Alla ricerca delle origini chimiche della vita, i ricercatori hanno trovato un possibile percorso alternativo per l'emergere del caratteristico pattern del DNA:secondo gli esperimenti, le caratteristiche coppie di basi del DNA possono formarsi mediante riscaldamento a secco, senza acqua o altri solventi. Il team guidato da Ivan Halasz del Rudjer Boskovic Institute e Ernest Mestrovic dell'azienda farmaceutica Xellia presenta sulla rivista le sue osservazioni dalla sorgente di raggi X di DESY PETRA III Comunicazioni chimiche .

"Una delle domande più intriganti nella ricerca dell'origine della vita è come è avvenuta la selezione chimica e come si sono formate le prime biomolecole, " dice Tomislav Stolar dell'Istituto Rudjer Boskovic di Zagabria, il primo autore sulla carta. Mentre le cellule viventi controllano la produzione di biomolecole con i loro sofisticati macchinari, i primi elementi costitutivi molecolari e supramolecolari della vita furono probabilmente creati dalla chimica pura e senza catalisi enzimatica. Per il loro studio, gli scienziati hanno studiato la formazione di coppie di basi azotate che agiscono come unità di riconoscimento molecolare nell'acido desossiribonucleico (DNA).

Il nostro codice genetico è memorizzato nel DNA come una sequenza specifica scandita dalle basi azotate adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Il codice è organizzato in due lunghi, filamenti complementari avvolti in una struttura a doppia elica. Nei fili, ogni nucleobase si accoppia con un partner complementare nell'altro filamento:adenina con timina e citosina con guanina.

"Nel DNA si verificano solo combinazioni di accoppiamenti specifici, ma quando le basi azotate sono isolate non amano affatto legarsi l'una all'altra. Allora perché la natura ha scelto queste coppie di basi?" dice Stolar. Le indagini sull'accoppiamento delle basi azotate sono aumentate dopo la scoperta della struttura a doppia elica del DNA da parte di James Watson e Francis Crick nel 1953. Tuttavia, è stato abbastanza sorprendente che ci sia stato scarso successo nel raggiungere specifici appaiamenti di basi azotate in condizioni che potrebbero essere considerate plausibili dal punto di vista prebiotico.

"Abbiamo esplorato un percorso diverso, ", riferisce il coautore Martin Etter di DESY. "Abbiamo cercato di scoprire se le coppie di basi possono essere generate da energia meccanica o semplicemente dal riscaldamento." A tal fine, il team ha studiato le basi azotate metilate. Avere un gruppo metilico (-CH3) attaccato alle rispettive basi azotate in linea di principio consente loro di formare legami idrogeno sul lato Watson-Crick della molecola. Le basi azotate metilate si trovano naturalmente in molti organismi viventi dove svolgono una varietà di funzioni biologiche.

Nel laboratorio, gli scienziati hanno cercato di produrre coppie di basi azotate mediante macinazione. Polveri di due basi azotate sono state caricate in un barattolo di macinazione insieme a sfere d'acciaio, che serviva come mezzo di macinazione, mentre le giare venivano agitate in maniera controllata. L'esperimento ha prodotto coppie A:T che erano state osservate anche da altri scienziati in precedenza. Macinazione tuttavia, non è stato possibile ottenere la formazione di coppie G:C.

In un secondo passaggio, i ricercatori hanno riscaldato la citosina macinata e le polveri di guanina. "A circa 200 gradi Celsius, potremmo infatti osservare la formazione di coppie citosina-guanina, " riporta Stolar. Per verificare se le basi formano le coppie note solo in condizioni termiche, il team ha ripetuto gli esperimenti con miscele di tre e quattro basi azotate alla stazione di misurazione P02.1 della sorgente di raggi X PETRA III di DESY. Qui, la struttura cristallina dettagliata delle miscele potrebbe essere monitorata durante il riscaldamento e si potrebbe osservare la formazione di nuove fasi.

"A circa 100 gradi Celsius, abbiamo potuto osservare la formazione delle coppie adenina-timina, e a circa 200 gradi Celsius la formazione di coppie Watson-Crick di guanina e citosina, "dice Etter, capo della stazione di misura. "Qualsiasi altra coppia di basi non si è formata anche se riscaldata ulteriormente fino allo scioglimento". Ciò dimostra che la reazione termica dell'accoppiamento delle basi azotate ha la stessa selettività del DNA.

"I nostri risultati mostrano un possibile percorso alternativo su come si sarebbero potuti formare i modelli di riconoscimento molecolare che osserviamo nel DNA, " aggiunge Stolar. "Le condizioni dell'esperimento sono plausibili per la giovane Terra che era un caldo, calderone ribollente di vulcani, terremoti, impatti di meteoriti e ogni sorta di altri eventi. I nostri risultati aprono molte nuove strade nella ricerca delle origini chimiche della vita." Il team prevede di indagare ulteriormente su questo percorso con esperimenti di follow-up a P02.1.