Origine della vita: 5 scoperte chiave degli ultimi 5 anni

C'è ancora così tanto che non capiamo sull'origine della vita sulla Terra. La definizione stessa di vita è fonte di dibattito tra gli scienziati, ma la maggior parte dei ricercatori concorda sugli ingredienti fondamentali di una cellula vivente: acqua, energia e alcuni elementi essenziali sono i prerequisiti affinché le cellule emergano

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Origine della vita

C’è ancora così tanto che non capiamo sull’origine della vita sulla Terra. La definizione stessa di vita è fonte di dibattito tra gli scienziati, ma la maggior parte dei ricercatori concorda sugli ingredienti fondamentali di una cellula vivente: acqua, energia e alcuni elementi essenziali sono i prerequisiti affinché le cellule emergano. Tuttavia, i dettagli esatti di come ciò avvenga rimangono un mistero.

Origine della vita
Origine della vita: 5 scoperte chiave degli ultimi 5 anni

Teorie contraddittorie sull’origine della vita

La ricerca recente si è concentrata sul tentativo di ricreare in laboratorio le reazioni chimiche che hanno permesso l’origine della vita come la conosciamo, in condizioni plausibili per la Terra primordiale (circa 4 miliardi di anni fa). Gli esperimenti sono diventati più complessi, grazie al progresso tecnologico e ad una migliore comprensione delle condizioni della Terra primordiale.

Origine della vita
Origine della vita: 5 scoperte chiave degli ultimi 5 anni

Lungi dal riunire gli scienziati e risolvere il dibattito sull”origine della vita, l’aumento del lavoro sperimentale ha portato a molte teorie contraddittorie. Alcuni scienziati ritengono che la vita sia emersa nelle sorgenti idrotermali delle profondità marine, dove le condizioni fornivano l’energia necessaria.

Altri sostengono che le sorgenti termali sulla Terra avrebbero fornito un ambiente migliore perché hanno maggiori probabilità di trattenere molecole organiche provenienti dai meteoriti. Queste sono solo due possibilità che sono state studiate.

Ecco cinque delle scoperte più straordinarie sull’origine della vita degli ultimi cinque anni

1.Reazioni nelle cellule precoci. Quale fonte di energia ha guidato le reazioni chimiche all’origine della vita? Questo è il mistero che un gruppo di ricerca tedesco ha cercato di svelare. Il team ha approfondito la fattibilità di 402 reazioni note per creare alcuni dei componenti essenziali della vita, come i nucleotidi (un elemento costitutivo del DNA e dell’RNA). Lo hanno fatto utilizzando alcuni degli elementi più comuni che avrebbero potuto essere trovati sulla Terra primordiale.



Si ritiene che queste reazioni, presenti nelle cellule moderne, siano anche il metabolismo centrale di LUCA, l’ ultimo antenato comune universale, un organismo unicellulare simile a un batterio.

Per ogni reazione, hanno calcolato i cambiamenti nell’energia libera, che determina se una reazione può andare avanti senza altre fonti esterne di energia. Quello che è affascinante è che molte di queste reazioni erano indipendenti da influenze esterne come l’adenosina trifosfato, una fonte universale di energia nelle cellule viventi.

La sintesi degli elementi fondamentali della vita non aveva bisogno di un impulso energetico esterno: era autosufficiente.

2.Vetro vulcanico. La vita si affida alle molecole per immagazzinare e trasmettere informazioni. Gli scienziati ritengono che i filamenti di RNA ( acido ribonucleico ) siano stati i precursori del DNA nello svolgere questo ruolo, poiché la loro struttura è più semplice.

L’emergere dell’RNA sul nostro pianeta ha a lungo confuso i ricercatori. Recentemente sono stati compiuti alcuni progressi. Nel 2022, un team di collaboratori negli Stati Uniti ha generato filamenti di RNA stabili in laboratorio. Lo hanno fatto facendo passare i nucleotidi attraverso il vetro vulcanico. I fili che hanno creato erano abbastanza lunghi da archiviare e trasferire informazioni.

Il vetro vulcanico era presente sulla Terra primordiale, grazie ai frequenti impatti di meteoriti associati ad un’elevata attività vulcanica. Si ritiene che anche i nucleotidi utilizzati nello studio fossero presenti in quel momento nella storia della Terra. Le rocce vulcaniche potrebbero aver facilitato le reazioni chimiche che assemblavano i nucleotidi in catene di RNA, permettendo l’origine della vita.

3.Bocche idrotermali. La fissazione del carbonio è un processo in cui la CO2 acquista elettroni. È necessario costruire le molecole che costituiscono l’origine della vita.

Per guidare questa reazione è necessario un donatore di elettroni. Sulla Terra primordiale, l’H 2 avrebbe potuto essere il donatore di elettroni. Nel 2020, un team di collaboratori ha dimostrato che questa reazione potrebbe verificarsi spontaneamente ed essere alimentata da condizioni ambientali simili alle sorgenti idrotermali alcaline delle profondità marine nell’oceano primordiale.

Lo hanno fatto utilizzando la tecnologia microfluidica, dispositivi che manipolano piccoli volumi di liquidi per eseguire esperimenti simulando prese d’aria alcaline. Questo percorso è sorprendentemente simile al modo in cui operano molte moderne cellule batteriche e arcaiche (organismi unicellulari senza nucleo).

Origine della vita
Origine della vita: 5 scoperte chiave degli ultimi 5 anni

4.Il ciclo di Krebs.Nelle cellule moderne, la fissazione del carbonio è seguita da una cascata di reazioni chimiche che assemblano o scompongono le molecole, in intricate reti metaboliche guidate da enzimi.

Gli scienziati però stanno ancora discutendo su come si svolgessero le reazioni metaboliche prima della comparsa e dell’evoluzione di quegli enzimi. Nel 2019, un team dell’Università di Strasburgo in Francia ha fatto una svolta.

Gli esperti hanno dimostrato che il ferro ferroso, un tipo di ferro che era abbondante nella crosta terrestre e nell’oceano, poteva guidare nove delle 11 fasi del ciclo di Krebs che è un percorso biologico presente in molte cellule viventi.

Qui, il ferro ferroso ha agito come donatore di elettroni per la fissazione del carbonio, che ha guidato la cascata di reazioni. Le reazioni hanno prodotto tutti e cinque i precursori metabolici universali, cinque molecole fondamentali in vari percorsi metabolici in tutti gli organismi viventi.

5.Elementi costitutivi delle antiche membrane cellulari. Comprendere la formazione degli elementi costitutivi della vita e le loro complesse reazioni è un grande passo avanti nella comprensione dell’emergere di essa.

Indipendentemente dal fatto che si siano svolte in sorgenti termali sulla terra o nelle profondità marine, queste reazioni non sarebbero andate lontano senza una membrana cellulare. Le membrane cellulari svolgono un ruolo attivo nella biochimica di una cellula primitiva e nella sua connessione con l’ambiente.

Le moderne membrane cellulari sono composte principalmente da composti chiamati fosfolipidi, che contengono una testa idrofila e due code idrofobiche. Sono strutturati in doppi strati, con le teste idrofile rivolte verso l’esterno e le code idrofobe rivolte verso l’interno.

Vita sulla Terra, Heart-1

 

La ricerca ha dimostrato che alcuni componenti dei fosfolipidi, come gli acidi grassi che costituiscono le code, possono autoassemblarsi in quelle membrane a doppio strato in una serie di condizioni ambientali, ma questi acidi grassi erano presenti sulla Terra primordiale?

Una recente ricerca dell’Università di Newcastle, nel Regno Unito, ha fornito una risposta interessante. I ricercatori hanno ricreato la formazione spontanea di queste molecole combinando fluidi ricchi di H₂, probabilmente presenti in antiche sorgenti idrotermali alcaline, con acqua ricca di CO2 che ricorda l’oceano primordiale.

Questa innovazione è in linea con l’ipotesi che le membrane stabili degli acidi grassi potrebbero aver avuto origine in sorgenti idrotermali alcaline, trasformandosi potenzialmente in cellule viventi. Gli autori hanno ipotizzato che reazioni chimiche simili potrebbero svolgersi negli oceani sotterranei delle lune ghiacciate, che si ritiene abbiano sorgenti idrotermali simili a quelle terrestri.

Conclusioni

Ognuna di queste scoperte aggiunge un nuovo pezzo al puzzle dell’origine della vita. Indipendentemente da quali si dimostrino corrette, teorie contrastanti stanno alimentando la ricerca di risposte.

Biblioteca di Darwin, Last Chance lake

Come ha scritto Charles Darwin: “I fatti falsi sono altamente dannosi per il progresso della scienza perché spesso durano a lungo: ma le false opinioni, se supportate da qualche prova, fanno poco danno, poiché ognuno prova un salutare piacere nel dimostrare la loro falsità, e quando questo fatta, si chiude una strada verso l’errore e spesso allo stesso tempo si apre quella verso la verità”.

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