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Tutti figli di Luca

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RICERCA – Luca è il Last Ultimate Common Ancestor, la cellula che circa 3,8 miliardi di anni fa ha generato la varietà del vivente. Dalla scoperta degli Archea negli Sessanta, l’umanità si chiede se discende da un archeon o da un batterio. Un modello matematico dice che la domanda è mal posta.

Una volta assemblato da processi ambientali il DNA – o l’RNA, le ipotesi variano – per i non creazionisti l’origine della vita si riduce ai gradienti che consentono gli scambi di energia tra l’esterno e l’interno, con l’interno che trattiene un piccolo surplus da destinare a sopravvivenza e replicazione.

Il consenso tende verso il batterio perché la sua membrana (quasi tutta fatta di fosfolipidi) ha una porosità limitata uguale a quella delle cellule di noi eucarioti, e usa le stesse reazioni chimiche per procurarsi l’energia necessaria alla sintesi dell’adenosina trifosfato (ATP – nota 1), il carburante della cellula. Nel modello matematico proposto da Víctor Sojo, Andrew Pomiankowski e Nick Lane dello University College di Londra su PLoS Biology, Luca è la madre di entrambi i domini della vita. Si sarebbe differenziata in cellule con due tipi di membrana (legami estere per gli archei, legami etere per i batteri), ciascuno con la propria pompa protonica.

In questo scenario, Luca nasce su un fondale oceanico accanto a una sorgente idrotermale. Da un lato gli arrivano i protoni dell’acqua di mare, dall’altro la brodaglia alcalina della sorgente, ricca di minerali. Per prosperare e moltiplicarsi, deve soddisfare due condizioni: l’enzima per la sintesi dell’ATP  deve coprire almeno l’1% della superficie della membrana. Se questa fosse rimasta un colabrodo, si stava sul fondale ancora oggi.

La seconda condizione per salire verso la superficie e cavarsela senza un flusso di protoni abbondante sotto mano, è la presenza della proteina SPAP (sodium-proton antiporter) che scambia un protone+ che entra da un lato con un sodio+ che esce dall’altro. Dalla membrana meno porosa entrano meno protoni, è vero, ma al loro gradiente si aggiunge quello del sodio che trattiene un po’ di energia. Siccome la SPAP c’è tuttora sulla membrana sia dei batteri che degli archei, è probabile che l’abbiano ereditata entrambi da Luca.

Nella prossima puntata Nick Lane et al. intendono raccontare come si assembla la prima membrana a colabrodo.

(1) Per approfondire, raccomandiamo le canzoncine “Oxydative Phosphorylation” e “Come on down the electron transport chain” di un professore dell’università del Washington a Seattle.

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   
Crediti immagine: l’Eden, NOAA/Public domain

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