I computer stanno simulando le versioni ancestrali della proteina più comune sulla Terra, dando agli scienziati uno sguardo impareggiabile sullo sviluppo dei primi anni di vita di sfruttare l'energia dal sole e la produzione di ossigeno.

Queste scoperte potrebbero far luce sull'evoluzione della vita aliena in altre parti dell'Universo, ricercatori hanno detto. Di recente hanno dettagliato le loro scoperte nella versione online della rivista geobiologia .

Fotosintesi, che utilizza l'energia della luce solare per creare zuccheri e altre molecole organiche a base di carbonio dal gas di anidride carbonica, ha avuto un ruolo importante nella storia della Terra. La fotosintesi supporta l'esistenza di piante e altri organismi fotosintetici nelle terre e nei mari della Terra, che a sua volta sostiene complesse reti di vita animale e di altra natura. Genera anche il gas ossigeno che ha alterato chimicamente la faccia del pianeta.

Sebbene l'ossigeno costituisca attualmente circa un quinto dell'atmosfera terrestre, molto presto nella storia del pianeta, l'ossigeno era raro. "Il nostro pianeta ha, per gran parte della sua storia, assomigliava a un luogo del tutto alieno, " disse Betul Kacar, un biologo evoluzionista e astrobiologo dell'Università di Harvard.

La prima volta che l'elemento ha soffuso in larga misura l'atmosfera terrestre è stato circa 2,5 miliardi di anni fa in quello che viene chiamato il Grande Evento di Ossidazione. Ricerche precedenti suggeriscono che questo salto nei livelli di ossigeno era quasi certamente dovuto ai cianobatteri, microbi che, come piante, fotosintetizzano e producono ossigeno.

Studiare come la vita si è evoluta nelle condizioni aliene del profondo passato della Terra può far luce su "condizioni che potrebbero allinearsi più strettamente con la temperatura o le composizioni atmosferiche di un'ampia varietà di pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare, " disse Kacar. In altre parole, la ricerca sui primi anni di vita sulla Terra potrebbe aiutarci a capire la possibile vita aliena su esopianeti lontani.

Il primo passo importante della fotosintesi è innescato da un enzima noto come Rubisco. Ricerche precedenti hanno suggerito che Rubisco è probabilmente la proteina più abbondante sulla Terra.

"Il compito di Rubisco è quello di assorbire l'anidride carbonica dall'ambiente in modo che possa essere trasformata in materia biologica, " ha detto Kacar.

Esistono molte versioni di Rubisco in un'ampia gamma di organismi, dalle piante ai batteri. Rimane molto incerto su quando Rubisco si sia evoluto e su come si sia diversificato nel tempo a causa dei magri reperti fossili dei primi anni di vita sulla Terra. Imparare di più sull'evoluzione di Rubisco potrebbe far luce su come fosse la prima fotosintesi e sui cambiamenti che ha prodotto sulla Terra. Tali scoperte potrebbero fornire informazioni sugli effetti che le versioni aliene della fotosintesi potrebbero avere su pianeti lontani.

Per capire l'albero genealogico di Rubisco, Kacar e i suoi colleghi hanno utilizzato modelli informatici per analizzare le strutture molecolari di diverse versioni di Rubisco. Confrontare e confrontare diverse versioni di Rubisco può far luce su quanto strettamente o lontanamente correlate tutte queste proteine ​​possano essere l'una con l'altra.

Questo lavoro ha aiutato gli scienziati a dedurre le possibili strutture degli antichi membri dell'albero genealogico dei Rubisco. Gli scienziati hanno poi resuscitato queste proteine ​​ancestrali sul computer per vedere come queste strutture avrebbero potuto comportarsi una volta.

Ci sono quattro gruppi principali, o forme di Rubisco e proteine ​​simili a Rubisco. Gli scienziati si sono concentrati sui cosiddetti gruppi Forma I e Forma III. Le proteine ​​della forma I sono associate all'ossia, o aria carica di ossigeno, e comprendono le forme di Rubisco che sono oggi dominanti. Gli enzimi della forma III sono associati all'anossia, o mancanza di ossigeno, e ricerche precedenti hanno suggerito che potrebbero essere gli antenati di tutti gli altri gruppi di Rubisco.

Le nuove scoperte suggeriscono che Rubisco apparentemente ha subito un grande cambiamento durante la divergenza tra i tipi di Rubisco Forma I e Forma III. Ciò suggerisce che l'ossigeno, che era velenoso per i primi anni di vita sulla Terra, stimolato questi cambiamenti. In particolare, i ricercatori suggeriscono che alcune forme di Rubisco si siano adattate alla presenza dell'ossigeno che indirettamente ha contribuito a generare. Queste forme di Rubisco si sono sviluppate per non confondere l'ossigeno con l'anidride carbonica.

"L'anidride carbonica e l'ossigeno hanno all'incirca le stesse dimensioni e hanno caratteristiche chimiche simili, così Rubisco può confondere le due molecole, " ha detto Kacar. "Quando Rubisco prende ossigeno invece di anidride carbonica, non è possibile produrre biomassa perché non c'è carbonio nell'ossigeno".

In definitiva, i ricercatori vogliono creare microbi che possiedono versioni ancestrali di Rubisco. Possono quindi confrontare i tratti chimici di tali microbi con le composizioni chimiche delle rocce antiche per saperne di più su quali eventi potrebbero essersi verificati nella Terra primordiale, ha detto Kacar.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.