I peptidi possono ripiegarsi nell’acido solforico di Venere: ma non è ancora vita

Il risultato del MIT non dimostra che su Venere esista la vita. Mostra qualcosa di più circoscritto, ma scientificamente rilevante: in una simulazione di laboratorio delle nubi di Venere, alcuni peptidi corti sono sopravvissuti per molte settimane e si sono ripiegati in strutture definite, simili a anse omega, che potrebbero in linea di principio favorire il riconoscimento molecolare o altre funzioni chimiche. 4

Che cosa ha dimostrato l’esperimento

I ricercatori hanno immerso brevi catene di peptidi in acido solforico quasi puro e le hanno analizzate con la risonanza magnetica nucleare (NMR) in soluzione. Invece di scomparire rapidamente o trasformarsi in catene completamente disordinate, i peptidi studiati sono rimasti rilevabili per settimane e hanno assunto conformazioni tridimensionali riproducibili, comprese strutture simili ad anse omega. 412

Un’ansa omega è una curva compatta della catena peptidica. Strutture di questo tipo sono importanti perché il comportamento di una molecola dipende non solo dagli atomi che la compongono, ma anche dal modo in cui questi sono disposti nello spazio. Un ripiegamento stabile può creare una superficie capace di legarsi selettivamente ad altre molecole, favorire l’assemblaggio o facilitare determinate reazioni chimiche.

Il risultato riguarda però sequenze selezionate, non i peptidi in generale. In un lavoro precedente su 20 omodipeptidi, la maggior parte delle molecole aveva subito solvolisi nell’arco di alcune settimane in acido solforico concentrato. Alcune eccezioni, tra cui istidina-istidina e glicina-glicina, sono rimaste stabili in acido solforico al 98% per almeno quattro mesi. 1

Perché la scarsità d’acqua può rallentare la degradazione

L’idrolisi del legame peptidico richiede normalmente acqua, che contribuisce a rompere il legame tra due amminoacidi. Le soluzioni simili a quelle delle nubi di Venere contengono pochissima acqua, fortemente associata all’acido solforico. Questa condizione potrebbe limitare il percorso chimico dell’idrolisi e aiutare a spiegare perché alcune sequenze riescano a persistere nonostante l’acidità estrema.

Si tratta però di una possibile spiegazione chimica, non di una regola universale. L’acido solforico concentrato può comunque rompere i legami peptidici e la stabilità dipende dalla sequenza molecolare, dalla concentrazione dell’acido, dalla temperatura e dal tempo di esposizione. I risultati sui dipeptidi mostrano chiaramente questo contrasto: molte sequenze sono instabili, mentre poche resistono in condizioni specifiche. 1

Un risultato analogo, ma con importanti limitazioni, arriva da uno studio sul PNA, l’acido nucleico peptidico. Quattro esameri di PNA esposti ad acido solforico al 98% a circa 25 °C hanno mostrato una degradazione variabile tra lo 0,4% e il 28,6% in 14 giorni, a seconda della sequenza; sopra gli 80 °C hanno invece subito una solvolisi completa. 3

Che cosa hanno rivelato le misurazioni NMR a 800 MHz

Gli esperimenti NMR ad alto campo non hanno verificato soltanto se le molecole fossero ancora presenti. I segnali NMR permettono di seguire l’integrità chimica di una sostanza e di ricavare informazioni sulla disposizione dei suoi atomi in soluzione. Nel lavoro del MIT, le misurazioni hanno indicato che i peptidi conservavano ripiegamenti definiti e riproducibili nell’acido solforico, anziché esistere soltanto come catene casuali. 4

L’interpretazione dei ricercatori è che le molecole di acido solforico formino attorno ai peptidi un ambiente di solvatazione ordinato. In pratica, il solvente potrebbe contribuire a organizzare e stabilizzare la forma della catena anche quando l’acqua è quasi assente.

È un contrasto significativo con la biologia terrestre, nella quale le proteine si ripiegano in acqua e dipendono da interazioni mediate dall’acqua per determinare la propria struttura. Il nuovo studio suggerisce che anche un solvente radicalmente diverso possa sostenere conformazioni peptidiche ordinate e, potenzialmente, superfici utili al riconoscimento molecolare.

Le prove disponibili non dimostrano però che questi peptidi svolgano una catalisi simile a quella delle proteine, né che siano capaci di metabolismo, replicazione o di un processo biologico completo. Dimostrano la persistenza e il ripiegamento di alcune piccole molecole: prerequisiti importanti, ma non la presenza di un organismo.

Come il risultato si collega agli studi precedenti

Lo studio sui peptidi si aggiunge a una serie di esperimenti che mostrano come l’acido solforico concentrato non sia necessariamente distruttivo per ogni molecola organica associata alla vita terrestre.

• In un lavoro, 19 dei 20 amminoacidi biogenici analizzati sono risultati non reattivi oppure modificati soltanto nelle catene laterali dopo quattro settimane in acido solforico all’81% e al 98%. La struttura portante degli amminoacidi è rimasta intatta. 2
• Le basi degli acidi nucleici, tra cui adenina, citosina, guanina, timina e uracile, sono state descritte come stabili per oltre un anno in condizioni di acido solforico concentrato rilevanti per le nubi di Venere, a temperatura ambiente. 8
• Le ricerche sui dipeptidi hanno invece mostrato che molti legami peptidici sono instabili: la sopravvivenza è quindi selettiva, non automatica. 1

Nel complesso, questi risultati spostano la domanda. Non si tratta più soltanto di chiedersi se una biomolecola simile a quelle terrestri possa sopravvivere all’acido venusiano, ma se più classi di molecole possano restare integre abbastanza a lungo da interagire, assemblarsi, ripiegarsi e sostenere una chimica organizzata.

Perché il ripiegamento è importante nella ricerca della vita

Molte funzioni biologiche dipendono dalla forma delle molecole. Un peptide ripiegato può presentare una superficie capace di legarsi selettivamente a un’altra molecola o creare un microambiente chimico che una catena casuale non riuscirebbe a generare.

Se un solvente privo d’acqua può stabilizzare strutture di questo tipo, l’assenza di acqua liquida non basta da sola a escludere ogni forma di chimica complessa. Questo non rende però Venere abitabile secondo gli standard terrestri: l’ambiente delle sue nubi resta estremo e gli esperimenti di laboratorio utilizzano condizioni semplificate.

Le vere goccioline delle nubi potrebbero differire per composizione, temperatura, attività dell’acqua, sostanze presenti in tracce e comportamento fisico. I risultati ampliano quindi la gamma degli ambienti che vale la pena studiare, ma non confermano l’esistenza di una biosfera venusiana.

Il prossimo test: il PNA può conservare informazioni?

Un possibile passo successivo consiste nello studiare il PNA a doppio filamento. Questa molecola è interessante perché può funzionare come un polimero capace di conservare informazioni, in modo analogo al DNA sotto alcuni aspetti, ma il suo comportamento nell’acido solforico concentrato dipende fortemente dalla sequenza e dalla temperatura.

Gli esperimenti già disponibili hanno analizzato brevi PNA a singolo filamento, lunghi sei unità, e ne hanno misurato la sopravvivenza parziale per due settimane a temperatura ambiente. Non hanno dimostrato ereditarietà o replicazione. 3

Le domande più impegnative sono ora capire se il PNA a doppio filamento possa formarsi, rimanere stabile e mostrare un appaiamento specifico tra sequenze in ambiente acido. Un risultato positivo fornirebbe nuovi indizi sulla possibilità di riconoscimento molecolare e conservazione dell’informazione in una chimica basata sull’acido solforico. Anche in quel caso, però, si sarebbe ancora molto lontani dalla dimostrazione della vita.

Che cosa significa per Venere e per gli esopianeti

Le missioni che osserveranno o campioneranno le nubi di Venere potrebbero verificare quanto le miscele di laboratorio assomiglino all’ambiente reale. Misure sulla composizione delle goccioline, sulla temperatura, sull’attività dell’acqua, sugli elementi in tracce e sulle molecole organiche aiuterebbero a stabilire fino a che punto questi risultati siano applicabili al pianeta.

La lezione più ampia per l’astrobiologia è metodologica: la ricerca dell’abitabilità non deve concentrarsi soltanto sui gemelli della Terra. Anche i mondi simili a Venere potrebbero meritare attenzione se le loro atmosfere offrissero un solvente e una fonte di energia capaci di preservare, ripiegare e organizzare chimicamente molecole complesse.

Il risultato del MIT rende questa possibilità più plausibile, ma resta una questione da sottoporre a nuovi esperimenti e osservazioni planetarie, non una scoperta di vita. 4