Ci sono nuove prove per una teoria alternativa dell'origine della vita

Quattro miliardi di anni fa, la Terra primordiale era una landa infernale, e la vita come la conosciamo oggi non esisteva ancora. Ma sparsi qui e là, su un pianeta intriso di radiazioni e bombardato da asteroidi, calderoni fumanti di elementi chimici cosmici cucinavano i costituenti fondamentali della vita.

L'emergere di molecole biologiche complesse, molto prima delle prime cellule, è uno dei capitoli più misteriosi della storia dell'origine della vita. Una teoria popolare sostiene che che l'RNA—la versione del DNA più attiva e con un solo filamento—sarebbe entrato in scena per primo, producendo copie di se stesso e costruendo le prime proteine. Ma una nuova ricerca, che è comparsa questa settimana su Proceedings of the National Academies of Sciences, confuta l'ipotesi che l'RNA abbia messo in moto la vita da solo. Proponendo l'ipotesi che RNA e peptidi, le catene di amminoacidi che costruiscono proteine, si siano creati a vicenda.

"La collaborazione tra RNA e peptidi è stata forse fondamentale per l'emergere spontaneo della complessità," ha detto il biochimico Charles Carter della School of Medicine dell'università del North Carolina in un comunicato. "Secondo la nostra prospettiva, si sarebbe trattato di un mondo a peptidi e RNA, non di un mondo a solo RNA."

La teoria di Carter rema contro decenni di ricerca su un "mondo a RNA" e, se fosse corretta, potrebbe avere implicazioni profonde rispetto al manifestarsi della vita su altri mondi.

"L'ipotesi di un mondo a solo RNA è una scorciatoia che dice, ehi, ti servono catalisi e trasmissione delle informazioni, perché non mettere l'RNA a fare tutto il lavoro?" mi ha detto Carter quando abbiamo parlato al telefono. "Ma in pratica non ci sono prove."

Carter sostiene che la popolare ipotesi di un mondo a solo RNA non abbia abbastanza prove a suo sostegno.

Tre tipi di molecole—DNA, RNA e proteine—sono alla base di praticamente tutta la nostra biologia. In poche parole, il DNA contiene gli schemi della vita, l'RNA li traduce in proteine, e le proteine si fanno carico del resto del lavoro, dal costruire al riparare le cellule al causare reazioni metaboliche. La domanda da un milione di dollari, che è il fulcro della ricerca sull'origine della vita, è come abbiano fatto queste biomolecole grandi e complesse a svilupparsi da antenati estremamente semplici.

Il primo passaggio ci è abbastanza chiaro. Nel 1952, il famoso esperimento di Miller-Urey ha dimostrato che alcuni degli elementi costitutivi più importanti della vita—gli amminoacidi e gli acidi nucleici che si concatenano per formare proteine o DNA—possono assemblarsi in modo spontaneo a partire da elementi chimici non-viventi, grazie ad un processo chiamato abiogenesi. Ricreando in una bottiglia le condizioni in cui versava la Terra ai suoi primordi, Stanley Miller e harold Urey hanno dedotto che l'abiogenesi potrebbe forse spiegare il manifestarsi delle unità più semplici della vita qui sulla Terra. Da allora, abbiamo inoltre scoperto che nubi di polvere interstellare e altri ambienti spaziali sfornano costantemente questi piccoli pezzi lego della biologia.

Ma il passaggio successivo, che riguarda come questi elementi vadano effettivamente a formare catene, e come queste catene si pieghino e torcano fino a diventare molecole a tre dimensioni, è ben più difficile da immaginare. Alcuni scienziati credono che l'RNA sia stato la chiave di tutto, una teoria appunto conosciuta come ipotesi del mondo a RNA.

Come il DNA, l'RNA immagazzina e trasmette informazioni. Come le proteine, può catalizzare certe reazioni biochimiche. Dato che l'RNA sembra essere a cavallo tra la conservazione delle informazioni e l'attività biologica, è facile pensare ad un mondo pre-cellulare in cui le molecole di RNA si comportavano in modo indipendente, come macchine biologiche auto-replicanti.

Carter, che ha per decenni criticato duramente l'ipotesi del mondo a RNA, ha spiegato che la teoria, in tutta la sua eleganza, si fonda su un presupposto importante: che sulla Terra dei primordi, l'RNA sia stato effettivamente in grado di replicarsi. L'RNA può davvero dare il via ad alcune reazioni biologiche, ma—dice Carter—per quel che ne possiamo sapere, l'auto-replicazione non è tra di esse. (Per la cronaca, RNA in grado di auto-replicarsi è stato creato artificialmente.)

"Non sono mai state scoperte molecole di RNA collegabili alla sintesi di altre molecole di RNA," mi ha detto Carter. "Tutto l'RNA è fatto di proteine, e non ci sono prove [evolutive] che l'RNA sia mai stato creato dall'RNA. Il che rende l'ipotesi del mondo a RNA l'equivalente intellettuale del creazionismo."

Carter ha proposto per primo un'alternativa radicale circa 40 anni fa: l'RNA e i peptidi potrebbero essersi co-assemblati, tirandosi fuori a vicenda dal brodo primordiale. Attraverso una serie di analisi biochimiche, ha dimostrato che le gamme di ambienti chimici in cui l'RNA e i peptidi possono sopravvivere sono ben allineate tra loro. Ora, due ricerche parallele condotte da Carter e dal collega Richard Wolfenden—ricercatore sulle origini della vita a sua volta—offrono i primi consistenti aggiornamenti di questa teoria.

Il primo studio, condotto da Wolfenden, si concentra sulle proprietà fisiche degli amminoacidi, osservate a temperature molto diverse. Questo lavoro dimostra che le proteine potrebbero essersi ripiegate in strutture funzionali tridimensionali proprio nei bollenti ambienti in cui la vita si è manifestata per la prima volta. Il secondo studio, condotto da Carter, offre nuove prospettive su come le proteine e le molecole di RNA che traducono il codice genetico si riconoscano e interagiscano l'una con l'altra.

Messe insieme, queste due ricerche vanno a sostenere l'ipotesi che i primissimi peptidi fossero fattorie di RNA e che le primissime molecole di RNA costruissero peptidi.

"Il nostro lavoro mostra come lo stretto collegamento tra le proprietà fisiche degli amminoacidi, il codice genetico, e lo strutturarsi delle proteine sia stato probabilmente fondamentale sin dall'inizio, da molto prima che molecole grandi e sofisticate facessero la loro comparsa," ha detto Carter. "Questa stretta interazione è stata forse il fattore chiave per l'evoluzione da costituenti base a organismi."

Il modello di origine della vita che Carter e colleghi hanno ipotizzato offrirebbe uno schema per il modo in cui la vita potrebbe manifestarsi su altri pianeti. Carter, dal canto suo, crede che la co-evoluzione di RNA e proteine sia alla base dell'emergere della vita ovunque.

"Penso tantissimo a come sarebbe la vita sugli altri pianeti," mi ha detto Carter. "Credo che quando scopriremo la vita in un altro luogo dell'universo—e so che lo faremo—sarà basata sulle stesse molecole su cui si basa la vita sulla Terra, e sarà destinata ad evolversi attraverso una serie di passaggi che hanno inizio da una specificità molto bassa. Gradualmente, il sistema diventa in grado di imparare e quindi si sviluppa in modo più complesso."

Quindi, ora che la ricerca di forme di vita su altri pianeti sta diventando realtà, è bene ricordarci delle nostre umili origini. Potremmo incontrare un sacco di mondi rocciosi simili alla Terra che, sulla superficie, potranno sembrare privi di vita, come Marte. Ma forse, da qualche parte là fuori, c'è un calderone di elementi chimici cosmici, in cui molecole semplici si stanno legando le une con le altre, per aiutarsi a vicenda a crescere, diversificarsi ed evolversi.

Tra quattro miliardi di anni, quel pianeta potrebbe essere la prossima Terra.