Il geologo Juan Manuel García Ruiz racconta, ancora stupito, che lui e i suoi colleghi hanno creato “un protomondo” nel loro laboratorio, a soli 1.500 metri dalla spiaggia di La Concha, a San Sebastián. Sembra trascendentale, e lo è, ma è un piccolo contenitore trasparente, tre litri, in cui hanno messo sostanzialmente un bicchiere di acqua, metano, azoto e ammoniaca, aggiungendo scariche elettriche per imitare l’ambiente selvaggio della Terra primitiva. Si tratta di un’altra versione del famoso esperimento di Stanley Miller, un chimico americano di 22 anni che nel 1952 dimostrò che era facile creare in quel brodo primordiale i mattoni fondamentali degli esseri viventi. García Ruiz, però, ha avuto una grande sorpresa. Nella sua bottiglia sono emerse anche delle “protocellule”, strutture che considera il preludio della vita. “È incredibile”, proclama.
Il ricercatore, nato a Siviglia 71 anni fa, afferma che il suo esperimento è durato appena due settimane. Ben presto si formò uno strato superficiale, come la crema sul latte, e l’acqua limpida divenne bruno-giallastra. Le immagini al microscopio sono sconcertanti. Appaiono una moltitudine di minuscole strutture curvilinee, che qualunque osservatore attribuirebbe a esseri viventi, ma non lo sono. Sono semplicemente molecole auto-organizzanti.
“Ci siamo sempre avvicinati all’origine della vita seguendo il testo biblico, come se ci fosse un soffio divino, un momento in cui essa è già irreversibile. Ciò che il nostro studio suggerisce è che non sarebbe dovuto essere così, ma piuttosto che si tratta di un’evoluzione chimica durata milioni di anni, assolutamente casuale, come la successiva evoluzione biologica, e che la complessità aumenta nel tempo. Può raggiungere strutture auto-organizzate e, in alcuni casi, strutture auto-assemblate, come la vita”, spiega García Ruiz. “Questi tipi di protomondi devono esistere su miliardi di pianeti nell’universo. E quei protomondi possono raggiungere qualcosa di così complesso come la vita o il nulla. Non esiste un disegno intelligente, non esiste un soffio divino, ma non esiste nemmeno una reazione fondamentale”, sottolinea il geologo del Centro internazionale di fisica di Donostia.
Il ventenne Stanley Miller scrisse i suoi risultati in una dozzina di paragrafi nel febbraio 1953 e cambiò il modo in cui l’umanità vedeva se stessa. Dimostrò che bastavano tre gas, acqua e scariche elettriche per creare in laboratorio gli amminoacidi, i componenti delle proteine, che sono le macchine biologiche che formano la materia vivente. Il team di Juan Manuel García Ruiz ha già ripetuto l’esperimento di Miller nel 2021, sostituendo però il contenitore originale in vetro con uno in Teflon. La sua conclusione fu una notizia che fece il giro del mondo: lì non emergeva nessun mattone di vita. La silice – un minerale composto da silicio e ossigeno – presente nel vetro era essenziale. L’anno scorso, un consorzio guidato da García Ruiz ha ricevuto 10 milioni di euro dall’Unione Europea per studiare il ruolo della silice nell’origine della vita.
Il nuovo esperimento ha generato gli amminoacidi e anche le cinque basi azotate che sono l’ingrediente fondamentale del DNA, ma la grande novità è la comparsa simultanea di queste “protocellule”. Il geologo spiega che sono una specie di vescicole cave, che compartimentano lo spazio, racchiudendo i mattoni della vita e rendendo più facile la loro reazione tra loro, un passaggio chiave in quell’immenso oceano primitivo. “Queste protocellule devono essere apparse anche nell’esperimento di Miller e in quelli successivi, ma nessuno finora le aveva cercate”, spiega García Ruiz, che ha condotto la ricerca insieme al collega tedesco Christian Jenewein.
I loro risultati implicano che la vita terrestre potrebbe essere emersa centinaia di milioni di anni prima di quanto si pensasse, durante l’Hadic, il periodo geologico iniziato 4,6 miliardi di anni fa, con la formazione del pianeta Terra, e terminato circa 4 miliardi di anni fa . García Ruiz sottolinea che le sue “protocellule” sono formate, con l’aiuto del gorgogliamento, di unità ripetute di acido cianidrico, una molecola semplice con un atomo di idrogeno, un altro atomo di carbonio e un altro atomo di azoto. “Esistono diversi studi che suggeriscono che da questi polimeri dell’acido cianidrico si può creare tutto, tutto ciò che serve per raggiungere gli elementi fondamentali della vita”, afferma il geologo. Il loro studio è stato pubblicato questo lunedì sulla rivista PNASdall’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti.
Il biologo messicano Antonio Lazcano ricorda che, appena 100 anni fa, lo scienziato sovietico Aleksandr Oparin pubblicò il suo libro rivoluzionario L’origine della vitain cui difendeva l’ipotesi che i primi organismi fossero il risultato dell’evoluzione chimica delle molecole nel brodo primordiale della Terra primordiale. Nel mezzo della Guerra Fredda, il giovane americano Stanley Miller stava sulle spalle del sovietico. “Il merito del lavoro di García Ruiz è quello di aver seguito l’evoluzione di molecole semplici fino alla formazione di strutture microscopiche complesse nello stesso sistema”, applaude Lazcano, fondatore del Laboratorio Origine della Vita dell’Università Nazionale Autonoma del Messico.
Il ricercatore messicano, tuttavia, è cauto. “Non le chiamerei protocellule, perché ciò suggerisce una continuità evolutiva che è lungi dall’essere dimostrata, e che non corrisponde alla loro composizione chimica”, sottolinea. “Hanno ragione a scrivere che potrebbero essere stati microreattori che hanno permesso altre reazioni, ma siamo ancora lontani dal costruire una sequenza dettagliata e realistica dell’evoluzione che portò dai componenti e dalle molecole inorganiche della Terra prebiotica ai primi organismi, tra cui altri motivi perché ancora non siamo d’accordo su quale possa essere una buona definizione delle prime forme di vita”, avverte Lazcano.
Lo stesso García Ruiz sottolinea questa incertezza. “Direi che la conclusione del nostro lavoro è che, oggi, la differenza tra i viventi e i non viventi è meno netta che mai, sia morfologicamente che chimicamente”, spiega il geologo, che è anche ricercatore emerito presso l’Andalusia. Istituto di Scienze della Terra (CSIC), a Granada, dove il suo team ha effettuato parte degli esperimenti. García Ruiz avverte che nei prossimi anni le missioni spaziali porteranno rocce da Marte e in esse potrebbero essere rilevati aminoacidi, basi azotate del DNA e persino queste “protocellule”, ma ciò non significherà che siano state scoperte tracce di vita extraterrestre.
Anche il filosofo della biologia Kepa Ruiz Mirazo, esperto dell’origine della vita e dei modelli protocellulari, applaude “l’eccellente lavoro” di García Ruiz. “La rilevanza e l’interesse specifico di questa ricerca, oltre a collocare i primi passi verso la vita in tempi molto remoti, sta nel fatto che la sintesi di molecole organiche à la Miller è qui accompagnata dalla formazione di compartimenti con dimensioni, morfologia e topologia simili a quelli di una cellula”, sottolinea Ruiz Mirazo, dell’Università dei Paesi Baschi.
“Resta da risolvere – e spero che questo gruppo affronterà ora la sfida di dimostrarlo – se questi tipi di strutture supramolecolari chiuse e cave possano essere accoppiate a qualche chimica prebiotica con la quale potrebbero coevolvere verso forme di organizzazione veramente protocellulari, stabilendo meccanismi per lo scambio di materia ed energia con il suo ambiente”, avverte Ruiz Mirazo. “Dal mio punto di vista, l’incapsulamento dei precursori biomolecolari, sebbene necessario (come difendono gli autori dell’articolo), non è di per sé una condizione sufficiente affinché un compartimento possa essere concepito come protocellula. Ma è così che la scienza avanza, in tutti i suoi campi: quanto più una conquista è significativa, tanto più solleva questioni aperte attorno ad essa. Continuare a indagare su questa strada allargherà senza dubbio gli orizzonti alla ricerca delle nostre origini più profonde e lontane, in quanto entità biologiche che siamo”, afferma questo ricercatore.
Il geologo Juan Manuel García Ruiz sta preparando una spedizione nel 2026 in Kenya, nella Rift Valley, un luogo che considera relativamente simile a quello della Terra primitiva, con laghi alcalini e silice in abbondanza. Nel frattempo il suo gruppo continuerà a ripetere l’esperimento di Miller in nuove versioni, ad esempio modificando la temperatura e aggiungendo ingredienti come zolfo, fosforo e monossido di carbonio. “Allungheremo il tempo e inizieremo a cucinare, e vedremo cosa succede”, annuncia.