Un algoritmo per capire le origini della vita

AGI - Si chiama Alchemy ed è un algoritmo sviluppato per studiare e spiegare le origini della vita. Il software è descritto sulla rivista Science, ed è stato messo a punto dagli esperti dell'Accademia polacca delle scienze e dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Corea del Sud, che hanno identificato un ‘albero delle origini della vita’ chimico.

“Miliardi di anni fa – afferma Bartosz Grzybowski dell'UNIST – prima che i primi abitanti apparissero sulla Terra, erano presenti solo semplici composti chimici, come acqua, azoto e metano. Una delle domande più antiche della scienza riguarda il modo in cui queste sostanze si siano combinate in modo da dare origine a organismi complessi e viventi”.

Il team ha rintracciato sostanze chimiche che potrebbero effettivamente essere formate da diversi componenti che erano molto probabilmente presenti sul nostro pianeta all’origine della vita e, grazie al software Alchemy, sono state simulate le reazioni chimiche che si verificherebbero in determinate condizioni e tra specifici composti chimici.

“Gli algoritmi sono ovunque al giorno d’oggi – commenta Fazale Rana, biochimico e cofondatore di Reasons To Believe, un think tank creazionista cristiano che promuove il creazionismo cristiano progressista – ma la creazione di algoritmi che aiutano a calcolare l’origine della vita è piuttosto impegnativa. Spesso la ricerca si concentra sull’identificazione di un’idea relativamente semplice che potrebbe fare la differenza, ma nulla collega l’intuizione alle migliaia di fattori in modo sistematico”. Il gruppo di ricerca ha utilizzato grandi archivi di dati, partendo da sei semplici composti chimici: acqua, azoto, metano, idrogeno solforato, ammoniaca e acido cianidrico.

“Abbiamo scoperto – riporta Sara Szymkuć, che ha sviluppato l’algoritmo – che alcuni semplici passaggi potrebbero essere stati sufficienti per dare origine a strutture complesse come amminoacidi (componenti proteici), basi azotate (componenti DNA), lipidi o enzimi che compaiono tra le basi della vita”. Le simulazioni al computer hanno anche dimostrato che questi pochi passaggi potrebbero essere sufficienti a favorire la duplicazione dei composti.

“Alchemy – sostiene Rana – ha mostrato le complesse miscele chimiche che possono produrre interessanti caratteristiche emergenti che includono l'evoluzione chimica e l'aumento della complessità chimica e dell'organizzazione necessarie per lo sviluppo della vita”. Stando ai risultati del team, una singola reazione chimica potrebbe essere sufficiente per produrre altri 12 composti dai sei originali, e lasciando interagire le 18 sostanze se ne otterranno altre 20, poi 60 e 300, mentre alla quinta reazione potrebbero apparire fino a 1.500 nuovi composti.

“Per lo sviluppo della glicina, un amminoacido proteico – continua Grzybowski – bastano due reazioni chimiche. Lo sviluppo di un albero della vita chimico così completo prescinde dalle capacità dei singoli chimici, l’algoritmo ci ha infatti indicato quali reazioni avrebbero potuto verificarsi nelle condizioni della Terra primordiale e come eseguire le sintesi in laboratorio”.

L’esperto ribadisce che il risultato raggiunto conferma che i dispositivi e i macchinari elettronici rappresentano un valido aiuto nello studio della sintesi chimica. “Alchemy raccoglie tutte le molecole che potrebbero essersi formate sulla Terra prebiotica – sottolinea – ed è possibile notare una certa regolarità. Non è un caso che questi composti siano stati selezionati nel processo dell'evoluzione chimica della vita”.

Il ricercatore precisa poi che le molecole considerate catalizzatori compaiono abbastanza rapidamente sull’albero chimico delle origini della vita. “Il nostro albero facilita lo studio della chimica – commenta Szymkuć – il numero di rami, che aumenta ad ogni livello, rappresenta le possibilità e la crescita del sistema. Il fenomeno di replicazione, così legato allo sviluppo della vita, potrebbe essere apparso precocemente, secondo questi risultati”.

Il team ha anche dimostrato che uno dei cicli di riproduzione sembra essere adatto allo sviluppo in vitro. “Per la nascita della vita – sostiene la scienziata – riteniamo indispensabile lo sviluppo di organelli, che, a loro volta, avrebbero necessitato delle micelle, i componenti della membrana cellulare. Questi composti possono derivare dalle sostanze semplici che potevano essere presenti in un periodo prebiotico”. Gli autori sottolineano che sarà necessario comprendere il modo in cui i processi evolutivi abbiano portato alla formazione dei primi organismi. “Non conosciamo con esattezza le condizioni iniziali – precisa Rana – per cui il modello non risponde direttamente a come è iniziata la vita, ma Alchemy rappresenta sicuramente una prospettiva interessante”.

Il gruppo di ricerca ha valutato circa 82 composti biotici, tra i circa 37mila composti generati dalle reazioni del silicio, e tutti condividono proprietà fisico-chimiche che contribuiscono alla loro stabilità. “Questi composti – osserva l’autore – mostrano una ridondanza sintetica che può essere prodotta da varie vie chimiche e hanno le proprietà che li rendono ideali a sopravvivere in quelle che immaginiamo siano le condizioni tipiche della Terra primordiale”.

“In altre parole – conclude Rana – Alchemy ha scoperto che esistono dei vincoli alla chimica prebiotica, che porta alla produzione di molecole biotiche dalle proprietà adatte allo sviluppo della vita. Le leggi della fisica e della chimica devono aver fatto in modo che gli elementi costitutivi della vita emergessero anche durante i momenti meno propizi dal punto di vista ambientale”.