Una sorgente idrotermale. Crediti: PennState University
Il perossido di idrogeno, la cosiddetta acqua ossigenata, può aver costituito l’indispensabile fonte di energia per lo sviluppo della vita sulla Terra. Lo sostengono due matematici in uno studio pubblicato sulla rivista Interface della Royal Society. Una ricerca che potrebbe aiutare a risolvere tutta una serie di interrogativi su come la vita sia potuta emergere e sostenersi su questa nostra Terra.
Si dice Terra ma si deve subito pensare al mare, nelle cui profondità il calore scaturito da antiche sorgenti idrotermali può avere innescato le variazioni di acidità che furono di vitale (mai aggettivo fu più appropriato) importanza per il costituirsi delle prime forme di vita elementari e per la loro diffusione in tutti gli oceani. «L’energia contenuta nel perossido di idrogeno potrebbe aver alimentato il mondo vivente prima che le cellule si evolvessero», dice Rowena Ball della Australian National University (ANU), prima autrice del nuovo studio.
Gli scienziati a favore della visione chiamata del “mondo RNA” sostengono infatti che più di 3,8 miliardi di anni fa, prima che il DNA si evolvesse, esistevano forme di vita non cellulari basate su una molecola più semplice, l’RNA. Tuttavia, in mancanza della “centrale energetica” costituita dalla cellula, nessuno aveva ancora trovato a sostegno di questa teoria una sorgente di energia ciclica che potesse sostenere i meccanismi di replicazione e amplificazione dell’RNA. La professoressa Ball e il professor John Brindley della Leeds University, nel loro studio sostengono di avere trovato una risposta nell’ossidazione del tiosolfato da parte del perossido di idrogeno, composti presenti negli oceani anche nell’antichità. «Questi composti subiscono una reazione in cui il calore e l’acidità variano ciclicamente ogni paio di minuti, fornendo le condizioni ideali per l’evoluzione delle prime forme di vita», spiega Ball.
Secondo i due ricercatori, queste reazioni oscillanti sono state studiate per anni a titolo di curiosità, senza che nessuno si rendesse conto che proprio le fluttuazioni periodiche del calore e dell’acidità avrebbero potuto alimentare le prime forme di vita, prima che il DNA e le proteine si evolvessero. «Tutte le forme di vita cellulare sono alimentate dall’energia fornita da variazioni di acidità, nota come forza motrice protonica. La respirazione e la fotosintesi dipendono da questa energia», aggiunge Ball. «Ora sappiamo che la forza motrice protonica è antichissima, ed era presente prima dell’evoluzione delle cellule».
Oltre al gradiente protonico, per lo sviluppo della vita è stata importante anche la reattività del perossido di idrogeno, che in effetti possiede sufficiente potere ossidante da provocare, di tanto in tanto, delle mutazioni, che sono alla base del meccanismo evolutivo.
Rowena Ball. Crediti: Stuart Hay, ANU
Ma le caratteristiche straordinarie di questa ordinaria molecola non finiscono qui.
«Il perossido di idrogeno si presenta in due forme speculari», prosegue Ball. «Interazioni specifiche di molecole biologiche, preferenziali rispetto a una piuttosto che all’altra forma speculare, possono spiegare perché le molecole biologiche si siano sviluppate secondo una sola delle due architetture, cosa che ha lasciato perplessi gli scienziati per generazioni».
Tutto relativamente semplice da dire, ma assai difficile da calcolare. Il lavoro dei due matematici è stato proprio quello di sviluppare un complesso modello informatico che risolvesse le molteplici equazioni necessarie a descrivere i cicli di acidità e i relativi cicli di riscaldamento.
Tuttavia, quando dopo mesi di calcolo la soluzione è arrivata, una soddisfazione ancora più grande è stata la constatazione che la natura ripetitiva dei cicli di reazione poteva risolvere un altro mistero: come la vita potesse essere diventata indipendente dai luoghi nei quali è probabilmente nata, le bocche idrotermali.
«Ondate di acidità e di calore avrebbero potuto diffondersi lontano dalla fonte di calore originale, il che avrebbe liberato la vita dal rimanere costretta nelle regioni intorno ai camini idrotermali», conclude Ball.
Referenze:
The life story of hydrogen peroxide II: a periodic pH and thermochemical drive for the RNA world, di Rowena Ball e John Brindley, Interface