L’ipotesi del “mondo a RNA” è uno dei pilastri della ricerca sull’origine della vita. Secondo questa ipotesi, prima della vita come la conosciamo, dovevano essersi formate molecole di RNA che assumevano, oltre alle loro attuali funzioni, quelle del DNA e degli enzimi. Un interessante studio recente pubblicato sulla rivista Nature fa un ulteriore passo avanti.
L’articolo mostra che un semplice RNA può generare peptidi nelle condizioni del “mondo dell’RNA”. Pertanto, agirebbe come un semplice predecessore della funzione svolta dal ribosoma. La chimica mostra che la formazione abiotica di un ibrido RNA-peptide è possibile.
L’interesse di questo lavoro risiede nella sua coerenza con un modello globale. Per quelli di noi che hanno lavorato sui passaggi precedenti nel processo di origine della vita, è coerente con il ruolo dell’urea come composto chiave nell’origine della vita. Il lavoro ne aggiunge un altro ai molteplici ruoli di questa molecola nel mondo prebiotico: l’urea come connettore in una sintesi peptidica primordiale.
È anche coerente con ciò che sappiamo sulla biologia molecolare. Pertanto, questo lavoro non è un cambio di paradigma, ma chiarisce un malinteso storico sul significato del concetto di “mondo a RNA”.
Nucleotidi canonici, non canonici e paradossi dell’RNA
Le basi del DNA sono adenina, guanina, citosina e timina. Le basi dell’RNA sono adenina, guanina, citosina e uracile. Le chiamiamo “basi canoniche”. Sono la maggioranza nella struttura degli acidi nucleici e sono responsabili del linguaggio del codice genetico.
Si è tentati di concentrarsi sulle basi canoniche (e sui loro nucleotidi corrispondenti) quando si pensa all’origine della vita.
L’RNA è una molecola versatile che può fungere da trasmettitore di informazioni genetiche, da catalizzatore per reazioni chimiche (ribozimi), inclusa la propria sintesi. Il lettore penserà che, forse, la vita è stata preceduta dalla formazione di molecole di RNA in grado di generare copie di se stesse e di iniziare la vita (traccia 1 nel diagramma). Sembra logico che queste molecole abbiano aperto la strada all’origine delle proteine e del metabolismo. Pertanto, molti scienziati si sono proposti di trovare il modo in cui l’RNA potesse essere generato prima della vita, dai suoi componenti canonici.
Tuttavia, l’RNA è paradossale.
Per prima cosa, pensiamo che sia così vecchio che esisteva un “mondo a RNA” prima della vita cellulare.
D’altra parte, è molto difficile che una molecola di RNA si formi nel mondo prebiotico.
Una proprietà delle basi canoniche è che resistono alla formazione di nucleotidi e al loro collegamento, formando l’RNA. Nonostante i recenti progressi, non possiamo dare una risposta chiara a questo problema e forse il percorso 1 dello schema non è la strada giusta da percorrere. Infatti, le basi canoniche sono state trovate in campioni di meteoriti. Ma non c’è alcun indizio in loro che indichi l’RNA; il paradosso dell’RNA rende improbabile che la vita provenga dallo spazio.
Oltre a queste difficoltà nel generare RNA nel mondo prebiotico, c’è un problema di selezione: perché DNA e RNA hanno questa composizione? Come sono state scelte le basi canoniche?
Non siamo sicuri.
Nel mondo prebiotico le basi canoniche devono essere sorte insieme ad altre molecole che possono svolgere la stessa funzione, anche più facilmente: sono le basi e i nucleotidi non canonici. In un problema chiamato paradosso dell’accoppiamento di basi vediamo che, appunto, la cosa difficile è selezionare le basi canoniche tra tutte le altre.
Quali indizi ci dà la vita stessa?
Uno è che l’RNA richiede la presenza di nucleotidi non canonici per la sua funzione. L’adagio del liceo era incompleto: la composizione dell’RNA è molto più complessa e include dozzine di basi esotiche. I nucleotidi non canonici rimangono essenziali nella vita odierna e sono fondamentali per l’evoluzione. Forse, all’origine della vita, esisteva una molecola simile, anteriore all’attuale RNA, in cui le componenti esotiche erano ancora più importanti e che si sono evolute, conservando solo le necessarie componenti non canoniche.
L’attuale RNA sarebbe un prodotto biologico, non un prebiotico, il risultato dell’evoluzione del codice genetico, mantenendo le componenti non canoniche sotto forma di modificazioni di base.
La biologia ci insegna anche che l’RNA e le proteine vanno sempre insieme. Entrambi interagiscono, si completano e hanno bisogno l’uno dell’altro. Sappiamo che la funzione dell’RNA come generatore di proteine è molto antica, forse anteriore alla vita stessa. È ragionevole pensare che entrambi i tipi di molecole coesistessero.
Quest’ultimo studio mostra che, chimicamente, questo percorso di coevoluzione è possibile in un modo che preserva la logica della vita come la conosciamo: nucleotidi non canonici essenziali per la funzione dell’RNA e la loro azione nella sintesi dei peptidi come funzione primaria, pavimentazione la via alla struttura comune più antica e meglio conservata della vita terrestre: il ribosoma.
Il concetto di “mondo a RNA” è stato a volte frainteso. Come ci insegnano sia la chimica che l’RNA della vita attuale, è l’insieme delle componenti canoniche, non canoniche e peptidiche che ha reso possibile un percorso di evoluzione chimica prima dell’evoluzione biologica. Il “mondo RNA” è un mondo preRNA-peptidi.
Fortunatamente, tutto questo è ancora una questione aperta. Abbiamo ancora molto da imparare, in un momento emozionante per la conoscenza dell’origine della vita sul nostro pianeta.
Autore
César Menor-Salván, Università di Alcalá
