Origini della vita: il mondo prebiotico

Tutti gli organismi hanno in comune alcune caratteristiche biochimiche; per esempio, la via con cui l’informazione genetica viene codificata e trasmessa e la via con cui l molecole biologiche vengono prodotte e demolite per ricavare energia. Queste somiglianze genetiche e biochimiche presenti negli organismi moderni suggeriscono che essi siano discesi da un unico progenitore. Tutte le culture, passate e presenti, hanno una sorta di mito della creazione che mira a razionalizzare la comparsa della vita. Soltanto nell’età moderna si è cominciato a prendere in considerazione l’origine della vita in termini strettamente scientifici.

La materia vivente è costituita da un numero relativamente piccolo di elementi. Circa il 98% del peso secco della materia vivente è rappresentato dagli elementi C, N, O, H, Ca, P, K, ed S (circa il 70% della maggior parte degli organismi è costituito da acqua); il rimanente comprende elementi presenti soltanto in tracce. Ad eccezione dell’ossigeno e del calcio, gli elementi più importanti del mondo biologico sono invece componenti minoritari della crosta terrestre (che contiene il 47% di O, il 28% di Si, il 7,9% di Al, il 4,5% di Fe e il 3,5% di Ca). Il meccanismo con cui la vita si è evoluta da un numero così limitato di elementi non è noto, ma più avanti verrà fornita una possibile spiegazione basata su evidenze paleontologiche e sperimentali.

( immagine: http://www.farescienza.it/ )

La prima evidenza fossile di una forma di vita risale a circa 3,5 miliardi di ani fa. L’era precedente, detta era prebiotica, inizia con la formazione della Terra, che risale a 4,6 miliardi di anni fa e non ha lasciato tracce dirette di sé; gli scienziati sono riusciti ad ogni modo a ripetere sperimentalmente le reazioni chimiche che avvenivano miliardi di anni fa e che hanno dato origine agli organismi viventi.

L’atmosfera della Terra appena formata era probabilmente costituita da acqua, azoto, anidride carbonica e piccole quantità di metano, ammoniaca e anidride solforosa, e forse idrogeno. Negli anni immediatamente dopo il 1930, Alexander Oparin e J.B.S. Haldane, l’uno indipendentemente dall’altro, hanno formulato l’ipotesi che le reazioni ultraviolette del Sole e le scariche dei fulmini potrebbero aver determinato reazioni tra le molecole nell’atmosfera primitiva formando composti organici (contenenti carbonio) semplici. Queste reazioni chimiche sono state riprodotte nel 1953 da Stanley Miller e Harold Urey, sottoponendo per una settimana una miscela di acqua, metano, ammoniaca e idrogeno a scariche elettriche. La soluzione prodotta conteneva molti composti organici solubili in acqua, come ad esempio l’acido formico, la glicerina, l’acido gli colico, l’alanina, l’urea, la sarcosina, ecc…

Di questi composti solubili, alcuni sono amminoacidi presenti nelle proteine; molti altri sono anch’essi di notevole importanza biochimica.

Altri esperimenti hanno dimostrato che l’acido cianidrico (HCN) e la formaldeide (CH2O) possono dare origine alle basi degli acidi nucleici e a zuccheri. Non è probabilmente un caso che questi composti siano i componenti di base delle molecole biologiche: essi erano, a quanto si ritiene, le sostanze organiche più comuni nel mondo prebiotico. I loro gruppi funzionali sono essenziali anche al giorno d’oggi per le loro attività biologiche. Alcuni dei gruppi funzionali più comuni sono: acile, amidico, amminico, carbonilico, carbossilico, pirofosforico, estere, etere, ossidrilico, imminico, fosforico, sulfidrilico.

( tratto da “Fondamenti di Biochimica” di Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt – Ed. Zanicelli )

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