riprodotti al computer
Fisici dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Cnr di Messina e della
Sorbona di Parigi hanno riprodotto, mediante avanzate tecniche di simulazione
numerica, i risultati del famoso esperimento di Miller, cioè la formazione di
aminoacidi dalle semplici molecole inorganiche contenute nel ‘brodo primordiale’
e sottoposte a intensi campi elettrici.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica dell’Accademia delle
scienze americane Pnas
Come è avvenuto il passaggio dall’inorganico all’organico? Come, in sostanza, ha
avuto origine la vita? Un importante passo in avanti nelle nostre conoscenze è
stato compiuto grazie a due fisici di Messina - Franz Saija, ricercatore
dell’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle
ricerche di Messina (Ipcf-Cnr) e Antonino Marco Saitta, professore di Fisica
all’Università Pierre e Marie Curie - - che per la prima volta hanno riprodotto
al computer il celebre esperimento di Stanley Miller, con il quale nel 1953 si
dimostrò in laboratorio la possibilità di formare spontaneamente gli aminoacidi,
le molecole base della vita, sottoponendo a intense scariche elettriche le
semplici molecole inorganiche presenti nel brodo primordiale così come
ipotizzato già nel 1871 da Charles Darwin.
Trattando le interazioni dei singoli atomi a livello quantistico, i due
ricercatori sono riusciti ad individuare i meccanismi coinvolti in queste
reazioni chimiche su scala atomica e a determinare le condizioni necessarie per
la sintesi degli aminoacidi. “Abbiamo simulato al computer il comportamento di
una miscela di molecole semplici (acqua, ammoniaca, metano, monossido di
carbonio, azoto), sottoponendola a intensi campi elettrici”, spiega Saija.
“L’effetto di tali scariche elettriche, dell’ordine dei 50 MV/cm, ha determinato
la trasformazione delle molecole del sistema iniziale in altre via via più
complesse fino alla comparsa della glicina, l’aminoacido più semplice in natura,
considerato il ‘mattone fondamentale’ per costruire peptidi e proteine”. Tali
intense scariche elettriche simulano l’azione dei fulmini presenti nell’ambiente
terrestre primordiale.
Gli autori di questo lavoro, pubblicato questa settimana sulla rivista
dell’Accademia delle scienze americana ‘Pnas’, hanno dimostrato mediante
tecniche avanzate di simulazione numerica che queste reazioni avvengono
attraverso stadi di reazione più complessi di quanto supposto in precedenza,
individuando il campo elettrico come sorgente di energia fondamentale
nell’innescare la formazione degli amminoacidi e identificando gli acidi formico
e cianidrico e la formammide come prodotti intermedi ‘chiave’ per la sintesi
degli aminoacidi e, quindi, dei precursori del dna e degli acidi metabolici.
“La portata di questo studio si spinge al di là degli esperimenti di Miller”,
prosegue il ricercatore dell’Ipcf-Cnr, “poiché campi elettrici estremamente
intensi, anche se molto localizzati, sono presenti in natura sulla superficie
dei minerali che si trovano nelle profondità della Terra. Questo risultato
pionieristico suggerisce dunque la necessità di esplorare a fondo il ruolo di
tali campi: sia per comprendere i meccanismi chimici che hanno portato allo
sviluppo di molecole biologiche sempre più complesse, sia per sfruttare le
enormi opportunità che questo tipo di simulazioni numeriche quantistiche possono
aprire in molti ambiti scientifici che vanno dall’elettrochimica alla
neurobiochimica”.
“L’attività da cui nasce questo articolo si inquadra nello studio dei sistemi
macromolecolari, polimeri e fluidi complessi condotto tramite metodi di
simulazione numerica all’Istituto per i processi chimico-fisici afferente al
Dipartimento Scienze chimiche e tecnologie della materia del Cnr”, sottolinea il
direttore Cirino Salvatore Vasi. “Da questa ricerca è stato possibile chiarire
alcuni meccanismi fondamentali alla base delle reazioni chimiche prebiotiche,
che aprono nuove frontiere per lo studio dell’origine della vita e per
applicazioni nell’ambito delle biotecnologie”.