Un ricettario per capire l’origine della vita

Un team guidato da scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison ha sfruttato queste limitazioni per scrivere un libro di ricette contenente centinaia di combinazioni chimiche potenzialmente in grado di spiegare l'origine della vita

Eventuali forme di vita di un pianeta lontano potrebbero non assomigliare per niente alla vita sulla Terra ma ci sono solo un certo numero di ingredienti chimici nella dispensa dell’universo e solo un numero finito di modi per mescolarli ha come risultato l’origine della vita.

Un team guidato da scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison ha sfruttato queste limitazioni per scrivere un libro di ricette contenente centinaia di combinazioni chimiche potenzialmente in grado di spiegare l’origine della vita.

La loro lista degli ingredienti potrebbe focalizzare la ricerca della vita altrove nell’universo, indicando le condizioni più probabili – versioni planetarie delle tecniche di miscelazione, temperature del forno e tempi di cottura – affinché gli ingredienti si uniscano e diano il via alle giuste reazioni.

Il processo di progressione dagli ingredienti chimici di base ai complessi cicli del metabolismo cellulare e della riproduzione che definiscono la vita, dicono i ricercatori, richiede non solo un semplice inizio ma anche una ripetizione.

Autocatalisi e origine della vita

L’origine della vita è davvero un processo che nasce dal nulla“, afferma Betül Kaçar, astrobiologo finanziato dalla NASA e professore di batteriologia alla UW-Madison. “Ma quel qualcosa non può accadere solo una volta. La vita dipende dalla chimica e dalle condizioni che possono generare un modello di reazioni autoriproduttive“.

Le reazioni chimiche che producono molecole che permettono il ripetersi della stessa reazione ancora e ancora sono chiamate reazioni autocatalitiche. In un nuovo studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, Zhen Peng, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Kaçar, e i suoi collaboratori hanno compilato 270 combinazioni di molecole, che coinvolgono atomi di tutti i gruppi e serie della tavola periodica, con il potenziale per una crescita sostenuta da autocatalisi.

Si pensava che questo tipo di reazioni fossero molto rare“, dice Kaçar. “Stiamo dimostrando che in realtà sono tutt’altro che rare. Basta guardare nel posto giusto“.

I ricercatori hanno concentrato la loro ricerca su quelle che vengono chiamate reazioni di comproporzionamento. In queste reazioni, due composti che includono lo stesso elemento con un numero diverso di elettroni, o stati reattivi, si combinano per creare un nuovo composto in cui l’elemento si trova nel mezzo degli stati reattivi iniziali.

Per essere autocatalitico, il risultato della reazione deve anche fornire materiali di partenza affinché la reazione possa ripetersi, quindi l’output diventa un nuovo input“, spiega Zach Adam, coautore dello studio e geoscienziato dell’UW-Madison che studia le origini di vita sulla Terra. Le reazioni di comporporzionamento danno luogo a copie multiple di alcune delle molecole coinvolte, fornendo materiali per le fasi successive dell’autocatalisi.

Se queste condizioni sono giuste, puoi iniziare con relativamente pochi di questi risultati“, continua Adam. “Ogni volta che fai un giro del ciclo emetti almeno un risultato extra che accelera la reazione e la fa accadere ancora più velocemente“.

L’autocatalisi è come una popolazione di conigli in crescita. Coppie di conigli si uniscono, producono cucciolate di nuovi conigli, e poi i nuovi conigli crescono per accoppiarsi e creare ancora più conigli. Non ci vogliono molti conigli per avere presto molti altri conigli.

Cercare orecchie flosce e code pelose nell’universo, tuttavia, probabilmente non è una strategia vincente. Kaçar spera invece che i chimici traggano idee dall’elenco di ricette del nuovo studio e le testino in pentole e padelle simulando cucine extraterrestri.

Non sapremo mai con certezza cosa è successo esattamente su questo pianeta che ha dato il via all’origine della vita. Non abbiamo una macchina del tempo“, afferma Kaçar. “Ma, in una provetta, possiamo creare molteplici condizioni planetarie per capire in primo luogo come possono evolversi le dinamiche per sostenere la vita“.

Kaçar guida un consorzio supportato dalla NASA chiamato MUSE, per Metal Utilization & Selection Across Eons. Il suo laboratorio si concentrerà sulle reazioni che includono gli elementi molibdeno e ferro, ed è entusiasta di vedere cosa gli altri prepareranno dalle parti più esotiche e insolite del nuovo ricettario.

Carl Sagan disse che se vuoi preparare una torta da zero, prima devi creare l’universo“, dice Kaçar. “Penso che se vogliamo comprendere l’universo, prima dobbiamo preparare alcune torte“.

Ulteriori informazioni: Zhen Peng et al, Assessment of Stechiometric Autocatalysis across Element Groups, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c07041

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