La creazione ex novo della vita dalla chimica può in linea di principio essere affrontata senza trasformare il laboratorio in una replica della Terra primitiva. Una cosa è ricostruire la storia naturale dell’origine della vita, cercando di capire quali ambienti, quali molecole, quali fonti di energia e quali passaggi abbiano effettivamente condotto, sul nostro pianeta, dai sistemi chimici prebiotici ai primi sistemi viventi. Un’altra cosa è chiedersi se oggi sia possibile costruire, con strumenti tecnici disponibili, un sistema chimico capace di acquisire alcune proprietà fondamentali della vita: un confine fisico, una informazione interna, la produzione di componenti, una certa capacità di variare e un modo per trasmettere almeno parte della propria organizzazione. Questo secondo problema ha una natura diversa. La via storica seguita dalla vita terrestre resta una guida, perché indica quali funzioni generali devono comparire prima o poi: compartimentazione, metabolismo, informazione, eredità, riproduzione, variazione. Tuttavia non impone al laboratorio di ripercorrere gli stessi passaggi. Un sistema artificiale può essere costruito utilizzando strumenti e materiali sviluppati dalla biologia e dalla chimica contemporanee, in condizioni altamente controllate e con possibilità di osservazione e intervento che non hanno alcun equivalente negli ambienti naturali in cui la vita ebbe origine. L’obiettivo, in questa prospettiva, consiste nel raggiungere una forma di organizzazione vivente o protovivente attraverso una procedura tecnica, non nel riprodurre fedelmente la sequenza degli eventi avvenuti miliardi di anni fa.Il punto più delicato diventa allora la selezione. Generare molte protocellule artificiali è già possibile: oggi si possono ottenere in grandi quantità goccioline, vescicole, liposomi e altri compartimenti lipidici, ciascuno caratterizzato da una diversa combinazione di componenti molecolari. Dentro questa moltitudine, però, la maggior parte degli oggetti resta biologicamente poco interessante. Alcuni contengono materiale informativo senza riuscire a usarlo. Altri producono molecole, ma senza distribuirle in modo utile. Altri ancora hanno membrane instabili, forme irregolari, contenuti mal bilanciati, dinamiche interne troppo povere. La difficoltà sta nel riconoscere i pochi compartimenti in cui comincia ad apparire una relazione più significativa fra informazione, forma e comportamento. Una selezione ridotta a un solo parametro, come sin qui si è spesso operata, rischia di perdere proprio questi stadi intermedi. Una misura di fluorescenza può rivelare l’abbondanza di una molecola o l’intensità di un segnale, ma fornisce poche informazioni su come i componenti siano distribuiti all’interno del compartimento. Anche la persistenza nel tempo restituisce soltanto un’indicazione generale di stabilità e non permette di riconoscere molte forme di organizzazione ancora precarie. Perfino una cellula molto semplice possiede caratteristiche che sfuggono a questo tipo di lettura: una struttura spaziale definita, membrane con proprietà specifiche, componenti localizzati in modo non casuale e processi che interagiscono tra loro abbastanza a lungo da conservare una certa continuità organizzativa.Per questo la selezione delle protocellule artificiali richiede criteri più ricchi della semplice misura di una quantità. È utile stabilire se una proteina rimane dispersa nel compartimento oppure si concentra sulla membrana, distinguere una vescicola regolare da una struttura deformata, seguire un segnale che resta stabile o che cambia posizione nel tempo e riconoscere le prime forme di coordinazione interna, anche quando il sistema non è ancora in grado di crescere e competere autonomamente. Molte proprietà cellulari cominciano come configurazioni spaziali e dinamiche prima di diventare vantaggi selettivi evidenti. Un lavoro appena pubblicato su Science Advances mostra perché questa soglia tecnica può essere importante. Gli autori hanno usato piccoli compartimenti lipidici che racchiudono DNA e sistemi molecolari capaci di esprimere proteine. Questi compartimenti vengono osservati uno per uno al microscopio. Quando una vescicola mostra una proprietà desiderata, viene marcata con un segnale luminoso, separata dalle altre e analizzata per risalire all’informazione genetica che conteneva.Il salto concettuale sta nella possibilità di scegliere protocellule artificiali sulla base di ciò che fanno vedere come piccoli sistemi organizzati. Una vescicola può essere selezionata contemporaneamente perché una proteina raggiunge la membrana, perché la sua morfologia rientra in un certo intervallo, perché un modulo interno mostra una dinamica riconoscibile. Il fenotipo, cioè l’insieme delle proprietà osservabili, viene letto come una struttura complessa e non come un semplice valore su una scala. Dopo la selezione, l’informazione contenuta nel compartimento può essere recuperata, misurata, sequenziata e rimessa in circolo in un nuovo ciclo sperimentale. Da qui cambia la strategia generale. Il laboratorio può preparare molte varianti, osservare quali forme di organizzazione producono, conservare quelle più promettenti e ripartire da esse, senza però limitarsi a selezionare una funzione per volta (il che spesso comporta ottimizzazioni incapaci di progredire oltre la funzione desiderata). Ogni ciclo può alzare la soglia: prima una molecola prodotta, poi una molecola localizzata nel posto giusto, poi una membrana modificata, poi una dinamica interna, poi una coordinazione fra più processi. La costruzione della vita artificiale diventa una ricerca evolutiva guidata, nella quale la progettazione razionale fornisce i materiali iniziali e la selezione esplora combinazioni difficili da prevedere in anticipo.Questo è molto diverso da quanto deve essere accaduto nell’origine naturale della vita. Sulla Terra primitiva, i sistemi chimici capaci di persistere e riprodursi venivano favoriti casualmente dalle condizioni ambientali, dalla disponibilità di energia e materiali, dalla stabilità, dalla capacità di generare copie imperfette. In laboratorio, invece, si può introdurre una selezione artificiale più fine. Il ricercatore può conservare invece per scelta intelligente configurazioni ancora incomplete, ma già orientate verso una maggiore cellularità. Può salvare stadi che in un ambiente naturale sarebbero forse troppo deboli per imporsi, ma che contengono un principio di organizzazione utile per il ciclo successivo. La conseguenza è rilevante. La vita artificiale non dipende soltanto dalla disponibilità dei componenti giusti. Dipende anche dalla capacità di riconoscere, dentro una popolazione di abbozzi chimici, quei rari oggetti che appaiono più simili ad un sistema con tutte - non una - le caratteristiche necessarie. Una selezione lenta, grossolana o monodimensionale restringe lo spazio esplorabile. Una selezione capace di leggere forma, posizione e dinamica permette invece di cercare organizzazioni intermedie, ancora parziali, ma più vicine a ciò che rende una cellula diversa da una miscela di molecole.Questa prospettiva apre una possibilità che fino a pochi decenni fa apparteneva quasi esclusivamente alla speculazione teorica. La biotecnologia contemporanea modifica organismi già esistenti, riscrive genomi e trasferisce geni da una specie all’altra, ma continua a lavorare all’interno della chimica della vita terrestre. La costruzione di protocellule artificiali punta invece a qualcosa di più radicale: ottenere sistemi viventi o protoviventi che emergano dall’assemblaggio controllato di componenti chimici. L’interesse filosofico della questione è evidente: se questa strada avesse successo, il principio secondo cui ogni vivente deriva da un altro vivente cesserebbe di apparire come un limite necessario e diventerebbe una caratteristica storica della biosfera terrestre. Ma l’aspetto più importante potrebbe essere pratico. Costruire forme di vita nuove significa, almeno in linea di principio, poter esplorare soluzioni biologiche che l’evoluzione naturale non ha mai prodotto: sistemi basati su chimiche diverse, più stabili in condizioni estreme, capaci di usare risorse differenti o di svolgere funzioni oggi impossibili per gli organismi esistenti.Applicazioni di questo tipo potrebbero riguardare la produzione di materiali e molecole innovative, processi industriali in ambienti ostili, il risanamento di ecosistemi contaminati o, più avanti, sistemi biologici progettati per operare in contesti extraterrestri. La ricerca sulle protocellule non mira ancora a questi obiettivi, ma ne costruisce alcuni presupposti concettuali e tecnici. Siamo ancora lontani da una vita artificiale autonoma. Tuttavia, strumenti che permettono di selezionare protocellule sulla base della loro organizzazione interna rendono meno astratta l’idea di una biologia non derivata da quella esistente. Se un giorno emergeranno sistemi realmente autonomi da questi processi, la domanda non sarà più soltanto come sia nata la vita sulla Terra, ma quali forme di vita sia possibile progettare – e quali limiti porre.