Miliardi di anni fa, molecole su una Terra esanime e tumultuosa si mescolarono, formando le prime forme di vita. Eoni più tardi, una forma di vita più grande e più intelligente si sta rannicchiando negli esperimenti di laboratorio cercando di capire i suoi inizi.
Mentre alcuni sostengono che la vita sia emersa da semplici catene di molecole, altri affermano che le prime reazioni chimiche hanno formato l'RNA autoreplicante. Parente del DNA, l'RNA funge da decodificatore o messaggero di informazioni genetiche.
Un nuovo studio fornisce prove dell'idea dell'RNA, nota come "ipotesi mondiale sull'RNA". Ma almeno un ingrediente nei primi RNA può differire da quello che si trova nella forma moderna, un gruppo di scienziati ha riferito il 3 dicembre nella rivista Proceedings of National Academy of Sciences.
L'RNA moderno, insieme alla sua spina dorsale di zucchero e fosfato, è composto da quattro elementi costitutivi principali: nucleobasi chiamate adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracile (U).
Ma si scopre che il primo RNA potrebbe aver avuto una nucleobase che non fa parte della forma moderna.
In minuscoli tubi di plastica, i ricercatori hanno messo acqua, un po 'di sale, un tampone per mantenere il pH basico e ioni di magnesio per accelerare le reazioni. Queste condizioni sono simili a quelle che si trovano in un lago o stagno d'acqua dolce, in un lago di cratere o nel tipo di lago o piscina trovato in regioni vulcaniche come il Parco Nazionale di Yellowstone - tutti i luoghi in cui la vita avrebbe potuto iniziare.
I ricercatori hanno quindi aggiunto un piccolo pezzo di RNA chiamato un primer attaccato a un pezzo più lungo di RNA chiamato un modello. Il nuovo RNA viene creato quando un primer copia l'RNA modello, tramite l'associazione di base. Le nucleobasi si abbinano in modo univoco l'una all'altra; C si lega solo con G e A si lega solo con U.
I ricercatori hanno aggiunto le nucleobasi (A, C, G e U) in modo che potessero legarsi al modello e quindi estendere il pezzo più corto, il primer. I risultati hanno mostrato che, con ingredienti dell'RNA moderno, la reazione non ha funzionato abbastanza velocemente da consentire all'RNA di formarsi e replicarsi senza errori.
Ma poi, i ricercatori hanno aggiunto un'altra sostanza chimica, chiamata inosina, nella miscela, invece della molecola a base di guanina. Successivamente, i ricercatori sono stati sorpresi di scoprire che l'RNA potrebbe formarsi e replicarsi in modo leggermente più accurato di quanto non faccia in un mix con la guanina.
Questo mix non ha causato quella che viene chiamata "catastrofe di errore", il che significa che le mutazioni o gli errori casuali nelle repliche sono rimasti al di sotto di una soglia, garantendo che possano essere eliminati prima di accumularsi.
"Il fatto che superi il problema della catastrofe dell'errore è un importante test di significato", ha affermato David Deamer, biologo dell'Università della California, Santa Cruz, che non faceva parte dello studio. Il suo unico cavillo è l'affermazione che l'inosina è più plausibile nella produzione di RNA primitivo rispetto ad altre basi alternative, ha detto Deamer. Non pensa ancora che le altre basi dovrebbero essere escluse, dal momento che "questa è un'affermazione abbastanza ampia ... basata su una reazione chimica altamente specifica", ha detto Deamer a Live Science
Ma poiché l'inosina può essere facilmente derivata da un'altra coppia di basi, l'adenina, rende il processo di origine della vita "più facile" che se si dovesse produrre la guanina da zero, ha affermato John Sutherland, un ricercatore sulle origini chimiche della biologia molecolare presso la MRC Laboratorio di biologia molecolare nel Regno Unito, che non faceva parte dello studio.
I risultati infrangono "la saggezza convenzionale secondo cui l'inosina non avrebbe potuto essere utile", ha detto Sutherland a Live Science. Inosine aveva guadagnato questa reputazione perché ha un lavoro molto specifico in una forma di RNA chiamato RNA di trasferimento, che decodifica le informazioni genetiche.
Si pensava che l'inosina "oscillasse" o si legasse a varie coppie di basi anziché a una sola. Ciò avrebbe reso una molecola povera per dare istruzioni uniche per formare un nuovo RNA, perché non ci sarebbe stata una direzione chiara per ciò a cui l'inosina potrebbe legarsi. E così, "molti di noi avevano erroneamente pensato che fosse una proprietà intrinseca dell'inosina", ha detto Sutherland. Ma questo studio ha dimostrato che l'inosina, nel contesto del primo mondo in cui è emerso per la prima volta l'RNA, non traballa, ma si accoppia in modo affidabile con la citosina, ha aggiunto.
"Adesso ha tutto senso, ma sulla base dei risultati precedenti, non ci aspettavamo che l'inosina funzionasse così come ha fatto", ha detto l'autore senior dello studio Jack Szostak, professore di chimica e biologia chimica all'Università di Harvard, che è anche un premio Nobel.
Szostak e il suo team stanno ora cercando di capire come altrimenti quell'RNA primitivo avrebbe potuto essere diverso dall'RNA moderno - e come alla fine si è trasformato in RNA moderno. Inoltre, gran parte del loro laboratorio è focalizzato sul modo in cui le molecole di RNA si replicano prima che gli enzimi si siano evoluti. (Gli enzimi sono proteine che accelerano le reazioni chimiche.)
"Questa è una grande sfida", ha detto Szostak a Live Science. "Abbiamo fatto molti progressi, ma ci sono ancora puzzle irrisolti."
Sutherland ha anche osservato che il campo si sposta generalmente da una pura "ipotesi mondiale sull'RNA" a una che vede più componenti mescolati nel calderone che ha creato la vita. Questi includono lipidi, peptidi, proteine e fonti di energia. Ha aggiunto che nelle menti dei ricercatori "è un mondo di RNA meno purista di quanto non fosse in passato".
