La ricerca ha esplorato l’evoluzione della biochimica terrestre, partendo da un ambiente ricco di composti semplici come il solfuro di idrogeno, l’ammoniaca e l’anidride carbonica. Questi elementi, nonostante la loro semplicità, sono stati i mattoni primordiali utilizzati dalle prime forme di vita miliardi di anni fa. Attraverso processi biochimici, questi precursori sono stati trasformati in composti ancora presenti nei moderni percorsi metabolici.
Per comprendere meglio questa trasformazione, il team di ricerca ha creato un modello dell’evoluzione del metabolismo su scala biosferica, utilizzando un database di 12.262 reazioni biochimiche estratte dalla Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). Questo ampio inventario ha permesso agli scienziati di mappare lo sviluppo passo dopo passo del metabolismo.
Nonostante i tentativi precedenti di modellare l’evoluzione del metabolismo non fossero riusciti a produrre le molecole più complesse e diffuse utilizzate dalla vita contemporanea, il team ha identificato un ostacolo significativo nel trifosfato di adenosina (ATP), una molecola fondamentale in tutte le biochimiche. L’ATP è essenziale perché permette di alimentare reazioni che altrimenti non avverrebbero in acqua. Tuttavia, la sua sintesi richiede la presenza di ATP, creando un ciclo di dipendenza che bloccava il modello.
La soluzione a questo “collo di bottiglia dell’ATP” è stata trovata nella somiglianza tra la parte reattiva dell’ATP e il composto inorganico polifosfato. Modificando solamente otto reazioni, è stato possibile utilizzare il polifosfato al posto dell’ATP, permettendo così di raggiungere quasi tutto il metabolismo centrale contemporaneo.
Questa scoperta ha aperto la strada a nuove domande sulla storia dei percorsi metabolici, indagando se questi si siano sviluppati in maniera lineare, aggiungendo una reazione dopo l’altra, o in modo mosaico, combinando reazioni di età molto diverse per formare qualcosa di nuovo. Le analisi hanno mostrato che entrambi i tipi di percorsi sono quasi ugualmente comuni in tutto il metabolismo.
Questo studio non solo ha permesso di comprendere meglio come reazioni biochimiche quasi dimenticate possano essere state cruciali per l’evoluzione della vita sulla Terra, ma ha anche offerto una nuova prospettiva su come la biochimica possa aver perso tracce nel tempo. Sebbene non possiamo mai sapere con certezza quanto della storia biochimica sia andata perduta, la ricerca ha fornito un indizio importante: la necessità di soltanto otto nuove reazioni, tutte simili a reazioni biochimiche comuni, per collegare la geochimica alla biochimica.
Questi risultati non solo ampliano la nostra comprensione dell’evoluzione biochimica, ma suggeriscono anche che le reazioni estinte possono essere riscoperte attraverso indizi lasciati nella biochimica moderna, offrendo nuove prospettive per studi futuri sulla complessa rete di reazioni che sostiene la vita sulla Terra.