I precursori chimici delle biomolecole odierne potrebbero essersi formati non solo nelle profondità marine presso le bocche idrotermali, ma anche in stagni caldi sulla superficie terrestre. Le reazioni chimiche che potrebbero essersi verificate in questa "zuppa primordiale" sono state ora riprodotte negli esperimenti da un team internazionale guidato dai ricercatori dell'Università Friedrich Schiller di Jena, in Germania. Hanno anche scoperto che una delle basi azotate, che rappresentano il codice del nostro materiale genetico, potrebbe aver avuto origine dalla superficie del nostro pianeta.

La Terra ha circa 4,6 miliardi di anni e non è sempre stata un luogo ospitale per la vita. Nei primi cento milioni di anni, l'atmosfera del nostro pianeta era costituita principalmente da azoto, anidride carbonica, metano, acido solfidrico e acido cianidrico, noto anche come acido cianidrico. L'ossigeno libero non esisteva. In queste condizioni, il solfuro di ferro, che si trasforma in ossido di ferro quando esposto all'ossigeno, è stabile. Sulla superficie del solfuro di ferro, tuttavia, possono verificarsi reazioni biologicamente importanti, simili a quelle che si verificano in alcuni enzimi a base di ferro e zolfo, come le nitrogenasi e le idrogenasi.

Una scoperta accidentale l'ha reso possibile

"Ci siamo chiesti:cosa succede quando il solfuro di ferro in questa atmosfera primordiale viene a contatto con l'acido cianidrico?" spiega il Prof. Wolfgang Weigand dell'Istituto di Chimica Inorganica e Analitica dell'Università di Jena.

"Ci è stato d'aiuto il fatto di aver scoperto per caso una forma particolarmente reattiva di solfuro di ferro in una proficua collaborazione con il mio collega Prof. Christian Robl. Questa forma era già stata scoperta due volte nella storia, e ogni volta è stata dimenticata di nuovo:una volta nel 1700 e di nuovo negli anni 20. Per così dire, i due dottorandi dell'epoca, Robert Bolney e Mario Grosch, lo scoprirono per la terza volta", aggiunge.

I due chimici osservarono in laboratorio che quando la polvere di ferro viene agitata con zolfo in acqua e leggermente riscaldata, dopo un certo tempo, si forma solfuro di ferro come mackinawite in una reazione esplosiva. Questo minerale è servito da catalizzatore nell'esperimento della "zuppa primordiale".

Una lettera del codice genetico potrebbe essere stata creata in questo modo

"Abbiamo aggiunto cianuro di potassio, acido fosforico e acqua al solfuro di ferro in atmosfera di azoto e abbiamo riscaldato la miscela a 80 gradi Celsius. L'acido fosforico converte il cianuro di potassio in acido cianidrico. Abbiamo quindi prelevato campioni di gas dall'atmosfera dei rispettivi recipienti e li ha analizzati", spiega Weigand. I ricercatori hanno scoperto sostanze che potrebbero essere servite da precursori chimici per le biomolecole odierne.

Nella rivista ChemSystemsChem , il team conferma, tra le altre cose, la scoperta dei tioli, che si trovano come lipidi nelle membrane cellulari, e dell'acetaldeide, necessaria come precursore per i mattoni del DNA (chiamati nucleosidi). "È stato particolarmente emozionante il fatto che in queste condizioni miti siamo stati persino in grado di rilevare l'adenina, una base azotata che è una delle cinque lettere del codice genetico", afferma Weigand.

Mediante l'etichettatura degli isotopi, il team è stato in grado di dimostrare che il cianuro ha effettivamente fornito il carbonio per le molecole che hanno trovato. Weigand spiega:"In questo esperimento, il cianuro di potassio non conteneva l'isotopo carbonio-12, che è l'isotopo che rappresenta il 98,9% del carbonio presente in natura nell'ambiente. Invece, era il carbonio isotopico più pesante e anche stabile -13. È stato questo isotopo che abbiamo trovato nei prodotti di reazione. In questo modo, siamo stati in grado di provare inequivocabilmente che gli atomi di carbonio nelle molecole che abbiamo trovato provenivano davvero dal cianuro di potassio marcato con l'isotopo."

Decenni di immaginazione e pazienza

Weigand è particolarmente grato per la collaborazione dell'intero team internazionale:"Hai davvero bisogno di immaginazione e pazienza per questo lavoro", dice. "E Robert Bolney e Mario Grosch lo hanno dimostrato. Anche la collaborazione con i nostri colleghi dell'Università della California, di Irvine e della LMU di Monaco è stata esemplare."

L'importanza dell'immaginazione e soprattutto della pazienza nella scienza è esemplificata dallo stesso Wolfgang Weigand. Perché nel 2003 ha ricevuto il Premio per la ricerca della Turingia insieme al Prof. Günter Kreisel dell'Università di Jena e al Dr. Willi Brand del Max Planck Institute for Biogeochemistry Jena per il suo articolo "Una possibile formazione prebiotica di ammoniaca da azoto molecolare su solfuro di ferro superfici."

Ora, quasi 20 anni dopo, Weigand è stato anche in grado di dimostrare che i primi composti di carbonio, da cui in seguito è cresciuta la vita, potrebbero essersi formati in queste condizioni dal cianuro sulla superficie terrestre. + Esplora ulteriormente

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