Forme di vita complessa nascono dai vantaggi della cooperazione

Le prime forme di vita si basavano su molecole o frammenti di RNA sia per i meccanismi ereditari sia per i compiti metabolici. Per superare questa fase servirono ribozimi, o enzimi a RNA, più lunghi e complessi, il cui assemblaggio fu consentito da network di frammenti di RNA che cooperavano reciprocamente tra loro in modo ciclico.
Cooperazione: un termine che in biologia evoca immediatamente un insieme di cellule che concorrono a formare un organismo oppure, a un livello ancora più elaborato, il comportamento di gruppi di animali a caccia della preda. Nuovi dati suggeriscono ora che il concetto può avere valenze ancora più profonde e coinvolgere l’inizio stesso della vita.In un articolo apparso sulla rivista “Nature”, Nilesh Vaidya della Portland State University, negli Stati Uniti, e colleghi illustrano in che modo le molecole di RNA possono costituire reti in grado di assemblarsi a vicenda, con meccanismi che potrebbero aver rappresentato alcuni dei passaggi chiave del primo abbozzo di biologia molecolare complessa.

Gli organismi che osserviamo oggi com’è noto, condividono tutti la stessa architettura molecolare di base, in cui gli acidi nucleici DNA ed RNA sono utilizzati per immagazzinare ed elaborare l’informazione genetica ereditaria, mentre i compiti metabolici e strutturali spettano alle proteine.

La biologia primordiale, tuttavia, data l’assenza di DNA e proteine, doveva essere molto più elementare, e basarsi sull’RNA sia per l’ereditarietà sia per il metabolismo. La chiave di volta di questa vita basata solo su molecole di RNA è la loro autoreplicazione, che successivamente ha lasciato il posto a un processo dello stesso tipo ma più efficiente.

Uno dei problemi fondamentali in questo contesto è capire come abbia fatto a emergere la biologia a RNA partendo dai soli ingredienti presenti sulla Terra primordiale. Gli studi di chimica prebiotica hanno chiarito che questi ingredienti si sono prima accumulati per poi polimerizzare in corte catene dette ribozimi, o enzimi a RNA, in grado di svolgere alcune reazioni chimiche. Ma per svolgere funzioni più complesse, servivano ribozimi più lunghi e strutturalmente più complessi: come si formarono?

In quest’ultimo studio, Vaidya e colleghi illustrano una possibile spiegazione, basata sul concetto di auto-organizzazione, secondo il quale le semplici molecole a RNA sono riuscite ad andare oltre la semplice produzione di copie di se stesse, agendo in sinergia le une con le altre con meccanismi e processi ciclici che hanno consentito un balzo in avanti nell’efficienza della replicazione.

Il modello di base usato da Vaidya e colleghi è quello dei ribozimi del batterio Azoarcus, di cui era già nota la capacità di riassemblarsi una volta frammentato. I ricercatori hanno dimostrato che alcune varianti di questi frammenti di RNA possono cooperare le une con le altre per formare cicli di autoassemblaggio. In sostanza, lo schema sarebbe il seguente: il ribozima 1 aiuta il ribozima 2 ad assemblarsi, il 2 aiuta il 3 e il 3 aiuta l’1.

Sarebbe questa, secondo gli autori, la chiave per superare in efficienza il semplice autoassemblaggio di un un’unica molecola di RNA. La cooperazione tra piccole molecole di RNA costituisce così un plausibile processo di assemblaggio di ribozimi lunghi a partire da frammenti di RNA.