I composti biologi di base ottenuti mediante uno o più processi di sintesi prebiotiche sono disponibili, insieme forse a qualcuno di origine extraterrestre, nel brodo primordiale. Il biochimico britannico Leslie Eleazer Orgel (1927 - 2007) ha calcolato che le acque primitive dovevano contenere circa un grammo di sostanza organica disciolta per litro.
Le tappe successive comprendono:
- la concentrazione dei composti organici,
- la sintesi di molecole biologiche complesse
Concentrazione delle sostanze organiche
Le semplici sostanze organiche devono venire facilmente in contatto affinché possano avvenire le reazioni che portano a macromolecole complesse, indispensabili per l'evoluzione prebiologica.
Secondo Haldane, l'evaporazione degli stagni o dei bracci di mare o dei laghi può provocare un notevole aumento della concentrazione delle sostanze disciolte portando eventualmente alla loro precipitazione.
Il calore presente nelle ceneri vulcaniche potrebbe polimerizzare i composti, che poi verrebbero trascinati in mare.
Il ghiaccio, quando si forma, non ingloba le sostanze disciolte nel suo reticolo, perciò la soluzione rimanente diventa sempre più concentrata e la bassa temperatura ritarda la velocità di decomposizione.
Le goccioline colloidali, i coacervati che esamineremo tra poco, hanno mostrano la capacita di adsorbire alcuni composti organici, facilitandone la concentrazione all'interno di uno spazio chiuso.
Il ruolo delle argille
Lo scienziato irlandese John Desmond Bernal (1901 - 1971) ha pubblicato nel 1951 il libro The Physical Basis of Life in cui si afferma che l'origine dei processi vitali si trovava sui depositi di argilla.
Le argille sono formate da lamelle sottili di silicati idrati di alluminio impilati, che hanno la capacità di concentrare le molecole organiche nel piccolo spazio interfoliare.
Le argille sono indispensabili perché formano un supporto su cui possono concentrarsi i composti chimici presenti nel brodo primordiale, che si trasforma in "pizza primordiale" per la presenza di un supporto solido, proteggono questi prodotti dalle radiazioni ultraviolette o da altri fattori esterni, inoltre funzionano da catalizzatori per la formazione di macromolecole, in particolare le proteine e gli acidi nucleici, perché contengono ioni metallici (Fe, Zn, Mg, Na, K) e avrebbero potuto selezionare attivamente molecole utili.
Questa teoria dell'argilla è stata ripresa nel 1985 dal chimico scozzese Alexander Graham Cairns-Smith (1931 - 2016), sostenendo che i primi viventi non erano organici, ma argille i cui cristalli erano in grado di contenere e trasmettere informazioni.
L'argilla è costituita da microscopici cristalli, all'interno dei quali gli atomi sono disposti in una struttura che si ripete in uno schema compatto e regolare. I cristalli, posti in acqua insieme agli atomi di cui sono composti, possono crescere e anche dividersi, con un cristallo "madre" che dà origine a cristalli "figli". Ogni cristallo può anche avere delle peculiarità, che può trasmettere ai suoi cristalli figli, proprio come gli esseri viventi ereditano i tratti dai loro genitori. E a volte, quando un cristallo si rompe, a causa dello stress della rottura possono essere introdotte nuove proprietà. Questo processo è simile a quello di mutazione genetica, che crea nuove caratteristiche negli esseri viventi e, proprio come succede in essi, le nuove caratteristiche possono aiutare o ostacolare i nuovi cristalli. Una caratteristica vantaggiosa può essere quella che faciliti la divisione dei cristalli perciò, dopo un certo tempo, la troviamo diffusa maggiormente rispetto ad altre, nel mondo delle argille.
Un'altra proprietà delle argille, che abbiamo visto sopra, è quella di attirare e concentrare le sostanze organiche, tra cui gli amminoacidi. I minerali argillosi, inglobando in un complesso reticolo gli amminoacidi, potrebbero averli ordinati in strutture organizzate - ad esempio catene polipeptidiche - proprio come fanno ora i nostri geni. In un certo senso, i difetti fisici o le peculiarità di un cristallo potrebbero essere pensati come informazioni genetiche capaci di orientare verso un particolare schema.
Le argille potrebbero aver prodotto macromolecole in grado di facilitarne la loro riproduzione fino a quando le molecole biologiche si sono evolute al punto in cui hanno imparato a replicarsi da sole e questo viene chiamato acquisizione genetica.
Nonostante siano trascorsi alcuni decenni da quando è stata formulata, la teoria non ha ancora un adeguato supporto sperimentale.
Sintesi delle macromolecole
Le macromolecole biologiche indispensabili per la vita sono di quattro categorie: glucidi, lipidi, proteine e acidi nucleici.
La sintesi dei glucidi ha preso l'avvio dal metano e dall'acqua e può essere avvenuta con la formazione intermedia di aldeide formica. Gli zuccheri semplici, per polimerizzazione, hanno dato origine ai polisaccaridi.
I lipidi si sono formati dall'interazione di acidi grassi e glicerolo.
Le proteine hanno avuto origine dallo stabilirsi di legami peptidici tra gli amminoacidi; questi ultimi si sarebbero a loro volta formati a partire dall'acqua, metano e ammoniaca, con formazione intermedia di acido cianidrico e aldeide formica.
La sintesi degli acidi nucleici ha avuto come tappe intermedie → basi → nucleosidi → nucleotidi → polinucleotidi.
Alcune reazioni di polimerizzazione possono essere avvenute sulle spiagge che si erano prosciugate e riscaldate, mentre altre potrebbero essere avvenute nei pressi delle sorgenti termali.