Le molecole organiche hanno costituito la base per l'evoluzione della vita. Ma come possono averli originati precursori inorganici? Il chimico della LMU Oliver Trapp ora riporta un percorso di reazione in cui i minerali catalizzano la formazione di zuccheri in assenza di acqua.

Più di 4 miliardi di anni fa, la Terra era molto lontana dall'essere il Pianeta Blu che sarebbe poi diventato. A quel punto aveva appena cominciato a raffreddarsi e, nel corso di tale processo, si sono formate le zone strutturali concentriche che giacciono sempre più in profondità sotto i nostri piedi. La Terra primitiva era dominata dal vulcanismo, e l'atmosfera era costituita da anidride carbonica, azoto, metano, ammoniaca, acido solfidrico e vapore acqueo. In questo ambiente decisamente inospitale si sono formati i mattoni della vita. Come potrebbe allora essere avvenuto questo?

I ricercatori si sono interrogati sulla questione per decenni. La prima svolta fu fatta nel 1953 da due chimici, chiamato Stanley Miller e Harold C. Urey, presso l'Università di Chicago. Nei loro esperimenti, simulavano l'atmosfera della Terra primordiale in un sistema di reazione chiuso che conteneva i gas sopra menzionati. Un "oceano" in miniatura è stato riscaldato per fornire vapore acqueo, e scariche elettriche sono state fatte passare attraverso il sistema per imitare gli effetti dei fulmini. Quando hanno analizzato le sostanze chimiche prodotte in queste condizioni, Miller e Urey hanno rilevato gli amminoacidi, i costituenti di base delle proteine, oltre a numerosi altri acidi organici.

È ormai noto che le condizioni impiegate in questi esperimenti non riflettevano quelle prevalenti sulla Terra primordiale. Tuttavia, l'esperimento Miller-Urey ha avviato il campo dell'evoluzione chimica prebiotica. Però, non getta molta luce su come altre classi di molecole presenti in tutte le cellule biologiche, come gli zuccheri, grassi e acidi nucleici, potrebbero essere stati generati. Questi composti sono però ingredienti indispensabili del processo che ha portato prima ai batteri e successivamente ai cianobatteri fotosintetici che hanno prodotto ossigeno. Ecco perché Oliver Trapp, Professore di Chimica Organica presso LMU, decise di concentrare la sua ricerca sulla sintesi prebiotica di queste sostanze.

Dalla formaldeide allo zucchero

La storia delle vie sintetiche dai precursori più piccoli agli zuccheri risale a quasi un secolo prima dell'esperimento Miller-Urey. Nel 1861, il chimico russo Alexander Butlerov dimostrò che la formaldeide poteva dare origine a vari zuccheri attraverso quella che divenne nota come reazione del formosio. Miller e Urey infatti trovarono l'acido formico nei loro esperimenti, e può essere facilmente ridotto per produrre formaldeide. Butlerov ha anche scoperto che la reazione del formosio è promossa da un certo numero di ossidi e idrossidi metallici, compresi quelli di calcio, bario, tallio e piombo. In particolare il calcio è abbondantemente disponibile sopra e sotto la superficie terrestre.

Però, l'ipotesi che gli zuccheri possano essere stati prodotti tramite la reazione del formosio incontra due difficoltà. La reazione "classica" del formosio produce una miscela diversificata di composti, e avviene solo in mezzi acquosi. Questi requisiti sono in contrasto con il fatto che gli zuccheri sono stati rilevati nei meteoriti.

Insieme ai colleghi della LMU e del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Trapp ha quindi deciso di esplorare se la formaldeide potesse dare origine a zuccheri in un sistema in fase solida. Al fine di simulare i tipi di forze meccaniche a cui sarebbero stati sottoposti i minerali solidi, tutti i componenti della reazione sono stati combinati in un mulino a palle, in assenza di solventi, ma aggiungendo abbastanza formaldeide per saturare i solidi in polvere

E senza dubbio, è stata osservata la reazione del formosio e sono stati trovati diversi minerali per catalizzarla. La formaldeide è stata adsorbita sulle particelle solide, e l'interazione ha portato alla formazione del dimero di formaldeide (glicolaldeide) - e ribosio, lo zucchero a 5 atomi di carbonio che è un costituente essenziale dell'acido ribonucleico (RNA). Si pensa che l'RNA si sia fuso prima del DNA, e funge da deposito di informazioni genetiche in molti virus, oltre a fornire i modelli per la sintesi proteica in tutti gli organismi cellulari. Negli esperimenti sono stati ottenuti anche zuccheri più complessi, insieme ad alcuni sottoprodotti, come acido lattico e metanolo.

"I nostri risultati forniscono una spiegazione plausibile per la formazione di zuccheri in fase solida, anche in ambienti extraterrestri in assenza di acqua, " dice Trapp. Inoltre, sollevano nuove domande che possono indicare nuove e inaspettate rotte prebiotiche verso i componenti di base della vita come la conosciamo, come afferma Trapp. "Siamo convinti che queste nuove intuizioni apriranno prospettive completamente nuove per la ricerca sui prebiotici, evoluzione chimica, " lui dice.