L’origine della vita sulla Terra potrebbe avere a che fare con qualcosa di sorprendentemente banale. Il ciclo ripetuto di congelamento e scongelamento dell’acqua. Sembra quasi paradossale, eppure un nuovo studio condotto dai ricercatori dell’Earth Life Science Institute (ELSI) presso l’Institute of Science Tokyo suggerisce proprio questo. Gli ambienti ghiacciati della Terra primordiale potrebbero aver giocato un ruolo molto più importante di quanto si pensasse nel dare forma alle prime strutture cellulari. E non si tratta di una teoria buttata lì: ci sono esperimenti concreti a supporto.
Le cellule moderne sono sistemi incredibilmente sofisticati, con impalcature interne, processi chimici controllati al millimetro e istruzioni genetiche che governano praticamente tutto. Le prime strutture simili a cellule, invece, erano roba molto più grezza. Piccole bolle di lipidi che racchiudevano molecole organiche di base. Come si sia passati da quelle bollicine rudimentali alla complessità che conosciamo oggi resta una delle domande più affascinanti della ricerca sull’origine della vita. Questo studio prova a dare un pezzo di risposta, e lo fa partendo da condizioni ambientali realistiche piuttosto che da teorie astratte.
Origine della vita: membrane diverse, comportamenti diversi, il ruolo della composizione lipidica
Il team di ricerca ha creato piccoli compartimenti sferici chiamati vescicole unilamellari, costruiti usando tre tipi di fosfolipidi: POPC, PLPC e DOPC. Nonostante si somiglino parecchio, queste molecole hanno differenze strutturali sottili ma decisive. POPC tende a formare membrane più rigide, mentre PLPC e DOPC producono membrane più fluide. Questa fluidità, come si è scoperto, fa tutta la differenza del mondo quando entra in gioco il ghiaccio.
Tatsuya Shinoda, dottorando all’ELSI e primo autore dello studio, ha spiegato che la scelta della fosfatidilcolina come componente delle membrane è legata alla continuità strutturale con le cellule moderne, alla possibile disponibilità in condizioni prebiotiche e alla capacità di trattenere contenuti essenziali.
Quando le vescicole sono state sottoposte a cicli ripetuti di congelamento e scongelamento, i risultati sono stati piuttosto eloquenti. Dopo tre cicli, le vescicole ricche di POPC si raggruppavano senza fondersi davvero. Quelle contenenti PLPC o DOPC, invece, si fondevano in compartimenti più grandi. Più PLPC c’era, più la fusione avveniva con facilità. Natsumi Noda, ricercatrice all’ELSI, ha chiarito il meccanismo. Sotto lo stress della formazione dei cristalli di ghiaccio, le membrane possono destabilizzarsi o frammentarsi, e al momento dello scongelamento devono riorganizzarsi. Le membrane meno compatte espongono più regioni idrofobiche durante la ricostruzione, favorendo l’interazione con le vescicole vicine e rendendo la fusione energeticamente vantaggiosa.
Mescolare molecole, trattenere DNA: perché conta davvero
La fusione tra vescicole non è solo una questione di dimensioni. È importante perché permette di mescolare i contenuti di compartimenti separati. Sulla Terra primordiale, dove le molecole organiche erano sparse nell’ambiente, questo tipo di mescolamento poteva portare gli ingredienti giusti a incontrarsi. E da lì, potenzialmente, innescare reazioni chimiche sempre più complesse.
Il team ha anche verificato la capacità delle vescicole di catturare e trattenere DNA. Le vescicole composte interamente da PLPC si sono dimostrate più efficienti nel catturare DNA rispetto a quelle di POPC, sia prima che dopo i cicli di congelamento e scongelamento. Un dato tutt’altro che trascurabile.
Tradizionalmente, la ricerca sull’origine della vita si è concentrata su ambienti come pozze d’acqua che si prosciugavano o sorgenti idrotermali negli oceani profondi. Questo studio aggiunge una possibilità concreta: gli ambienti ghiacciati. Man mano che l’acqua gelava, i cristalli di ghiaccio in espansione spingevano le molecole disciolte nel liquido residuo, concentrandole in spazi ridottissimi. Un meccanismo naturale che aumentava la probabilità di interazioni significative.
C’è però un compromesso da considerare. Le membrane più fluide favoriscono la fusione, ma rischiano anche di diventare instabili durante lo stress termico, con conseguente perdita di contenuto. Per le prime protocellule, trovare un equilibrio tra stabilità e permeabilità doveva essere fondamentale. Come ha sottolineato Tomoaki Matsuura, professore all’ELSI e responsabile dello studio, una selezione ricorsiva di vescicole cresciute attraverso cicli di congelamento e scongelamento, combinata con meccanismi di scissione come la pressione osmotica, potrebbe aver portato nel tempo a un sistema sempre più complesso, fino all’emergere di una cellula primordiale capace di evoluzione darwiniana.
