Quando nacque la Terra, era un disastro. Meteore e tempeste di fulmini probabilmente hanno bombardato la superficie del pianeta dove solo sostanze chimiche senza vita potrebbero sopravvivere. Come si sia formata la vita in questo caos chimico è un mistero vecchio di miliardi di anni. Ora, un nuovo studio offre prove che i primi elementi costitutivi potrebbero aver abbinato il loro ambiente, iniziando più disordinato di quanto si pensasse in precedenza.

La vita è costruita con tre componenti principali:RNA e DNA, il codice genetico che, come i direttori di cantiere, programmare come eseguire e riprodurre cellule e proteine, i lavoratori che eseguono le loro istruzioni. Più probabilmente, le prime celle avevano tutti e tre i pezzi. Col tempo, sono cresciuti e replicati, competere nel gioco di Darwin per creare la diversità della vita odierna:batteri, fungo, lupi, balene e umani.

Ma prima, RNA, Il DNA o le proteine ​​dovevano formarsi senza i loro partner. Una teoria comune, nota come ipotesi del "mondo a RNA", propone che poiché l'RNA, a differenza del DNA, può autoreplicarsi, quella molecola potrebbe essere arrivata prima. Mentre studi recenti hanno scoperto come i nucleotidi della molecola, la A, C, G e U che formano la sua spina dorsale, potrebbero essersi formati da sostanze chimiche disponibili sulla Terra primordiale, alcuni scienziati ritengono che il processo potrebbe non essere stato un percorso così semplice.

"Anni fa, l'ingenua idea che pozze di puri ribonucleotidi concentrati potessero essere presenti sulla Terra primitiva fu derisa da Leslie Orgel come "il sogno del biologo molecolare, '", ha detto Jack Szostak, un premio Nobel, professore di chimica e biologia chimica e genetica all'Università di Harvard, e un investigatore presso l'Howard Hughes Medical Institute. "Ma non era noto come un RNA omogeneo relativamente moderno potesse emergere da una miscela eterogenea di diversi materiali di partenza".

In un articolo pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , Szostak e colleghi presentano un nuovo modello di come potrebbe essere emerso l'RNA. Invece di un percorso pulito, lui e il suo team propongono un inizio alla Frankenstein, con RNA che cresce da una miscela di nucleotidi con strutture chimiche simili:arabino-desossi- e ribonucleotidi (ANA, DNA, e RNA).

Nel crogiolo chimico della Terra, è improbabile che una versione perfetta dell'RNA si sia formata automaticamente. È molto più probabile che molte versioni di nucleotidi si siano fuse per formare molecole patchwork con frammenti sia di RNA che di DNA moderni, così come molecole genetiche in gran parte defunte, come ANA. Queste chimere, come il mostruoso leone ibrido, aquila e serpente creature della mitologia greca, potrebbero essere stati i primi passi verso l'RNA e il DNA di oggi.

"La biologia moderna si basa su elementi costitutivi relativamente omogenei per codificare le informazioni genetiche, " ha detto Seohyun Kim, un ricercatore post-dottorato in chimica e primo autore della carta. Così, se Szostak e Kim hanno ragione e le molecole di Frankenstein sono venute prima, perché si sono evoluti in RNA omogeneo?

Kim li ha messi alla prova:ha messo a confronto potenziali ibridi primordiali contro l'RNA moderno, copiando manualmente le chimere per imitare il processo di replicazione dell'RNA. RNA puro, egli trovò, è semplicemente migliore, più efficiente, più preciso, e più veloce, rispetto alle sue controparti eterogenee. In un'altra sorprendente scoperta, Kim ha scoperto che gli oligonucleotidi chimerici, come ANA e DNA, avrebbero potuto aiutare l'RNA a evolvere la capacità di copiarsi. "Intrigante, " Egli ha detto, "alcuni di questi ribonucleotidi varianti hanno dimostrato di essere compatibili o addirittura utili per la copia di modelli di RNA".

Se la prima versione più efficiente dell'RNA si riproducesse più velocemente delle sue controparti ibride, allora, col tempo, sovrappopolerebbe i suoi concorrenti. Questo è ciò che il team Szostak teorizza è successo nella zuppa primordiale:gli ibridi sono cresciuti in RNA e DNA moderni, che poi hanno superato i loro antenati e, infine, ha preso il sopravvento.

"Non era necessario alcun pool primordiale di mattoni puri, " Szostak ha detto. "La chimica intrinseca della chimica della copiatura dell'RNA risulterebbe, col tempo, nella sintesi di frammenti di RNA sempre più omogenei. La ragione di questo, come Seohyun ha mostrato così chiaramente, è che quando diversi tipi di nucleotidi competono per la copia di un filamento stampo, sono i nucleotidi di RNA che vincono sempre, ed è l'RNA che viene sintetizzato, nessuno dei tipi correlati di acidi nucleici."

Finora, il team ha testato solo una frazione dei possibili nucleotidi varianti disponibili sulla Terra primordiale. Così, come quei primi frammenti di RNA disordinato, il loro lavoro è appena iniziato.