Gli scienziati per la prima volta hanno trovato prove evidenti che l'RNA e il DNA potrebbero essersi originati dallo stesso insieme di molecole precursori anche prima che la vita si evolvesse sulla Terra circa quattro miliardi di anni fa.

La scoperta, pubblicato il 1 aprile in Chimica della natura , suggerisce che i primi esseri viventi sulla Terra potrebbero aver usato sia l'RNA che il DNA, come fanno ora tutte le forme di vita basate sulle cellule. In contrasto, la visione scientifica prevalente - l'ipotesi del "mondo a RNA" - è che le prime forme di vita fossero basate esclusivamente sull'RNA, e solo in seguito si è evoluto per produrre e utilizzare il DNA.

"Queste nuove scoperte suggeriscono che potrebbe non essere ragionevole per i chimici essere guidati così pesantemente dall'ipotesi RNA World nello studio delle origini della vita sulla Terra, "dice il co-investigatore principale Ramanarayanan Krishnamurthy, dottorato di ricerca, professore associato di chimica presso Scripps Research.

Krishnamurthy e il suo laboratorio hanno lavorato allo studio con il laboratorio di John Sutherland, DPhil, del Laboratorio di Biologia Molecolare del Consiglio di Ricerca Medica del Regno Unito a Cambridge, come parte della collaborazione della Simons Foundation di New York sulle origini della vita.

RNA (acido ribonucleico) e DNA (acido desossiribonucleico) sono chimicamente molto simili, ma i chimici non sono mai stati in grado di mostrare come l'uno avrebbe potuto essere convertito nell'altro sulla Terra primitiva, tranne con l'aiuto di enzimi prodotti dai primi organismi. A causa in parte di questa mancanza di un percorso chimico pre-vita o "pre-biotico" dimostrato che collega l'RNA al DNA, i ricercatori in questo campo sono stati inclini a pensare che il più semplice, più versatile, RNA, era la base per le prime forme di vita, o almeno per una prima fase della vita prima dell'emergere del DNA. L'RNA è in grado di immagazzinare informazioni genetiche come può il DNA, è in grado di catalizzare reazioni biochimiche come fanno gli enzimi proteici, e altrimenti probabilmente avrebbe potuto svolgere i compiti biologici di base che sarebbero stati necessari nelle prime forme di vita.

Sebbene i ricercatori sull'origine della vita negli ultimi decenni siano giunti in gran parte ad abbracciare l'ipotesi del mondo a RNA, Sutherland, Krishnamurthy, Jack Szostak di Harvard e altri hanno accumulato prove che l'RNA e il DNA possono essere sorti più o meno tutti in una volta nelle prime forme di vita.

In uno studio pubblicato nel 2017, ad esempio, Krishnamurthy e i colleghi della Scripps Research hanno identificato un composto che era plausibilmente presente sulla Terra prebiotica e che avrebbe potuto svolgere il compito cruciale di collegare i mattoni dell'RNA in blocchi più grandi, filamenti di RNA simili a catene e avrebbe potuto fare lo stesso per i mattoni del DNA e delle proteine.

Nel nuovo studio, gli scienziati hanno combinato le intuizioni di quell'indagine con le recenti scoperte di Sutherland e del suo laboratorio su un composto chiamato tiouridina. Quest'ultimo era probabilmente presente sulla Terra prima che nascesse la vita, e avrebbe potuto essere un precursore chimico degli elementi costitutivi dei nucleosidi dei primi RNA. Il team ha dimostrato che in pochi passaggi di reazione chimica, che plausibilmente avrebbe potuto verificarsi in un mondo pre-biotico, potrebbero convertire questo precursore di un elemento costitutivo dell'RNA in un elemento costitutivo del DNA:deossiadenosina, che forma la lettera "A" nel moderno, codice DNA di quattro lettere. In alternativa potrebbero convertire la tiouridina in desossiribosio, che è strettamente correlato alla deossiadenosina e potrebbe anche essere stato un precursore dei primi elementi costitutivi del DNA.

La scoperta dovrebbe rendere più facile per gli scienziati accettare la possibilità che DNA e RNA siano nati insieme e siano stati inclusi nelle prime forme di vita. Alcuni ricercatori, tra cui Sutherland, hanno suggerito che l'RNA e il DNA potrebbero anche essere stati mescolati insieme per creare i primi geni. Non si sa che un tale organismo si presenti naturalmente ora, ma un recente articolo di Peter Schultz di Scripps Research, dottorato di ricerca e colleghi hanno descritto un batterio ingegnerizzato che può sopravvivere con geni costituiti da un mix di RNA/DNA.

Krishnamurthy sospetta che, tuttavia la vita sorse, L'RNA e il DNA, con i loro rispettivi punti di forza e di debolezza, si sarebbero rapidamente classificati nella divisione del lavoro piuttosto rigida osservata oggi in tutte le cellule:DNA per l'immagazzinamento stabile a lungo termine delle informazioni genetiche, e RNA per il proprio insieme speciale di compiti, tra cui l'immagazzinamento e il trasporto a breve termine dell'informazione genetica e la produzione di proteine.

"C'è l'inizio di una realizzazione nel campo che RNA e DNA avrebbero potuto essere mescolati insieme inizialmente, ma in seguito separati in base alle cose che sanno fare meglio, " dice Krishnamurthy.

Gli autori dello studio, "La fosforilazione prebiotica della 2-tiuridina fornisce nucleotidi o elementi costitutivi del DNA tramite fotoriduzione, " erano Jianfeng Xu, Nicola Verde, e John Sutherland di MRC, e Clémentine Gibard e Ramanarayanan Krishnamurthy di Scripps Research.