Circa 4 miliardi di anni fa, la Terra stava sviluppando condizioni adatte alla vita. Gli studiosi spesso si chiedono se il tipo di chimica trovata sulla Terra primordiale fosse simile a quello di cui necessita oggi la vita. Sanno che accumuli sferici di grassi, chiamati protocellule, sono stati i precursori delle cellule durante questa emergenza della vita. Ma come sono nate e come si sono diversificate le protocellule semplici per dare vita alla vita sulla Terra?
Protocellule: le basi per la Vita
Gli scienziati della Scripps Research hanno scoperto un percorso plausibile su come le protocellule potrebbero essersi formate e progredite chimicamente per consentire una varietà di funzioni.
I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista Chem, suggeriscono che un processo chimico chiamato fosforilazione, in cui i gruppi fosfato vengono aggiunti alla molecola, potrebbe essersi verificato prima di quanto precedentemente previsto.
Questo avrebbe portato a protocellule strutturalmente più complesse, a doppia catena, in grado di ospitare reazioni chimiche e dividersi con una vasta gamma di funzionalità. Rivelando come esse si sono formate, gli scienziati possono comprendere meglio come potrebbe aver avuto luogo l’evoluzione iniziale.
“Ad un certo punto, ci chiediamo tutti da dove veniamo. Ora abbiamo scoperto un modo plausibile secondo cui i fosfati avrebbero potuto essere incorporati in strutture simili a cellule prima di quanto si pensasse in precedenza, il che pone le basi per la vita“, ha spiegato Ramanarayanan Krishnamurthy, autore senior co-corrispondente e Professore presso il Dipartimento di Chimica della Scripps Research.
“Questa scoperta ci aiuta a comprendere meglio gli ambienti chimici della Terra primordiale in modo da poter scoprire le origini della vita e come la vita può essersi evoluta“.
I processi chimici che hanno favoriro l’evoluzione delle protocellule
Krishnamurthy e il suo team hanno studiato come si sono verificati i processi chimici che hanno causato le semplici sostanze chimiche e le formazioni che erano presenti prima dell’emergere della vita nella Terra prebiotica. Krishnamurthy è anche co-leader di un’iniziativa della NASA che indaga su come la vita sia emersa dalla Terra primordiale.
In questo studio, Krishnamurthy e il suo team hanno collaborato con il laboratorio del biofisico della materia soffice Ashok Deniz, co-autore senior e Professore presso il Dipartimento di biologia strutturale e computazionale integrativa presso Scripps Research.
Gli studiosi hanno cercato di esaminare se i fosfati potessero essere stati coinvolti durante la formazione delle protocellule. I fosfati sono presenti in quasi tutte le reazioni chimiche del corpo, quindi Krishnamurthy ha intuito che potessero essere presenti prima di quanto si credesse in precedenza.
Gli scienziati hanno supposto che le protocellule si formassero da acidi grassi, ma non era chiaro come le protocellule passassero da una catena singola a una doppia catena di fosfati, che è quello che consente loro di essere più stabili e di ospitare reazioni chimiche.
I ricercatori hanno voluto imitare condizioni prebiotiche plausibili, ovvero gli ambienti che esistevano prima della comparsa della vita. Per prima cosa hanno identificato tre probabili miscele di sostanze chimiche che potrebbero potenzialmente creare vescicole, strutture sferiche di lipidi simili alle protocellule.
Le sostanze chimiche utilizzate hanno incluso acidi grassi e glicerolo, un sottoprodotto comune della produzione di sapone che potrebbe essere esistito durante la Terra primordiale. Successivamente, hanno osservato le reazioni di queste miscele e hanno aggiunto ulteriori sostanze chimiche per creare nuove miscele. Queste soluzioni sono state raffreddate e riscaldate ripetutamente per favorire le reazioni chimiche.
Successivamente sono stati utilizzati coloranti fluorescenti per ispezionare le miscele e giudicare se si fosse verificata la formazione di vescicole. In alcuni casi, i ricercatori hanno anche variato il pH e i rapporti dei componenti per comprendere meglio l’impatto di questi fattori sulla formazione delle vescicole e hanno inoltre esaminato l’effetto degli ioni metallici e della temperatura sulla loro stabilità.
Il risultato finale dello studio sulle protocellule
“Le vescicole sono state in grado di passare da un ambiente di acidi grassi a un ambiente di fosfolipidi durante i nostri esperimenti, suggerendo che un ambiente chimico simile avrebbe potuto esistere 4 miliardi di anni fa“, ha specificato il primo autore Sunil Pulletikurti, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Krishnamurthy.
Si è scoperto che gli acidi grassi e il glicerolo potrebbero aver subito la fosforilazione per creare quella struttura a doppia catena più stabile delle protocellule. In particolare, gli esteri degli acidi grassi derivati dal glicerolo potrebbero aver portato a vescicole con diverse tolleranze agli ioni metallici, alle temperature e al pH, un passo fondamentale nella diversificazione dell’evoluzione.
“Abbiamo scoperto un percorso plausibile su come i fosfolipidi potrebbero essere emersi durante questo processo evolutivo chimico“, ha detto Deniz: “È emozionante scoprire come le prime sostanze chimiche potrebbero essere passate per consentire la vita sulla Terra. I nostri risultati suggeriscono anche una ricchezza di fisica interessante che potrebbe aver giocato un ruolo funzionale chiave lungo il percorso verso le cellule moderne”.
Nel futuro, gli scienziati intendono esaminare il motivo per cui alcune vescicole si sono fuse mentre altre si sono divise per comprendere meglio i processi dinamici delle protocellule.
