Prima che emergesse la vita sulla Terra, circa 3,5 miliardi di anni fa, gli oceani erano una zuppa di molecole mescolate casualmente. Quindi, in qualche modo, alcune di quelle molecole si sono disposte in stringhe ben organizzate di DNA, pareti cellulari protettive e minuscole strutture simili a organi in grado di mantenere le cellule vive e funzionanti. Ma il modo in cui hanno realizzato questa organizzazione ha confuso a lungo gli scienziati. Ora, i biofisici dell'Università Ludwig-Maximilians di Monaco pensano di avere una risposta: le bolle.
Gli inizi della vita non furono istantanei. Le prime molecole precursori si sono in qualche modo trasformate nei mattoni della vita, come RNA, DNA, sali e lipidi. Quindi, quelle molecole si sono organizzate per formare le prime prime versioni di cellule, che sono poi diventate i primi organismi monocellulari.
"Questa è la base per tutte le specie viventi", ha detto Dieter Braun della Ludwig-Maximilians University, l'autore principale dello studio, a Live Science.
Affinché le cellule si formino, iniziano a replicarsi e assumono una vita propria sulla Terra primordiale, tuttavia, tutte le parti chimiche dovevano prima riunirsi, ha detto Braun.
Nell'oceano profondo, dove molti scienziati pensano che la vita abbia avuto il suo inizio, potrebbero essere presenti molecole come lipidi, RNA e DNA; ma anche così, sarebbero stati troppo sparsi per far accadere qualcosa di interessante.
"Le molecole si perdono. Si diffondono", ha detto Braun. "Le reazioni non accadranno da sole."
Gli scienziati concordano sul fatto che era necessaria una certa forza affinché le molecole si aggregassero e reagissero tra loro, ha detto a Live Science Henderson Cleaves, un chimico del Tokyo Institute of Technology. I ricercatori non sono d'accordo su quale fosse quella forza.
Ecco dove arrivano le bolle.
Le bolle erano ovunque nei primi paesaggi marini della Terra. Caldi vulcani di acque profonde spruzzavano piume frizzanti. Quelle sfere ariose si posarono sulla roccia vulcanica porosa. Queste erano le condizioni che Braun e i suoi colleghi cercavano di replicare. Hanno creato una nave da un materiale poroso che imitava la trama della roccia vulcanica, quindi la riempivano, a sua volta, con sei diverse soluzioni, ciascuna delle quali modellava una fase diversa nel processo di formazione della vita. Una soluzione, che rappresentava un primo passo, conteneva uno zucchero chiamato RAO, che sarebbe stato necessario nella costruzione di nucleotidi, i mattoni di RNA e DNA. Altre soluzioni, che rappresentano le fasi successive, contenevano l'RNA stesso, nonché i grassi necessari per costruire le pareti cellulari.
Quindi, i ricercatori hanno riscaldato la soluzione da un lato e l'hanno raffreddata dall'altro. Stavano creando qualcosa chiamato "gradiente termico", in cui la temperatura cambia gradualmente da un'estremità all'altra, in modo simile al modo in cui l'acqua vicino alle prese d'aria di acque profonde cambia gradualmente da caldo a freddo.
"È come un micro-oceano", ha detto Braun.
In ogni soluzione, il cambiamento di temperatura costringe le molecole a raggrupparsi e gravitano verso le bolle che si formano naturalmente in queste condizioni. Quasi immediatamente, hanno iniziato a reagire.
Gli zuccheri formavano cristalli, una specie di scheletro per nucleotidi di RNA e DNA. Gli acidi formarono catene più lunghe, facendo un altro passo verso la formazione di molecole complesse simili all'RNA. Infine, le molecole si sono organizzate in strutture che assomigliavano a cellule semplici. In un certo senso, ha affermato Braun, le cellule sono molecole racchiuse in sacchi di grassi. È esattamente quello che è successo sulla superficie delle sue bolle: i grassi si sono disposti in sfere attorno all'RNA e ad altre molecole.
La cosa più sorprendente per Braun e i suoi colleghi, ha detto, è la rapidità con cui sono avvenuti questi cambiamenti, in meno di 30 minuti.
"Sono stato sorpreso", ha detto. Anche se questa è la prima volta che lui e i suoi colleghi hanno esaminato specificamente le bolle, i ricercatori hanno precedentemente cercato di replicare come queste molecole biologiche subiscono le complesse reazioni necessarie per la vita. Normalmente, ha detto, queste reazioni richiedono ore.
Alcuni chimici sono scettici, tuttavia, sul fatto che le bolle di Braun rappresentino accuratamente l'ambiente primordiale. Braun e i suoi colleghi hanno seminato la loro soluzione con molte delle molecole complesse necessarie per la vita. Anche le loro soluzioni più semplici rappresentavano ancora le fasi successive del processo di formazione della vita, ha detto a Live Science Ramanarayanan Krishnamurthy, un chimico della Scripps Institution of Oceanography che non era coinvolto nello studio. È un po 'come cuocere una torta con un mix di scatole, piuttosto che ricominciare da zero.
Al contrario, gli antichi oceani potrebbero non aver avuto le giuste condizioni per formare queste molecole iniziali, ha detto Krishnamurthy.
Inoltre, l'esperimento della bolla si è svolto su una scala minuscola. Questo è importante, perché significa che il cambiamento di temperatura da un'estremità del test a quella successiva è stato molto brusco. In realtà, i gradienti termici sotto l'oceano sono più graduali, ha detto Cleaves.
Tuttavia, Braun ha sostenuto che ci sono alcuni motivi per cui le bolle potrebbero essere il luogo ideale per l'inizio della vita. Innanzitutto, forniscono un'interfaccia perfetta tra aria e acqua. Senza aria, molte delle reazioni necessarie alla vita non potrebbero accadere. Ad esempio, la fosforilazione, una reazione che consente alle piccole molecole di formare stringhe molecolari complesse, deve avvenire in condizioni almeno parzialmente asciutte. All'interno delle bolle, non è un problema; anche se sono minuscole, le bolle forniscono l'ambiente perfetto per asciugare queste reazioni, almeno temporaneamente.
Ma c'è un altro ruolo importante che le bolle possono svolgere: creano ordine. In acque ferme, le molecole in genere si diffondono senza una disposizione particolare. Le bolle, tuttavia, danno alle molecole - e forse l'inizio della vita - qualcosa a cui aggrapparsi in un mondo caotico.
