Origine della vita, alla ricerca di LUCA

È del 1923 “L’origine della vita sulla Terra”, di A.I. Oparin , il primo sguardo rivolto al passato per capire dove e come potessero essersi formati i primi viventi; ed è passato circa mezzo secolo dal primo esperimento compiuto da Stanley Miller (1953) per ricostruire in laboratorio le condizioni primordiali in cui avrebbero potuto formarsi le prime molecole biologiche. Da allora fino ad oggi, la biologia ha cercato di fissare una sempre sfuggente definizione di vita, e la biochimica ha indagato i possibili comportamenti degli elementi per dare origine a molecole complesse in un universo prebiotico.

Negli ultimi tempi i tentativi di sintetizzare in laboratorio i componenti degli acidi nucleici e delle proteine hanno avuto successo e, a partire da molecole semplici contenenti carbonio, come la formaldeide, o carbonio e azoto, come la formammide, sono state ottenute le basi azotate, elementi essenziali della costruzione dell’Rna e del Dna. La ricerca di sostanze che, agendo come catalizzatori, rendessero possibili queste sintesi ha dato ottimi risultati. Ma soprattutto ha spostato l’attenzione sui minerali presenti nello spazio, sui granelli di polveri interstellari che favoriscono i processi astrochimici in cui possono formarsi aminoacidi, zuccheri e una gran varietà di composti prebiotici.

La ricerca di Ernesto Di Mauro (professore di Biologia molecolare alla Sapienza Università di Roma) e Raffaele Saladino, professore di Chimica organica e bioorganica all’Università della Tuscia (Viterbo), ci trasporta nella nostra galassia dove le nubi sono così dense da non permettere la trasmissione della radiazione visibile e ultravioletta del sole; ci parla del vento solare, una radiazione emessa dall’alta atmosfera della nostra stella; ci racconta le reazioni che accadono e possono accadere sulla superficie di specifiche meteoriti, con l’apporto di energia esterna. I risultati sembrano straordinari, ma bisogna ricordare ed essere convinti che, come diceva il biochimico belga Christian De Duve, “la vita appartiene alla trama stessa dell’universo”, e ha potuto svilupparsi perché è una manifestazione obbligatoria delle proprietà combinatorie della materia.

La vita inevitabile

Se la vita è inevitabile, non sappiamo però ancora ricostruirne l’inizio. Infatti, oltre a studiare come e dove, chimicamente, si sono formate le molecole che la caratterizzano bisogna ancora capire come queste si siano coordinate funzionalmente a formare strutture complesse in grado di riprodursi e di evolvere; soprattutto essere metabolicamente capaci di raccogliere e trasferire energia in modo mirato e controllato. In altre parole, si cerca di capire chi era, come si è formato, come funzionava e come ha potuto stabilizzarsi LUCA, Last Universal Common Ancestor, il progenitore da cui discende ogni forma di vita terrestre.

Ogni individuo deve necessariamente essere separato e distinto dal suo ambiente: le prime membrane strutturalmente semplicissime erano formate probabilmente da lipidi. Potevano accrescersi inglobando altre molecole lipidiche ma, soprattutto, assorbire selettivamente alcune sostanze ed eliminarne altre. In questo ambiente protetto la “generazione spontanea” di catene polimeriche come quelle dell’RNA sembra essere inevitabile, dato che i monomeri precursori sono poco stabili e i polimeri sono darwinianamente “più adatti” a sopravvivere. Anche la loro replicazione, del resto, risponde a quei criteri di necessità biochimica che hanno eliminato dalla scena molecolare composti troppo stabili, incapaci di ricombinare, probabilmente privi della capacità auto catalitica che caratterizza i ribozimi.

Passo dopo passo, gli autori ci guidano ad esplorare l’organizzazione e la funzionalità dei viventi che conosciamo, ne definiscono i vincoli e le potenzialità, ci permettono di immaginare la graduale costruzione di strutture proto-cellulari, che non sappiamo quando e come sia avvenuta nel tempo ma che deve necessariamente essere avvenuta. Come aveva ben illustrato Jacques Monod in tempi ormai molto lontani, la dialettica tra caso e necessità è sempre una componente essenziale nella costruzione evolutiva dei viventi.

Seppure, per una maggiore comprensione del testo, la ricostruzione degli eventi biochimici è presentata in modo sequenziale, è importante ricordare che nella realtà organizzazione e funzionamento proto-biologico devono essere avvenuti contemporaneamente e in modo cooperativo: composti funzionali come i polimeri nucleici potevano essere attivi solo se incapsulati in membrane e viceversa le membrane non erano vuote ma dovevano racchiudere proto-citoplasma e polimeri nucleici.

Chi era Luca

Un ultimo sguardo alle caratteristiche dei primi viventi porta gli autori a indagare sulle caratteristiche di LUCA: era uno solo o ce ne erano di più tipi, in che ambiente viveva, quanto era stabile, con chi scambiava informazioni genetiche e in che modo… Troppe informazioni mancano ancora; tuttavia Di Mauro e Saladino vogliono concludere la loro storia dell’origine della vita esplicitando, in forma di princìpi, le regole generali seguite nel passaggio dal non-vivente verso il vivente. Sono dieci punti chiave che mettono in luce come questo passaggio sia avvenuto all’interno delle leggi della termodinamica, secondo interazioni chimiche intrinseche alle caratteristiche dei reagenti, con un percorso (inevitabile) dal “naturalmente” semplice al “naturalmente” complesso, proprio come è naturalmente semplice e complessa la vita che conosciamo.

Il libro

Ernesto Di Mauro, Raffaele Saladino
Dal Big Bang alla cellula madre. L’origine della vita
Il Mulino – Farsi un’idea- Scienze, 2016
pp. 122, Euro 11,00