Al Los Alamos National Laboratory è in corso un esperimento volto a creare la vita in laboratorio, combinando alcuni dei più basici elementi, cercando il modo di trasformare la chimica inorganica in organica, nel tentativo di valicare la sottile e misteriosa barriera tra vita e non-vita. Sperando così di scoprire in che modo si è originata la vita sulla Terra, oppure da qualche parte nell'Universo. Astrobiology Magazine ha intervistato Leslie Mullen e Hans Ziock, della Los Alamos Earth and Environmental Sciences Division, per sapere a che punto è il progetto “protocellula”.

Astrobiology Magazine (AM): Nel vostro esperimento state cercando di sviluppare una protocellula con proprietà organiche. Da dove siete partiti ?

Hans Ziock (HZ): Ci siamo chiesti innanzitutto quali sono le proprietà più comuni della vita. La vita è un sistema che genera e scambia informazione: necessita di un metabolismo per generare l'informazione, di componenti genetiche per trasportarla, e di una fonte energetica per poter compiere queste funzioni. Poi ci siamo chiesti qual'è il modo più semplice per mettere insieme tutto ciò. La protocellula che abbiamo disegnato ha dei bordi composti da molecole amfifiliche, che si attaccano all'acqua e all'olio. Queste molecole si auto-assemblano automaticamente formando doppi strati, lo stesso tipo di strutture che compongono il muro delle nostre cellule.

Il doppio strato di molecole anfifiliche forma una sostanza appiccicosa a cui altre molecole, con simili proprietà, si attaccano, consentendo di radunare e concentrare l'informazione, il metabolismo e il “cibo” delle molecole. Nelle nostre cellule, la molecola che contiene l'informazione è il DNA, che trasporta il codice per la costruzione delle proteine che agiscono come catalizzatrici. Ma il DNA non deve essere decodificato per poter essere letto, perché partecipa direttamente al metabolismo. Dunque, abbiamo cominciato con una"zuppa" uniforme di tutti i componenti dissolti. Poi abbiamo fatto assorbire alla zuppa un po' di luce, in modo da “eccitarla”.

La nostra molecola informativa ha stabilizzato la molecola che assorbe la luce donando un elettrone. La molecola è rimasta così in uno stato eccitato stabile abbastanza a lungo per trasferire l'energia necessaria per rompere i legami di un'altra molecola e formare una molecola amfifilica. Abbiamo poi dato altra luce in modo da romperla in due parti e formare il doppio strato. Lasciando ripetere la reazione, abbiamo aspettato che si fossero formate abbastanza di queste molecole amfifiliche, che spontaneamente hanno formato dei contenitori sferici. Questo sistema usa una molecola informativa accoppiata con un metabolismo, che, insieme, producono dei contenitori. Al contrario delle cellule moderne, dove il doppio strato separa l'ambiente esterno dal volume interno, dove accadono le reazioni chimiche, tutte le reazioni avvengono sulla superficie del doppio strato o al suo interno. Ma siamo ancora lontani dal far riprodurre queste protocellule. Possiamo usare lo stesso tipo di metabolismo per riprodurre l'informazione, ovvero il materiale genetico. La molecola informativa potrebbe essere una molecola simile a quella del DNA.

AM: Che tipo di molecola informativa state usando ?

HZ: Una versione modificata di un nucleo base, una delle basi che partecipa nel DNA: abbiamo trasformato una guanina in una oxoguanina, che ha il potenziale per donare un elettrone al nostro fotosensibilizzatore metabolico, in modo da stabilizzarlo e intrappolare l'energia. L'oxoguanina si trova naturalmente nei nostri corpi, ma viene rimossa. Abbiamo dovuto aggiungere altri elementi chimici per fare in modo che l'oxoguanina legasse con la molecola che assorbe la luce.

AM: Cos'altro avete dovuto modificare nel vostro esperimento rispetto a ciò che era disponibile sulla Terra primigenia ?

HZ: Abbiamo creato una molecola-risorsa, quella che viene rotta in due dal metabolismo per produrre i componenti del contenitore. Questi acidi grassi oggi si trovano facilmente. Sono uno dei componenti che usiamo per fare saponi, e possono essere sintetizzati in condizioni prebiotiche. L'intero sistema si basa su un ambiente acquatico. L'unico componente fuori dall'ordinario è il nostro composto metabolico che assorbe l'energia luminosa: stiamo usando un metallo complesso di rutenio che richiede un disegno specifico. È solo da tre anni che stiamo facendo i primi tentativi. Molto probabilmente, questo tipo di reazioni sono avvenute in miliardi di piccole regioni della Terra primigenia. Ci vorranno ancora molte prove e, soprattutto, molti errori.

AM: Che tipo di luce usate per illuminare la “zuppa” ?

HZ: Usiamo luce visibile, perché è più facile da controllare - basta accenderla e spengerla - e, se vogliamo, possiamo scegliere delle specifiche lunghezze d'onda. Quando si è originata la vita sulla Terra, tutta l'energia necessaria era disponibile nei materiali esistenti a quel tempo. Probabilmente, la vita primigenia ha usato un sistema energetico chimico simile a quello dei “black smokers” che si trovano nel fondo dell'oceano: le alte temperature potrebbero essere state mitigate da venti freddi che hanno contribuito a generare un ambiente stabile. Michael Russell, del JPL, ha proposto per primo l'idea che questi venti freddi abbiano fatto da incubatrici per la vita. Anche se, non sappiamo quanto trasparente alla luce fosse l'atmosfera della Terra.

AM: Che cosa vi manca ancora per creare la vita in laboratorio ?

HZ: Dobbiamo fare in modo che il contenitore produca un altro contenitore con la stessa molecola informativa, usando l'energia esterna per guidare la reazione metabolica. Sarebbe ancora meglio avere una catena di molecole informative complementari in modo che l'informazione si possa riprodurre e moltiplicare.

Data articolo: dicembre 2007
Fonte: Astrobiology Magazine

Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Astrobiology Magazine

Los Alamos National Laboratory

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