Nonostante la straordinaria diversità che caratterizza le forme di vita sulla Terra, dal più piccolo batterio alla maestosa balenottera azzurra, tutte condividono lo stesso codice genetico. La domanda su come e quando questo codice abbia avuto origine ha alimentato numerose teorie e dibattiti scientifici. Ora, grazie a un approccio inedito a una questione di lunga data, Sawsan Wehbi, uno studente di dottorato presso il Genetics Graduate Interdisciplinary Program dell’Università dell’Arizona, ha portato alla luce nuove evidenze che suggeriscono una revisione delle attuali concezioni sull’evoluzione del codice genetico universale.
In un recente studio pubblicato sulla rivista PNAS, Wehbi, primo autore della ricerca, ha messo in discussione l’ordine con cui gli amminoacidi – i mattoni del codice genetico – sono stati incorporati nel codice stesso. “Il codice genetico è questa cosa incredibile in cui una stringa di DNA o RNA contenente sequenze di quattro nucleotidi viene tradotta in sequenze proteiche utilizzando 20 diversi amminoacidi“, ha dichiarato Joanna Masel, autrice principale dello studio e professoressa di ecologia e biologia evolutiva presso l’U of A. “È un processo incredibilmente complicato e il nostro codice è sorprendentemente buono. È quasi ottimale per un sacco di cose e deve essersi evoluto in fasi.”
Secondo lo studio, la vita primitiva avrebbe preferito amminoacidi più piccoli rispetto a quelli più complessi che sono stati aggiunti successivamente. Inoltre, si è scoperto che gli amminoacidi legati ai metalli si sono uniti al codice genetico molto prima di quanto suggerito dalle teorie precedenti. Infine, la ricerca ha rivelato che il codice genetico che oggi conosciamo potrebbe essere il risultato di una serie di altri codici che si sono estinti nel corso del tempo. Gli autori sostengono che la comprensione attuale dell’evoluzione del codice genetico sia incompleta, poiché si basa su esperimenti di laboratorio che potrebbero non riflettere adeguatamente le prove evolutive. Un esempio lampante di ciò è il famoso esperimento di Urey-Miller del 1952, che cercò di simulare le condizioni della Terra primordiale, ambienti che probabilmente hanno assistito alla nascita della vita. Nonostante l’importanza di questo esperimento nel dimostrare che la materia non vivente può dar vita ai mattoni della vita, come gli amminoacidi, attraverso semplici reazioni chimiche, alcune implicazioni sono state messe in discussione. Ad esempio, l’esperimento non produsse amminoacidi contenenti zolfo, nonostante lo zolfo fosse abbondante sulla Terra primordiale, suggerendo che gli amminoacidi solforici siano entrati nel codice genetico molto più tardi, una conclusione che non stupisce, considerando che lo zolfo era assente dagli ingredienti usati nell’esperimento.
Dante Lauretta, coautore dello studio e professore di scienze planetarie e cosmochimica presso l’U of A Lunar and Planetary Laboratory, ha aggiunto un altro interessante spunto. Secondo Lauretta, la ricca presenza di zolfo nelle prime forme di vita sulla Terra potrebbe fornire importanti indicazioni per l’astrobiologia, in particolare per quanto riguarda la potenziale abitabilità di altri mondi e la ricerca di biofirme extraterrestri. “Su mondi come Marte, Encelado ed Europa, dove i composti di zolfo sono prevalenti, questo potrebbe informare la nostra ricerca di vita evidenziando cicli biogeochimici analoghi o metabolismi microbici“, ha affermato. “Tali intuizioni potrebbero perfezionare ciò che cerchiamo nelle biofirme, aiutando il rilevamento di forme di vita che prosperano in chimiche ricche di zolfo o analoghe oltre la Terra.”
Il team di ricerca ha inoltre utilizzato un metodo innovativo per analizzare le sequenze di amminoacidi lungo l’albero della vita, risalendo fino all’ultimo antenato comune universale (LUCA), una popolazione ipotetica di organismi che sarebbe vissuta circa 4 miliardi di anni fa e che rappresenta l’antenato di tutti gli organismi attuali sulla Terra. A differenza di studi precedenti che si erano concentrati su sequenze proteiche complete, Wehbi e il suo gruppo hanno scelto di concentrarsi su domini proteici, ovvero tratti più brevi di amminoacidi. “Se pensi alla proteina come a un’auto, un dominio è come una ruota“, ha spiegato Wehbi. “È una parte che può essere utilizzata in molte auto diverse, e le ruote esistono da molto più tempo delle auto.”
Per determinare quando un amminoacido specifico è stato probabilmente integrato nel codice genetico, i ricercatori hanno utilizzato strumenti di analisi statistica dei dati per confrontare l’arricchimento di ciascun amminoacido nelle sequenze proteiche risalenti a LUCA e anche a tempi precedenti. Un amminoacido che appare frequentemente nelle sequenze più antiche è stato probabilmente integrato per primo. Al contrario, le sequenze di LUCA risultano prive degli amminoacidi che sono stati aggiunti successivamente, ma che sono diventati disponibili con l’emergere di sequenze proteiche più recenti. Il team ha identificato più di 400 famiglie di sequenze risalenti a LUCA, di cui oltre 100 si sono evolute prima e si erano già diversificate prima di LUCA. Queste sequenze contenevano un numero maggiore di amminoacidi con strutture ad anello aromatiche, come triptofano e tirosina, nonostante questi amminoacidi siano stati integrati nel nostro codice più tardi. “Questo fornisce indizi su altri codici genetici che sono venuti prima del nostro e che sono da allora scomparsi nell’abisso del tempo geologico“, ha detto Masel. “Sembra che la vita primitiva amasse gli anelli.”
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