La vita sulla Terra potrebbe essere nata due volte

L’autore senior William Martin ha riassunto così il risultato: «Stiamo osservando un’unica origine del codice genetico, ma due origini della vita» .

LUCA potrebbe non essere stato pienamente “vivo”

Nella rappresentazione tradizionale, LUCA si trova alla base dell’albero della vita, come un singolo organismo dal quale si sarebbero diramate tutte le forme viventi. Il nuovo studio propone uno scenario più graduale.

Il gruppo di ricerca ha confrontato genomi appartenenti ai principali gruppi di batteri e archei, ricostruendo l’origine degli enzimi coinvolti nel metabolismo fondamentale: l’insieme delle reazioni chimiche necessarie per produrre amminoacidi, basi dell’RNA e cofattori a partire da molecole semplici come idrogeno, anidride carbonica, ammoniaca e fosfato .

Secondo l’analisi, LUCA possedeva enzimi per soltanto circa metà delle circa 420 reazioni metaboliche considerate fondamentali. Le altre reazioni non sarebbero state catalizzate da enzimi, ma da metalli naturalmente presenti negli ambienti dei camini idrotermali, tra cui ferro, nichel e cobalto .

In altre parole, LUCA non avrebbe potuto sostenere il proprio metabolismo senza l’aiuto dell’ambiente circostante. Non sarebbe stato quindi un organismo libero e completamente autonomo nel senso moderno del termine.

«La sorpresa è che gli enzimi che catalizzano queste reazioni non sono conservati attraverso la separazione evolutiva tra batteri e archei», ha spiegato Martin a Scientific American .

Quattro fasi dal metallo agli enzimi

I ricercatori hanno ricostruito un possibile percorso in quattro fasi, che collega la chimica non biologica alle cellule moderne :

1. Reazioni catalizzate soltanto dai metalli. Nella fase più antica, metalli inorganici presenti nell’ambiente avrebbero favorito semplici reazioni metaboliche.
2. Una fase ibrida tra metalli ed enzimi. Sarebbe comparso LUCA, dotato di alcuni enzimi primitivi ma ancora dipendente dai metalli per numerose reazioni essenziali.
3. La divergenza evolutiva. Gli antenati di batteri e archei avrebbero iniziato a separarsi, ereditando una dotazione enzimatica ancora incompleta.
4. L’evoluzione indipendente degli enzimi. Le due linee avrebbero sviluppato separatamente nuovi enzimi, spesso strutturalmente diversi, capaci di sostituire i catalizzatori metallici mancanti.

È proprio questa evoluzione separata a costituire l’indizio centrale dello studio: batteri e archei potrebbero aver raggiunto l’autonomia metabolica dopo che i loro percorsi evolutivi si erano già divisi .

Come funzionava il metabolismo prima dell’ATP?

Le cellule attuali usano l’adenosintrifosfato, o ATP, come principale “valuta energetica”. Ma l’ATP è una molecola complessa la cui produzione dipende dagli enzimi: non poteva quindi essere semplicemente disponibile sulla Terra primordiale, prima dell’esistenza delle cellule.

Lo studio individua un possibile candidato nel fosfito, una forma del fosforo che può trovarsi negli ambienti idrotermali. In presenza di composti organici e con la catalisi del palladio naturale, il fosfito può favorire in acqua reazioni di fosforilazione, cioè reazioni che aggiungono gruppi fosfato alle molecole. Questo meccanismo avrebbe potuto alimentare alcune forme di metabolismo prima della comparsa degli enzimi moderni e dell’ATP .

Si tratta però di un modello chimico plausibile, non della dimostrazione definitiva che il fosfito e il palladio abbiano svolto esattamente questo ruolo miliardi di anni fa.

Un albero della vita con due tronchi?

La visione tradizionale colloca LUCA alla base di un unico tronco da cui si diramano tutti gli organismi. I nuovi risultati suggeriscono una metafora diversa: non un singolo tronco, ma una struttura simile a un cespuglio, con due linee principali emerse da una base ancora non pienamente vivente .

• Un’unica origine del codice genetico. Tutti gli organismi condividono un’eredità genetica comune, compresi il codice genetico e i meccanismi di base per costruire proteine.
• Due origini delle cellule a vita libera. Il passaggio dalla chimica non vivente a cellule autonome e autosufficienti potrebbe essere avvenuto indipendentemente nelle linee dei batteri e degli archei.

La distinzione è importante: lo studio non sostiene necessariamente che la vita abbia avuto due inizi completamente separati, ciascuno con un proprio codice genetico. Propone piuttosto che una fase comune e pre-cellulare abbia preceduto due transizioni indipendenti verso la vita libera .

Gli autori affermano che i dati «lasciano una sola conclusione»: le linee batterica e archeale sarebbero passate autonomamente allo stato di organismi a vita libera. Da qui la formula: un’origine del codice genetico, ma due origini della vita .

Cosa cambia nella ricerca della vita extraterrestre?

Se la transizione dalla chimica alla vita autonoma può essersi verificata più di una volta sulla Terra, la scoperta potrebbe influenzare anche l’astrobiologia. Da un lato, suggerisce che il passaggio alla vita potrebbe essere più accessibile di quanto si pensasse. Dall’altro, potrebbe indicare che sono necessarie condizioni molto specifiche, come la chimica ricca di metalli associata ai camini idrotermali .

La questione resta quindi aperta: la vita nasce facilmente quando trova il giusto ambiente, oppure l’episodio terrestre è stato il risultato di una combinazione estremamente rara di fattori?

I limiti dello studio

La ricostruzione dipende in larga misura dai dati genomici disponibili per i batteri. I genomi degli archei sono stati campionati in modo meno completo e questa lacuna potrebbe influire sulle conclusioni. Inoltre, il ruolo di fosfito e palladio nel metabolismo primordiale è ancora un modello chimico plausibile, non una via antica dimostrata .

Non sono ancora stati realizzati esperimenti di laboratorio capaci di riprodurre per intero il passaggio dalle reazioni catalizzate dai metalli a un metabolismo guidato dagli enzimi in un sistema sintetico.

Nonostante queste cautele, lo studio offre una delle ricostruzioni più dettagliate finora dell’assemblaggio delle prime reti metaboliche. E restituisce un’immagine dell’origine della vita molto meno lineare: più graduale, più dipendente dall’ambiente e forse segnata non da un’unica nascita, ma da due separate conquiste dell’autonomia cellulare.