Eliche di Dna e Rna. Crediti: Scripps Research
Per decenni, i chimici hanno testato teorie su come potrebbe essere iniziata la vita sulla Terra. Un’ipotesi in particolare ha catturato l’immaginazione scientifica per anni: l’ipotesi del mondo a Rna (in inglese, Rna World). Questa ipotesi suggerisce che le molecole prebiotiche si siano unite nelle fasi iniziali per formare Rna (acido ribonucleico), le molecole che trasmettono le informazioni genetiche negli organismi. Secondo tale ipotesi, l’Rna formatosi sulla Terra ha iniziato a replicarsi e a dare origine a molecole come il Dna (acido desossiribonucleico).
È un’ipotesi affascinante, afferma Ramanarayanan Krishnamurthy, professore di chimica alla Scripps Research, ma potrebbe non essere plausibile perché gli ingredienti previsti, come gli enzimi, all’epoca non esistevano ancora sulla Terra. Le molecole di Rna avrebbero dovuto formare strutture stabili – chiamate duplex – caratterizzate da una forte affinità di legame. Ma le molecole di Rna hanno difficoltà a separarsi le une dalle altre e a fungere da modelli per replicarsi in assenza di enzimi.
Ora i ricercatori hanno le prove sperimentali del fatto che la vita sulla Terra potrebbe essere iniziata con una miscela di Rna e Dna. Nell’ultimo numero di Nature Chemistry, Krishnamurthy e il primo autore dello studio, Subhendu Bhowmik, riportano come queste molecole miste formano duplex instabili e hanno una minore affinità. Sorprendentemente, queste “chimere” hanno una maggiore affinità per l’Rna e il Dna, che consente loro di agire come modelli per la produzione di Rna o Dna.
I ricercatori sono stati in grado di creare queste chimere in laboratorio e dimostrare che hanno il potenziale per replicare Rna e Dna, e che l’Rna e il Dna così formati sono in grado di riprodurre le chimere. Questo comportamento potrebbe portare ad un’amplificazione catalitica incrociata di Rna e Dna, un passo chiave verso l’evoluzione di organismi complessi. Oggi, negli organismi, Dna e Rna svolgono ruoli molto diversi. La nuova ipotesi sostiene sperimentalmente l’idea che la vita avrebbe potuto nascere da un sistema molto più disordinato, in cui Rna e Dna “puri” non esistevano ancora.
Nel lavoro guidato da Bhowmik, il team ha inoltre creato molecole miste “eterogenee” fatte di Rna e una molecola sintetica chiamata Tna (acido treonucleico), che si ritiene possa essere un plausibile antenato dell’Rna. Il Tna è molto simile a Rna e Dna, ma differisce da questi per la composizione dello scheletro, costituito da unità ripetute di treosio legate mediante legame fosfodiestere, piuttosto che ribosio o deossiribosio. Ciò consente al Tna di accoppiarsi con Rna e Dna. Krishnamurthy e Bhowmik affermano che una molecola come il Tna avrebbe potuto eseguire questo accoppiamento incrociato proprio all’inizio dell’evoluzione, portando alla formazione sia di Tna che Rna.
Non sapremo mai esattamente come si è formata la vita, ma gli esperimenti fatti hanno mostrato reazioni chimiche che alla fine avrebbero potuto portare alle sequenze di Rna e Dna che oggi sono alla base della vita.
Krishnamurthy suggerisce che gli studi futuri dovrebbero concentrarsi sulla ricerca degli ingredienti necessari per formare le chimere di Rna-Dna, disponibili sulla Terra prebiotica. Gli scienziati infatti hanno usato diverse molecole che probabilmente non erano disponibili allora. Lo studio fornisce una “prova di principio” in base alla quale queste reazioni possono funzionare e Krishnamurthy intende eseguire ulteriori esperimenti per esplorare i percorsi di come le molecole della vita potrebbero essersi unite. Questo studio è solo il primo passo in quella direzione.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Chemistry l’articolo “The role of sugar-backbone heterogeneity and chimeras in the simultaneous emergence of RNA and DNA” di Subhendu Bhowmik & Ramanarayanan Krishnamurthy