Recenti scoperte indicano che la chiralità delle molecole, fondamentale per la struttura della vita, potrebbe non essere stata così fissa nell’antica Terra come precedentemente pensato, suggerendo un’origine per la vita più versatile e adattabile.
Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’UCLA e del Goddard Space Flight Center della NASA offre nuove prospettive sul mistero della vita. Esperimenti precedenti incentrati sulle strutture esistenti della biologia molecolare suggeriscono che la vita sia predisposta alla omochiralità molecolare: la preferenza per una mano come vediamo oggi.
La nuova ricerca, focalizzata sulle strutture che potrebbero essere esistite durante il mondo dell’RNA, suggerisce che l’RNA non avesse inizialmente un preconcetto chimico per una forma chirale di aminoacidi.
Esplorando le Fondamenta dell’Asimmetria della Vita
Potrebbe la vita sulla Terra aver assunto una forma completamente diversa, fino al codice genetico e alle proteine che compongono i nostri corpi? Ed è possibile che il modo in cui la vita si è sviluppata dipenda dal fatto che queste molecole siano “mancine” o “destre”?
Nuove ricerche pubblicate da scienziati dell’Università della California, Los Angeles (UCLA) e del Goddard Space Flight Center della NASA fanno luce su questa domanda fondamentale. Lo studio suggerisce che la vita più antica sulla Terra potrebbe aver assunto una forma diversa, con l’esito essenzialmente come una moneta chimica.
Il Ruolo della Chiralità nella Biologia Molecolare
In chimica, molte molecole esistono in due forme speculari, simili a una mano sinistra e destra. Nonostante le somiglianze, queste forme, note come molecole chirali, non sono identiche e non possono essere sovrapposte. Questa proprietà unica, chiamata chiralità, gioca un ruolo cruciale nella struttura e nella funzione dei mattoni della vita.
La chiralità esiste negli zuccheri, in particolare nel ribosio nel DNA (acido desossiribonucleico) e nell’RNA (acido ribonucleico), così come nei circa 20 aminoacidi comuni, che agiscono come i mattoni di tutte le proteine che portano avanti le istruzioni genetiche. Tutta la vita sulla Terra è composta da zuccheri “destri” e aminoacidi “sinistri”. Esistono anche i loro corrispettivi speculari.
Teoricamente, quelle molecole gemelle geometriche, note come enantiomeri, potrebbero agire anche come mattoni della vita. Ma qui sulla Terra, tutte le molecole coinvolte nella vita hanno esclusivamente la stessa chiralità.
Ipotesi del Mondo dell’RNA e Esperimenti Molecolari
Si ritiene che gli zuccheri “destri” nel DNA e nell’RNA e gli aminoacidi “sinistri” si siano evoluti per interagire tra loro durante l’antica Terra, dove l’RNA a singolo filamento potrebbe essere stata la prima molecola che ha dato origine al DNA e agli aminoacidi. Questo periodo ipotetico intorno a 4 miliardi di anni fa è spesso definito come il “mondo dell’RNA”.
Gli esperimenti precedenti suggeriscono che la vita sia predisposta alla omochiralità molecolare, la preferenza per una mano come vediamo oggi, ma quegli studi si sono concentrati sulle strutture esistenti della biologia molecolare. La nuova ricerca si è concentrata sulle strutture che potrebbero essere esistite durante il mondo dell’RNA.
I loro esperimenti si sono incentrati sui ribozimi, piccole porzioni di RNA note per catalizzare reazioni chimiche. I ricercatori volevano vedere se i ribozimi “destri” costruissero sempre aminoacidi “sinistri” o se ci fosse qualche variazione.
Nuove Prospettive sulla Flessibilità dell’RNA
Per testare la loro ipotesi, i ricercatori hanno simulato le condizioni dell’antica Terra del mondo dell’RNA. Hanno incubato una soluzione contenente ribozimi e precursori di aminoacidi per vedere le percentuali relative delle versioni “destra” rispetto a quelle “sinistra” della fenilalanina, un aminoacido che la soluzione avrebbe aiutato a produrre.
Dopo aver testato 15 diversi ribozimi, hanno scoperto che i ribozimi “destri” possono favorire sia aminoacidi “sinistri” che “destri”. Ciò suggerisce che l’RNA non avesse inizialmente un preconcetto chimico per una forma chirale di aminoacidi.
“Lavori precedenti in questo settore erano ispirati più dalle strutture chimiche della nostra biologia esistente, mentre il nostro studio ha esaminato tutti gli RNA che reagirebbero con l’aminoacido attivato in qualsiasi posizione lungo il filamento”, ha detto la leader dello studio Irene Chen, professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla UCLA Samueli School of Engineering.
“Quello che abbiamo scoperto è che questi ribozimi, pur avendo poco a che fare con la nostra biologia attuale, potrebbero effettivamente rappresentare una potenziale ‘strada non percorsa’ dalla vita sulla Terra”.
Implicazioni per la Vita Extraterrestre e la Ricerca Futura
Questa mancanza di preferenza mette in discussione l’idea che la vita primordiale fosse predisposta a selezionare aminoacidi “sinistri”, che dominano nelle proteine moderne. La ricerca offre anche spunti su come cercare segnali chimici di vita extraterrestre.
“I risultati suggeriscono che l’omochiralità finale della vita potrebbe non essere il risultato di un determinismo chimico, ma potrebbe essere emersa attraverso pressioni evolutive successive”, ha detto l’autore dello studio Alberto Vázquez-Salazar, uno studioso post-dottorato della UCLA Samueli e membro del gruppo di ricerca di Chen.
“Questo lavoro sottolinea la flessibilità e l’adattabilità dell’RNA come modello per lo studio dell’evoluzione precoce e dell’emergere della vita, in particolare per quanto riguarda le origini dell’omochiralità biologica”.
La storia pre-vita della Terra si trova oltre la parte più antica del registro fossile, che è stata costantemente distrutta dalla tettonica delle placche. Durante quel periodo, il pianeta è probabilmente stato bombardato da asteroidi. Accanto agli esperimenti chimici, altri ricercatori sull’origine della vita hanno esaminato prove molecolari provenienti dai meteoriti.
“Comprendere le proprietà chimiche della vita ci aiuta a sapere cosa cercare nella nostra ricerca di vita in tutto il sistema solare”, ha detto il co-autore Jason Dworkin, scienziato senior per l’astrobiologia al Goddard e direttore del Laboratorio Analitico di Astrobiologia.
La Ricerca Continua della NASA sui Mattoni della Vita
Dworkin è il responsabile del progetto scientifico dell’OSIRIS-REx della NASA, che ha estratto campioni dall’asteroide Bennu e li ha consegnati alla Terra lo scorso anno per ulteriori studi.
“Stiamo analizzando i campioni dell’OSIRIS-REx per la chiralità (mano) degli aminoacidi individuali, e in futuro, i campioni da Marte saranno testati nei laboratori per evidenze di vita, inclusi ribozimi e proteine”, ha detto Dworkin.
La ricerca è stata supportata da sovvenzioni della NASA, dalla Simons Foundation Collaboration sull’Origine della Vita e dalla National Science Foundation. Vázquez-Salazar riconosce il supporto attraverso il Programma Post-dottorato della NASA, amministrato dalle Università Associate di Oak Ridge sotto contratto con la NASA.
Altri autori dello studio includono Josh Kenchel, Evan Janzen, Reno Wells e Krishna Brunton, ex membri del gruppo di ricerca di Chen presso l’UC Santa Barbara; Kyle Schultz, parte del suo gruppo alla UCLA; Ziwei Liu, ricercatore presso l’Università di Cambridge; Weiwei Li, studente di dottorato presso la Bren School of Environmental Science & Management dell’UC Santa Barbara; e Eric Parker, astrochimico del Laboratorio Analitico di Astrobiologia del Goddard. Chen detiene anche un incarico accademico presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica della UCLA.
Riferimento: “Il trasferimento chirale prebiotico da ribozimi auto-aminoacilanti potrebbe favorire una delle due mani” di Josh Kenchel, Alberto Vázquez-Salazar, Reno Wells, Krishna Brunton, Evan Janzen, Kyle M. Schultz, Ziwei Liu, Weiwei Li, Eric T. Parker, Jason P. Dworkin e Irene A. Chen, 12 settembre 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-52362-x.
