Il metabolismo esisteva prima dell’origine della vita

Le reazioni chimiche che si nascondono dietro i metaboliti comuni nei moderni organismi si formarono spontaneamente negli antichi ambienti oceanici della Terra. Una scoperta che mette in discussione accreditate ipotesi sugli eventi che diedero il via alla vita terrestre. La rivoluzionaria ricostruzione del passato arriva da una nuova ricerca dell’Universita’ di Cambridge che ha ripristinato le composizioni chimiche dei primi oceani della Terra in laboratorio.

I ricercatori hanno osservato la comparsa spontanea di sequenze di reazioni che negli organismi attuali consentono la formazione di molecole essenziali per la sintesi di metaboliti come aminoacidi, acidi nucleici e lipidi. Molecole organiche fondamentali per il metabolismo cellulare presente in tutti gli organismi viventi. Il rilevamento di un metabolite in particolare, il ribosio 5-fosfato, nelle miscele di reazione e’ stato particolarmente degno di nota, dato che precursori dell’RNA analoghi potrebbero in teoria dare luogo a molecole di RNA che codificano informazioni, catalizzano reazioni chimiche e si riproducono. Precedentemente e’ stato ipotizzato che le complesse sequenze di reazioni metaboliche, note come percorsi metabolici, si verificano nelle cellule moderne solo grazie alla presenza di enzimi, macchine molecolari molto complesse che si ritiene siano emerse durante l’evoluzione degli organismi.

La ricostruzione effettuata dallo studio pubblicato su Molecular Systems Biology dimostra tuttavia che reazioni simili a quelle del metabolismo potrebbero essere avvenute naturalmente nei nostri primi oceani, precedendo di molto l’apparizione degli organismi. Quasi quattro miliardi di anni fa la vita sulla Terra ebbe inizio in oceani ricchi di ferro che dominavano la superficie del pianeta. Si trattava di un mondo senza ossigeno e pre-fotosintesi, quando lo stato redox del ferro era diverso e molto piu’ solubile, al punto da agire come potente catalizzatore. Nell’antico oceano Archeano, ferro, altri metalli e fosfato facilitarono una serie di reazioni analoghe a quelle cruciali del metabolismo cellulare ma in assenza di enzimi. Le condizioni del mare prebiotico sono state ricostruite basandosi sulle composizioni dei vari sedimenti descritti nella letteratura scientifica che identificano forme solubili di ferro come una delle piu’ frequenti molecole oceaniche.

I diversi metaboliti sono stati incubati a temperature di 50-90 gradi Celsius, simili a quelle che ci si potrebbe aspettare di trovare nei pressi delle sorgenti idrotermali di un vulcano oceanico e che non avrebbero sostenuto l’attivita’ degli enzimi proteici convenzionali. Ventinove le reazioni chimiche metaboliche osservate. I risultati indicano che l’architettura di base della moderna rete metabolica potrebbe aver avuto origine da vincoli fisici e chimici che esistevano sulla Terra prebiotica.