Originea vieții pe Pământ rămâne una dintre cele mai mari enigme științifice. Cum s-au format și cum s-au organizat primele molecule pentru a da naștere celulelor vii? O teorie larg acceptată se bazează pe rolul crucial jucat de acizii nucleici, precum ADN și ARN, în acest proces. Aceste molecule sunt capabile să stocheze informații genetice și să se reproducă, permițând evoluția și complexitatea biologică pe care le observăm astăzi. Dar cum au reușit acești acizi nucleici să se reproducă în condițiile ostile ale Pământului primitiv? Un studiu propune un nou scenariu geologic care ar putea oferi câteva răspunsuri fascinante la această întrebare.
Acizii nucleici, în principal ADN și ARN, joacă un rol esențial în toate organismele vii. Aceștia sunt adesea comparați cu planuri de construcție sau rețete care conțin instrucțiunile necesare pentru fabricarea proteinelor, elementele de bază ale celulelor. Pentru ca viața să apară și să evolueze, aceste molecule trebuie să fie capabile să se copieze, un proces numit replicare. Acest proces permite organismelor să crească, să se reproducă și să se adapteze la mediul lor. Replicarea acestor molecule permite adaptarea la mediu prin facilitarea apariției mutațiilor și a variațiilor genetice. Atunci când o moleculă se copiază, pot apărea erori sau variații în procesul de replicare, cunoscute sub numele de mutații. Aceste mutații introduc diversitate în organisme.
Unele dintre aceste variații pot oferi un avantaj într-un anumit mediu, de exemplu o rezistență mai bună la o anumită condiție (căldură, frig, lipsă de resurse etc.). Dacă aceste mutații conferă un avantaj, organismele care le poartă vor avea mai multe șanse de supraviețuire și de reproducere prin transmiterea acestor modificări avantajoase descendenților lor. Acest proces, cunoscut sub numele de selecție naturală, se află la baza evoluției și a adaptării speciilor la mediul lor. Provocările replicării pe Pământul primitiv
Pe Pământul primitiv, unde condițiile erau mult mai extreme decât în prezent, replicarea acizilor nucleici a fost probabil unul dintre primele mecanisme puse în aplicare pentru a permite apariția vieții. Cu toate acestea, acest proces nu este atât de simplu. Pentru ca o moleculă de ADN sau ARN să se reproducă, aceasta trebuie mai întâi să se împartă în două fire. Această separare este complicată de condițiile de mediu, cum ar fi concentrația de sare sau temperatura, care joacă un rol crucial în stabilitatea moleculelor. Așadar, întrebarea este: cum au putut primele molecule de ADN sau ARN să se reproducă în mod natural într-un mediu atât de instabil?
Într-un nou studiu, descris într-un preprint publicat pe site-ul eLife, cercetătorii de la Universitatea Ludwig-Maximilians din München au conceput un scenariu natural în care această separare ar putea avea loc fără distrugerea moleculelor. Aici intervine această nouă ipoteză.
Potrivit cercetătorilor, condițiile naturale din porii rocilor de pe Pământul primitiv ar fi putut permite replicarea acizilor nucleici. Imaginați-vă mici cavități în rocile vulcanice în care apa și gazul pot interacționa în medii închise. Pe insulele vulcanice, aceste condiții au fost cândva comune, oferind medii uscate și umede favorabile formării moleculelor complexe. Ideea este simplă, dar ingenioasă: apa s-a evaporat prin acești pori, în timp ce un flux de gaze a trecut prin rocă. Acest lucru ar fi creat un mediu în care moleculele de acid nucleic s-ar fi putut acumula, favorizând concentrarea lor și, eventual, replicarea lor. Mișcarea apei și a gazului a indus schimbări în concentrația de sare, un factor-cheie în separarea firelor de ADN și ARN.
Pentru a testa această teorie, cercetătorii au recreat acest mediu în laborator. Ei au construit un model al unui por de rocă în care un flux de apă a crescut, evaporându-se într-un punct în care a întâlnit un flux de gaz. La această interfață dintre gaz și apă, ei au observat o acumulare de molecule de ADN. În doar cinci minute, concentrația de ADN s-a triplat, iar după o oră, era de treizeci de ori mai mare. Totuși, această concentrație nu era suficientă. Firele de ADN trebuiau, de asemenea, să se poată separa pentru ca replicarea să poată continua. Folosind o tehnică numită spectroscopie FRET, care măsoară distanța dintre două fire de ADN, cercetătorii au constatat că dinamica fluxului de gaz și de apă induce modificări ale concentrației de sare, favorizând separarea firelor. Cu alte cuvinte, fără a fi nevoie să se schimbe temperatura, acest mediu natural a reprodus condițiile necesare pentru replicarea ADN-ului.
Aceste rezultate sunt fascinante deoarece arată că un mediu geologic simplu, care se găsea probabil din abundență pe Pământul primitiv, ar fi putut permite replicarea primelor molecule de acid nucleic fără a fi nevoie de temperaturi extreme. Acest lucru deschide noi posibilități de înțelegere a modului în care viața ar fi putut apărea nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete care ar putea oferi condiții similare.
