Da decenni, LUCA (Last Universal Common Ancestor) rappresenta il punto più remoto che la biologia può ricostruire. Vissuto circa quattro miliardi di anni fa, questo microscopico organismo sarebbe l’antenato di batteri, archea e eucarioti. Tuttavia, studi recenti mostrano che LUCA non era un semplice prototipo di cellula, ma una macchina già sofisticata: possedeva un metabolismo complesso, un codice genetico basato sul DNA e ribosomi funzionanti, le “fabbriche” cellulari responsabili della produzione di proteine.
Questa complessità ha spinto i ricercatori a chiedersi se la vita fosse iniziata molto prima, in un mondo pre-LUCA ancora più misterioso e affascinante.
I paraloghi universali: fossili genetici prima di LUCA
Aaron Goldman, Gregory Fournier e Betül Kaçar hanno sviluppato un nuovo approccio, pubblicato su Cell Genomics, per guardare oltre LUCA. La chiave sono i “paraloghi universali”, geni duplicati prima della comparsa di LUCA, che sono stati ereditati da tutti gli organismi moderni.
Questi geni fungono da fossili molecolari, permettendo di dedurre caratteristiche di organismi ancora più antichi. Analizzando coppie di versioni antiche dello stesso gene presenti universalmente, i ricercatori possono ricostruire le funzioni delle cellule pre-LUCA e capire come la vita si sia evoluta in forma cellulare fin dalle sue origini.
Dalla versatilità alla specializzazione
Uno schema emerso dallo studio indica una transizione da proteine generaliste a proteine specializzate. Mentre oggi enzimi e proteine svolgono compiti specifici, nell’epoca pre-LUCA molecole più versatili dominavano, capaci di realizzare molteplici funzioni, seppur con minore efficienza.
Un esempio riguarda il sistema di traduzione del codice genetico in proteine. Le due proteine moderne, separate nei ruoli di inizio e allungamento della catena proteica, derivano da un antenato pre-LUCA multifunzionale. In questo scenario primitivo, la flessibilità era più importante della precisione, suggerendo che la selezione evolutiva favorisse l’adattabilità delle prime proteine.
Cellularità pre-LUCA: membrane e trasporto
I paraloghi universali più antichi sono legati a tre funzioni vitali: produzione di proteine, elaborazione degli amminoacidi e trasporto attraverso le membrane cellulari.
Tra gli esempi spicca la Signal Recognition Particle (SRP), un sistema che dirige le proteine verso la membrana. L’antenato pre-LUCA di SRP era già in grado di riconoscere bersagli di membrana, suggerendo che le prime forme di vita fossero organismi cellulari primordiali, dotati di struttura e organizzazione, e non semplici reazioni chimiche diffuse in un “brodo primordiale”.
Dalla teoria alla pratica: esperimenti in laboratorio
Goldman e colleghi hanno sintetizzato proteine ancestrali legate all’inserimento nella membrana, osservando che interagiscono con i meccanismi proteici moderni. Questi esperimenti confermano che studiare i paraloghi universali non è solo teoria: permette di collegare l’evoluzione pre-LUCA a esperimenti tangibili, aprendo nuove prospettive sul primo miliardo di anni della vita terrestre.
Comprendere i primi passi della vita
Questa ricerca ridefinisce il concetto di LUCA, mostrando che alcuni geni nel suo genoma sono più antichi dell’organismo stesso. L’approccio dei paraloghi universali ci offre uno sguardo su un mondo pre-LUCA già complesso, versatile e cellulare, dove i mattoni fondamentali della vita – proteine, membrane e trasporto molecolare – erano già al loro posto.
Studiare queste strutture genetiche permette di comprendere meglio l’origine della vita e apre la strada a esperimenti che simulano le condizioni primitive della Terra, trasformando ipotesi evolutive di miliardi di anni fa in dati osservabili oggi.
