Origini della vita: nuove prove che le prime cellule potrebbero essersi formate sul fondo dell’oceano

(Origini dela vita-Immagine Credit Public Domain).

Da dove viene la vita? Negli ultimi anni, molti scienziati sono passati dal favorire una “zuppa primordiale” nelle pozze d’acqua alle prese d’aria idrotermali nelle profondità dell’oceano come fonte originale di vita sulla Terra. Ma uno dei maggiori problemi con questa idea è che i ricercatori non sono stati in grado di ricreare in laboratorio uno dei processi chiave che sarebbero stati coinvolti se questa teoria fosse stata vera.

In particolare, i ricercatori non sono stati in grado di formare semplici membrane cellulari in condizioni simili all’acqua di mare, che sarebbero state necessarie per creare i primi organismi viventi. “Ma i miei colleghi ed io abbiamo recentemente dimostrato, in un articolo su Nature Ecology and Evolution, che la combinazione di molecole che gli scienziati hanno usato per ricreare queste membrane non riflette i componenti che sarebbero stati disponibili in quel momento. In effetti, abbiamo scoperto che, con gli ingredienti giusti, le condizioni di ventilazione oceanica sono effettivamente necessarie per formare alcune membrane cellulari”, spiega l’autore principale della ricerca Sean Giordano.

Immagina la Terra 4,5 miliardi di anni fa. Il periodo della storia geologica che chiamiamo Ade non era così infernale come credevamo una volta. Non era un mare di lava alimentato da innumerevoli vulcani, anche se certamente esistevano. Probabilmente era più simile a piccole aree di superficie rocciosa circondate da un consistente oceano d’acqua globale.

Ma non era l’oceano che conosciamo oggi. Era più caldo, più acido e ricco di ferro. L’atmosfera era principalmente azoto, anidride carbonica e niente ossigeno. Non c’era nemmeno vita. Eppure, nel profondo del fondo dell’oceano, qualcosa stava cominciando a succedere.

Le sostanze chimiche calde che salgono attraverso il fondo del mare hanno consentito una reazione chimica tra idrogeno e anidride carbonica, producendo semplici composti organici. Queste molecole organiche hanno reagito per formare composti sempre più complessi. Questi sono stati incapsulati in semplici membrane cellulari e sono cresciuti ulteriormente in complessità, producendo molecole che potevano trasportare informazioni e infine DNA. Queste furono le prime cellule viventi in grado di crescere, dividersi ed evolversi.

Almeno così potrebbe essere iniziata la vita sulla Terra. Esistono ancora molte teorie diverse su come e dove sia iniziata la vita, comprese quelle che propongono stagni idrotermali, calotte glaciali o persino spazio esterno. Per cercare di capire quale di queste impostazioni sia la più plausibile, gli scienziati prendono i diversi componenti essenziali per la vita e vedono se riescono a trovare un modo per riprodurli in diverse condizioni in laboratorio.

“Non stiamo cercando di creare la vita, semplicemente i diversi frammenti che richiede. Non tutti possono essere d’accordo su cosa sia effettivamente la vita, ma una cosa su cui molti scienziati in questo campo sono d’accordo è che il primo organismo vivente avrebbe avuto una membrana cellulare“, spiega Sean Giordano, Associato di ricerca post-dottorato, UCL.

Le membrane cellulari sono costituite principalmente da fosfolipidi, che sono composti da molecole semplici tra cui acidi grassi, isoprenoidi e zuccheri. I fosfolipidi sono prodotti solo da organismi viventi. Ma gli acidi grassi possono formarsi nell’ambiente attraverso reazioni tra rocce e acqua, e in questo modo possono essere prodotti anche isoprenoidi o molecole simili.

Queste semplici molecole formano strutture di membrana chiamate vescicole, che sono simili a cellule in quanto formano una membrana a doppio strato che circonda uno spazio pieno d’acqua. Si scopre che le vescicole possono svolgere molte delle stesse funzioni delle membrane cellulari. Ciò ha portato i ricercatori sull’origine della vita a studiare la possibilità che le vescicole potessero essere state le prime membrane cellulari, guadagnandosi il titolo di “protocellule”.

Sono stati condotti molti esperimenti su protocellule per vedere se possono resistere alle condizioni ambientali necessarie per le prime cellule viventi. Ad esempio, si formano facilmente in acqua, possono incapsulare altre molecole organiche e la molecola simile al DNA, RNA può essere prodotta al loro interno. Un grosso problema è che queste protocellule non amano il sale. In effetti, lo odiano.

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I ricercatori hanno dimostrato che le protocellule non si formano in presenza delle concentrazioni di cloruro di sodio, magnesio e calcio presenti nell’acqua di mare. Ciò ha portato alcuni a sostenere che la vita non avrebbe potuto essere iniziata nell’oceano.

Condizioni necessarie

“Ma io e i miei colleghi abbiamo notato qualcosa in tutta questa ricerca precedente. Le protocellule artificiali erano costituite da uno a tre tipi di molecole, anche se gli esperimenti hanno dimostrato che ci sarebbero molte più molecole disponibili nell’oceano primordiale“, spiega Sean Giordano. “Quando abbiamo utilizzato una combinazione di 14 molecole, abbiamo scoperto che potevamo formare protocellule in grado di incapsulare molecole organiche, anche in miscele di cloruro di sodio, magnesio e calcio a concentrazioni di acqua di mare. Le soluzioni dovevano essere intorno ai 70°C e alcaline, intorno a pH 12″.

Questo lavoro mostra non solo che queste protocelle possono formarsi nelle condizioni create dagli sfiati idrotermali, ma che in realtà hanno bisogno di queste condizioni per sopravvivere. Questo non prova che la vita sia iniziata nelle prese d’aria, ma rinnova la possibilità che l’abbia fatto. È anche rilevante per la ricerca della vita su altri pianeti. È possibile che esistano prese d’aria idrotermali alcaline sul fondo degli oceani sulle lune ghiacciate di Giove e Saturno.

Tuttavia, il problema dell’origine della vita non è ancora risolto, con ricerche promettenti in corso da teorie diverse. “È un momento molto emozionante per il campo e ci stiamo lentamente avvicinando alla risposta a una delle domande  fondamentali della vita. Abbiamo dimostrato che le membrane possono formarsi dove prima si pensava impossibile. Chissà cosa sarà dimostrato possibile in futuro? Man mano che le prove si accumulano per ciascuna di queste teorie, alla fine diventerà chiaro quale ambiente sia stato il sito più probabile dell’origine della vita”, conclude il ricercatore.

Fonte:The Conversation