Una scoperta geologica potrebbe risolvere il mistero della comparsa della vita

L’origine della vita sulla Terra rimane uno dei più grandi enigmi scientifici. Come si sono formate e organizzate le prime molecole per dare origine alle cellule viventi? Una teoria ampiamente accettata si basa sul ruolo cruciale degli acidi nucleici, come il DNA e l’RNA, in questo processo. Queste molecole sono infatti in grado di immagazzinare informazioni genetiche e di replicarsi, il che consente l’evoluzione e la complessità biologica che osserviamo oggi. Ma come sono riusciti questi acidi nucleici a replicarsi nelle condizioni ostili della Terra primordiale? Uno studio offre un nuovo scenario geologico che potrebbe fornire risposte affascinanti a questa domanda.

Acidi nucleici: gli elementi costitutivi della vita

IL acidi nucleicisoprattutto DNA e RNAsvolgono un ruolo essenziale in tutti gli organismi viventi. Sono spesso paragonati a piani di costruzione o ricette che contengono le istruzioni necessarie per produrre proteine, gli elementi costitutivi delle cellule. Affinché la vita appaia ed evolva, queste molecole devono essere in grado di copiare se stesse, a processo chiamato replicazione. Ciò consente agli organismi di crescere, riprodursi e adattarsi al loro ambiente.

Nel dettaglio, la replicazione di queste molecole permette l’adattamento all’ambiente facilitando la comparsa di mutazioni e variazioni genetiche. Quando una molecola si copia, possono verificarsi errori o variazioni nel processo di replicazione, chiamate mutazioni. Queste mutazioni introducono quindi la diversità all’interno degli organismi.

Alcune di queste variazioni possono fornire un vantaggio in un dato ambiente, ad esempio una migliore resistenza ad una condizione specifica (caldo, freddo, mancanza di risorse, ecc.). Se queste mutazioni conferiscono un vantaggio, gli organismi che le portano avranno maggiori probabilità di sopravvivere e riprodursi trasmettendo questi cambiamenti vantaggiosi ai loro discendenti. Questo processo, chiamato selezione naturaleè al centro dell’evoluzione e dell’adattamento delle specie al loro ambiente.

Sfide della replicazione nella Terra primordiale

Sulla Terra primordiale, dove le condizioni erano molto più estreme di oggi, la replicazione degli acidi nucleici fu probabilmente uno dei primi meccanismi ad avvenire per consentire la comparsa della vita. Tuttavia, questo processo non è così semplice. Perché una molecola di DNA o RNA possa replicarsi, deve infatti dividersi prima in due filamenti. Tuttavia, questa separazione è complicata dalle condizioni ambientali, come la concentrazione del sale o la temperatura, che svolgono un ruolo cruciale nella stabilità delle molecole. La domanda che sorge spontanea è quindi: come sono riuscite le prime molecole di DNA o RNA a replicarsi naturalmente in un ambiente così instabile?

In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università Ludwig-Maximilians di Monaco hanno immaginato uno scenario naturale in cui questa separazione potrebbe avvenire senza distruggere le molecole. È qui che entra in gioco questo nuova ipotesi.

Un ambiente favorevole alla replicazione: i pori delle rocce

Secondo i ricercatori, le condizioni naturali del pori della roccia della Terra primordiale avrebbe potuto consentire la replicazione degli acidi nucleici. Immaginate piccole cavità presenti nelle rocce vulcaniche dove acqua e gas possono interagire in ambienti chiusi. Sulle isole vulcaniche, queste condizioni un tempo erano comuni, fornendo ambienti secchi e umidi favorevoli alla formazione di molecole complesse.

L’idea è semplice, ma ingegnosa: l’acqua evapora attraverso questi pori mentre un flusso di gas filtra attraverso la roccia. Ciò avrebbe creato un ambiente in cui le molecole di acido nucleico avrebbero potuto accumularsi, promuovendone la concentrazione e potenzialmente la replicazione. Il movimento dell’acqua e del gas ha indotto cambiamenti nella concentrazione del sale, un fattore chiave per la separazione dei filamenti di DNA e RNA.

L’esperimento di laboratorio

Per testare questa teoria, i ricercatori hanno ricreato questo ambiente in laboratorio. Hanno costruito un modello di un poro della roccia dove un flusso d’acqua saliva mentre evaporava in un punto in cui incontrava un flusso di gas. In questa interfaccia tra gas e acqua, hanno osservato un accumulo di molecole di DNA. In soli cinque minuti, la concentrazione del DNA era triplicata e dopo un’ora era trenta volte superiore.

Tuttavia, questa concentrazione non era sufficiente. Anche i filamenti di DNA dovevano essere in grado di separarsi affinché la replicazione potesse continuare. Utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia FRET, che permette di misurare la distanza tra due filamenti di DNA, i ricercatori hanno poi scoperto che la dinamica del flusso di gas e acqua induce cambiamenti nella concentrazione di sali, favorendo la separazione dei filamenti. In altre parole, senza dover modificare la temperatura, questo ambiente naturale riprodotto le condizioni necessarie per la replicazione del DNA.

Un passo verso la comprensione dell’origine della vita

Questi risultati sono affascinanti perché mostrano che un ambiente geologico semplice, probabilmente presente in abbondanza sulla Terra primordiale, potrebbe aver consentito la replicazione delle prime molecole di acido nucleico senza richiedere temperature estreme. Ciò amplia le possibilità di comprendere come la vita potrebbe essere emersa non solo sulla Terra, ma anche su altri pianeti che potrebbero offrire condizioni simili.