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Amminoacidi o metanoidi? Uno zainetto per Marte

Che cosa ha innescato la magica sequenza che ha portato alla formazione delle prime forme di vita complesse?

Scritto da Annalisa Arci il 08.06.2014

Che cosa ha innescato la magica sequenza che ha portato alla formazione delle prime forme di vita complesse? La risposta va cercata nelle proprietà dell’RNA oppure nelle venti basi di amminoacidi?

Ovviamente sto parlando della Terra. Ciò nonostante, visto che si fa un gran parlare di “vita” esxtraterreste, e lo si fa a mio avviso molto spesso a sproposito, credo che avere la idee chiare sulla nostra storia ci possa aiutare a dare il giusto significato ai dati raccolti sugli altri pianeti, in primis Marte.

(Crediti: wikipedia.org).

Le prime forme di vita sulla Terra furono procarioti unicellulari. Risalenti a circa 3,5 miliardi di anni fa, si sono evoluti a partire dai protobionti, semplici agglomerati di molecole organiche racchiuse in una membrana ma capaci di riprodursi e di avere un metabolismo. Quello che ancora non sappiamo è l’esatta sequenza di eventi che portò ai primi replicanti: in che modo si è formato il primo organismo vivente a partire da insiemi di amminoacidi (necessari alla formazione delle proteine) e nucleotidi (le unità strutturali del DNA)?

L’abiogenesi si occupa di questo: cerca di capire l’origine della vita, quel passo magico – quasi una generazione spontanea – che ha portato la materia a trasformarsi in materia animata. PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences l’anno scorso ha pubblicato un significativo studio in cui si sostiene l’idea che dieci amminoacidi, presenti sulla Terra già 4 miliardi di anni fa, erano già in grado di formare proteine ​​“pieghevoli” in un ambiente salato. A queste proteine capaci di ripiegarsi su se stesse si deve l’attività metabolica necessaria all’emergere della vita. L’articolo riporta i risultati di tre anni di studi e sembrerebbe contraddire il paradigma attuale sull’abiogenesi, secondo cui l’RNA sarebbe “primario”, essendosi formato per primo.

Intanto capiamo perché sono così importanti le proteine. Sostanze organiche azotate sono presenti in tutte le forme di vita. Il corpo umano contiene oltre 100.000 proteine diverse che condividono la medesima composizione elementare: in percentuali diverse, i mattoncini che le compongono sono azoto, carbonio, idrogeno, ossigeno, zolfo. In alcuni casi anche fosforo e ferro. Questi mattoncini elementari sono i 20 amminoacidi oggetto del presente studio. Le proteine sono composte da lunghe sequenze di amminoacidi; se volessimo rappresentarle potremmo pensare ad una struttura tridimensionale che consente anche agli amminoacidi più lontani di disporsi secondo una precisa geometria, dettata dalla specifica azione che la proteina andrà a compiere (ormoni, enzimi, anticorpi). In termini un po’ più tecnici, abbiamo, dunque, una struttura lineare o primaria – che indica la catena polipeptidica nell’atto di avvolgersi a spirale – e una struttura secondaria che corrisponde al modo in cui la catena si ripiega su se stessa per assumere una forma “schiacciata”.

Lo studio pubblicato su PNAS e condotto dal Prof. Michael Blaber del Florida State University College of Medicine, ha analizzato soprattutto le strutture secondarie. Dal dato evidente richiamato in precedenza (il corpo umano utilizza venti comuni amminoacidi per sintetizzare tutte le proteine necessarie) sono state tratte alcune conclusioni. Poiché dieci di queste sono sintetizzabili in laboratorio mediante reazioni chimiche che nulla hanno a che fare con la vita, è nelle strutture secondarie che si annida la complessità della vita. L’esperimento condotto in laboratorio sembra confermare l’ipotesi: applicando una decostruzione “dall’alto verso il basso” della catena di amminoacidi, il team guidato da Michale Blaber ha isolato piccoli blocchi o mattoni di peptidi che evolvono spontaneamente in architetture complesse. E tutti hanno la capacità di “ripiegarsi su se stessi” come le strutture secondarie. È confermato ruolo fondamentale degli amminoacidi ​​nell’abiogenesi.

Metanogeni terrestri durante gli esperimenti in ambienti marziani.  Credit: University of Arkansas

Metanogeni terrestri durante gli esperimenti in ambienti marziani. (Credit: University of Arkansas).

Come ho accennato prima, il paradigma attuale ritiene che l’RNA sia stato il primo a formarsi, soprattutto in ambienti a temperatura elevata; ora, la dimostrazione dell’esistenza di amminoacidi e acidi prebiotici “primari” sembra mettere in discussione questa primarietà. A ben vedere, però, la contraddizione potrebbe essere solo apparente. Gli studiosi sono avvezzi ad osservare organismi estremofili che vivono in condizioni a prima vista impossibili (alte temperature e acidità, freddo e pressione estremi): nell’attesa di ulteriori prove sperimentali, strategie adattative all’ambiente ed evoluzione potrebbero suggerire la complementarietà delle due ipotesi. E questo complica non poco le “ipotesi” e il background teorico di cui tenere conto nell’analisi dei dati provenienti dalle esplorazioni spaziali.

Se, per quanto concerne la storia della vita sulla Terra, resta anche da chiarire il significato del termine spontaneità in questi processi, alcune recenti acquisizioni teoriche nel campo dell’astrobiologia sembrano confermare la natura non deterministica della nostra storia. Anzi, l’esistenza di un ventaglio di possibilità molto ampio e di una pluralità di storie della vita.

I metanogeni sembrano infatti sopravvivere senza problemi all’ambiente ostile di Marte. Lavorando su alcuni metanogeni, un gruppo di ricercatori ha scoperto che sono in grado di sopravvivere su Marte. Sulla Terra questi organismi vivono soprattutto nelle paludi ma si trovano spesso anche nell’intestino di grandi animali erbivori, come le mucche (o in alcune termiti) e si nutrono di materia in decomposizione. Essendo anaerobici, non avendo quindi bisogno di ossigeno per sopravvivere, non necessitano dei comuni nutrimenti organici e della luce solare (per metabolizzare e produrre metano usano l’idrogeno come fonde di energia e il diossido di carbonio come fonte di carbonio).

Questo significa che potrebbero sopravvivere senza problemi sotto la superficie di Marte, in luoghi ancora umidi e al riparo dalla radiazione. Rebecca Mickol, dottoranda in scienze planetarie presso l’Università di Arkansas, ha esaminato due diverse specie di metanogeni: il Methanothermobacter wolfeii e il Methanobacterium formicicum.

Vista al microscopio di Methanothermobacter wolfeii.

Il Methanothermobacter wolfeii al microscopio.

Entrambe le specie sono sopravvissute ai cicli estremi di freddo in grado di simulare le condizioni ambientali marziane. Questi organismi si riproducono normalmente a 37°C e 55°C rispettivamente. “La temperatura sulla superficie di Marte varia molto, da 90°C a +27°C in un solo giorno” ha spiegato Rebecca Mickol. “Se una qualsiasi forma di vita dovesse essere presente su Marte, dovrebbe riuscire a sopravvivere a questi sbalzi di temperatura. La sopravvivenza di queste due specie di metanogeni, esposte a cicli molto lunghi di sbalzi di temperatura, suggerisce che simili organismi potrebbero davvero vivere sotto la superficie di Marte”. La giovane ricercatrice ha presentato il suo lavoro durante la riunione della American Society for Microbiology, che si è tenuta tra il 17 ed il 20 Maggio a Boston.

Ora, le temperature estremamente basse di Marte non sembrano uccidere i metanogeni. Amminoacidi o metanoidi? Allo stato attuale delle nostre conoscenze, se dovessimo riempire uno zainetto di provette e partire per Marte direi che una colonia di metanoidi potrebbe riservare sorprese. 

Riferimenti bibliografici:

A.E. Saal et aliiHydrogen Isotopes in Lunar Volcanic Glasses and Melt Inclusions Reveal a Carbonaceous Chondrite Heritage, in “Science Express”, 2013.

Liam M. Longo, et alii, Simplified protein design biased for prebiotic amino acids yields a foldable, halophilic proteinin “PNAS”, 2013, 110 (6), pp. 2135-2139.

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