Origini della vita: i primi zuccheri non sono arrivati dal cosmo

 

I chimici dell’origine della vita della Scripps Research e del Georgia Institute of Technology propongono che il gliossilato potrebbe essere stata la fonte originale di zuccheri sulla Terra prebiotica.

 

 

Due importanti chimici dell’origine della vita hanno pubblicato una nuova ipotesi su come i primi zuccheri – che erano necessari per l’evoluzione della vita – siano sorti sulla Terra primordiale.

In un articolo apparso il 13 aprile 2023 sulla rivista Chem, i chimici di Scripps Research e del Georgia Institute of Technology propongono che gli zuccheri chiave necessari per creare forme di vita precoci potrebbero essere emersi da reazioni che coinvolgono il gliossilato (C₂HO₃^–), una sostanza chimica relativamente semplice che plausibilmente esisteva sulla Terra prima che la vita si evolvesse.

“Mostriamo che la nostra nuova ipotesi ha vantaggi chiave rispetto alla visione più tradizionale secondo cui i primi zuccheri sono nati dalla formaldeide chimica”, afferma Ramanarayanan Krishnamurthy, professore presso il Dipartimento di Chimica presso Scripps Research.

Il co-autore di Krishnamurthy è Charles Liotta, professore emerito di reggenti presso la Scuola di chimica e biochimica del Georgia Institute of Technology.

I chimici dell’origine della vita cercano di spiegare come i mattoni molecolari di base e le reazioni necessarie per la vita potrebbero essere sorti dalle semplici sostanze chimiche che erano probabilmente presenti sulla Terra “prebiotica”.

L’obiettivo generale è quello di rispondere alla domanda fondamentale di come è nata la vita sul nostro pianeta.

Ma le scoperte in questo ambito possono anche fornire preziosi contributi – e lo hanno fatto –  in molti altri campi, dalla scienza atmosferica e geologia alla biologia sintetica, alla ricerca di vita su altri pianeti.

Le tre principali classi di molecole biologiche la cui disponibilità deve essere spiegata dalla chimica dell’origine della vita sono: gli amminoacidi che compongono le proteine, le basi nucleotiche che compongono le “lettere” di DNA e RNA e gli zuccheri (chiamati anche carboidrati) che si trovano in tutta la biologia, compresa la struttura dorsale contorta del DNA e dell’RNA.

Secondo le teorie prevalenti, gli amminoacidi probabilmente derivavano dall’ammoniaca (NH₃), mentre le nucleobasi sono nate dall’acido cianidrico (HCN).

L’origine degli zuccheri è stata meno chiara. Molti scienziati ritengono che i primi zuccheri provengano da reazioni che coinvolgono la formaldeide (CH₂O), ma questa teoria ha alcuni inconvenienti.

“Le reazioni di formaldeide proposte da questa teoria sono piuttosto disordinate: hanno reazioni collaterali incontrollate e altri inconvenienti dovuti all’elevata reattività della formaldeide nelle condizioni previste per la Terra primordiale”, dice Liotta.

L’alternativa proposta dai chimici è uno scenario di “reazione di gliossilosio” in cui il gliossilato reagisce prima con se stesso, formando un cugino stretto della formaldeide noto come glicolaldeide.

I ricercatori suggeriscono che il gliossilato, la glicolaldeide, i loro sottoprodotti e altri composti semplici avrebbero potuto continuare a reagire l’uno con l’altro, producendo alla fine zuccheri semplici e altri prodotti, senza gli inconvenienti delle reazioni a base di formaldeide.

Il gliossilato ha già un ruolo di primo piano nelle teorie della chimica dell’origine della vita. Il chimico svizzero Albert Eschenmoser ha proposto nel 2007 che una sua forma potrebbe essere stata la fonte di più biomolecole originali.

Il chimico della Krishnamurthy e della Furman University Greg Springsteen, ha anche suggerito in un articolo di Nature Chemistry del 2020 che il gliossilato potrebbe aver contribuito ad avviare una versione primordiale del moderno ciclo TCA (acido tricarbossilico), un processo metabolico di base trovato nella maggior parte delle forme di vita sulla Terra.

Krishnamurthy e il suo team stanno attualmente lavorando per dimostrare in laboratorio che lo scenario di reazione del gliossilosio potrebbe effettivamente aver prodotto i primi zuccheri.

“Una tale dimostrazione espanderebbe il ruolo del gliossilato come molecola versatile nella chimica prebiotica e stimolerebbe ulteriormente la ricerca della propria origine sulla Terra prebiotica”, dice Krishnamurthy.

I chimici stanno anche esaminando potenziali applicazioni commerciali delle reazioni che producono gliossilato, poiché queste consumano effettivamente CO₂ e quindi può essere utilizzato per ridurre il CO₂ livelli, sia localmente in contesti industriali che a livello globale per combattere il riscaldamento globale.

 

Immagine: Scripps Research and Unsplash