tre aminoacidi concorrenti non biologici. Gli acidi furono quindi sottoposti a condizioni simili a quelle che si ritiene esistessero sulla Terra durante l'Eone Hadean (circa 4 miliardi di anni fa).
Ciò consisteva nel mettere gli aminoacidi selezionati in acqua contenente idrossiacidi, che sono noti per facilitare le reazioni degli aminoacidi e sarebbero stati comuni sulla Terra prebiotica. La miscela è stata quindi riscaldata a 85 °C (185 °F), che ha accelerato il processo di reazione e fatto evaporare l'acqua. Le reazioni chimiche risultanti sono state quindi studiate.
Con loro sorpresa, gli amminoacidi biologici si sono formati spontaneamente in segmenti puliti che si sono collegati tra loro tramite gruppi? -Aminici. Questi gruppi sono quelli che sono fatti di azoto e idrogeno e sono abbastanza reattivi. Tuttavia, fanno anche parte del nucleo di aminoacidi e altre ammine che formano sidechain che si estendono dal nucleo (che sono stati utilizzati in questo esperimento) sono spesso più reattivi. Frenkel-Pinter ha detto:
"Ci ha sorpreso che questa chimica favorisse la connessione? -Amina trovata nelle proteine, anche se i principi chimici avrebbero potuto portarci a credere che la connessione non proteica sarebbe stata favorita. La preferenza per il legame simile alle proteine rispetto alle non proteine era di circa sette a uno. "
Un'altra sorpresa è stata il fatto che gli aminoacidi biologici battono quelli non biologici in termini di reattività. Questi ultimi acidi, che oggi non si trovano nelle proteine, avevano il potenziale per reagire chimicamente altrettanto bene (o meglio di) quelli biologici. Per di più, il team ha previsto che l'inclusione di questi acidi avrebbe permesso a quelli biologici di correre per i loro soldi e potrebbe persino portare alla c
Tuttavia, le reazioni hanno portato principalmente alla formazione di peptidi (due o più blocchi di aminoacidi collegati tra loro) che erano più vicini alle proteine attuali di oggi. In particolare, i ricercatori hanno pensato che gli aminoacidi non biologici avrebbero superato gli aminoacidi biologici noti come lisina e che la lisina non sarebbe stata in grado di formare catene in modo affidabile.
In entrambi i casi, si sbagliavano e invece trovarono che la lisina andava prevalentemente nelle catene in un modo simile a quello che succede oggi con le proteine. Da questo, il team ha ipotizzato che le catene di amminoacidi prefabbricate che sono utili nei sistemi viventi si siano evolute prima che la vita avesse trovato il modo di produrre proteine.
Il fatto che il loro esperimento abbia dimostrato che gli aminoacidi biologici sono preferiti a quelli non biologici può anche offrire nuove informazioni sul perché solo 20 aminoacidi sono entrati nella formazione della vita. Gli scienziati ritengono che ci fossero oltre 500 acidi naturali presenti sulla Terra durante l'Eone Hadean. Come spiega Loren Williams, professore di biochimica alla Georgia Tech
"La nostra idea è che la vita è iniziata con i molti elementi costitutivi presenti e ne ha selezionato un sottoinsieme, ma non sappiamo quanto sia stato selezionato sulla base della chimica pura o di quanti processi biologici abbiano fatto la selezione. Guardando questo studio, sembra che la biologia di oggi possa riflettere queste prime reazioni chimiche prebiotiche più di quanto avessimo pensato ".
“Nella Terra prebiotica, ci sarebbe stata una serie molto più ampia di aminoacidi. C'è qualcosa di speciale in questi 20 aminoacidi o sono stati congelati in un momento nel tempo dall'evoluzione? ” In breve, l'esperimento suggerisce che i tipi di aminoacidi utilizzati nelle proteine hanno maggiori probabilità di collegarsi insieme perché reagiscono insieme in modo più efficiente e hanno poche reazioni collaterali inefficienti.
In breve, l'esperimento suggerisce che i tipi di aminoacidi utilizzati nelle proteine hanno maggiori probabilità di collegarsi insieme perché reagiscono insieme in modo più efficiente e hanno poche reazioni collaterali inefficienti. Fornisce inoltre ulteriore credibilità alla teoria secondo cui la maggior parte dei polimeri biologici si è formata in cicli umidi e asciutti, cosa che i ricercatori della CCT hanno
Questa teoria, che afferma che le prime proteine si sono verificate su distese di terra spazzate dalla pioggia o rocce lacustri bruciate dal sole, è in contrasto con la narrativa più convenzionale secondo cui i mattoni della vita si basano su eventi rari e cataclismici, nonché su molteplici ingredienti in per emergere. Mostrando che probabilmente sarebbe stato un processo molto più semplice, questa ricerca potrebbe portarci un passo avanti verso lo sblocco di questo antico mistero.
Potrebbe anche avere implicazioni nella ricerca della vita oltre la Terra. Se i mattoni della vita sono naturalmente reattivi e attratti l'uno dall'altro, allora probabilmente aumentano le probabilità che reazioni chimiche simili abbiano avuto luogo altrove nell'Universo!
