Uno degli aspetti più strani della vita sulla Terra - e forse della vita altrove nel cosmo - è una caratteristica che confonde chimici, biologi e fisici teorici. Ognuno dei blocchi molecolari della vita (aminoacidi e zuccheri) ha un gemello, non identico, ma un'immagine speculare. Proprio come la tua mano destra riflette la tua sinistra ma non si adatta mai comodamente a un guanto per mancini, gli aminoacidi e gli zuccheri sono disponibili sia nella versione destra che sinistra. Questo fenomeno di selezione della forma biologica è chiamato "chiralità", dal greco per mano.
Sulla Terra, gli aminoacidi caratteristici della vita sono tutti "mancini" nella forma e non possono essere scambiati con il loro doppelgänger per destrimani. Nel frattempo, tutti gli zuccheri caratteristici della vita sulla Terra sono "destrorsi". Le mani opposte sia per gli amminoacidi che per gli zuccheri esistono nell'universo, ma non sono utilizzate da nessuna forma di vita biologica conosciuta. (Alcuni batteri possono effettivamente convertire gli amminoacidi per destrorsi nella versione per mancini, ma non possono usare quelli per mancini così come sono.) In altre parole, sia gli zuccheri che gli amminoacidi sulla Terra sono omochirali: con una mano .
Più di 4 miliardi di anni fa, quando il nostro pianeta natale era nella sua giovinezza infuocata e di temperamento, erano presenti sia i mattoni biologici che i loro riflessi speculari. In effetti, entrambi coesistono ancora oggi sulla Terra, ma non nella vita come la conosciamo. Certamente, se cuoci in laboratorio un lotto di aminoacidi, zuccheri o loro molecole precursori, otterrai sempre una miscela 50-50 di sinistra e destra. Ma in qualche modo, quando la vita emerse negli innumerevoli millenni che seguirono la formazione della Terra, furono selezionati solo gli amminoacidi per mancini e gli zuccheri per mancini.
Le molecole chirali sono state persino trovate nello spazio interstellare. In una scoperta storica annunciata dal National Radio Astronomy Observatory questo giugno, gli scienziati hanno identificato molecole al centro della galassia che potrebbero essere utilizzate per costruire gli zuccheri per destrimani e mancini. Anche se non hanno ancora idea se ci sia più di una mano rispetto all'altra, la scoperta pone le basi per ulteriori esperimenti che potrebbero illuminare di più sulle origini della mano.
Le grandi domande rimangono ancora: come e perché la vita ha scelto solo una delle due riflessioni speculari per costruire ogni singola creatura nel suo serraglio? La vita richiede l'omociralità per iniziare, o potrebbero esistere forme di vita che usano sia i mattoni terrestri che i loro alter ego? I semi dell'omochiralità hanno avuto origine nelle profondità dello spazio interstellare o si sono evoluti qui sulla Terra?
Immagine concettuale di OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Università dell'Arizona) Jason Dworkin, che dirige il laboratorio di Astrochemistry presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, afferma che una sfida per gli scienziati che cercano di rispondere a queste domande è che "la Terra è scomparsa e abbiamo una serie di prove molto, molto scarse di com'era. ”Circa quattro miliardi di anni di eruzioni vulcaniche, terremoti, bombardamenti meteorici e, naturalmente, la profonda influenza geologica della vita stessa hanno così trasformato il pianeta che è quasi impossibile sapere come appariva la Terra quando la vita è iniziata. Questo è il motivo per cui il gruppo di ricerca di Dworkin e molti dei suoi colleghi della NASA si concentrano sui meteoriti, i resti di detriti spaziali che si fanno strada verso il suolo solido.
"Queste sono capsule temporali di 4, 5 miliardi di anni fa", afferma Dworkin. "Quindi quello che raccogliamo nei meteoriti ora è molto simile a quello che stava piovendo sulla Terra allora."
Dworkin è anche il principale scienziato del governo nella missione OSIRIS-REx nell'asteroide vicino alla terra, Bennu. La missione, che verrà lanciata questo settembre, impiegherà circa un anno a misurare l'asteroide per comprendere meglio come si muove attraverso il nostro sistema solare. Quando il tempo del veicolo spaziale con Bennu è scaduto, raccoglierà il premio finale: un campione dalla superficie dell'asteroide, che lo riporterà sulla Terra nell'anno 2023 in modo che gli scienziati possano studiare la sua composizione chimica. "Tutto ciò che facciamo aiuta a ottenere quell'unico campione", afferma Dworkin.
Gli scienziati hanno scelto Bennu in parte per la sua somiglianza con uno speciale tipo di meteorite che fornisce un indizio intrigante (anche se non assolutamente conclusivo) delle origini dell'omociralità. Molti meteoriti contengono molecole a base di carbonio tra cui aminoacidi e zuccheri, che sono gli ingredienti giusti per la vita. Il gruppo di Dworkin ha analizzato la composizione di questi composti "organici" in dozzine di meteoriti e ha raggiunto una conclusione sorprendente. Spesso entrambe le versioni per mancini e destrorsi, ad esempio un amminoacido, sono stati trovati in quantità uguali, esattamente quello che ci si potrebbe aspettare. Ma in molti casi, è stata trovata una o più molecole organiche con un eccesso di una mano, a volte un eccesso molto grande. In ognuno di questi casi, e in ogni meteorite studiato finora da altri ricercatori nel campo, la molecola in eccesso era l'amminoacido mancino che si trova esclusivamente nella vita sulla Terra.
Dworkin afferma che il campione di Bennu può fornire prove ancora più forti di questo fenomeno. "A differenza dei meteoriti, che, uno, cadono a terra e poi si contaminano e, due, sono separati dal loro corpo genitore", con Bennu, gli scienziati sapranno esattamente da dove proviene l'asteroide. Stanno prendendo "misure straordinarie" per confermare che nulla della biologia terrestre può contaminare il campione. "Quindi, quando otteniamo questi eccessi (si spera) di aminoacidi sul campione di Bennu nel 2023, possiamo essere certi che non provenga da contaminazione", afferma Dworkin.
L'evidenza finora lontana dai meteoriti implica che forse esiste un modo per produrre l'omociralità senza vita. Tuttavia, Dworkin dice: "Non sappiamo se la chimica che porta all'omociralità e alla vita provenga da meteoriti, da processi sulla terra o forse da entrambi". C'è ancora ancora la questione di come e perché quell'eccesso si sia sviluppato in il meteorite o il suo genitore asteroide o sulla Terra primitiva in primo luogo.
Le ipotesi abbondano. Ad esempio, la luce polarizzata trovata sul nostro lato della galassia può distruggere la versione per mano destra di molti amminoacidi con una quantità piccola ma evidente. Il leggero eccesso dell'amminoacido mancino dovrebbe quindi essere drasticamente amplificato per raggiungere i livelli trovati negli organismi viventi sulla Terra.
È questo processo di amplificazione che incuriosisce Donna Blackmond dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California. Blackmond ha studiato le potenziali sostanze chimiche dell'omochiralità per quasi tutta la sua carriera. "Penso che sarà una combinazione di processi chimici e fisici", afferma. Il gruppo di Blackmond sta attualmente cercando di scoprire come le reazioni chimiche che potrebbero aver avuto luogo sulla Terra primordiale potrebbero essere state influenzate per produrre solo i mattoni della vita. Nel 2006, il suo team ha dimostrato di poter amplificare solo la forma per mancino di un amminoacido a partire da un piccolo eccesso. Nel 2011, hanno dimostrato che l'amminoacido amplificato potrebbe quindi essere utilizzato per produrre un enorme eccesso di un precursore dell'RNA, che viene prodotto con la mano destra da uno zucchero che è attaccato ad esso. (L'RNA è ritenuto da molti scienziati la molecola biologica originale.) Blackmond e molti altri chimici hanno fatto passi da gigante in questo tipo di chimica, ma sono ancora molto lontani dall'essere in grado di modellare tutte le sostanze chimiche e le condizioni che potrebbero esistere su un asteroide o su un pianeta giovanile.
Blackmond nota anche che è tutt'altro che chiaro che la vita abbia bisogno della totale omochiralità per iniziare. "Un vero estremo sarebbe quello di dire che nulla potrebbe mai accadere fino a quando non avremo un pool di blocchi completamente omochirali, e penso che probabilmente sia troppo estremo", dice. "Potremmo iniziare a produrre polimeri di tipo informativo" - come il DNA e l'RNA - "probabilmente prima che avessimo l'omochiralità". Per ora, tutti gli scienziati possono fare è continuare a fare domande sulle molecole qui sulla Terra e sui corpi celesti che ci circondano. Nella speranza di sbloccare un altro pezzo di questo puzzle, i ricercatori stanno ora sviluppando nuove tecnologie per determinare se ci sono eccessi di una mano nello spazio interstellare.
Nel frattempo, la vita sulla Terra continuerà, misteriosa e asimmetrica come sempre.
