I ricercatori del Georgia Institute of Technology potrebbero aver fatto progressi nell'aiutare a determinare l'origine della vita identificando tre diverse molecole che si autoassemblano per formare una struttura molecolare con caratteristiche caratteristiche dell'RNA moderno.

RNA – o acido ribonucleico – esegue le istruzioni codificate nel DNA, ma si pensa anche che si sia sviluppato prima del DNA. Molti scienziati ritengono che gli acidi nucleici – la 'NA' di 'RNA' – abbiano svolto un ruolo chiave nell'origine della vita. Una teoria popolare chiamata "Mondo a RNA" sostiene che l'RNA ha "inventato" le proteine ​​e infine il DNA, ma questo pone la domanda, da dove viene l'RNA? Alcuni credono che un processo chimico o biologico abbia gradualmente evoluto una molecola precedente in RNA, mentre altri lo attribuiscono a qualche tipo di non enzimatico, reazione geochimica. È un dibattito sulla gallina o sull'uovo:quale processo biologico potrebbe produrre un elemento centrale per la vita stessa? Se il processo non fosse biologico, allora cos'era e come è successo?

Il nuovo studio continua nella tradizione dell'esperimento Miller-Urey del 1953, in cui due scienziati hanno modellato le condizioni della Terra primitiva con una miscela di gas e una corrente elettrica per simulare un fulmine. Quell'esperimento ha prodotto amminoacidi, sostenendo l'idea che le molecole biologiche possono emergere spontaneamente da quelle non biologiche nelle giuste circostanze. Nonostante tale constatazione, la sfida di elaborare uno scenario in cui le reazioni non biologiche creano RNA si è finora dimostrata insormontabile.

Le origini dell'RNA si perdono nella notte dei tempi

Uno degli autori dello studio, biochimico Dr. Nicholas Hud, osserva che i molti criteri di formazione dell'RNA spesso significano che quando i ricercatori propongono una soluzione a un problema, sorge un problema diverso (o due). I collegamenti della catena dell'RNA, che sono chiamati nucleotidi, sono composti da quattro basi:adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracile (U), così come un fosfato e uno zucchero ribosio. Leslie Orgel, che è stato un pioniere dell'idea del mondo a RNA, ha descritto la possibilità che l'RNA si sia evoluto da una molecola precedente una "prospettiva cupa, " in quanto renderebbe più difficile la risoluzione dell'origine dell'RNA. I ricercatori hanno deciso che era giunto il momento di affrontare questa sfida.

Una nuova analisi nel 2008 dell'esperimento Miller-Urey rivela la produzione di molte più molecole non biologiche di quanto si pensasse in precedenza, che sostiene l'ipotesi degli autori che le molecole necessarie per la vita esistessero sulla Terra prebiotica, ma poiché non svolgono un ruolo importante nella vita come la conosciamo ora, non abbiamo capito quali molecole o i ruoli hanno giocato tutti quei miliardi di anni fa.

Secondo Hud, quelle molecole erano "probabilmente molto speciali perché le molecole che conosciamo non si comportano in modi che indicano che sono in grado di iniziare la vita". Queste molecole possono anche contenere risposte ad altre domande sulle origini della vita.

L'evoluzione a RNA da una precedente molecola genetica, o proto-RNA, sarebbe stato incrementale, e ogni nuova iterazione sarebbe stata retrocompatibile, "come il modo in cui un computer aggiornato deve ancora essere in grado di leggere i file dai computer più vecchi, " Hud racconta Rivista di astrobiologia . Oggi l'RNA e il DNA utilizzano coppie di basi legate all'idrogeno per trasferire informazioni. Così, le molecole che non formano coppie di basi uguali o simili non avrebbero mai funzionato, portando i ricercatori alla ricerca di "molecole di accoppiamento di basi che si auto-selezionano o si segregano sulla Terra primordiale in una sorta di struttura che le aiuti a essere incorporate nel proto-RNA, "dice Hud.

La ricerca delle molecole originali

Quali erano quelle molecole primordiali che hanno formato l'antenato dell'RNA? Per determinare questo, i ricercatori hanno studiato le reazioni in condizioni che imitavano la pioggia e i cicli di evaporazione sulla Terra primordiale. Dopo molti esperimenti falliti, hanno identificato tre candidati molecolari per le basi del proto-RNA:acido barbiturico, melamina, e 2, 4, 6-triamminopirimidina. Le reazioni con queste molecole e lo zucchero ribosio hanno prodotto nucleosidi, che sono molecole composite vicine alle subunità di RNA.

Considerando che i precedenti tentativi di unire le attuali basi di RNA con ribosio nelle prime reazioni della Terra che sono state modellate sono falliti, o prodotto nucleosidi solo con rese molto basse, i ricercatori hanno misurato una resa di nucleosidi dell'82% con acido barbiturico. Inoltre, la melamina e le molecole di triaminoprimidina formano spontaneamente nucleosidi con rese superiori al 50%. Dottor Niles Lehman, Professore di Chimica alla Portland State University e caporedattore del Journal of Molecular Evolution , ritiene che lo studio "fornisca un ulteriore supporto alla teoria del mondo a RNA fornendo una serie plausibile di eventi che hanno portato la natura dal caos chimico a una molecola di informazione di archiviazione più definita".

Quel percorso non è completamente chiaro, ma comincia a prendere forma. Secondo Hud, i loro candidati per le basi ancestrali dell'RNA sono allettanti simili a quelli dell'RNA moderno. Però, deve succedere di più.

"Le molecole che abbiamo identificato sembrano poter funzionare in un sistema genetico precoce, " Hud dice. "Ma vogliamo molecole abbastanza vicine da poter immaginare un percorso evolutivo in cui si trasformano in quello che abbiamo oggi." Mentre la plausibilità dimostrabile rappresenta un passo avanti, la domanda rimane se è possibile trovare, e poi confermare, le molecole di proto-RNA originali. Hud riconosce che mentre la ricerca può sembrare scoraggiante, "la chimica è vasta, ma non infinito. Se accettiamo alcune ipotesi ragionevoli sull'antenato dell'RNA, possiamo escludere molte possibilità. E forse possiamo trovarlo." Questo studio rappresenta un passo importante lungo quel percorso.

Origini della vita altrove

Capire come si è formato l'RNA potrebbe aiutare a guidare la ricerca di vita extraterrestre. "Possiamo ottenere preziose informazioni sui problemi chiave che devono essere superati affinché la vita nasca dalla non vita, "Lehman racconta Rivista di astrobiologia .

Capire come nasce la vita potrebbe aiutare gli scienziati a determinare dove e come cercare la vita altrove. Aminoacidi e composti chimici come acido cianidrico, che è stato rilevato nelle comete, potrebbe dare origine a basi di RNA, secondo Hud. Una tale reazione sarebbe "robusta, non strano o straordinario, ", dice. Processi simili potrebbero essere in corso su altri pianeti e potrebbero indicare la chimica che gli scienziati dovrebbero cercare quando cercano le prime fasi della vita altrove.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.