come risalire all'origine della vita

Riuscire a risalire a quel quid che ha determinato l’emergenza della vita è sempre stata l’affascinante scommessa con la quale i biologi si confrontano ancora oggi. Uno di questi è Sheref Mansy, ricercatore della Simons Foundation di New York e dell’Armenise-Harvard presso ilCentro di biologia integrata (Cibio) dell’Università di Trento, che ha ottenuto per la seconda volta un finanziamento di un milione di dollari per i suoi studi sulla cellula artificiale.

FERRO E ZOLFO - «Con i miei collaboratori stiamo realizzando sistemi chimici che si comportano come cellule viventi. In altre parole stiamo esplorando la compatibilità di una serie di modelli attraverso l’assemblaggio di gruppi di ferro-zolfo su impalcature plausibilmente pre-vita». Ma perché considerare la chimica proprio del ferro e dello zolfo e non quella di ossigeno, carbonio, fosforo e azoto, ritenuti gli elementi base della vita? Le ragioni sono più d’una. La Terra è ed era piena di minerali, in particolare di ferro altamente reattivo e di zolfo; la vita anche attuale è dipendente da questi elementi e anche i più semplici esperimenti in laboratorio producono molecole dipendenti da essi; proteine che li contengono sono inoltre presenti in tutti i regni viventi. In più, ferro e zolfo sembrano fornire scorciatoie che rendono più facile l’ottenimento di funzioni desiderate senza ricorrere a strutture più complesse costituite da ossigeno e carbonio: l’evoluzione tende infatti a cercare la soluzione più semplice dipendente dal suo punto di partenza.

SUL CONFINE DELLA VITA - Tutti questi indizi messi insieme hanno fatto formulare l’ipotesi che ferro e zolfo fossero già presenti all’origine della vita. La loro chimica pre-vita è stata indagata finora con studi eseguiti soprattutto su minerali e reperti geologici, come materiali da eruzioni vulcaniche idrotermali: date le estreme condizioni ambientali era tuttavia difficile seguirne i vari passaggi. C’era dunque uno spazio di conoscenze ancora pressoché libero nel quale inserire un filone di ricerca che lavora sul confine tra la vita e la non-vita, tra biologia e chimica. Un esempio può far capire meglio di cosa si tratta.

I MATTONI - Le molecole individuali della vita, come per esempio le proteine, i lipidi e il Dna, sono sostanze organiche che singolarmente non danno origine a esseri viventi. Ed è proprio su questo passaggio, e non esattamente come la vita sia iniziata sulla Terra pre-biotica, che si stanno concentrando gli sforzi di Sheref Mansy: «Il mio interesse attuale è rivolto a materiali necessari alla vita che non sono geneticamente codificati, come appunto i metalli acquisiti dall’ambiente», spiega. Ma come hanno fatto ferro e zolfo a passare dall’ambiente alle cellule passando dalle proteine a cui si legano? «Penso che ci sia stata una risposta chimica a questo problema», dice Mansy, che vuole indagare come si comportano piccoli peptidi pre-biotici in presenza appunto di ferro e zolfo: quando ne individua alcuni capaci di legare questi due elementi, li introduce in modelli di cellule prebiotiche per capire meglio cosa serve per l’emergenza della vita.

SEMPLICI SISTEMI ARTIFICIALI - Per costruire una cellula pre-biotica artificiale in laboratorio si inserisce in vescicole lipidiche un Dna, che codifica per una funzione che interessa, insieme ad altre molecole in grado di sintetizzare Rna e proteine. L’uso di tecniche come la microscopia a fluorescenza aiuta a monitorare cosa sta succedendo all’interno di questi sistemi artificiali, che sono costruiti intenzionalmente per sopravvivere solo tre ore e quindi non per riprodursi. «Non esiste traccia storica dell’emergenza della vita sulla Terra», risponde Mansy. «L’unica possibilità è pertanto quella di ricostruire scenari pre-biotici in laboratorio. Se si riuscirà a ricrearne uno, non significa che la vita sia iniziata necessariamente in quel modo: sarà solo una possibilità».

DOMANDE IRRISOLTE - Molte sono tuttavia le domande irrisolte sulla vita. Per esempio: è esistita una cellula, o un gruppo di cellule, iniziali? Per rispondere a questo quesito è nata l’analisi filogenetica contemporanea della vita che si basa sulla cellula primordiale chiamata «Luca», che non è un nome maschile ma l'acronimo inglese di Last Universal Common Ancestor (il più antico antenato in comune), sicuramente assai complessa e che molto probabilmente impiegava proteine per sopravvivere. I biologi si sono divisi il problema «origine della vita». Ci sono quelli che studiano «Luca» o sistemi simili e quelli che si dedicano all’emergenza di protocellule che non usano proteine. Cosa sia successo tra l’emergenza della vita e la nascita di «Luca» resta tra l’altro ancora un mistero.

VANTAGGI - Quali vantaggi si possono trarre dai risultati di queste ricerche? «Proprio l’impegno coraggioso e pionieristico nel sostenere con risorse un tema che ai più può apparire fantascientifico», commenta Alessandro Quattrone, direttore del Cibio e pro-rettore alla ricerca dell’Università di Trento, «dimostra quanto sia forte l’interesse e la fiducia che le istituzioni statunitensi rivolgono ai progressi della scienza fondamentale. Un atteggiamento difficile da trovare nel nostro Paese, ma che va assolutamente incoraggiato, perché è proprio dai risultati ottenuti in queste linee innovative di ricerca che si annnida la vera ricchezza della conoscenza che potremo lasciare alle prossime generazioni».