Goccioline di Vita: L’Acido Lattico e i Suoi Segreti sulla Terra Primordiale

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante indietro nel tempo, fino alle origini della vita sulla nostra Terra. È un mistero che ci stuzzica da sempre: come siamo passati da semplici molecole a organismi complessi? Beh, una delle piste più intriganti che stiamo seguendo riguarda delle molecole chiamate alfa-idrossiacidi (AHA), in particolare l’acido lattico. Potreste conoscerlo per il suo ruolo nel metabolismo, ma cosa succedeva miliardi di anni fa, quando la vita stava appena iniziando a muovere i primi passi?

Ecco l’idea: l’acido lattico e altri AHA, che probabilmente abbondavano sulla Terra primordiale grazie a scariche elettriche, raggi UV, reazioni idrotermali o persino portati da meteoriti, potrebbero aver fatto qualcosa di straordinario. Immaginate cicli di asciutto e bagnato, magari in pozze vicino a vulcani o sulle rive di antichi mari. In queste condizioni, gli AHA possono legarsi tra loro formando catene più lunghe, chiamate poliesteri. È un po’ come infilare perline su un filo, perdendo una molecola d’acqua ad ogni “nodo”.

Ma la magia non finisce qui!

Quando questi poliesteri, magari sotto forma di gel, venivano nuovamente bagnati (la fase “umida” del ciclo), succedeva qualcosa di quasi magico: si auto-assemblavano in minuscole goccioline chiamate microgoccioline senza membrana (MMD). Pensatele come piccole bolle concentrate di poliesteri che si separano dall’acqua circostante, un po’ come l’olio nell’acqua. Queste MMD sono affascinanti perché potrebbero aver funzionato come le primissime “stanze” chimiche, dei precursori delle cellule (le cosiddette protocellule), capaci di concentrare al loro interno altre molecole importanti, come gli acidi nucleici (i mattoni del DNA e RNA).

La sfida della Terra primordiale

Ok, l’idea è bella, ma la Terra di allora non era certo un tranquillo laboratorio. Era un ambiente estremo: temperature elevate, radiazioni solari intense, pH variabile e, soprattutto, un sacco di sali! Mari, laghi, pozze potevano essere molto più salati di oggi, a causa dell’attività vulcanica, idrotermale e dell’erosione delle rocce. Inoltre, gli ambienti acquatici variavano enormemente: dagli oceani sconfinati a minuscole pozze, fessure nelle rocce, zone soggette a maree.

Quindi, la domanda cruciale che ci siamo posti è stata: questa affascinante chimica dell’acido lattico, la sua polimerizzazione e la formazione delle MMD, poteva davvero avvenire in condizioni così difficili? L’alta salinità avrebbe bloccato tutto? E cosa succedeva in volumi d’acqua molto piccoli o con concentrazioni di acido lattico molto basse, come poteva accadere in quelle micro-nicchie primordiali?

Mettiamo alla prova i sali

Per capirlo, abbiamo fatto degli esperimenti simulando quelle condizioni. Abbiamo preso dell’acido lattico e provato a farlo polimerizzare a 80°C (una temperatura plausibile vicino a fonti geotermiche) in presenza di diversi sali comuni sulla Terra primordiale:

• Cloruro di sodio (NaCl, il comune sale da cucina)
• Cloruro di potassio (KCl)
• Cloruro di magnesio (MgCl₂)
• Cloruro di calcio (CaCl₂)

Li abbiamo testati a diverse concentrazioni, fino a livelli molto alti (1 M, più salato del mare odierno!).

I risultati sono stati sorprendenti e illuminanti! Abbiamo scoperto che i sali “semplici” come NaCl e KCl (chiamati monovalenti perché i loro ioni hanno carica +1) non sembravano disturbare più di tanto la polimerizzazione dell’acido lattico né la successiva formazione delle MMD, anche a concentrazioni elevate. Via libera, insomma!

Le cose cambiavano drasticamente con i sali divalenti (ioni con carica +2) come MgCl₂ e CaCl₂. Già a concentrazioni molto più basse (100 mM per CaCl₂, 1 M per MgCl₂), questi sali iniziavano a inibire la polimerizzazione. Il calcio (Ca²⁺) sembrava essere particolarmente “fastidioso”, bloccando il processo più del magnesio (Mg²⁺). Perché? L’ipotesi è che questi ioni positivi a carica doppia si leghino più fortemente ai gruppi acidi (-COOH) dell’acido lattico, formando complessi stabili e rendendo le molecole di acido lattico meno disponibili per legarsi tra loro.

Questo ci dice che il tipo di sale presente era fondamentale. Ambienti ricchi di NaCl e KCl (come forse zone costiere soggette a evaporazione o pozze saline) potevano essere ottimi luoghi per la formazione di questi poliesteri e delle MMD. Al contrario, zone ricche di calcio e magnesio (come sorgenti minerali o aree con rocce carbonatiche) sarebbero state meno favorevoli. Pensate a luoghi estremi sulla Terra oggi, come il Don Juan Pond in Antartide (ricco di CaCl₂) o il deserto di Atacama (NaCl), come possibili analoghi! E chissà, forse dinamiche simili potrebbero avvenire anche su altri corpi celesti acquatici, come Marte o le lune ghiacciate Europa ed Encelado.

Piccoli volumi, basse concentrazioni: si può fare?

L’altra grande incognita era l’effetto delle dimensioni. Sulla Terra primordiale, le reazioni potevano avvenire in micro-ambienti confinati, come i pori delle rocce o piccole gocce d’acqua. Questo poteva concentrare i reagenti, ma cosa succedeva se il volume totale era minuscolo o la concentrazione iniziale di acido lattico era bassa?

Abbiamo quindi provato a far polimerizzare l’acido lattico in volumi ridotti (fino a soli 5 microlitri, una goccia minuscola!) e a concentrazioni molto più basse (fino a 1 millimolare, 500 volte meno della nostra concentrazione standard).

I risultati? Anche qui, buone notizie (con qualche precisazione).

• Volume ridotto: La polimerizzazione avveniva ancora, anche nei volumi più piccoli! Sembra che confinare la reazione non sia un problema, anzi. L’unica cosa è che, ovviamente, partendo da meno materiale, si ottiene meno polimero e quindi, dopo reidratazione, si vedono meno MMD. Ma si formano!
• Concentrazione bassa: Qui le cose si fanno un po’ più difficili. A concentrazioni più basse (5 mM e 1 mM), la polimerizzazione avviene ancora, ma produce catene di poliestere più corte e in quantità minore. Di conseguenza, anche la formazione delle MMD è meno efficiente e le goccioline sono meno dense e più difficili da osservare. C’è anche da considerare che l’acido lattico è un po’ volatile, quindi in reazioni lunghe a bassa concentrazione, una parte potrebbe evaporare prima di reagire.

Cosa significa tutto questo?

Mettendo insieme i pezzi, il quadro che emerge è affascinante. Sembra proprio che la formazione di poliesteri di acido lattico e delle loro microgoccioline fosse un processo robusto, capace di avvenire in una varietà di condizioni presenti sulla Terra primordiale, anche quelle apparentemente ostili.

Certo, c’erano dei limiti: ambienti troppo ricchi di sali divalenti o con concentrazioni di acido lattico estremamente basse potevano rallentare o impedire il processo. Ma la possibilità che queste strutture protocellulari potessero formarsi in pozze salate, nei pori delle rocce vicino a vulcani, o in altre nicchie umide e soggette a cicli di evaporazione, rimane concreta.

Questi risultati, che confermano studi simili fatti su un altro AHA (l’acido fenillattico), rafforzano l’idea che i poliesteri e le MMD potrebbero davvero essere stati attori importanti sulla scena prebiotica, un passo cruciale nella lunga e complessa transizione dalla non-vita alla vita.

Ovviamente, la ricerca continua. Vogliamo esplorare l’effetto di altre variabili ambientali e testare altri tipi di AHA. Ma ogni piccolo passo ci avvicina a comprendere meglio le nostre origini più profonde, racchiuse in quelle primissime, semplici “goccioline di vita”.

Fonte: Springer