Durante un discorso di apertura a una conferenza della NASA un decennio fa sulla ricerca della vita extraterrestre, un partecipante gridò: “Non abbiamo idea di cosa ci sia là fuori!”
Uno degli obiettivi della NASA è cercare la vita su altri pianeti come Marte, dove un tempo c’era acqua liquida e una densa atmosfera, o lune del sistema solare esterno come Europa ed Encelado, dove vasti oceani d’acqua si agitano sotto spessi strati di ghiaccio.
Ma cosa succederebbe se la vita su quei mondi non si basasse sul DNA? Come potremmo riconoscerla? Una svolta nello studio del DNA avvenuta nel 2019 potrebbe essere la chiave per rispondere a queste e molte altre domande.
In una ricerca finanziata dalla NASA, gli scienziati hanno sintetizzato un sistema molecolare che, come il DNA, può immagazzinare e trasmettere informazioni. Questa impresa senza precedenti suggerisce che potrebbe esserci un’alternativa alla vita basata sul DNA, come la conosciamo sulla Terra: un sistema genetico per la vita che potrebbe essere possibile su altri mondi.
Ripensare la vita oltre la terra
Il DNA è una molecola complessa che immagazzina e trasmette informazioni genetiche, viene trasmessa dai genitori ai figli in tutti gli organismi viventi sulla Terra e i suoi componenti includono quattro ingredienti chiave chiamati nucleotidi, tutti standard per la vita come la conosciamo. Ma che dire della vita su altri mondi?
“Il rilevamento della vita è un obiettivo sempre più importante delle missioni di scienze planetarie della NASA e questo nuovo lavoro ci aiuterà a sviluppare strumenti ed esperimenti efficaci che amplieranno la portata di ciò che cerchiamo”, ha affermato Lori Glaze, direttore ad interim della Planetary Science Division della NASA.
Sistemi chimici alternativi al DNA che supportano l’evoluzione darwiniana
Un modo per immaginare il tipo di strutture estranee che potrebbero trovarsi su altri mondi è provare a creare qualcosa di estraneo sulla Terra. Un team di ricercatori, guidato da Steven Benner della Foundation for Applied Molecular Evolution ad Alachua, in Florida, ha ottenuto con successo la fabbricazione di un nuovo sistema molecolare informativo simile al DNA, tranne che in un’area chiave: la nuova molecola ha otto ingredienti informativi di quattro.
Il DNA sintetico include i quattro nucleotidi presenti nella vita terrestre – adenina, citosina, guanina e timina – ma anche altri quattro che imitano le strutture degli ingredienti informativi nel DNA normale. Il risultato è una struttura a doppia elica in grado di memorizzare e trasferire informazioni.
Il team di Benner, che ha collaborato con i laboratori dell’Università del Texas ad Austin, della Indiana University Medical School di Indianapolis e del DNA Software di Ann Arbor, nel Michigan, ha soprannominato la loro creazione “hachimoji” DNA (dal giapponese “hachi”, che significa “otto, ” e “moji”, che significa “lettera”). Il DNA di Hachimoji soddisfa tutti i requisiti strutturali che consentono al nostro DNA di immagazzinare, trasmettere ed evolvere le informazioni nei sistemi viventi.
Questo nuovo sistema molecolare, che non è una nuova forma di vita, suggerisce che gli scienziati che cercano la vita oltre la Terra potrebbero aver bisogno di ripensare a ciò che stanno cercando.
La struttura cristallina di una doppia elica hachimoji mostrata di seguito è costituita da quattro basi naturali, G (verde), A (rosso), C (blu), T (giallo) e quattro basi sintetiche, B (ciano), S ( rosa), P (viola) e Z (arancione). Notevole è la regolarità geometrica delle coppie, esigenza dell’evoluzione.
“Analizzando attentamente i ruoli di forma, dimensione e struttura nel DNA di hachimoji, questo lavoro amplia la nostra comprensione dei tipi di molecole che potrebbero immagazzinare informazioni nella vita extraterrestre su mondi alieni”, ha affermato Benner.
Strategie di rilevamento della vita “centrate sulla terra” della NASA
“Quasi tutte le strategie di rilevamento della vita utilizzate dalla NASA sono prive di fantasia e centrate sulla Terra”, ha osservato Benner. “Questo ostacola la NASA nello svolgimento di una delle sue funzioni essenziali della missione: cercare la vita aliena“.
“Circa 10 anni fa, in un libro intitolato “La vita, l’universo, il metodo scientifico”, abbiamo offerto cinque strategie generali per rimuovere i paraocchi della NASA”, osserva Benner.
“Uno di questi riguarda la creazione di sistemi chimici alternativi in grado di supportare l’evoluzione darwiniana. Il nostro DNA “hachimoji” o “otto lettere” è uno di questi. Eric Kool di Stanford ne ha un altro. Shuichi Hoshika di FfAME ne ha molti altri, comprese le alternative “magro” e “grasso”. Ognuno di questi potrebbe supportare la vita aliena su Marte, Europa e ovunque sia presente acqua allo stato liquido”.
Caratteristiche universali nelle molecole genetiche
“È importante sottolineare che la creazione in laboratorio di molecole genetiche alternative identifica anche caratteristiche strutturali che non possono cambiare nelle molecole genetiche”, spiega Benner.
“Queste caratteristiche si troveranno nelle molecole informative nella vita universalmente, inclusa l’acqua su Marte. Come una di queste caratteristiche, le molecole genetiche devono avere universalmente una carica dorsale ripetitiva. Il DNA umano ha una carica negativa che si ripete. Sono possibili anche cariche positive ripetute”.
“Strumenti semplici possono concentrare quantità molto piccole di tali molecole genetiche da quantità molto grandi di acqua”, conclude Benner.
“Questo fatto crea la possibilità per una vera missione di “ricerca della vita agnostica” (ALF). Sfortunatamente, la NASA non si è ancora mossa per incorporare tali ALF nelle sue missioni su Marte. Speriamo di persuadere Elon Musk di SpaceX a incorporare un ALF come parte della sua operazione di estrazione dell’acqua per produrre carburante per una missione di ritorno”.
Gli ambienti alieni potrebbero pullulare di vita esotica
Gli scienziati hanno molto più da fare sulla questione di quali altri sistemi genetici potrebbero servire come base per la vita e dove potrebbero essere trovati tali organismi esotici. Tuttavia, questo studio apre le porte a ulteriori ricerche sui modi in cui la vita potrebbe strutturarsi in ambienti che consideriamo inospitali, ma che potrebbero pullulare di forme di vita che non abbiamo ancora immaginato.
“Incorporare una più ampia comprensione di ciò che è possibile nella progettazione dei nostri strumenti e nei concetti di missione si tradurrà in una ricerca più inclusiva e, quindi, più efficace per la vita oltre la Terra”, ha affermato Mary Voytek, scienziata senior per l’astrobiologia presso la sede della NASA.
“La scoperta che il DNA con otto lettere nucleotidiche è adatto per memorizzare e trasmettere informazioni è un passo avanti nella nostra conoscenza della gamma di possibilità necessarie per la vita”, ha affermato Andrew Serazin, presidente della Templeton World Charity Foundation a Nassau, Bahamas, che ha anche sostenuto questo lavoro.
Questa ricerca è stata supportata dal Programma di astrobiologia della NASA attraverso il Programma di esobiologia.
