Scienze Naturali

Ricostruzione dell'Oceano Antico rivela i Segreti sull'Origine della Vita

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno pubblicato i dettagli su come i primi organismi sulla Terra avrebbero potuto diventare metabolicamente attivi.

I risultati, che sono riportati nella rivista Molecular Systems Biology, permettono agli scienziati di ipotizzare come le cellule primitive hanno imparato a sintetizzare i loro componenti organici, le molecole che formano RNA, lipidi e aminoacidi. I risultati suggeriscono anche un ordine per la sequenza di eventi che hanno portato l'origine della vita.

Una ricostruzione del primissimo oceano terrestre in laboratorio, ha rivelato la presenza spontanea delle reazioni chimiche usate dalle cellule moderne per sintetizzare molte molecole organiche cruciali del metabolismo. In precedenza, si era ipotizzato che queste reazioni fossero state eseguite in celle moderne dagli enzimi metabolici, macchine molecolari molto complesse che sono venute alla luce durante l'evoluzione degli organismi moderni.

Quasi 4 miliardi di anni fa, la vita sulla Terra è iniziata negli oceani ricchi di ferro, che dominavano la superficie del pianeta. Una questione aperta per gli scienziati è quando e come il metabolismo cellulare, la rete di reazioni chimiche necessarie per la produzione di acidi nucleici, aminoacidi e lipidi, i mattoni della vita, apparvero sulla scena. Le reazioni chimiche osservate verificate in assenza di enzimi, sono stati rese possibili dalle molecole chimiche che probabilmente si trovavano nel mare Archeano.

Trovare una serie di reazioni che assomigliano al "core del metabolismo cellulare", suggerisce che il metabolismo precede l'origine della vita. Ciò implica che, almeno inizialmente, il metabolismo può non essere stato plasmato dall'evoluzione, ma da molecole come l'RNA, formatasi attraverso le condizioni chimiche che prevalevano nei primi oceani.

"I nostri risultati dimostrano che, le condizioni e le molecole che si trovavano negli antichi oceani della Terra, assistivano e acceleravano la interconversione dei metaboliti, che negli organismi moderni compongono la glicolisi e le vie pentoso-fosfato, due delle cascate essenziali e più centralmente disposte per la reazione del metabolismo ", dice il Dott. Markus Ralser, Leader del gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Biochimica dell'Università di Cambridge, e dell'Istituto Nazionale per la ricerca medica.

"Nella nostra versione ricostruita dell'antico oceano Archeano, queste reazioni metaboliche erano particolarmente sensibili alla presenza di ferro ferroso che ha contribuito a catalizzare molte delle reazioni chimiche che abbiamo osservato."

Dall'analisi dei primi sedimenti oceanici, geologi come Alexandra V. Turchyn, del Dipartimento di Scienze della Terra presso l'Università di Cambridge, uno dei co-autori dello studio, ha concluso che le forme solubili di ferro sono state una delle più frequenti molecole negli oceani prebiotici. Gli scienziati hanno ricostruito le condizioni di questo mare prebiotico sulla base della composizione di vari sedimenti primari, descritti nella letteratura scientifica.

I diversi metaboliti sono state incubati a temperature elevate (50-90°C) simili a quelle che ci si potrebbe aspettare vicino a uno sfiato idrotermale di un vulcano oceanico, una temperatura che non supporta l'attività degli enzimi proteici convenzionali. I prodotti chimici sono stati separati e analizzati mediante spettrometria di massa con cromatografia liquida.

Alcune delle reazioni osservate potrebbero avere luogo anche in acqua, ma sono state accelerate dalla presenza di metalli che servivano come catalizzatori. "In presenza di ferro e altri composti trovati nei sedimenti oceanici, sono stati osservati 29 reazioni chimiche metaboliche simili, incluse quelle che producono alcune delle sostanze chimiche essenziali del metabolismo, ad esempio precursori delle particelle elementari delle proteine o del RNA," dice Ralser. "Questi risultati indicano che l'architettura di base della moderna rete metabolica potrebbe avere origine dai vincoli fisici e chimici che esistevano sulla Terra prebiotica."

La rilevazione di uno dei metaboliti nelle miscele di reazione, il ribosio 5-fosfato, è particolarmente notevole. La sua disponibilità significa che i precursori di RNA potrebbero in teoria dar luogo a molecole di RNA che codificano le informazioni, catalizzano le reazioni chimiche e le replicano. Se e come i primi enzimi hanno adottato le reazioni catalizzate dai metalli descritti dagli scienziati, deve ancora essere stabilito...

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