Origine della vita: nuova ipotesi del passaggio da chimica inorganica a prime cellule

Per la prima volta è stato tracciato un percorso coerente che parte da materiale inorganico, acqua e anidride carbonica e porta alla comparsa delle proprietà bioenergetiche delle cellule viventi L’importante lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica Cell.

All’origine della vita, le prime protocellule devono aver avuto bisogno di una grande quantità di energia per il loro metabolismo e la loro replicazione, soprattutto perchè gli enzimi che catalizzano reazioni molto specifiche dovevano ancora evolversi. La maggior parte del flusso energetico semplicemente veniva sprecato in trasformazioni molto inefficienti rispetto alle cellule moderne.

Da questa situazione scaturisce una domanda: da dove è arrivata tutta questa energia sulla Terra primordiale, e come si è concentrata nella chimica organica necessaria per la vita?

I ricercatori hanno cercato la risposta  nella chimica dei camini idrotermali delle acque profonde. Per rispondere, in realtà, Nick Lane, scienziato di Genetica, Evoluzione ed Ambiente dell’Università della California a Los Angeles e il suo collega Bill Martin dell’Università di Düsseldorf , si sono concentrati sulla provenienza di tutta questa energia e sul perché tutta la vita, così come noi la conosciamo, conserva l’energia sotto la forma peculiare di gradienti ionici attraverso le membrane.

“La vita è, in effetti, una reazione secondaria di una reazione che consuma energia e gli organismi viventi richiedono grandi quantità di energia per continuare a vivere,” ha dichiarato Nick Lane.

Gli esseri umani consumano più di un chilo (oltre 700 litri) di ossigeno in ogni giorno, trasformandolo in anidride carbonica. Le forme di vita monocellulari più semplici sono molto meno efficienti di noi, producendo circa 40 volte più scarti durante la loro ‘respirazione’. In tutti questi casi, l’energia derivata dalla respirazione viene conservata in forma di gradienti ionici delle membrane.

Questa strana caratteristica  è universale in tutte le forme di vita che conosciamo come lo è il codice genetico, il famoso DNA. Lane e Martin hanno dimostrato che i batteri in grado di crescere grazie soltanto a idrogeno ed anidride carbonica sono molto simili nei dettagli del loro metabolismo energetico ai processi che avvengono in un particolare tipo di camini idrotermali in acque profonde, note come sorgenti idrotermali alcaline.

Il camino idrotermale, detto anche bocca idrotermale, è una frattura nella superficie della crosta terrestre da cui fuoriesce acqua geotermicamente riscaldata. Le sorgenti idrotermali si trovano comunemente nei pressi di aree vulcanicamente attive, in zone in cui le placche tettoniche si stanno muovendo, nelle dorsali oceaniche e nei punti caldi.

Alla base dei valori misurati, si stima che i gradienti di protoni naturali, agendo attraverso le sottili pareti semiconduttrici dei camini, contenenti ferro e zolfo, possano aver determinato l’assimilazione del carbonio organico, dando origine alle protocellule all’interno del labirinto microporoso di queste bocche idrotermali.

I ricercatori hanno inoltre ipotizzato che tali protocellule  potevano essere limitate dalla loro permeabilità, che alla fine le ha costrette a trasdurre i naturali gradienti di protoni in gradienti biochimici di sodio, senza alcun costo energetico, utilizzando un semplice trasportatore Na+ / H+.

La loro ipotesi prevederebbe un insieme di proteine necessarie per la conservazione di questa energia e spiegherebbe l’altrimenti sconcertante utilizzo di protoni e ioni di sodio (Na+) dalle cellule viventi in modo assolutamente promiscuo.

Queste considerazioni potrebbero anche spiegare la divergenza profonda tra i batteri e gli archeobatteri – due forme di vita elementari (monocellulari) che tuttavia si differenziano in modo fondamentale. Per la prima volta, aggiunge Lane, “è possibile tracciare un percorso coerente che porta da rocce, acqua e anidride carbonica alle strane proprietà bioenergetiche di tutte le cellule viventi oggi.”