Gennaio 27, 2022

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Le prime cellule non hanno bisogno né di luce né di aria: i ricercatori ricostruiscono il metabolismo e le fonti di energia della cellula originale

Tornando al brodo primordiale: gli scienziati hanno ricostruito le reazioni metaboliche che c’erano già nelle prime cellule e da cui prendevano l’energia. Si scopre che in determinate condizioni, una parte significativa delle 402 reazioni di base si verifica senza ulteriore apporto di energia. Per far metabolizzare le prime cellule erano necessari solo calore, idrogeno, ammoniaca e anidride carbonica, che ancora oggi si trovano nei caldi camini alcalini dei fondali marini.

dove e come prima vita Sono cresciuto in terra ancora aperto. Sembra solo chiaro che ad un certo punto i primi elementi costitutivi della vita come gli amminoacidi e le basi degli acidi nucleici, nonché l’RNA e DNA formato. Sono venuti anche dopo primi enzimi aggiunto. Di questi componenti, il primo è sorto in piccole vescicole o pori, e poi 3,8 miliardi di anni fa nelle prime vere cellule Metabolismo Uno dei primi esseri viventi.

402 reazioni primitive

Ma in quali reazioni consiste il metabolismo di queste cellule primitive? Da dove ha preso la sua energia? Jessica Wimmer dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf e i suoi colleghi hanno ora trovato una possibile risposta. Con l’aiuto di confronti genetici e biochimici di diversi batteri e archaea, sono riusciti a ricostruire il metabolismo della cellula primitiva.

Il team ha identificato una rete di 402 interazioni che si sono verificate in tutte le cellule microbiche esaminate, nonostante le differenze di lignaggio e stile di vita. Queste vie metaboliche sono utilizzate per produrre ed elaborare amminoacidi, proteine, materiale genetico e altre molecole essenziali. Come materie prime per questo, la rete di reazione primitiva richiede materiali di partenza semplici come idrogeno, anidride carbonica e ammoniaca, riferiscono i ricercatori.

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Secondo Wimmer e il suo team, ciò indica che le cellule progenitrici e le cellule precoci hanno già utilizzato queste vie metaboliche. Così è stato possibile preservare i percorsi di interazione di base fin dall’inizio della vita.

zuppa primitiva nel computer

Tuttavia, ciò solleva la questione della fonte di queste prime reazioni metaboliche: “Quattro miliardi di anni fa, gli enzimi che catalizzano le reazioni nelle cellule di oggi non esistevano”, spiega Wimmer. “Invece, le reazioni dovrebbero poter avvenire spontaneamente nell’ambiente in quel momento”. Pertanto, i ricercatori hanno esaminato il bilancio energetico delle interazioni di rete 402 con l’aiuto di modelli informatici.

Tuttavia, il verificarsi della reazione spontaneamente e senza l’assorbimento di ulteriore energia esterna dipende dalle condizioni ambientali. Quindi il team ha condotto reazioni attraverso diversi valori di pH, temperature e concentrazioni dei materiali di partenza. “Ci sono state molte speculazioni sulla fonte dell’energia motrice. Ma nessuno ha esaminato il metabolismo stesso”, afferma Wimmer.

Ogni cerchio rappresenta una delle 402 reazioni metaboliche primitive e il colore indica il bilancio energetico: le reazioni verdi rilasciano energia e quelle viola richiedono energia aggiuntiva dall’esterno. © Jessica Wimmer / HHU

Energia chimica al posto della luce

Analisi rivelate: nelle condizioni appropriate, la maggior parte delle fasi metaboliche iniziali avviene senza ulteriore apporto energetico. In alcuni casi, le reazioni rilasciano energia, che poi porta alle seguenti reazioni. Pertanto, il metabolismo di base sarebbe servito come fonte interna di energia nei primissimi inizi della vita: le molecole stesse fornivano l’energia chimica.

“Abbiamo dimostrato che l’energia all’origine della vita è di natura puramente chimica. Non abbiamo bisogno di luce solare, meteore o raggi ultravioletti”, afferma Wimmer. Invece, erano necessari solo anidride carbonica, acqua, ammoniaca e alcuni sali, oltre a temperature Circa 80 gradi e un ambiente alcalino intorno a pH 9. Come oggi con molti organismi nella biosfera profonda, l’idrogeno fungeva da principale risorsa energetica chimica.

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I camini ad acqua sono la culla della vita?

Questo elenco di ingredienti in Primal Metabolism fornisce anche preziose informazioni su dove potrebbe essere la prima vita. “Questo ambiente è perfettamente compatibile con l’ambiente nel campo idrotermale”città perduta“, una catena montuosa sottomarina nel mezzo dell’Atlantico”, spiega l’autore senior William Martin dell’Università di Dusseldorf. Ci sono camini caldi alcalini che sono stati a lungo considerati un modello della culla della vita.

Wimmer e le scoperte dei suoi colleghi ora lo confermano. Perché suggeriscono anche che queste sorgenti termali sul fondo dell’oceano potrebbero aver giocato un ruolo importante nell’origine della vita. (Frontiere in microbiologia, 2021; doi: 10.3389/fmicb.2021.793664)

Fonte: Heinrich Heine University Düsseldorf