La vita è un fenomeno complesso, caratterizzato da una serie di processi molecolari intricati che avvengono all’interno delle cellule. La sintesi delle proteine, la costruzione delle pareti cellulari e la replicazione del DNA sono solo alcuni esempi di queste attività, che richiedono l’incontro di reagenti in momenti e luoghi precisi e in concentrazioni sufficientemente elevate. L’evoluzione, nel corso di miliardi di anni, ha perfezionato questi meccanismi, garantendo che tali processi vitali avvengano con elevata efficienza.
Tuttavia, circa quattro miliardi di anni fa, le circostanze erano probabilmente molto più caotiche. Le reazioni prebiotiche dell’epoca crearono le condizioni per l’emergere delle prime forme di vita. Anche in questo caso, era necessario che le sostanze “giuste” si incontrassero nel momento e nel luogo “giusto” affinché potessero formarsi biomolecole più complesse come l’RNA e le catene di aminoacidi.
Sebbene sia possibile ricreare tali reazioni in laboratorio grazie a passaggi intermedi manuali, è estremamente difficile che si verifichino spontaneamente in una semplice “zuppa primordiale”, ovvero una miscela molto diluita di blocchi prebiotici. Come potrebbe quindi la natura creare condizioni adatte all’origine della vita?
Un gruppo di biophysicisti dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco (LMU), composto dal Dr. Christof Mast e dal Professor Dieter Braun, coordinatore del Cluster di Eccellenza ORIGINS, e dalla geoscienziata Professoressa Bettina Scheu, ha trovato una possibile risposta a questa domanda. I risultati della loro ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature. “Le nostre indagini mostrano come semplici flussi di calore potrebbero aver generato ordine nel caos chimico dei tempi primordiali e favorito le prime reazioni prebiotiche”, spiega Mast.
Il calore è prodotto da una vasta gamma di processi geologici e chimici, quindi è probabile che i flussi di calore si verificassero quasi ovunque in quei tempi lontani. Se questi flussi di calore attraversano sottili fessure piene d’acqua, come quelle che si formano attraverso il rapido raffreddamento della roccia fusa, si genera una convezione dell’acqua e un movimento diretto delle molecole disciolte nell’acqua lungo il flusso di calore. Questi due effetti combinati – convezione e termoforesi – portano all’accumulo e alla concentrazione selettiva dei vari soluti in diversi luoghi.
Il gruppo di Mast ha dimostrato sperimentalmente questo accumulo selettivo per oltre 60 diversi blocchi prebiotici, come le basi nucleiche e gli aminoacidi. Hanno scoperto che queste sostanze possono differire notevolmente nella loro termoforesi e quindi arricchirsi in modo diverso nelle fessure rocciose. “In un sistema di fessure e crepe interconnesse nella roccia, questo effetto è rafforzato e produce miscele con diverse composizioni di sostanze prebiotiche in ogni fessura”, spiega Thomas Matreux, autore principale dello studio. “Sebbene la soluzione iniziale fosse uniformemente diluita e quindi non reattiva, semplici flussi di calore possono generare una sorprendente varietà di condizioni iniziali possibili per la chimica prebiotica”, aggiunge Paula Aikkila, l’altra autrice principale dello studio.
Senza l’ausilio della moderna tecnologia di laboratorio o dei meccanismi di reazione avanzati della vita odierna, la natura potrebbe quindi aver creato una “cucina molecolare” in grandi sistemi di reti geologiche, in cui tutti gli ingredienti della vita erano ordinati e pronti. Come parte del Centro di Ricerca Collaborativa “Evoluzione Molecolare in Ambienti Prebiotici” (CRC 392), i ricercatori ora intendono indagare quante “pietre” della vita possono essere “preparate” in questo sistema.
