Nelle fessure delle rocce vulcaniche l'evoluzione del DNA

Dai tempi dell'esperimento noto come Brodo di Miller, i ricercatori stanno cercando di capire in quali condizioni possano essersi innescati i processi chimici di "auto-organizzazione" della materia che nel giro di centinaia di milioni di anni avrebbero portato alla comparsa di strutture organizzate, le cellule, il primo vero esempio di organismo vivente.

Se l'esperimento di Miller voleva riprodurre le condizioni di formazione dei mattoni fondamentali della vita (aminoacidi e molecole organiche complesse) con il passare degli anni i risultati ottenuti in tale esperimento sono stati in parte messi in discussione in quanto "semplicistici".

Le teorie attuali prevedono che uno dei passaggi chiave nella comparsa della "vita" sia stato il cosiddetto mondo a RNA, cioè lo stadio in cui molecole di RNA dotate di attività catalitica divennero in grado di autoreplicarsi.

Sorgenti termali sottomarine. La culla della vita? (wikimedia)

Il passo successivo a questo primo esempio di autopropagazione dell'informazione "genetica" si è basato sull'inglobazione di queste molecole all'interno di un ambiente protetto (micelle con doppio strato lipidico) dove nuove attività catalitiche avrebbero potuto comparire ed essere selezionate. Sul "dove" questo passaggio sia avvenuto, il consensus odierno vede le  sorgenti idrotermali sottomarine, note come camini, come il luogo ideale in una Terra primitiva e totalmente inospitale.

Uno dei problemi principali di questa teoria è che se da una parte i micropori all'interno delle rocce vulcaniche avrebbero potuto fornire le condizioni ideali per la replicazione del RNA, dall'altra le simulazioni fatte al computer e in laboratorio mostrano che i frammenti più corti di RNA sono favoriti in quanto replicano più velocemente dei frammenti più lunghi. Una tendenza che chiaramente favorisce la perdita di informazioni e non la comparsa di catene via via più lunghe (quindi con più informazioni).

Ma Dieter Braun e colleghi dell'università Ludwig-Maximilian di Monaco di Baviera la pensano diversamente; all'interno delle crepe nelle rocce vulcaniche sottomarine ci sarebbero state le condizioni per rendere possibili non solo la concentrazione delle molecole "utili" ma anche la selezione di molecole lunghe.

Per simulare le condizioni esistenti nei pori delle roccia i ricercatori hanno immerso dei tubi capillari di vetro contenente DNA di lunghezza variabile in un flusso costante di acqua, creando poi una differenza di temperatura tra una faccia e l'altra del tubo pari a 33 gradi. Dopo pochi minuti di esposizione al gradiente si poteva già osservare l'accumulo di alcune molecole di DNA sul lato fresco. Aggiungendo a quel punto al sistema un mix di "ingredienti" come primers fluorescenti, nucleotidi e DNA polimerasi ed incubando per alcune ore, comparivano i prodotti di replicazione del DNA con particolare predilezione per le sequenze più lunghe, meno soggette ai moti convettivi innescati dal gradiente di temperatura (quindi meno soggetti ad essere "lavati via").

"La selezione delle molecole più lunghe", dice Braun, "è il prerequisito per l'evoluzione delle informazioni genetiche, ed è anche la dimostrazione che i pori della roccia possono avere agito come incubatrici della vita su scale microscopica".

Fonte

- Heat flux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length

Moritz Kreysing et al,  Nat. Chem. 10.1038/nchem.2155 (2015)