Cooperazione molecolare alle soglie della vita

Come gli organismi si sviluppino dalla materia inanimata è una delle più grandi domande della scienza. Sebbene esistano molte spiegazioni possibili, non ci sono risposte definitive. Non c'è da stupirsi: questi processi hanno avuto luogo da tre a quattro miliardi di anni fa, quando le condizioni sulla Terra erano completamente diverse da quelle attuali.

Giustificare le ipotesi con i dati sperimentali

"In questo enorme lasso di tempo, l'evoluzione ha coperto a fondo le tracce che portano alle origini della vita", afferma Roland Riek, professore di chimica fisica e membro del team di gestione del nuovo "Centro interdisciplinare per l'origine e la prevalenza della vita" dell'ETH di Zurigo. Gli scienziati non hanno altra scelta che formulare ipotesi - e giustificarle al meglio con dati sperimentali.

Riek e il suo team hanno perseguito per anni l'idea che gli aggregati proteici - i cosiddetti amiloidi - potessero avere un ruolo importante nella transizione tra chimica e biologia. Il gruppo di ricerca di Riek ha dimostrato per la prima volta che tali amiloidi possono formarsi con relativa facilità nelle condizioni che avrebbero prevalso sulla Terra primitiva: In laboratorio, basta un po' di gas vulcanico (oltre che abilità sperimentale e molta pazienza) perché semplici amminoacidi si combinino in brevi catene peptidiche, che poi si assemblano spontaneamente in fibre (vedi Notizie dell'ETHpagina esterna).

Molecole precursori della vita

Il team di Riek ha poi dimostrato che gli amiloidi possono replicarsi (vedi Notizie dell'ETH) - il che significa che le molecole soddisfano un altro criterio decisivo per essere considerate molecole precursori della vita. E ora, in un recente studio, i ricercatori hanno centrato lo stesso obiettivo per la terza volta: hanno dimostrato che gli amiloidi sono in grado di legare a sé le molecole di materiale genetico RNA e DNA.

Queste interazioni si basano in parte sull'attrazione elettrostatica, perché alcuni amiloidi sono - almeno in alcuni punti - carichi positivamente, mentre il materiale genetico è carico negativamente, almeno in un ambiente da neutro a leggermente acido. Tuttavia, Riek e il suo team hanno notato che le interazioni dipendono anche dalla sequenza dei blocchi di RNA e DNA nel materiale genetico. E potrebbe quindi rappresentare una sorta di precursore del codice genetico universale che accomuna tutti gli organismi viventi.

La maggiore stabilità come vantaggio principale

Tuttavia: "Anche se notiamo differenze nel legame delle molecole di RNA e DNA con gli amiloidi, non capiamo ancora cosa significhino queste differenze", dice Riek. "Per lui, i risultati sono particolarmente importanti anche per un altro motivo: quando il materiale genetico si lega agli amiloidi, entrambe le molecole guadagnano stabilità reciproca. Nell'antichità, questa maggiore stabilità potrebbe essersi rivelata un grande vantaggio.

Questo perché le molecole biochimiche erano molto diluite nel cosiddetto brodo primordiale. In confronto, queste molecole sono densamente impacchettate nelle cellule biologiche di oggi. "? stato dimostrato che gli amiloidi hanno il potenziale per aumentare la concentrazione locale e l'ordine dei blocchi di RNA e DNA in un sistema altrimenti diluito e disordinato", scrivono i ricercatori di Riek nell'articolo pubblicato di recente.

Nell'intervista, l'ETH sottolinea che, sebbene la competizione sia al centro della teoria dell'evoluzione di Darwin, anche la cooperazione ha svolto un ruolo importante nell'evoluzione. Entrambe le classi di molecole beneficiano dell'interazione stabilizzante tra gli amiloidi e le molecole di RNA o DNA, perché le molecole a lunga vita si accumulano maggiormente nel tempo rispetto alle sostanze instabili. La cooperazione molecolare, piuttosto che la competizione, potrebbe essere stata il fattore decisivo per l'emergere della vita. "Perché probabilmente all'epoca c'erano spazio e risorse più che sufficienti", afferma Riek.