Immaginate la scena: siamo sulla Terra, circa quattro miliardi di anni fa. Non esistono ancora cellule. Non ci sono membrane a contenere alcunché. Solo un vorticoso, caldo e chimicamente ostile brodo di molecole. E in qualche modo, da qualche parte, l’RNA—la molecola che trasporta le istruzioni genetiche—deve sopravvivere, trovare altre molecole di RNA e iniziare a svolgere la chimica che avrebbe infine portato alla vita come la conosciamo.
Come esattamente ciò sia avvenuto? È uno dei più grandi enigmi della scienza, e onestamente, il fatto che siamo qui a meravigliarcene è piuttosto sbalorditivo, se si pensa a tutte le probabilità che hanno dovuto essere vinte.
Ebbene, i ricercatori dell’Università di Buffalo hanno appena scoperto qualcosa di affascinante che potrebbe aiutare a spiegare tutto ciò. E pensate un po’—si tratta letteralmente di UN atomo di ossigeno.
Il problema del “uovo o della gallina” per la vita primordiale
Ecco la questione relativa all’RNA: è fragile. Esponetlo a troppo calore, acidità o sostanze chimiche aggressive, e si degrada. Sulla Terra primordiale, quelle condizioni erano ovunque.
Ma l’RNA ha anche bisogno di interagire con altre molecole di RNA per fare qualcosa di interessante—come replicarsi, catalizzare reazioni o, infine, portare alle prime proteine e poi al DNA. Prima che esistessero le cellule, non c’era alcuna membrana a mantenere le molecole di RNA insieme in un unico punto. Si sarebbero semplicemente diffuse nel vasto oceano, incontrandosi a malapena.
Come ha potuto dunque l’RNA organizzarsi abbastanza da dare il via alla vita?
Entrano in scena le goccioline
Gli scienziati sospettano da tempo che l’RNA possa aver formato una sorta di compartimenti protettivi—goccioline che agiscono come minuscole bolle liquide senza membrane. Pensate alle goccioline d’olio nel condimento per insalata, ma fatte di RNA e acqua.
Queste goccioline potrebbero concentrare le molecole di RNA in un punto, aumentando le probabilità che interagiscano. Offrirebbero anche una certa protezione dall’ambiente ostile. La domanda era: perché l’RNA è così abile nel formare queste goccioline?
È qui che entra in gioco la nuova ricerca.
Un piccolo segreto chimico
Ecco ciò che mi affascina profondamente di questo studio. RNA e DNA sono spesso descritti come molecole simili—il DNA è l’archivio a lungo termine, l’RNA è il messaggero. Ma chimicamente, differiscono per una piccola caratteristica.
Ogni unità di zucchero nell’RNA possiede un cosiddetto gruppo 2'-idrossile (o 2'-OH in breve). Lo zucchero del DNA non ce l’ha—al suo posto c’è semplicemente un atomo di idrogeno. Stiamo quindi parlando letteralmente di un singolo atomo di ossigeno legato a un idrogeno, rendendo l’RNA appena più complesso del DNA.
Uno. Atomo. Di ossigeno.
Questo è tutto.
Eppure, questa minuscola differenza sembra essere un fattore decisivo per la capacità dell’RNA di formare quelle goccioline protettive.
Gli esperimenti che hanno rivelato tutto
Il team di ricerca ha confrontato il comportamento dell’RNA e del DNA quando riscaldati. Hanno utilizzato le stesse sequenze genetiche per entrambi, così che l’unica differenza fosse quell’atomo di ossigeno.
Ciò che hanno scoperto è stato notevole: l’RNA iniziava a formare goccioline a temperature circa 10 °C inferiori rispetto al DNA. Dieci gradi potrebbero non sembrare molto, ma in chimica è in realtà un’enorme differenza. Significa che l’RNA ha una tendenza sostanzialmente più forte a condensarsi e formare queste strutture.
Ma c’è di più.
Quando l’RNA formava goccioline, le molecole al loro interno si connettevano tra loro, creando reti interconnesse. Man mano che queste reti crescevano, le goccioline passavano da uno stato fluido—simile a miele sottile—a qualcosa di più simile a un gel. Quello stato gelatinoso avrebbe potuto fornire una protezione ancora migliore all’RNA al suo interno, un po’ come alcuni organismi utilizzano rivestimenti protettivi per sopravvivere a condizioni ostili.
Perché un singolo atomo di ossigeno conta così tanto?
Gli scienziati hanno approfondito la comprensione del meccanismo alla base di questa differenza. Utilizzando tecniche avanzate di imaging e simulazioni molecolari, hanno scoperto che il gruppo 2'-OH svolge due