La domanda su come la vita sia emersa per la prima volta qui sulla Terra è un mistero che continua a sfuggire agli scienziati. Nonostante tutto ciò che gli scienziati hanno appreso dai reperti fossili e dalla storia geologica, non è ancora noto come la vita organica sia emersa da elementi inorganici (un processo noto come abiogenesi) miliardi di anni fa.
Uno degli aspetti più scoraggianti del mistero ha a che fare con peptidi ed enzimi, che cadono in una sorta di situazione di 'pollo e uova'. Affrontando questo, un team di ricercatori dell'University College London (UCL) di recente condotto uno studio che ha effettivamente dimostrato che i peptidi potrebbero essersi formati in condizioni analoghe alla Terra primordiale.
Lo studio che dettaglia i loro risultati è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientificaNatura.Il team di ricerca è stato guidato dal dott. Matthew Powner, un lettore di chimica organica presso il Dipartimento di chimica dell'UCL, e comprendeva Pierre Canavelli e il dott. Saidul Islam, entrambi ricercatori della sezione di chimica organica e biologica dell'UCL.
La sequenza in cui amminoacidi e peptidi si uniscono per formare cellule organiche. Credito: peptidesciences.com
Come Powner ha spiegato lo scopo del loro studio in una recente intervista con UCL News:
“I peptidi, che sono catene di amminoacidi, sono un elemento assolutamente essenziale di tutta la vita sulla Terra. Formano il tessuto delle proteine, che fungono da catalizzatori per i processi biologici, ma esse stesse richiedono enzimi per controllare la loro formazione dagli amminoacidi. Quindi abbiamo avuto un classico problema con la gallina e l'uovo: come sono stati prodotti i primi enzimi?'
Come indicano nel loro studio, una considerevole ricerca in passato è stata dedicata a scoprire come i peptidi si sono formati per la prima volta e hanno permesso l'emergere della vita. Tuttavia, tutte le ricerche precedenti si sono concentrate sugli amminoacidi, piuttosto che sulla reattività dei loro precursori chimici (noti come aminonitrili).
Mentre gli amminonitrili richiedono condizioni difficili per formare amminoacidi (tipicamente fortemente acidi o alcalini), gli amminoacidi devono essere ricaricati di energia per formare peptidi. Tuttavia, i ricercatori hanno trovato un modo per aggirare entrambi questi passaggi dimostrando che i peptidi potrebbero essere prodotti direttamente da aminonitrili ricchi di energia.
Il loro metodo ha sfruttato la reattività incorporata degli aminonitrili con le altre molecole che facevano parte dell'ambiente primordiale della Terra. Il processo consisteva nel combinare l'acido solfidrico con aminonitrili e il substrato chimico ferricianuro ([Fe(CN)6]3?) in acqua, che ha prodotto peptidi.
Ciò ha dimostrato che gli aminonitrili sono in grado di ottenere la formazione di legami peptidici in acqua da soli e con maggiore facilità rispetto agli aminoacidi. Inoltre, ha dimostrato che ciò potrebbe avvenire in mezzo a condizioni e sostanze chimiche che vengono degasate durante le eruzioni vulcaniche e che erano probabilmente presenti sulla Terra miliardi di anni fa. Disse Pierre Canavelli, il primo autore dello studio:
'La sintesi controllata, in risposta a stimoli ambientali o interni, è un elemento essenziale della regolazione metabolica, quindi pensiamo che la sintesi dei peptidi potrebbe essere stata parte di un ciclo naturale che ha avuto luogo nella primissima evoluzione della vita'.
'Questa è la prima volta che è stato dimostrato in modo convincente che i peptidi si formano senza l'uso di amminoacidi nell'acqua, utilizzando condizioni relativamente delicate che potrebbero essere disponibili sulla Terra primitiva', ha aggiunto il co-autore Dr. Saidul Islam.
Questi risultati potrebbero avere implicazioni significative per lo studio dell'abiogenesi, così come per la ricerca della vita sui pianeti extrasolari. Possono anche essere utili nel campo della chimica sintetica poiché la formazione del legame ammidico è essenziale per la fabbricazione di materiali sintetici, bioattivi. Rispetto ai processi chimici convenzionali utilizzati commercialmente, questo nuovo metodo è più efficiente e molto più conveniente.
Rappresentazione artistica dell'Eone Archeano sulla Terra. Credito: Smithsonian/Peter Sawyer
Guardando al futuro, il team di ricerca sta cercando di approfondire i propri studi trovando altri modi in cui gli aminonitrili possono portare a peptidi. Attualmente stanno anche studiando le proprietà funzionali dei peptidi che il loro esperimento ha prodotto nella speranza di capire meglio come avrebbero potuto aiutare a innescare la formazione della vita sulla Terra ca. 4 miliardi di anni fa.
Dopo molte generazioni di tentativi (e fallimenti) di ricreare gli elementi costitutivi della vita, potrebbe essere che gli scienziati abbiano semplicemente fatto il contrario? E questo significa che la tecnologia organica potrebbe essere dietro l'angolo? Solo il tempo lo dirà…
