Secondo un'ipotesi, la vita precellulare primitiva è sorta oltre quattro miliardi di anni fa sulla terraferma tra vulcani e fumarole, che fornivano tutta la chimica necessaria per la sua conservazione e nutrizione. Questo potrebbe essere accaduto sia sulla Terra che su Marte.
Una cellula vivente è un organismo molto complesso che combina molti elementi, meccanismi e processi. Come si è formato è sconosciuto. Alcuni scienziati cercano di sintetizzare una cellula nel suo insieme, altri vanno da semplici a complessi, scoprendo come le sue parti costituenti si siano formate separatamente e poi si siano evolute nel corso di miliardi di anni.
Per molto tempo si è creduto che la vita avesse origine negli oceani, ma recentemente questo punto di vista è stato criticato. Sebbene l'acqua faccia parte della cellula, è dannosa per la sintesi spontanea di biomolecole. Inoltre, non ci sono prove che i mari e gli oceani esistessero sulla superficie del pianeta più di quattro miliardi di anni fa, quando, presumibilmente, iniziò il processo dell'origine della vita.
Chimica del mondo dell'RNA
Il ruolo della proto-vita è rivendicato dalle molecole di acido ribonucleico, RNA. Sono in grado di memorizzare informazioni, riprodurre, sintetizzare proteine e svolgere in modo indipendente molte funzioni diverse, che in una cellula moderna hanno assunto il DNA, enzimi e altre molecole biologiche.
Le molecole di RNA sono costituite da nucleotidi alternati collegati da ponti di ossigeno. Gli scienziati hanno cercato a lungo di ricreare i collegamenti della catena polimerica di questa complessa molecola, ma la svolta è arrivata solo nel 2009, quando i ricercatori britannici Matthew Powner e John Sutherland hanno pubblicato i risultati degli esperimenti sulla sintesi di due nucleotidi di RNA: citosina e uracile. Sono stati ottenuti in condizioni di laboratorio da materia organica semplice e fosfato dopo irradiazione ultravioletta.
“Hanno sintetizzato interamente due nucleotidi naturali. È stato un enorme passo avanti , afferma RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, dottore in scienze biologiche, dipendente dell'Istituto di ricerca di biologia fisico-chimica A. N. Belozersky, Università statale di Mosca Lomonosov, dipendente del Dipartimento di fisica dell'Università di Osnabruck (Germania).
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Il nucleotide è costituito da una base azotata, gruppi di zucchero (ribosio) e fosfato, quando attaccati a cui viene immagazzinata l'energia. Alexander Butlerov ha mostrato come ottenere miscele di zuccheri complessi dalla materia organica nel 1859. Un secolo e mezzo dopo, il chimico americano Steven Benner scoprì che affinché questa reazione formi selettivamente ribosio, l'ossido di molibdeno è necessario come catalizzatore. Inoltre, per stabilizzare gli zuccheri risultanti, sono necessari molti borati - sali di acido borico. Benner ha teorizzato che tali condizioni chimiche potrebbero esistere da qualche parte nei deserti, come le altezze aride e basaltiche di Marte.
“In effetti, l'inizio di Marte e la Terra erano molto simili. Marte potrebbe aver avuto un'atmosfera ancora più ossidata rispetto all'antica Terra e lì sono stati trovati depositi di borato, suggerendo un'attività geotermica di lunga data. La metà del territorio di Marte è composta da rocce più vecchie di quattro miliardi di anni, quindi ha senso cercare tracce di vita lì. A causa della tettonica delle placche, le rocce di questa età non sono sopravvissute sulla Terra , spiega Mulkidzhanyan.
Vulcano Solfatara, Campi Flegrei, Italia / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Campi Flegrei.
Non c'è vita senza luce
Lo specialista dell'energia cellulare Armen Mulkidzhanyan si occupa da tempo del problema dell'origine della vita, che ha tradizioni venerabili nella scienza sovietica e russa. Basti pensare che l'accademico Alexander Oparin è considerato il padre fondatore di questa direzione scientifica in tutto il mondo.
Mulkidzhanyan e colleghi hanno suggerito che la luce ultravioletta potrebbe essere un fattore chiave nella selezione delle prime biomolecole. L'atmosfera antica non conteneva né ossigeno né ozono. Conservava quelle biomolecole che inizialmente potevano essere semplicemente riscaldate dai raggi del sole senza decadere. Ciò è dimostrato dal fatto che tutte le basi azotate naturali dell'RNA hanno questa proprietà. Ma i protoorganismi viventi difficilmente avrebbero resistito alla dura radiazione cosmica, ritiene il biologo. Ciò significa che non ci possono essere dubbi sulla loro consegna da parte di meteoriti da Marte alla Terra.
I campi geotermici che si formano intorno ai vulcani sono adatti all'origine della vita. Al posto dell'acqua, come nei geyser, il vapore fuoriesce dalle sorgenti calde, saturo di tutti i componenti necessari. Contiene anidride carbonica, idrogeno, ammoniaca, solfuri, fosfati, molibdeno, borati, potassio - e ce n'è più del sodio. Il potassio predomina anche nelle cellule di tutti gli organismi, perché altrimenti la biosintesi delle proteine è impossibile. Come hanno dimostrato Mulkidzhanyan e colleghi, il potassio è essenziale per il funzionamento delle proteine più antiche. Bioinformatica Evgeny Kunin è riuscita a calcolarli nel 2000 durante la ricostruzione dell'antenato comune di tutti gli organismi cellulari - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Le proteine che codificano per i geni LUCA utilizzano anche ioni di zinco come catalizzatori o elementi costitutivi.
“I solfuri di zinco possono formare tutti i batteri. È interessante notare che i cristalli di solfuro di zinco e un solfuro di cadmio simile sono in grado di ridurre l'anidride carbonica a molecole organiche, potenzialmente "commestibili" sotto la luce ultravioletta. Pertanto, i primi organismi viventi potrebbero coprirsi con cristalli di questi minerali per proteggersi dalle radiazioni ultraviolette e procurarsi del cibo”, spiega lo scienziato.
Lo zinco è volatile, cristallizza lentamente e precipita, a differenza del ferro e del rame, alla periferia dei campi geotermici, dove non è caldo.
"Alla fredda periferia di tali campi," anelli di vita "potrebbero essersi formati intorno alle sorgenti termali calde", conclude il ricercatore.
I campi geotermici esistono ancora sulla Terra, a differenza di Marte, le cui viscere si sono raffreddate. Armen Mulkidzhanyan, insieme al geochimico Andrey Bychkov dell'Università statale di Mosca Lomonosov, ha studiato le condizioni chimiche delle fumarole vicino al vulcano Mutnovsky in Kamchatka. Condizioni simili si osservano nel Parco Nazionale di Yellowstone negli Stati Uniti, nei campi geotermici di Lardarello in Italia e di Matsukawa in Giappone.
Recentemente, sono state scoperte tracce di un campo geotermico di 3,5 miliardi di anni nella regione australiana di Pilbara, lo stesso luogo in cui sono state trovate le tracce più antiche di comunità viventi sulla Terra.
Tatiana Pichugina
