Le cellule moderne sono i secchioni del mondo biologico: impalcature interne, processi chimici strettamente controllati e un manuale di istruzioni genetiche per tutto. Ma le prime strutture simili a cellule? Erano fondamentalmente bolle unte con deliri di grandezza. Capire come quei semplici protocellule si siano evoluti nelle complesse macchine cellulari che vediamo oggi è stato un mal di testa centrale nella ricerca sull'origine della vita.
Uno studio recente dell'Earth-Life Science Institute (ELSI) dell'Istituto di Scienza di Tokyo ha deciso di smettere di indovinare e iniziare a congelare. Invece di proporre una grande teoria, hanno costruito modelli di protocellule - grandi vescicole unilamellari (LUV) - usando tre tipi di fosfolipidi: POPC (1-palmitoil-2-oleoil-glicero-3-fosfocolina; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoil-2-linoleoil-sn-glicero-3-fosfocolina; 16:0-18:2 PC) e DOPC (1,2-di-oleoil-sn-glicero-3-fosfocolina; 18:1 (D9-cis) PC). "Abbiamo usato la fosfatidilcolina (PC) come componenti della membrana, a causa della loro continuità strutturale chimica con le cellule moderne, della potenziale disponibilità in condizioni prebiotiche e della capacità di trattenere contenuti essenziali," ha detto Tatsuya Shinoda, dottorando all'ELSI e autore principale. Sottili differenze nei doppi legami hanno reso alcune membrane rigide (POPC) e altre flosce (PLPC e DOPC).
Poi sono arrivati i cicli di congelamento/scongelamento (F/T) - imitando gli sbalzi d'umore di temperatura della Terra primordiale. Dopo tre cicli, le vescicole ricche di POPC si sono semplicemente ammassate senza fondersi. Ma le vescicole PLPC e DOPC si sono fuse in compartimenti più grandi. Più PLPC, più fusione. "Sotto lo stress della formazione di cristalli di ghiaccio, le membrane possono diventare destabilizzate o frammentate, richiedendo una riorganizzazione strutturale durante lo scongelamento," ha spiegato Natsumi Noda, ricercatrice all'ELSI. Traduzione: le membrane flosce sono migliori a fondersi quando le cose si ghiacciano - e la fusione è come le molecole organiche sparse si sono mescolate, potenzialmente dando il via alla chimica verso la vita.
Il team ha anche testato la ritenzione del DNA. Le vescicole PLPC hanno intrappolato e trattenuto il DNA meglio delle vescicole POPC, anche prima del congelamento. Dopo cicli ripetuti, hanno ancora trattenuto più DNA. Ciò suggerisce che gli ambienti ghiacciati - non solo pozze in evaporazione o bocche idrotermali - potrebbero essere stati una culla per la vita. I cicli di congelamento/scongelamento concentrano le molecole e favoriscono la fusione, anche se le membrane fluide rischiano perdite. L'equilibrio è tutto.
"Una selezione ricorsiva di vescicole cresciute indotte da F/T attraverso generazioni successive potrebbe essere realizzata integrando meccanismi di fissione come la pressione osmotica o lo sforzo meccanico," ha notato Tomoaki Matsuura, Professore all'ELSI e investigatore principale. In parole povere: semplici congelamenti e scongelamenti potrebbero aver spinto bolle basiche verso le prime cellule capaci di evoluzione darwiniana. Quindi la prossima volta che raschi il ghiaccio dal parabrezza, ricordati: potresti assistere alla storia dell'origine di tutta la vita.