Una domanda semplice che richiede una risposta complessa. Per secoli abbiamo spiegato l'origine della vita in un quadro evolutivo, in termini di formazione spontanea di organismi semplici da materia non vivente.

La convinzione originaria era che la Terra avesse generato composti di carbonio che gradualmente acquisirono complessità, conformandosi infine in proteine. Quindi, l'ipotesi è che i noduli di proteine trasformati in micelle annunciarono l'origine della vita.

Il problema è che quando molte teorie sull'origine della vita sono state generate la nostra conoscenza della biologia molecolare era estremamente limitata. Infatti, nel diciannovesimo secolo eravamo soliti credere che il protoplasma (la materia che costituisce la cellula) non potesse essere diviso senza distruggere le sue funzioni biologiche e/o il suo metabolismo. Con l'avvento della biochimica ci siamo resi conto della complessità chimica della cellula. In particolare, abbiamo appreso che alcune proteine, chiamate enzimi, potevano catalizzare specifiche reazioni metaboliche anche al di fuori della cellula. Quindi, divenne evidente che l'origine della vita non poteva essere spiegata in termini dell'origine delle singole specie molecolari. Per anni molta attenzione è stata rivolta allo studio delle proteine, in particolare degli enzimi e delle loro funzioni catalitiche. Con i miglioramenti delle tecniche di microscopia, i biologi hanno compreso l'importanza del nucleo della cellula, in particolare dei cromosomi durante la divisione cellulare. Ben presto divenne ovvio che i fattori di ereditarietà erano legati al gene e che i geni erano localizzati sui cromosomi. Quindi venne la consapevolezza che non solo i geni dovevano essere in grado di replicarsi, ma anche che dovevano controllare lo sviluppo e il funzionamento del loro ambiente, la cellula. Esperimenti in percorsi biosintetici suggerivano che esisteva un legame diretto tra il gene e la funzione catalitica delle proteine ​​in una corrispondenza uno-a-uno, quindi un gene, una proteina (oggi sappiamo che è un sistema molto più complesso).

Oggi sappiamo che i percorsi biosintetici comprendono complesse cascate di reazioni alimentate dalla sintesi di diversi intermediari. Nel 1945, Horowitz sollevò la questione su quali fossero i vantaggi evolutivi di sintetizzare tali intermediari. Pensava che i primi organismi a comparire sulla terra fossero eterotrofi, il che significa che richiedevano nutrienti organici per fornire loro energia metabolica. Queste molecole dovevano essere state originariamente assorbite direttamente come nutrienti dall'ambiente. Ma questi nutrienti sarebbero gradualmente diventati più scarsi nell'ambiente, determinando un vantaggio evolutivo per le cellule nell’iniziare a sintetizzare le molecole stesse. Ciò significa che la capacità di sintetizzare molecole si è evoluta da un precursore, e quindi un precursore dal suo precursore e così via. Pertanto, ciò che conosciamo oggi come i primi passi nei percorsi biosintetici si sono evoluti per ultimi. Ogni nuovo passo si è evoluto come conseguenza di una mutazione genetica, fornendo nuovi geni per la sintesi di nuovi enzimi.

Questo ha spostato il concetto di origine della vita, da un'origine strettamente legata alle proteine a una teoria genetica della vita. Inoltre è apparso evidente che le proteine sono più complesse di quanto originariamente pensato, mettere insieme alcuni aminoacidi non era sufficiente per impartire la funzione a una proteina, l'ordine in cui questi aminoacidi vengono assemblati è risultato altresì estremamente importante.

Dal lavoro di Watson e Crick abbiamo appreso molto sulla struttura del DNA e abbiamo immediatamente imparato quali sono i meccanismi per la sua auto-replicazione. Abbiamo anche appreso che l'ordine in cui sono stati assemblati i costituenti del DNA, purine e pirimidine, era il codice per sintetizzare specifiche proteine e che l'RNA ha mediato le interazioni tra DNA e proteine.

Negli anni '50 iniziammo anche a vedere i primi computer e ci fu molto entusiasmo per la nuova era "digitale". Gli scienziati inventarono teorie di ogni tipo ed è affascinante vedere come il concetto di von Neumann di un automa auto-riproduttivo si avvicini a descrivere i pilastri molecolari di una cellula. Ecco una lista dei 4 pilastri chiave:

Non abbiamo nemmeno dettagliato quali sono tutti questi ingranaggi nel macchinario della vita, ma le cose sono ovviamente molto complesse. Anche il semplice concetto di "protoplasma" era così complesso che era estremamente improbabile fosse il risultato di un evento casuale. Per anni le persone si sono poste il quesito sull’uovo e la gallina: cosa è nato prima, proteine o DNA?

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Fonti: http://elements.geoscienceworld.org/content/1/3/145

https://www.nature.com/articles/26193