Un nuovo modello spiega l’auto-organizzazione delle molecole in strutture simili alla vita
Introduzione
Gli scienziati hanno sviluppato un modello che spiega come le molecole possano auto-organizzarsi rapidamente in strutture simili alla vita, sfidando le visioni tradizionali sull’origine della vita. La loro ricerca rivela anche che sia il numero di specie di molecole coinvolte in un ciclo metabolico sia gli effetti della complessa rete sono fondamentali nella formazione di queste strutture auto-organizzate.
Un nuovo modello per comprendere l’auto-organizzazione delle molecole
Una possibile ipotesi per l’emergere della vita coinvolge l’auto-assemblaggio di molecole interrelate in strutture simili a gocce cellulari. Questi specifici gruppi di molecole potrebbero stabilire i primi cicli metabolici auto-replicanti, una caratteristica universalmente presente nei sistemi biologici e costante in tutte le forme di vita. Secondo questo paradigma, le prime biomolecole avrebbero bisogno di raggrupparsi attraverso processi lenti e generalmente inefficienti.
Formazione di cluster e inizio rapido delle reazioni chimiche
Tale lenta formazione di cluster sembra incompatibile con la rapidità con cui la vita è apparsa. Gli scienziati del dipartimento di Fisica della Materia Vivente del MPI-DS hanno ora proposto un modello alternativo che spiega tale formazione di cluster e quindi l’inizio rapido delle reazioni chimiche necessarie per formare la vita.
“Per questo, abbiamo considerato diverse molecole, in un semplice ciclo metabolico, dove ogni specie produce un prodotto chimico utilizzato dal successivo”, afferma Vincent Ouazan-Reboul, primo autore dello studio.
Auto-organizzazione dei catalizzatori coinvolti nei cicli metabolici
Di conseguenza, il modello ha mostrato la formazione di cluster catalitici che includono varie specie molecolari. Inoltre, la crescita dei cluster avviene in modo esponenzialmente rapido. Le molecole possono quindi assemblarsi molto rapidamente e in grandi quantità in strutture dinamiche.
“Inoltre, il numero di specie di molecole che partecipano al ciclo metabolico svolge un ruolo chiave nella struttura dei cluster formati”, riassume Ramin Golestanian, direttore del MPI-DS.
Effetti della rete e formazione di strutture auto-organizzate
In un altro studio, gli autori hanno scoperto che l’auto-attrazione non è necessaria per il raggruppamento in una piccola rete metabolica. Al contrario, gli effetti della rete possono far aggregare anche catalizzatori auto-repellenti. Con questo, i ricercatori dimostrano nuove condizioni in cui interazioni complesse possono creare strutture auto-organizzate.