L'RNA è stata probabilmente la prima molecola informativa. Ora, i chimici della Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) di Monaco di Baviera hanno dimostrato che l'alternanza di condizioni umide e secche potrebbe essere stata sufficiente per guidare la sintesi prebiotica dei nucleosidi dell'RNA presenti in tutti i domini della vita.

In che modo le strutture chimiche che forniscono le subunità di base di RNA e DNA si sono formate da materiali di partenza più semplici circa 4 miliardi di anni fa? In quali condizioni questi elementi costitutivi potrebbero essere stati collegati in lunghe catene che codificano le informazioni e le propagano mediante l'autoriproduzione? Molti scenari possibili sono stati proposti per la fase di evoluzione chimica che ha preceduto l'emergere delle prime cellule biologiche. Ora, i ricercatori guidati dal chimico della LMU, il professor Thomas Carell, hanno esteso questi modelli dimostrando un percorso plausibile per la sintesi prebiotica dei nucleosidi che costituiscono i componenti informativi dell'RNA.

Nello specifico, Carell e i suoi colleghi hanno dimostrato che i nucleosidi possono essere formati in un processo continuo esponendo semplici sostanze chimiche ai tipi di condizioni fisiche fluttuanti che avrebbero prevalso nelle aree geotermicamente attive caratterizzate da attività vulcanica sulla Terra primordiale. Iniziano con una miscela di acido formico, acido acetico, nitrito di sodio e alcuni composti contenenti azoto, tutti i quali hanno precedentemente dimostrato di formarsi da precursori ancora più semplici in condizioni prebiotiche. La miscela di reazione conteneva anche nichel e ferro, che si trovano in grande quantità nella crosta terrestre. La forza motrice per le reazioni chimiche è fornita dalle fluttuazioni di temperatura e pH, insieme a cicli bagnato/asciutto, come quelli che si verificano in prossimità di sorgenti termali periodicamente attive o in climi fortemente stagionali con alternanza di periodi di precipitazione ed evaporazione.

Il cuore del processo è una serie di reazioni che danno origine a composti chiamati formamidopirimidine, che possono a loro volta essere convertiti nelle purine canoniche (adenosina e guanosina) presenti nell'RNA. In un documento pubblicato lo scorso anno, Carell e il suo team hanno descritto per la prima volta questo percorso FaPy come un possibile scenario chimico per la sintesi prebiotica dei nucleosidi. "Questa volta, non solo abbiamo iniziato con composti precursori più semplici, ma ha scelto le condizioni che ci si aspetterebbe di prevalere in un plausibile contesto geologico, come le sorgenti idrotermali a terra, " spiega Sidney Becker, un dottorato di ricerca studente del gruppo di Carell e primo autore dello studio. Il documento è ora apparso in Comunicazioni sulla natura .

I nucleosidi purinici canonici trovati nell'RNA sono stati sintetizzati nei nuovi esperimenti, insieme a tutta una serie di molecole strettamente correlate. Ancora più sorprendentemente, è noto che tutte le modificazioni osservate si verificano negli RNA in tutti e tre i domini della vita:eucarioti (animali e piante), batteri e archaea, e sono quindi componenti essenziali dei sistemi genetici funzionali. Quindi, molto probabilmente erano già presenti nell'ultimo antenato comune di tutte le forme di vita. Ciò suggerisce che questi composti dovevano essere disponibili sulla Terra primitiva quando iniziò l'evoluzione biologica. Infatti, gli autori del nuovo studio suggeriscono che i nucleosidi non canonici potrebbero aver giocato un ruolo cruciale nella fase di evoluzione chimica che ha preceduto l'emergere del mondo a RNA, un termine che si riferisce a un ipotetico periodo durante il quale si pensa che le molecole di RNA siano servite da catalizzatori chimici oltre a immagazzinare informazioni genetiche nelle cellule primordiali. Visto in questa luce, le modificazioni dell'RNA riscontrate negli organismi odierni rappresentano fossili molecolari che hanno continuato a partecipare a funzioni biologiche vitali per miliardi di anni.