Il Ribosoma Egoista che vuole rivoluzionare la teoria dell'evoluzione

Quando Meredith Root-Bernstein, ecologa alla Aarhus University si è girata verso suo padre per chiedergli "Che cosa vuole il DNA?" l'intento non voleva essere mettere in questione gran parte della teoria evolutiva. Ma è proprio questo che la squadra padre-figlia ha dovuto fare per arrivare a rispondere alla domanda.

La loro teoria si chiama il Ribosoma Egoista [Selfish Ribosome], e trasforma un noto pezzo della macchina cellulare nel soggetto principale degli albori dell'evoluzione biologica. Si tratta di un cambiamento apparentemente piccolo, e se fosse vero, potrebbe fornirci un'interpretazione completamente nuova sulle origini della vita sulla Terra—ma quel se è piuttosto grande.

Le nostre cellule usano i ribosomi come ingranaggi oggi, ma i Root-Berstein credono di avere prove schiaccianti del fatto che a un certo punto della nostra storia i ribosomi abbiano governato il mondo.

Il Ribosoma Egoista è un gioco di parole che fa il verso al titolo del famoso libro di Richard Dawkins Il Gene Egoista [The Selfish Gene], e alla vasta area di teoria dell'evoluzione che ha ispirato. Il punto focale della teoria del gene egoista è che l'evoluzione è guidata prevalentemente dal successo o fallimento dei geni in sé, piuttosto che dal successo o fallimento delle cellule o degli animali che posseggono quei geni.

Anche i Root-Bernstein credono che ci sia stato un cosiddetto egoista agli albori dell'evoluzione, un'unità che ha guidato il cambiamento evolutivo esclusivamente per la propria sopravvivenza e successo, ma hanno un candidato differente in mente: il ribosoma.

I ribosomi sono degli agglomerati che si occupano di tradurre il codice di un gene nelle proteine corrispondenti. Senza il ribosoma che effettua questa traduzione, un gene non è in grado di mettere il suo codice in pratica, inutile come un file HTML senza un browser ad interpretarlo.

La teoria del Ribosoma Egoista dice che, ben prima che la vita cellulare avesse inizio sulla Terra, i ribosomi sono stati dei semplici robot replicanti. Questi agglomerati non-viventi di proteine e brevi sequenze genetiche erano forse in grado di fare copie delle loro stesse caratteristiche, e dei geni che incorporavano quelle caratteristiche. Il macchinario proteico faceva nuove copie delle sequenze genetiche, poi le usava come schemi per costruire un altro set di proteine uguali a sé.

Ma c'è una falla evidente in questa storia: anche i ribosomi sono fatti di proteine. E se anche i ribosomi sono fatti di proteine, cosa ha composto il primo ribosoma? In un'epoca pre-biologica, pre-evoluzione, come poteva un ribosoma essere tanto complesso?

È possibile che ognuna delle funzioni individuali di un ribosoma auto-replicante si sia formata spontaneamente da molecole più semplici sulla Terra primordiale.

La teoria si presta bene a qualche esperimento. Se un ribosoma si fosse effettivamente evoluto come una singola unità, ben prima della nascita della vita cellulare, allora il suo materiale genetico interno dovrebbe aver contenuto tutti gli schemi necessari per replicare quei geni e costruire le sue stese proteine—e questa è un'ipotesi che può essere testata.

Nell'articolo, gli studiosi mostrano che i ribosomi del moderno E. coli contengono davvero le vestigia di tutte le informazioni di cui avrebbero bisogno se potessero auto-replicarsi. La cosa non prova automaticamente che la loro teoria sia corretta, ma è un requisito necessario perché lo possa essere.

"Il ribosoma sembra contenere un sacco delle sue stesse funzioni," ha detto il co-autore e ricercatore alla Michigan State University, Robert Root-Bernstein. "Credo che nessuno se lo aspettasse."

A un certo punto, secondo la teoria, alcuni ribosomi pre-vita si sono uniti con bolle di acidi grassi—le prime membrane cellulari. Da lì, ha cominciato ad essere vantaggioso raccogliere e fabbricare una libreria di schemi genetici extra-ribosomiali (un genoma), dal momento che quei prodotti di proteine che prima vagavano liberi potevano ora comporsi in uno spazio chiuso. I ribosomi che traducevano soltanto i loro geni interni in proteine non sprecavano energia a costruire proteine da qualsiasi sequenza casuale che incontravano, ma non potevano neanche godere dei benefici di un prodotto utile ma anomalo.

Col tempo, la capacità di un ribosoma di competere con gli altri ribosomi è stata dettata sempre più fortemente dall'arsenale di schemi genomici che aveva collezionato per rinforzare la cellula e integrare la sua stessa sequenza interna. Alla fine, i ribosomi usavano anche il genoma per immagazzinare i geni per le loro stesse proteine ribosomiali, rendendoli un altro strumento a disposizione del genoma.

In questa nuova e rivoluzionaria visione dell'origine della vita, i geni sono diventati indipendenti dai ribosomi perché i ribosomi hanno iniziato a usarli per ottenere un vantaggio sui loro rivali—mentre la teoria tradizionale dice che i ribosomi sono stati creati e perfezionati perché davano ai geni un modo più efficiente di modificare l'ambiente circostante e di battere i loro rivali.

Questo nuovo orientamento della teoria dell'evoluzione basato sul successo o il fallimento dei ribosomi, opposto al successo o fallimento dei geni, è stata la ragione del nome metaforico, il Ribosoma Egoista. Un nome più preciso sarebbe stato Il Ribosoma come origine dell'evoluzione e precursore della vita—ma non sarebbe stato un nome altrettanto efficace.

Dato che ora qualsiasi gene in una cellula potrebbe avere accesso alla macchina ribosomiale della cellula, qualsiasi gene potrebbe condizionare la cellula se mettesse in pratica il suo codice come proteina. Qualsiasi cambiamento in un gene così cambierebbe anche la cellula in cui risiede, incidendo sulla capacità delle cellula di sopravvivere e replicarsi. Questo è l'inizio della classica evoluzione cellulare—oggi il genoma governa senza questioni la cellula, ma se guardiamo la cosa attraverso le lenti dell'evoluzione che dà la priorità al ribosoma, potrebbe trattarsi di un golpe.

Quando il Ribosoma Egoista è stato pubblicato, uno dei primi riscontri ha stupito i suoi creatori. "Abbiamo scoperto che [l'E. coli] era il peggior organismo possibile da utilizzare," ha detto Root-Bernstein. Ha chiamato l'E. coli un organismo da "peggior scenario possibile," poiché è stato soggetto ad una evoluzione talmente rapida che le sue sequenze ribosomiali sono probabilmente molto lontane dalle versioni antiche. "Avremmo probabilmente dovuto usare altri [organismi più costanti, come] gli archei o gli estremofili, che hanno forse qualcosa in comune in più con i loro ribosomi originali."

"La cosa ci fa sentire molto meglio," ha detto. "Se il nostro discorso riesce ad avere senso nel caso dell'E. coli, allora ci sono casi molto migliori dati da altri organismi."

Ovviamente, i risultati non sono abbastanza consistenti da ribaltare quasi cento anni di teoria dell'origine della vita, quindi il piano ora è cercare risultati più consistenti in organismi più adatti. La loro ricerca potrebbe offrirci una migliore comprensione di cosa voglia davvero il DNA, e se sia stato un ribosoma ad arrivare davvero per primo.