Il calcio e l'origine dell'asimmetria molecolare della vita sulla Terra primordiale

Gli ioni di calcio potrebbero aver influenzato la selezione della chiralità nei primi polimeri prebiotici, contribuendo a svelare un antico enigma: perché le biomolecole della vita mostrano una preferenza per una specifica chiralità. A scoprirlo è stato lo studio internazionale, pubblicato sulla rivista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) che ha coinvolto ricercatori e ricercatrici di Asia, Europa, Australia e Nord America, e che unisce diverse discipline – chimica, biochimica, biofisica, geologia e scienza dei materiali.

Il team della Statale, composto da Ivano Eberini, Tommaso Fraccia e da Tommaso Laurenti del laboratorio di Biochimica e biofisica computazionale del dipartimento di Scienze farmacologiche e biomolecolari “Rodolfo Paoletti”, ha contributo allo studio con le simulazioni di dinamica molecolare utili per comprendere a livello atomico le interazioni tra calcio e acido tartarico all’origine dei meccanismi della Terra primordiale.

Per chiralità si intende una proprietà tale per cui due molecole sono speculari ma non sovrapponibili, come le nostre mani non possono sovrapporsi alla loro immagine allo specchio. Il team ha indagato il perché sulla Terra gli zuccheri del DNA sono tutti destrorsi e gli amminoacidi delle proteine sono tutti sinistrorsi, attraverso lo studio dell’acido tartarico, una molecola con due centri chirali.

I risultati mostrano che, in assenza di calcio, l’acido tartarico polimerizza più facilmente in soluzioni pure (destrorse o sinistrorse), mentre in presenza di calcio si favorisce la polimerizzazione delle miscele racemiche. Questo effetto indica che variazioni di concentrazione di ioni calcio possono favorire o sfavorire la formazione di polimeri della stessa chiralità, perché, da una parte il calcio favorisce la cristallizzazione e precipitazione di tartrato di calcio, rimuovendo dalla soluzione quantità uguali di molecole sinistrorse e destrorse, e dall’altra modifica il processo di polimerizzazione delle molecole rimanenti. In questo modo, piccole differenze di chiralità presenti sulla Terra primordiale possono essere state amplificate, generando l’uniformità di chiralità che caratterizza le biomolecole odierne.

Tommaso Laurenti racconta la nascita della collaborazione internazionale: “Tutto nasce dall’incontro apparentemente casuale con Tony Jia – dell’Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo, primo autore dell’articolo – più di 10 anni fa ad una conferenza in Giappone” e sottolinea Ivano Eberini: “Questa esperienza mostra quanto sia cruciale coltivare collaborazioni interdisciplinari ed internazionali, unendo esperimenti di laboratorio e simulazioni computazionali, per affrontare problemi scientifici complessi come l’origine della vita”.