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Vita da un laghetto: nuovi studi confermano la teoria di Darwin

In condizioni di laboratorio, i chimici, a partire dalle sostanze inorganiche, hanno acquisito strutture in grado di nutrirsi e riprodursi autonomamente.

I fisici hanno mostrato quanto segue: È molto probabile che le prime cellule formate in questo modo sarebbero apparse periodicamente nelle pentole di essiccazione. Fu così confermata la teoria di Darwin dell’autocreazione della vita in un piccolo stagno.

Cellule primarie della vita

Tutti gli esseri viventi sulla Terra sono costituiti da cellule, che sono le unità di base della vita. Le principali funzioni che distinguono un essere vivente da un non vivente sono Metabolismo, Altezza, reazioni a fattori motivanti, adattabilità, capacità di riprodurre e trasmettere informazioni genetiche. Tutte queste funzioni sono possibili grazie ai processi fisico-chimici che avvengono all’interno delle cellule.

Ma affinché l’intero sistema funzioni correttamente, la cellula deve essere formata. Secondo gli scienziati, la formazione della cellula in natura è preceduta dall’accumulo di sostanze organiche e dal loro aspetto durante la loro sintesi di forme prebiotiche, cioè cellule primarie, che diventano l’anello di congiunzione tra materia vivente e inorganica. La storia geologica non ne conserva traccia, in quanto non ci sono giunte rocce più vecchie di 3,5 miliardi di anni. Questo è il momento in cui è nata la vita sulla Terra.

Le cellule primarie devono contenere almeno due componenti essenziali: una molecola capace di auto-riprodursi e un vettore di informazione genetica. Rivestimento che lo protegge dall’ambiente esterno. La composizione genetica delle protocellule era molto primitiva: gli scienziati ritengono che fino a un certo momento si siano solo nutriti e riprodotti senza cambiare forma.

Nel 2011, i biologi dell’Università di Tokyo hanno creato analoghi sintetici di cellule primarie in laboratorio a partire da una selezione di materiali organici. Dopo la reazione a catena della polimerasi (PCR) sono stati in grado di produrre una scissione completa e autonoma simile a quella che si verificherebbe in condizioni naturali.

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Le nuove strutture cellulari formatesi durante la mitosi erano del tutto identiche a quelle originarie: oltre al mantello, ereditavano dalle “cellule” madri tutta una serie di geni che continuavano a definire le loro funzioni. Questi “esseri viventi” non possono essere definiti viventi perché mancano della componente evolutiva. Ma sono molto simili alle semplici strutture apparse sulla Terra miliardi di anni fa.

Per preparare il substrato primitivo per le strutture cellulari elementari (scientificamente, coacervato), gli autori dello studio hanno preso dozzine di componenti organiche, il cui rapporto era stato precedentemente calcolato dal computer. Incorporando questi materiali, hanno formato strutture nel substrato che contenevano frammenti di DNA e dotate di uno strato cationico.

Sebbene lo studio condotto sia rivoluzionario, i suoi risultati non chiariscono la possibilità di generazione spontanea, cioè la formazione della vita a partire da materiale non vivente. In effetti, gli enzimi, i peptidi e gli acidi nucleotidici che gli scienziati hanno utilizzato come ingredienti di base erano derivati ​​dalla materia organica, cioè creati da organismi viventi.

DNA Non è in grado di autoprodursi se alcuni enzimi non sono coinvolti nel processo, cioè certe proteine ​​che catalizzano tutte le fasi della loro replicazione. Gli scienziati giapponesi sono riusciti a crearlo in laboratorio, ma notano bene con l’aiuto di componenti biologici.

Materiali cellulari primari

In un nuovo studio, scienziati dell’Istituto di Scienze della Terra del Politecnico di Tokyo, in collaborazione con colleghi malesi, cechi, americani e indiani, hanno deciso di identificare potenziali meccanismi per la creazione di cellule primarie che partono “da zero”, cioè solo nel campo dei processi chimici che non coinvolgono componenti biologici.

Studiosi Hanno studiato un’ampia gamma di composti in grado di formarsi a seguito delle varie reazioni prebiotiche avvenute durante i momenti più primitivi della storia della Terra.

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L’attrazione di esperti ha scoperto che molte di queste sostanze (inclusi eteri, ammine, azoturi e immidi) in determinate condizioni sono più facilmente polimerizzabili rispetto ai composti biologici. Mentre alcuni creano anche strutture pseudo-cellulari spontaneamente, i cosiddetti compartimenti. Secondo gli autori, le catene polimeriche all’interno di questi compartimenti sono state in grado di creare strutture 3D uniche, ovvero prototipi da proteine ​​o RNA.

Come è noto, le proteine ​​sotto forma di catene di amminoacidi polimerizzate altamente elastiche svolgono il ruolo di catalizzatori per le reazioni chimiche intracellulari. Negli organismi viventi è sintetizzato con l’aiuto del codice universale trovato nell’RNA. Gli scienziati ancora non sanno come e quando è apparso. Ma i risultati dello studio indicano che molte molecole polimerizzate sono in grado di creare catene simili e forme catalitiche simili.

Per ottenere catene polimeriche in laboratorio, gli autori hanno ricreato la periodica alternanza di un microclima secco e umido. Di solito, quando la soluzione evapora, inizia il processo di polimerizzazione, ma non tutti i polimeri formati sopravvivono all’essiccazione. Alcuni sono crollati. Altri, aggiungendo acqua, continuano il ciclo di sintesi. Questo, secondo gli autori, è l’aspetto più primitivo (a livello molecolare) della selezione evolutiva e che nel tempo è diventato la caratteristica essenziale di tutti gli esseri viventi.

Analizzando questi polimeri evolutivamente “forti” al microscopio, i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che alcune camere sono state create di dimensioni simili a quelle cellulari e contengono tra 10 e 20 atomi. Secondo gli scienziati, nel tempo, questi gruppi pseudo-cellulari dopo lunghi processi chimici possono diventare cellule complete e quindi strutture auto-organizzate contenenti milioni di atomi.

L’instabilità è una condizione vitale

I fisici sostengono anche che le successioni periodiche di periodi di umidità e disidratazione contribuiscono al profilo chimico dei prebiotici complessi.

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Studiosi Dalla Pennsylvania State University con i colleghi della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago che hanno studiato l’APS Synchrotron presso l’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti che altera i compartimenti polimerici a cui sono sottoposti durante i cicli a secco.

Gli autori hanno monitorato le vescicole che accompagnano i molteplici elettroliti in un ambiente liquido che erano identiche nella composizione all’acqua nella piscina. Gli scienziati hanno simulato le condizioni in cui la “piscina” si asciuga e poi si riempie di nuovo di acqua piovana. Hanno scoperto che nel primo caso la concentrazione di acidi e sali nucleotidici è aumentata, mentre nel secondo caso è diminuita. Ma all’interno dei compartimenti polimerici la concentrazione non differisce.

Ciò ha suggerito che l’ambiente fosse statico all’interno delle strutture pseudocitiche primitive, contribuendo alla continuazione dei cicli di reazioni chimiche. Secondo i ricercatori, questo era un fattore critico nella progressiva formazione intracellulare di complessi composti polimerici autoreplicanti come l’RNA.

Oggi i chimici sanno che i cicli ciclici disidratazione-acqua in natura semplificano la selezione di cluster molecolari (aminoacidi e nucleotidi) all’interno di peptidi e proteine ​​in presenza di una diminuzione della barriera termodinamica che, in condizioni normali, ostacola la polimerizzazione. Esempi di questi sistemi naturali sono i bacini di acque poco profonde in regioni in cui la pioggia si alterna periodicamente con siccità o sorgenti calde occasionali come Io sono il geyser.

Ma sorprendentemente, Charles Darwin fu il primo a formulare l’idea che la vita fosse nata in una “piccola piscina riscaldata dai raggi del sole” fu Charles Darwin già a metà del diciannovesimo secolo.

Florentino Vecellio

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