Per capire veramente come funziona il corpo e migliorare la salute umana, i ricercatori hanno bisogno di separare gli elementi costitutivi delle nostre cellule. Ma mentre gli scienziati continuano a fare importanti scoperte nella biologia cellulare, resta una domanda importante:come si sono formate le cellule in origine miliardi di anni fa?

Un nuovo studio, guidato da Ramanarayanan Krishnamurthy, dottorato di ricerca, di Scripps Research, e Sheref Mansy, dottorato di ricerca, dell'Università di Trento, offre una spiegazione di come le "protocelle" potrebbero essere emerse sulla Terra primordiale, alla fine portando alle cellule che conosciamo oggi. Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Piccolo , suggerisce che le molecole chiamate ciclofosfolipidi potrebbero essere state l'ingrediente necessario alle protocellule per formare importanti strutture interne chiamate vescicole, che probabilmente ha dato il via al processo evolutivo.

"Le protocelle sarebbero state le antenate delle cellule di oggi, se vorrai, "dice Krishnamurthy, professore associato di chimica presso Scripps Research. "Non avevano la piena funzionalità delle celle moderne, ma hanno avuto il comportamento dei precursori per gettare le basi per ciò che è venuto dopo".

Krishnamurthy è un membro della Simons Collaboration on the Origins of Life e tiene un appuntamento congiunto con il Center for Chemical Evolution, co-finanziato dal programma Astrobiology della NASA e dalla National Science Foundation. Come molti nel suo campo, Krishnamurthy è curioso di sapere come avrebbero funzionato le prime vescicole.

Le cellule oggi pullulano di diverse molecole e reazioni chimiche, ma le protocelle sarebbero state molto più semplici, come vescicole. Una caratteristica di queste vescicole erano le aree cave interne chiamate lumen, spazi che potevano catturare molecole sempre più grandi necessarie per compiti come la formazione di RNA e la produzione di proteine, gli elementi costitutivi necessari per la vita.

Infine, grazie alle vescicole, le protocelle potrebbero essersi divise in generazioni più avanzate di protocelle che hanno assorbito i nutrienti dall'ambiente per crescere e dividersi di nuovo.

Il nuovo studio offre una soluzione semplice al puzzle di come si sarebbero potute sviluppare le vescicole stabili. Nel passato, i ricercatori hanno provato a usare molecole chiamate acidi grassi per costruire vescicole, ma queste vescicole reagirebbero agli ioni metallici e si disgregherebbero.

"Le vescicole di acidi grassi non sopravvivono a molte delle condizioni che si trovano sulla Terra, e certamente non i tipi di condizioni necessarie per ottenere attività da molecole di tipo biologico, " dice Mansy. "Questo divario tra plausibilità e stabilità ci ha reso difficile immaginare come potrebbero essere emerse le protocelle".

I ricercatori non avevano mai provato prima a utilizzare i ciclofosfolipidi per formare vescicole, ma nel 2018 Il laboratorio di Krishnamurthy ha pubblicato a Chimica della natura studio che mostra che le condizioni sulla Terra primordiale avrebbero potuto portare ai ciclofosfolipidi.

Dopo aver dimostrato che i ciclofosfolipidi avrebbero potuto esistere nei primi giorni della vita, i ricercatori hanno cercato di vedere se le molecole potrebbero aiutare le protocellule a costruire vescicole. "Non sapevamo se sarebbero stati abbastanza stabili da essere utili o funzionali, "dice Krishnamurthy.

Si è scoperto che le nuove vescicole erano sorprendentemente stabili. Hanno resistito a una gamma più ampia di condizioni fisiche e chimiche rispetto alle vescicole di acidi grassi, comprese le variazioni di pH. Infatti, le nuove scoperte suggeriscono che i ciclofosfolipidi potrebbero essere la base ideale per le vescicole che hanno permesso alle protocellule di evolversi.

"Il lavoro del professor Krishnamurthy con la fosforilazione prebiotica ci ha portato a esplorare un nuovo tipo di lipide che mostra grandi promesse nell'aiutarci a capire almeno quali tipi di proprietà chimiche erano necessarie per costruire una protocella prebiotica ragionevole e robusta, "dice Mansy.

I ricercatori si stanno ora preparando per eseguire vescicole di ciclofosfolipidi attraverso test ancora più faticosi, rispondendo a domande più profonde. Vorrebbero sapere se queste vescicole sono compatibili con altri importanti processi necessari per l'evoluzione, come la replicazione dell'RNA non enzimatico.

Lo studio, "I ciclofosfolipidi aumentano la stabilità protocellulare agli ioni metallici, " includeva anche il primo autore Ö. Duhan Toparlak dell'Università di Trento e Megha Karki e Veronica Egas Ortuno di Scripps Research.