Scoprire come sono nate le prime molecole biologiche (come proteine ​​e DNA) è un obiettivo importante per i ricercatori che cercano di risolvere l'origine della vita. Oggi, chimici alla Saint Louis University, in collaborazione con scienziati del College of Charleston e del NSF/NASA Center for Chemical Evolution, pubblicato uno studio sulla rivista Comunicazioni sulla natura ciò suggerisce che i minerali deliquescenti, che si dissolvono nell'acqua che assorbono dall'aria umida, possono aiutare la costruzione di proteine ​​da elementi costitutivi più semplici durante cicli programmati per imitare il giorno e la notte sulla Terra primordiale.

"In termini di storia del pianeta, come è nata la vita è probabilmente la più grande domanda scientifica che possiamo porre, " ha detto Paul Bracher, dottorato di ricerca, assistente professore di chimica alla Saint Louis University e ricercatore principale dello studio. "Un pezzo chiave di questa grande sfida è capire quanto grandi molecole polimeriche che sappiamo essere importanti per la vita potrebbero essersi formate prima che tutti i nostri macchinari biologici si evolvessero per produrle".

Proteine ​​da forno nella cucina prebiotica

Gli amminoacidi sono i mattoni molecolari collegati tra loro da legami peptidici per formare proteine. I chimici sanno da tempo che la semplice cottura a secco di miscele di amminoacidi porterà alla formazione di legami peptidici. La resa dei peptidi migliora quando viene aggiunta acqua e il campione viene nuovamente essiccato, dopo che gli ingredienti sono stati lasciati mescolare nuovamente. Sottoporre gli amminoacidi a ripetuti cicli umido-secco avrebbe potuto essere una buona ricetta per preparare peptidi e proteine ​​sulla Terra primordiale, poiché le calde giornate di sole interrotte da occasionali temporali sembrano modelli meteorologici ragionevoli. Ma una delle principali critiche a questo processo è la sua dipendenza da tempeste imprevedibili che potrebbero aver annacquato gli ingredienti all'eccesso.

Acqua:un ingrediente necessario ma problematico

"Seguire l'acqua" è stato il motto della NASA nella ricerca della vita al di fuori del nostro pianeta. Senz'acqua, la biochimica della vita come la conosciamo sarebbe impossibile.

Nella chimica dell'origine della vita, la soluzione è spesso il problema. Affinché si verifichino processi chimici costruttivi, i mattoni devono dissolversi in una soluzione liquida per trovare partner per reagire. Sulla terra, questo mezzo è l'acqua, il solvente della vita.

Però, l'acqua può essere un'arma a doppio taglio. Mentre la vita ha bisogno di acqua per sopravvivere, troppa acqua può essere distruttiva. La maggior parte delle molecole biologiche è soggetta a idrolisi, un processo in cui l'acqua rompe i legami chimici. E troppa acqua finirà per inondare le cellule in via di sviluppo che contengono le biomolecole in evoluzione, spargendoli troppo lontani l'uno dall'altro per reagire.

Un pizzico di sale

I minerali deliquescenti offrono un mezzo per aggirare i limiti del tradizionale ciclismo bagnato-asciutto. Questi sali assorbono una quantità limitata di acqua dall'aria, in base all'umidità relativa, offrendo una regolazione naturale dell'acqua presente in una soluzione.

Il nuovo studio, una collaborazione tra scienziati della SLU e del College of Charleston, riporta come i sali deliquescenti possono aiutare a produrre peptidi dall'amminoacido più semplice, glicina, durante l'autoregolazione, ripetere il ciclo bagnato-asciutto. Durante il giorno, le miscele di reazione formano peptidi quando evaporano a secchezza ad alte temperature. Di notte, le reazioni acquisiscono acqua dall'atmosfera per formare soluzioni acquose a basse temperature, in tal modo riumidificando senza l'aggiunta di acqua da un temporale ed evitando la possibilità di sovradiluizione distruttiva.

Differenze apparentemente minime, come cambiare l'umidità ambientale dal 50% al 70%, può portare a profonde differenze nella tendenza dei campioni ad assorbire acqua, e quindi, grandi differenze nella resa delle reazioni che ospitano. E mentre potassio e sodio sono vicini sulla tavola periodica con reattività quasi identiche, molti sali di potassio sono deliquescenti dove non lo sono le loro controparti di sodio. Il sale K2HPO4 ha favorito rese di peptidi dalla glicina dieci volte maggiori rispetto a Na ₂ HPO ₄ .

Il team crede che il loro sistema possa fornire indizi rilevanti per risolvere il mistero del perché tutta la vita sulla Terra spende così tanta energia per arricchire il potassio all'interno delle cellule ed espellere il sodio.

"Questa ricerca creativa, esplorare come l'ambiente chimico regola la formazione di grandi molecole, rappresenta un altro importante passo avanti verso l'obiettivo di CCE di comprendere le sostanze chimiche alla base delle prime molecole biologiche. L'impegno proficuo dei ricercatori universitari in questo lavoro riflette anche la missione di NSF di integrazione della ricerca con l'istruzione per la formazione della futura forza lavoro, " ha detto il dottor Lin He, il vicedirettore ad interim della divisione di chimica presso la National Science Foundation.

Panifici Oltre la Terra

Nonostante il loro nome dal suono esotico, i sali deliquescenti sono comuni ed esistono in ambienti naturali dove possono svolgere un ruolo nel consentire l'esistenza di acqua liquida in ambienti altrimenti troppo freddi e/o secchi.

In una regione iper-arida del deserto di Atacama in Cile, inospitale per la vita, le comunità microbiche risiedono nei depositi del minerale halite. La loro attività fotosintetica aumenta quando l'umidità relativa supera il 70%, superando la soglia in cui il loro ambiente sano diventa deliquescente.

Su Marte sono state identificate anche miscele deliquescenti di sali di cloruro e perclorato. Queste miscele sembrano fluire stagionalmente e hanno suscitato un notevole interesse da parte degli astrobiologi come l'unica acqua liquida sulla superficie del pianeta.

Facendo uso di questi minerali naturali, questo nuovo studio propone cicli umido-secco regolati da naturali oscillazioni giornaliere di temperatura e umidità, non su eventi di pioggia incontrollabili, che costituiscono un modello prebiotico fattibile per guidare la formazione chimica di biopolimeri centrali per la biologia.

Era un semplice pizzico di sale l'ingrediente mancante per cucinare la vita sulla Terra? Forse non lo sapremo mai per certo, ma in questo caso, sembra certamente apportare un grande miglioramento alla ricetta per cuocere le proteine.