La vita come la conosciamo ha avuto origine da circa 3,5 a 4 miliardi di anni fa sotto forma di una zuppa prebiotica ("prima della vita") di molecole organiche che in qualche modo hanno iniziato a replicarsi e a trasmettere una formula genetica. O almeno così va il pensiero dietro il mondo a RNA, una delle ipotesi più robuste sull'origine della vita.

I ricercatori dell'UC Santa Barbara hanno ora trovato prove che l'aminoacido arginina (o il suo equivalente mondiale prebiotico) potrebbe essere stato un ingrediente più importante in questa zuppa di quanto si pensasse in precedenza.

"Le persone tendono a pensare che l'arginina non sia un prebiotico, " ha detto Irene Chen, un biofisico la cui ricerca si concentra sulle origini chimiche della vita. "Tendono a pensare che gli amminoacidi più semplici siano plausibili, come la glicina e l'alanina." Arginina, al contrario, è relativamente più complesso, e si pensava quindi che fosse entrato in gioco in una fase successiva.

Terra Primordiale, secondo la teoria del mondo a RNA, aveva le condizioni per ospitare diversi tipi di biomolecole, compresi gli acidi nucleici (che diventano materiale genetico), aminoacidi (che alla fine si legano per formare le proteine ​​responsabili della struttura e della funzione delle cellule) e lipidi (che immagazzinano energia e proteggono le cellule). In quali circostanze e come queste biomolecole hanno lavorato insieme è una fonte di indagine in corso per i ricercatori delle origini della vita.

Per la loro indagine, gli scienziati dell'UCSB hanno analizzato un set di dati di complessi evoluti in vitro di proteine ​​e aptameri (brevi molecole di RNA e DNA che si legano a specifiche proteine ​​bersaglio).

"Stavamo esaminando l'interfaccia per cui le proprietà favorivano il legame, " disse Celia Blanco, un ricercatore post-dottorato nel Chen Lab, e autore principale di un articolo apparso sulla rivista Biologia attuale . L'evoluzione in vitro è stato un fattore importante nella selezione di questi complessi evolutivamente indipendenti, lei ha sottolineato, per evitare gli effetti confondenti derivanti dall'evoluzione biologica e per imitare da vicino le condizioni di un mondo prebiotico.

"Ci sono così tanti vincoli in biologia, " disse Chen, che è anche medico. "Le interazioni proteina-DNA o proteina-RNA evolute biologicamente devono funzionare all'interno di una cellula; non sarà esattamente così per le origini della vita".

Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che l'arginina è un giocatore in molte delle interazioni chimiche tra proteine ​​e aptameri.

"Certo, ci aspettavamo che fosse molto importante per le interazioni elettrostatiche perché è caricato positivamente, "Chen ha detto, "ma era anche l'aminoacido dominante per le interazioni idrofobiche, interazioni di impilamento e queste altre diverse modalità di interazione per le quali altri amminoacidi sono più noti." In misura minore, anche la lisina (un altro amminoacido caricato positivamente) ha svolto un ruolo significativo in queste interazioni.

Tra gli altri motivi, l'arginina potrebbe essere stata trascurata perché è un amminoacido relativamente più difficile da sintetizzare.

"Di solito le persone basano il consenso su ciò che è prebiotico e ciò che non lo è su esperimenti, " ha detto Blanco. "E usando quelle che la gente crede siano condizioni prebiotiche, l'arginina e la lisina sembrano essere difficili da sintetizzare o da rilevare." Ma solo perché qualcosa come l'arginina non è stato prodotto negli esperimenti di laboratorio condotti finora, Blanco continuò, non significa che non c'era.

I ricercatori sono attenti a sottolineare che sebbene l'amminoacido che chiamiamo arginina sia risultato importante nelle interazioni di legame aptamero-proteina che hanno esaminato, miliardi di anni fa la biomolecola potrebbe non essere stata necessariamente l'arginina di oggi, ma forse un equivalente primordiale con carica positiva.

Questo sviluppo getta più luce su quelle che avrebbero potuto essere le condizioni ideali per il sorgere della vita. Ci sono una varietà di ipotesi, dalle comete alle bocche idrotermali ad altri ambienti, che potrebbero essere state favorevoli per l'eventuale evoluzione delle cellule, così come diversi esperimenti di riferimento che rafforzano l'idea del mondo a RNA.

"Se avessimo scoperto che la glicina era davvero importante per le interazioni RNA-proteina - e la glicina è ovunque - allora non sarebbe stato utile per determinare condizioni plausibili, " ha detto Chen. "Ma scoprire che l'arginina era importante limita il tipo di scenari che potrebbero aver dato origine al codice genetico".