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Quando si tiene una mano destra davanti a uno specchio, si può vedere l'immagine riflessa di una mano sinistra e viceversa. Nel 1848, Louis Pasteur scoprì che le molecole organiche sono molto simili alle nostre mani:sono disponibili in coppie speculari di varianti per mancini e destrimani. Oggi sappiamo che questa manualità o chiralità (dalla parola greca "mano") è un segno distintivo delle molecole organiche.
Le molecole organiche sono ricche di atomi di carbonio, che formano legami per creare una "nano-mano" destra o sinistra. Eppure, stranamente, la vita sceglie quasi sempre di utilizzare esclusivamente uno dei due gemelli dell'immagine speculare, un fenomeno chiamato omochiralità. Ad esempio, la vita terrestre si basa su amminoacidi levogiri e zuccheri destrimani.
Sebbene siano state suggerite molte spiegazioni, come e perché è emersa l'omochiralità rimane un enigma. La rottura della simmetria chirale, che è un fenomeno in cui una miscela di 50-50 rapporti di molecole destre e sinistre parte per favorire l'una sull'altra, è di grande interesse per la ricerca in biochimica. Comprendere l'origine dell'omochiralità è estremamente importante per studiare l'origine della vita, così come applicazioni più pratiche come la sintesi di molecole di farmaci chirali.
Un modello propone ora una nuova spiegazione per l'emergere dell'omochiralità nella vita, un enigma di lunga data sull'origine della vita sulla Terra.
È opinione diffusa che la vita abbia avuto origine in habitat ricchi di fonti di energia, come le bocche idrotermali nelle profondità degli oceani primordiali. Considerando possibili scenari primordiali della Terra, il Prof. Tsvi Tlusty e il Dr. William Piñeros del Center for Soft and Living Matter all'interno dell'Institute for Basic Science, Corea del Sud, hanno immaginato una complessa rete di reazioni chimiche che scambiano energia con l'ambiente. Quando il team ha utilizzato un modello matematico e una simulazione di sistema per emulare una soluzione ben mescolata di diversi elementi chimici in un contenitore, ha sorprendentemente scoperto che tali sistemi tendono naturalmente a rompere la simmetria dello specchio molecolare.
L'omochiralità emerge spontaneamente nelle reti chimiche prebiotiche che si adattano per ottimizzare la raccolta di energia dall'ambiente. In precedenza, si credeva che la rottura della simmetria chirale richiedesse più cicli di autocatalisi, che producono sempre più un enantiomero di una molecola mentre inibisce la formazione dell'altro. Tuttavia, i risultati del team IBS hanno mostrato che il meccanismo alla base della rottura della simmetria è molto generale, poiché può verificarsi in grandi sistemi di reazione con molte molecole casuali e non richiede architetture di rete sofisticate. Si è riscontrato che questa brusca transizione all'omochiralità deriva dall'autoconfigurazione della rete di reazione al fine di ottenere una raccolta più efficiente dell'energia dall'ambiente.
Il modello sviluppato da Piñeros e Tlusty ha mostrato che i sistemi ad alta dissipazione e le grandi differenze di energia sono più inclini a indurre la rottura della simmetria chirale. Inoltre, i calcoli hanno rivelato che tali transizioni sono quasi inevitabili, quindi è ragionevole ritenere che possano verificarsi genericamente in sistemi di reazione chimica casuale. Pertanto, il modello basato sull'ottimizzazione dell'energy harvesting dimostrato dal gruppo spiega come l'omochiralità possa essere nata spontaneamente dall'ambiente duro e ricco di energia del primo pianeta Terra.
Il meccanismo proposto di rottura della simmetria è generale e può essere applicato ad altre transizioni nella materia vivente che portano a una maggiore complessità.
Inoltre, il modello propone un meccanismo generale che spiega come la complessità di un sistema può crescere man mano che si adatta meglio a sfruttare un ambiente variabile. Ciò suggerisce che la rottura della simmetria chirale è un segno distintivo intrinseco di qualsiasi sistema complesso (come la vita) in grado di configurarsi per adattarsi a un ambiente. Questi risultati possono inoltre spiegare le rotture spontanee della simmetria in processi biologici molto più complessi, come la differenziazione cellulare e l'emergere di nuovi geni.
Questo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications . + Esplora ulteriormente
