Per poter capire come è iniziata la vita sulla Terra, un team di scienziati ha sviluppato, in una serie di provette, una molecola di RNA in grado di produrre copie accurate, un piccolo ma importante passo avanti nel mostrare come la vita sulla Terra avrebbe potuto iniziare con l’RNA.
Replicazione dell’RNA: è così che è iniziata la vita sulla Terra?
Una teoria molto dibattuta sostiene che quattro miliardi di anni fa, più o meno, molto prima della comparsa dei dinosauri o addirittura dei batteri, il brodo primordiale contenesse solo la possibilità di vita. Poi una molecola chiamata RNA ha fatto un passo significativo verso il futuro: ha creato una copia di se stessa.
Successivamente la copia ha replicato un’ulteriore copia e, nel corso di molti milioni di anni, l’RNA ha generato il DNA e le proteine, che si sono unite per formare una cellula, la più piccola unità di vita in grado di sopravvivere da sola.
In un importante passo avanti a sostegno di questa teoria della replicazione dell’RNA, gli scienziati del Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, in California, hanno sviluppato in provetta, una molecola di RNA in grado di creare copie accurate di un diverso tipo di RNA.
Il lavoro, pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, li ha fatti progredire rispetto all’obiettivo di far crescere una molecola di RNA che produca copie accurate di se stessa e capire come abbia avuto inizio la vita sulla Terra.
” Gerald Joyce, presidente di Salk e uno degli autori del nuovo studio, ha dichiarato: “Questa è la strada che spiega come la vita possa nascere in un laboratorio o, in linea di principio, in qualsiasi parte dell’Universo”.
Gli Scienziati del Salk Institute David Horning, Gerald Joyce e Nikolaos Papastavrou sono ancora lontani dal dimostrare che questo è il modo in cui è realmente iniziata la vita sulla Terra, ma lo scenario che hanno testato probabilmente imita uno dei primi stimoli dell’evoluzione, un concetto descritto dal naturalista inglese Charles Darwin più di 150 anni fa.
Capire come si è evoluta la vita sulla Terra
“Questo è un trampolino di lancio verso la comprensione di come si è evoluta la vita sulla Terra“, ha affermato Nikolaos Papastavrou, primo autore dell’articolo e borsista post-dottorato del Salk.
Per arrivare a questa nuova fase, gli scienziati hanno superato forse la più grande barriera alla plausibilità della teoria del mondo a RNA. Finora, nessuna molecola di RNA in laboratorio era riuscita a creare copie di un altro RNA che fossero sufficientemente precise e funzionali.
Una molecola di RNA deve realizzare copie molto vicine all’originale per raggiungere lo stesso delicato equilibrio che governa l’evoluzione darwiniana in natura. Se le copie cambiano troppo, le capacità dell’RNA degenerano e le cose peggiorano rapidamente.
Praticamente è come se si trattasse di una fotocopiatrice malfunzionante che produce una copia sfocata o sbiadita di un’immagine. Quando viene inserita nella macchina, la copia sfocata ne produce una nuova, ancora peggiore.
“Se il tasso di errore è troppo alto, non è possibile mantenere le informazioni genetiche“, ha spiegato Joyce: “Esplode e basta”. Gli errori si verificano troppo rapidamente per consentire alla selezione darwiniana di scegliere i vincitori, quelli più attrezzati per sopravvivere, e “round dopo round dell’evoluzione vedi semplicemente la popolazione dissiparsi”.
Anche se la copia deve essere molto buona, non può essere sempre perfetta alla lettera. Senza un certo margine di errore, l’RNA non sarebbe in grado di adattarsi quando il suo ambiente cambia, come devono fare le creature viventi in natura.
Ad esempio, un gatto Sphynx senza pelo che cerca di sopravvivere mentre le temperature scendono e il mondo precipita verso una nuova era glaciale avrebbe bisogno di cambiare la sua natura glabra in fretta.
Nel nuovo lavoro sulle origini della vita sulla Terra, gli scienziati del Salk hanno creato un RNA che crea copie di qualcosa chiamato RNA martello. Invece di copiare altre molecole di RNA, lo squalo martello le scinde. Quando l’RNA ha prodotto copie dello squalo martello, ogni nuova generazione ha potuto continuare la scissione diventando anche più facile da copiare.
John Chaput, Professore di scienze farmaceutiche all’Università della California a Irvine che non ha partecipato allo studio, ha definito “monumentale” il superamento di quella soglia da parte del team di Salk, aggiungendo che “All’inizio l’ho considerato un po’ sbalorditivo”.
Le nuove frontiere della replicazione in laboratorio dell’RNA
Joyce e i suoi colleghi hanno trascorso anni sviluppando generazione dopo generazione di molecole di RNA in laboratorio. Per dimostrare che il loro RNA stava migliorando nella copiatura, il team di Salk ha testato una versione di 71a generazione rispetto a uno dei suoi lontani antenati. La nuova generazione ha sovraperformato la sua antenata quando si trattava di realizzare copie accurate.
“In generale, penso che sia un grande passo avanti” per la teoria dell’RNA World, ha affermato Claudia Bonfio, leader del gruppo junior dell’Università di Strasburgo in Francia, che non ha partecipato allo studio sulla comprensione delle origini della vita sulla Terra.
Bonfio, che ha studiato l’origine della vita sulla Terra negli ultimi dieci anni, ha sottolineato che: “Il campo sta diventando un po’ più inclusivo”, immaginando un inizio in cui non esisteva solo l’RNA ma anche altri elementi costitutivi della vita sulla Terra.
Gli altri potrebbero includere i lipidi, che fanno parte della membrana cellulare, e gli aminoacidi, composti organici presenti nelle proteine.
Una versione meno accurata dell’RNA che ha creato squali martello che si sono allontanati dalla loro sequenza originale. La nuova versione produce squali martello che non solo hanno mantenuto la loro funzione, ma hanno evoluto sequenze più adatte, in basso.
In questo scenario alternativo, ha detto Bonfio, i vari elementi costitutivi risiedono in compartimenti in una sorta di versione primitiva di una cellula.
Joyce ha aggiunto: “Sono d’accordo con il punto di Claudia secondo cui probabilmente c’è di più nel brodo primordiale oltre al semplice RNA. Forse l’evoluzione che ha dato origine alla vita sulla Terrabasata sull’RNA è iniziata all’interno dei compartimenti lipidici, o sulle superfici minerali, o in combinazione con altre molecole”.
Il punto centrale, ha specificato Joyce, è che: “Alla fine l’evoluzione darwiniana ha cominciato a funzionare” e ad un certo punto, all’inizio della storia della vita sulla Terra, l’RNA ha svolto il ruolo cruciale di conservare l’informazione genetica e di accelerare le reazioni chimiche necessarie per creare copie di quell’informazione.
Michael Kay, Professore di biochimica all’Università dello Utah, ha definito il nuovo studio : “Un progresso davvero entusiasmante” che ha fornito alla teoria dell’RNA World: “Una prova chiave per dimostrare che è plausibile e ragionevole”.
Lo studioso ha aggiunto che la ricerca sull’RNA sviluppata a Salk: “Fornirà uno strumento prezioso per le persone che desiderano fare esperimenti di evoluzione diretta”.
L’evoluzione diretta, a volte chiamata evoluzione in provetta, è un processo di laboratorio che consente agli scienziati di imitare l’evoluzione della vita sulla Terra guidando le molecole di generazione in generazione, consentendo alle molecole di acquisire miglioramenti che le aiutano a sopravvivere.
Sebbene gli esperimenti nel nuovo studio abbiano richiesto due anni, a Joyce e ai suoi colleghi ci sono voluti quasi 10 anni per preparare il terreno, aumentando pazientemente generazione dopo generazione di molecole di RNA. Se gli scienziati riuscissero a generare un RNA in grado di copiare se stesso, l’evoluzione della vita sulla Terra potrebbe procedere in gran parte da sola.
“Tutto quello che dovremmo fare è fornirgli una fornitura continua dei quattro elementi costitutivi“, ha detto Joyce. L’RNA, come il DNA, è formato da quattro basi chimiche, tre delle quali sono uguali per entrambi: adenina, citosina e guanina. Come quarto componente, l’RNA ha la base uracile, mentre il quarto componente del DNA è la timina.
La versione di laboratorio dell’evoluzione della Vita sulla Terra consentirebbe alle molecole di RNA di adattarsi al cambiamento della temperatura o dell’ambiente, secondo gli scienziati.
“Ancora più divertente“, ha detto Joyce, sarebbe introdurre nuove sostanze chimiche oltre le quattro basi dell’RNA e vedere cosa potrebbe fare l’evoluzione con quelle: “Una volta che l’evoluzione della vita sulla Terra ha avuto inizio”, ha concluso: “Guarda tutte le cose straordinarie che ha inventato”.
