Forse la vita sulla Terra potrebbe essere davvero iniziata con l’RNA, infatti un gruppo di ricercatori in Giappone è riuscito a creare un filamento di RNA in grado di replicare, diversificare e sviluppare complessità da solo.
Molto prima che la Terra avesse le sue prime cellule, era inondata da una zuppa organica. Quella linea sottile tra la chimica complessa e l’evoluzione della vita rappresenta un momento cruciale nell’emergere della biologia. Sfortunatamente, nonostante tutta la sua importanza, conosciamo pochissimi dettagli su come questo sia successo.
Un esperimento condotto dagli scienziati dell’Università di Tokyo ha ora rafforzato l’idea che i talenti unici dell’RNA hanno quello che serve per spiegare come la vita è esplosa miliardi di anni fa, supportando quella che è conosciuta come l’ipotesi del “mondo dell’RNA“.
Ma la ricerca mostra anche che potrebbe non essere successo esattamente come pensavamo. Il lavoro mostra come una molecola che rimane cruciale per la sopravvivenza e la riproduzione di ogni essere vivente oggi può farsi strada verso un sistema in evoluzione.
“Abbiamo scoperto che la singola specie di RNA si è evoluta in un complesso sistema di replicazione: una rete di replicatori comprendente cinque tipi di RNA con diverse interazioni, a supporto della plausibilità di uno scenario di transizione evolutiva a lungo previsto“, afferma il biologo evoluzionista Ryo Mizuuchi.
Ridotta all’essenziale, la vita è composta da molecole che possono fare copie imperfette di se stesse, sfornando una popolazione virtualmente illimitata di varianti che potrebbero (o meno) tenerla insieme abbastanza a lungo da creare le copie stesse. La ricerca dell’origine della vita è stata in effetti una caccia a candidati in grado di svolgere questo compito di replicazione senza un cast di supporto di materiali organici altamente specializzati, come DNA o proteine, ad assisterli.
L’RNA è stato a lungo un capofila in questa ricerca. Oggi è onnipresente in tutta la biosfera, potrebbe essere comparso sulla Terra antica come risultato di processi non biologici, può conservare una grande quantità di informazioni e agire come un’unità fisica dinamica.
Ciò significa che potrebbe potenzialmente creare strutture in grado di costruire fisicamente nuove molecole che a loro volta possono costruire nuove strutture. Se questo processo è imperfetto, alcune delle strutture del “replicatore” faranno il lavoro più velocemente o in modo più efficiente di altre, diventando la forma dominante di RNA … almeno, finché non arriverà qualcosa di ancora migliore.
Per quanto allettante sia questa idea, sappiamo da decenni che le unità autocostruite di singole molecole di RNA sono semplicemente troppo semplici e troppo instabili per uno scenario del genere. Anche il suo fratello deossigenato, il DNA, non ha la grinta per tenersi insieme abbastanza a lungo da consentire alla selezione naturale di iniziare.
Ciò non significa che più fili che agiscono come una squadra non potrebbero invece svolgere il lavoro. Avere una manciata di diverse unità replicative che agiscono a livello di popolazione potrebbe risolvere facilmente questo problema di informazioni.
Vari replicatori sono stati progettati attorno a RNA, DNA e persino proteine per mostrare come questo potrebbe funzionare in modo fattibile, con i ricercatori che fanno di tutto per costruire funzionalità che consentano alle strutture molecolari di cooperare e fare copie a una velocità adeguata.
Sebbene possano sostenere la replicazione, finora nessuno è diventato più complesso nel tempo, lasciando aperta la questione se l’RNA sia in grado di evolversi.
Il team di Mizuuchi ha craccato il giusto design delle molecole di RNA per creare singole molecole replicatrici che possono operare collettivamente non solo per preservare le informazioni e cambiare nel tempo, ma per farlo in modo tale che la soluzione diventi più complessa nelle generazioni successive.
Il loro esperimento ha utilizzato filamenti clonati di RNA in goccioline d’acqua sospese nell’olio che hanno subito più di cento cicli di replicazione, con ogni round testato e analizzato. “Onestamente, inizialmente dubitavamo che RNA così diversi potessero evolversi e coesistere“, afferma Mizuuchi.
“Nella biologia evoluzionistica, il ‘principio di esclusione competitiva’ afferma che più di una specie non può coesistere se sono in competizione per le stesse risorse. Ciò significa che le molecole devono stabilire un modo per utilizzare risorse diverse una dopo l’altra per una diversificazione sostenuta. Sono solo molecole, quindi ci siamo chiesti se fosse possibile per le specie chimiche non viventi sviluppare spontaneamente tale innovazione“.
Il proof-of-concept dimostra che ciò è possibile, a condizione che i diversi filamenti di RNA non competano tra loro per le risorse, ma si basino l’uno sull’altro in una sorta di rapporto ospite-parassita. Se anche un solo replicatore di RNA viene rimosso, gli altri si estingueranno.
Mentre possiamo essere più sicuri che uno scenario di “mondo a RNA” sia plausibile, non siamo ancora in grado di dimostrare che è così che la vita è nata sulla Terra miliardi di anni fa. Per questo avremmo bisogno di diversi corpi di prova, dalla geologia all’astrofisica, per costruire un caso convincente.
Tuttavia, è un solido passo avanti nella nostra ricerca di modelli chimici dell’evoluzione che siano in grado di trasformare la sostanza primordiale in una stupefacente gamma di biodiversità che continua a diventare sempre più complessa fino ad oggi.
Questa ricerca è stata pubblicata su Nature Communications .
