Il mistero irrisolto dell’origine della vita: una nuova strategia

Nonostante anni di progressi, l’origine della vita rimane uno dei misteri più duraturi della scienza.

“La caratteristica più importante della biologia, gli esseri viventi sono costituiti da cellule, attraverso le quali si passano le informazioni genetiche DNA“Usano enzimi proteici per alimentare il loro metabolismo, e tutto ciò è emerso attraverso processi specifici in una storia evolutiva molto precoce”, afferma Aaron Goldman, assistente professore di biologia all’Oberlin College. “Capire come si sono formati questi sistemi biologici di base non solo ci darà un’idea di come funziona la vita a un livello fondamentale, ma anche di cosa sia effettivamente la vita e di come possiamo cercarla oltre la Terra”.

La questione di come la vita sia emersa per la prima volta viene solitamente studiata attraverso esperimenti di laboratorio che simulano gli ambienti della Terra primordiale e cercano la chimica che potrebbe creare gli stessi tipi di biomolecole e reazioni metaboliche che vediamo oggi negli esseri viventi. Questo è noto come approccio “dal basso verso l’alto” perché funziona con materiali che altrimenti sarebbero sulla Terra per i prebiotici.

Mentre questi cosiddetti esperimenti di “chimica prebiotica” hanno dimostrato con successo come vivere poter avere Crescendo, non possono dirci com’è realmente la vita un atto presentarsi. Nel frattempo, altre ricerche stanno utilizzando tecniche della biologia evolutiva per ricostruire come avrebbero potuto apparire le prime forme di vita sulla base dei dati della vita odierna. Questo è noto come approccio “dall’alto verso il basso” e può raccontarci la storia della vita sulla Terra.

Tuttavia, la ricerca dall’alto verso il basso può solo guardare indietro poiché c’erano geni ancora conservati negli organismi di oggi, e quindi non fino all’origine della vita. Nonostante i loro limiti, la ricerca dall’alto verso il basso e dal basso verso l’alto mira all’obiettivo comune di scoprire le origini della vita e, idealmente, le loro risposte dovrebbero convergere su un insieme comune di termini.

Un nuovo articolo pubblicato da Goldman, Lori Barge (Research Scientist in Astrobiology at the NASALaboratorio di propulsione a reazione (Laboratorio di propulsione a reazione)) e colleghi, per colmare questa lacuna metodologica. Gli autori sostengono che la combinazione di ricerche di laboratorio dal basso verso l’alto su percorsi plausibili verso l’origine della vita con ricostruzioni evolutive dall’alto verso il basso delle prime forme di vita può essere utilizzata per scoprire come la vita abbia avuto realmente origine sulla Terra primordiale.

Nel loro articolo, gli autori descrivono un fenomeno fondamentale per la vita odierna che può essere studiato combinando la ricerca dal basso verso l’alto e dall’alto verso il basso: le catene di trasporto degli elettroni.

Le catene di trasporto degli elettroni sono un tipo di sistema metabolico utilizzato dagli organismi attraverso l’albero della vita, dai batteri agli esseri umani, per produrre forme utilizzabili di energia chimica. I molti diversi tipi di catene di trasporto degli elettroni sono specifici per ogni forma di vita e il metabolismo energetico che utilizzano: ad esempio, i nostri mitocondri contengono una catena di trasporto degli elettroni associata al metabolismo energetico eterotrofico (che consuma cibo); Considerando che le piante hanno una catena di trasporto di elettroni completamente diversa collegata a loro Fotosintesi (Generare energia dalla luce solare).

E in tutto il mondo microbico, gli organismi utilizzano un’ampia gamma di catene di trasporto degli elettroni associate a una varietà di diversi processi metabolici energetici. Ma, nonostante queste differenze, gli autori descrivono le prove della ricerca dall’alto verso il basso che questo tipo di strategia metabolica è stata utilizzata da forme di vita molto precoci e forniscono diversi modelli per le catene di trasporto degli elettroni ancestrali che possono essere ricondotte alla primissima storia evolutiva. .

Hanno anche esaminato le attuali prove dal basso che anche prima che la vita così come la conosciamo emergesse, la chimica simile a una catena di trasporto degli elettroni avrebbe potuto essere facilitata dai minerali e dalle acque dei primi oceani della Terra. Ispirati da queste osservazioni, gli autori delineano strategie di ricerca future che combinano la ricerca dall’alto verso il basso e dal basso verso l’alto sulla prima storia delle catene di trasporto degli elettroni al fine di ottenere una migliore comprensione dell’antico metabolismo energetico e dell’origine della vita in senso più ampio.

Questo studio è il culmine di cinque anni di lavoro precedente di questo team multidisciplinare e multidisciplinare guidato da Barge al JPL, che è stato finanziato dal NASA-NSF Ideas Lab for the Origins of Life per studiare come le reazioni metaboliche emergono negli ambienti geologici sulla Terra a il tempo in anticipo. Il lavoro precedente del team ha esaminato, ad esempio, specifiche interazioni della catena di trasporto degli elettroni guidate dai metalli (guidate da Jessica Weber, una ricercatrice del JPL); Come antichi enzimi poter avere Le sostanze chimiche prebiotiche sono incluse nei loro siti attivi (guidato da Goldman); E Metabolismo microbico in ambienti ad alta energia limitata (Guidato da Doug LaRue, della University of Southern California).

“L’emergere del metabolismo è una questione multidisciplinare e quindi abbiamo bisogno di un team multidisciplinare per studiarlo”, afferma Barge. “Il nostro lavoro ha utilizzato tecniche di chimica, geologia, biologia e modellazione computazionale, per combinare questi approcci top-down e bottom-up, e questo tipo di collaborazione sarà importante per i futuri studi sui percorsi metabolici prebiotici”.

Riferimento: “Catene di trasporto di elettroni come finestra sulle prime fasi dell’evoluzione” di Aaron D. Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
DOI: 10.1073/pnas.2210924120

Lo studio è stato finanziato dalla National Aeronautics and Space Administration.