Una delle più interessanti diatribe della moderna biologia, si chiede se a favorire la nascita della vita sulla Terra e in qualsiasi mondo che la ospita, sia meglio un ambiente caldo piuttosto che uno freddo.
Una nuova ricerca presso la University of North Carolina mirata a rispondere a questo quesito, ha scoperto che in una terra calda, la nascita e l'evoluzione della vita potrebbe essere stata più breve rispetto a quanto si riteneva fino ad oggi. I risultati sono pubblicati il 1 dicembre 2010, nell'edizione online del Proceedings of National Academy of Sciences.
"Gli enzimi, le proteine che innescano il salto inziale per lo sviluppo della vita, sono essenziali all'interno delle cellule del corpo umano e di tutta la natura vivente. Queste molecole si sono gradualmente evolute fino a diventare più sofisticate e specifiche" secondo Richard Wolfenden, PhD, professore di Biochimica e Biofisica presso la Scuola di Medicina di UNC.
Per apprezzare quanto siano potenti i moderni enzimi e come sia avvenuto il loro processo di evoluzione, gli scienziati hanno bisogno di sapere quanto velocemente si svolgono le reazioni in loro assenza. Secondo il gruppo di studio organizzato da Wolfenden, la velocità delle reazioni chimiche per la nascita della vita, senza enzimi impiegherebbe circa 2 miliardi di anni.
Nel processo di misurazione dei tassi di reazione lenti, "ci si è progressivamente resi conto che le reazioni più lente sono anche le più dipendenti dalla temperatura", ha detto Wolfenden.
In generale, la quantità di temperatura influenza la velocità di reazione drasticamente. In una reazione lenta, per esempio, l'aumento della temperatura da 25 a 100 gradi Celsius incrementa tali reazioni con un tasso di 10 milioni volte. "Questo è uno shock" ha detto Wolfenden. "Sorprenderebbe e sconvolgerebbe le nostre conoscenze che per più di un secolo, hanno ritenuto che l'influenza della temperatura era ritenuta modesta. In particolare, un raddoppio del tasso di reazione si verifica quando la temperatura è di 10 gradi Celsius, secondo esperimenti fatti nel 1866".
"Le alte temperature hanno fornito probabilmente un influsso determinante sulla velocità di reazione quando la vita ha cominciato a formarsi nei caldi sfiati caldi sommersi dall'acqua", ha detto Wolfenden. "Più tardi, il raffreddamento della Terra ha fornito la pressione selettiva per gli enzimi primitivi per evolversi e diventare più sofisticati".
Nel processo di misurazione dei tassi di reazione lenti, "ci si è progressivamente resi conto che le reazioni più lente sono anche le più dipendenti dalla temperatura", ha detto Wolfenden.
In generale, la quantità di temperatura influenza la velocità di reazione drasticamente. In una reazione lenta, per esempio, l'aumento della temperatura da 25 a 100 gradi Celsius incrementa tali reazioni con un tasso di 10 milioni volte. "Questo è uno shock" ha detto Wolfenden. "Sorprenderebbe e sconvolgerebbe le nostre conoscenze che per più di un secolo, hanno ritenuto che l'influenza della temperatura era ritenuta modesta. In particolare, un raddoppio del tasso di reazione si verifica quando la temperatura è di 10 gradi Celsius, secondo esperimenti fatti nel 1866".
"Le alte temperature hanno fornito probabilmente un influsso determinante sulla velocità di reazione quando la vita ha cominciato a formarsi nei caldi sfiati caldi sommersi dall'acqua", ha detto Wolfenden. "Più tardi, il raffreddamento della Terra ha fornito la pressione selettiva per gli enzimi primitivi per evolversi e diventare più sofisticati".
Utilizzando due diversi catalizzatori di reazione, che non sono enzimi proteine, ma che possono assomigliare ai precursori per gli enzimi, il gruppo ha messo l'ipotesi alla prova sperimetale. Le reazioni catalizzate sono infatti molto meno sensibili alla temperatura, rispetto a reazioni che sono accelerate dai catalizzatori. "I risultati sono coerenti con la nostra ipotesi", ha ribadito Wolfenden.
Il team di Wolfenden prevede di verificare l'ipotesi con altri catalizzatori. Nel frattempo, questi risultati rischiano di influenzare il pensiero degli scienziati sulla nascita delle prime forme di vita sulla Terra, e può influenzare il modo in cui i ricercatori progetteranno e miglioreranno il potere di catalizzatori artificiali.
Il team di Wolfenden prevede di verificare l'ipotesi con altri catalizzatori. Nel frattempo, questi risultati rischiano di influenzare il pensiero degli scienziati sulla nascita delle prime forme di vita sulla Terra, e può influenzare il modo in cui i ricercatori progetteranno e miglioreranno il potere di catalizzatori artificiali.
"Traendo alcune conclusioni da questa importante scoperta, ci viene da pensare che la vita sulla Terra deve essere quindi nata in un ambiente assai umido o ricco di acqua, con temperature tipiche di un pianeta caldo. La vita sulla Terra primordiale deve essere sbocciata in oceano molto più caldo di quello attuale di diversi gradi, o vicino agli sfiati idrotermali presenti nelle fratture oceaniche per poi adattarsi, con nuovi enzimi, a temperature man mano più basse, migliorando la loro efficienza.
Volendo ampliare la scoperta ai nostri campi di interesse esobiologico, i luoghi più adatti a scoprire la vita aliena basata sul fosforo e sugli elementi noti, potrebbe avvenire in particolare dove esistono attività vulcaniche in presenza di acqua allo stato liquido o presenza di vapore acqueo, piuttosto che eruzioni criogeniche come su Encelado.
Tuttavia, la recente scoperta compiuta dal team della NASA, che ha dimostrato la presenza di vita basata sull'arsenico, ci fa pensare che tutte le nostre attuali conoscenze sulla nascita e sullo sviluppo della vita sono da rivedere e ampliare.
In teoria, quindi se la vita sulla Terra si è sviluppata in un ambiente molto caldo, su altri mondi potrebbe aver avuto dei percorsi assai differenti, come ad esempio su Titano, dove il freddo smisurato tiene il metano e altri idrocarburi allo stato liquido e l'acqua (se presente) allo stato solido, ma potrebbe ugualmente favorire una vita basata su tali composti piuttosto che sull'acqua stessa. I prossimi annni saranno cruciali in tal senso, per capire chi siamo davvero e da dove veniamo", (nd Arthur McPaul)
I co-autori dello studio sono della UNC Randy Stockbridge, PhD, Charles Lewis, Jr e Yang Yuan, MS. Il supporto per la ricerca è venuto dalll'Istituto Nazionale di Medicina Generale, un componente del National Institutes of Health.
I co-autori dello studio sono della UNC Randy Stockbridge, PhD, Charles Lewis, Jr e Yang Yuan, MS. Il supporto per la ricerca è venuto dalll'Istituto Nazionale di Medicina Generale, un componente del National Institutes of Health.
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