Thomas Dalton
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Miliardi di anni fa, le molecole su una Terra tumultuosa e senza vita si mischiarono, formando le prime forme di vita. Eoni dopo, una forma di vita più grande e più intelligente si sta rannicchiando su esperimenti di laboratorio cercando di capire i propri inizi.
Mentre alcuni dicono che la vita è emersa da semplici catene di molecole, altri dicono che le prime reazioni chimiche hanno formato l'RNA autoreplicante. Un parente del DNA, l'RNA funge da decodificatore o messaggero di informazioni genetiche. [7 teorie sull'origine della vita]
Un nuovo studio fornisce la prova dell'idea dell'RNA, nota come "ipotesi del mondo dell'RNA". Ma almeno un ingrediente del primo RNA potrebbe differire da quello che si trova nella forma moderna, un gruppo di scienziati ha riferito il 3 dicembre negli atti della rivista National Academy of Sciences.
L'RNA moderno, insieme alla sua spina dorsale di zucchero e fosfato, è composto da quattro blocchi principali: azotobasi chiamate adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracile (U).
Ma si scopre che il primo RNA potrebbe aver avuto una nucleobase che non fa parte della forma moderna.
In minuscoli tubi di plastica, i ricercatori hanno messo acqua, un po 'di sale, un tampone per mantenere il pH basico e gli ioni di magnesio per accelerare le reazioni. Queste condizioni sono simili a quelle che si trovano in un lago o stagno d'acqua dolce, in un lago del cratere o nel tipo di lago o piscina che si trova nelle regioni vulcaniche come il Parco Nazionale di Yellowstone, tutti luoghi in cui la vita potrebbe aver avuto inizio.
I ricercatori hanno quindi aggiunto un piccolo pezzo di RNA chiamato primer attaccato a un pezzo più lungo di RNA chiamato modello. Il nuovo RNA viene prodotto quando un primer copia l'RNA modello, attraverso l'accoppiamento di basi. Le basi azotate corrispondono in modo univoco tra loro; C si lega solo a G e A si lega solo a U.
I ricercatori hanno aggiunto le basi azotate (A, C, G e U) in modo che potessero legarsi al modello e quindi estendere il pezzo più corto, il primer. I risultati hanno mostrato che, con ingredienti dell'RNA moderno, la reazione non ha funzionato abbastanza velocemente da consentire all'RNA di formarsi e replicarsi senza errori.
Ma poi, i ricercatori hanno aggiunto un'altra sostanza chimica, chiamata inosina, nella miscela, invece della molecola a base di guanina. Successivamente, i ricercatori sono stati sorpresi di scoprire che l'RNA potrebbe formarsi e replicarsi in modo leggermente più accurato di quanto non faccia in una miscela con guanina.
Questo mix non ha causato la cosiddetta "catastrofe degli errori", il che significa che le mutazioni o gli errori casuali nelle repliche sono rimasti al di sotto di una soglia, assicurando che potessero essere eliminati prima di accumularsi.
"Il fatto che [l'aggiunta di inosina] superi il problema della catastrofe dell'errore è un test importante del significato [della molecola]", ha affermato David Deamer, biologo dell'Università della California, Santa Cruz, che non faceva parte dello studio . Il suo unico cavillo è l'affermazione che l'inosina è più plausibile nella produzione di RNA primitivo rispetto ad altre basi alternative, ha detto Deamer. Non pensa ancora che le altre basi debbano essere escluse, poiché "questa è un'affermazione abbastanza ampia ... basata su una reazione chimica altamente specifica", ha detto Deamer
Ma poiché l'inosina può essere facilmente derivata da un'altra coppia di basi, l'adenina, rende il processo di origine della vita "più facile" che se dovessi creare la guanina da zero, ha detto John Sutherland, un ricercatore sulle origini chimiche della biologia molecolare presso l'MRC Laboratorio di biologia molecolare nel Regno Unito, che non ha nemmeno preso parte allo studio.
I risultati infrangono "la saggezza convenzionale secondo cui l'inosina non avrebbe potuto essere utile", ha detto Sutherland. Inosine si era guadagnata questa reputazione perché svolge un lavoro molto specifico in una forma di RNA chiamata RNA di trasferimento, che decodifica le informazioni genetiche.
Si pensava che l'inosina "oscillasse" o si legasse a varie coppie di basi piuttosto che a una singola. Ciò l'avrebbe resa una molecola povera per dare istruzioni uniche per formare nuovo RNA, perché non ci sarebbe stata una direzione chiara per ciò a cui l'inosina potrebbe legarsi. E così, "molti di noi avevano erroneamente pensato che [l'oscillazione] fosse una proprietà intrinseca dell'inosina", ha detto Sutherland. Ma questo studio ha mostrato che l'inosina, nel contesto del mondo primordiale in cui è emerso per la prima volta l'RNA, non oscilla, ma invece si accoppia in modo affidabile con la citosina, ha aggiunto.
"Tutto ha senso ora, ma sulla base dei risultati precedenti, non ci aspettavamo che inosina funzionasse come ha fatto", ha detto l'autore senior dello studio Jack Szostak, professore di chimica e biologia chimica presso l'Università di Harvard, che è anche un premio Nobel.
Szostak e il suo team stanno ora cercando di capire in quale altro modo quell'RNA primitivo avrebbe potuto essere diverso dall'RNA moderno e come alla fine si è trasformato in RNA moderno. Inoltre, gran parte del loro laboratorio si concentra su come le molecole di RNA si replicavano prima che gli enzimi si evolvessero. (Gli enzimi sono proteine che accelerano le reazioni chimiche.)
"Questa è una grande sfida", ha detto Szostak. "Abbiamo fatto molti progressi, ma ci sono ancora enigmi irrisolti".
Sutherland ha anche osservato che il campo si sta generalmente spostando da una pura "ipotesi del mondo dell'RNA" a una che vede più componenti mescolati nel calderone che ha creato la vita. Questi includono lipidi, peptidi, proteine e fonti di energia. Ha aggiunto che nella mente dei ricercatori, "è un mondo di RNA meno purista di quanto non fosse un tempo".
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