L’antenato di tutti non era come si pensava

Un’ipotesi scientifica sulla struttura di un cellula antenata di tutte le forme di vita è stata smentita da un elegante esperimento.

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Una ricostruzione grafica elll'Escherichia coli, batterio usato in questo esperimento.|Shutterstock

I primi esseri viventi, antenati di tutte le specie esistenti sulla Terra (dalle più semplici alle più complesse), erano cellule dalla struttura elementare. Si presume che siano vissute circa 3,6 miliardi di anni fa, prima della separazione tra batteri e archei (vedi illustrazione sotto): questi due domini, definiti procarioti (cioè privi di nucleo cellulare), sono anche adesso tra le forme di vita più semplici della Terra. L'altro dominio (Eucarioti) è costituito da cellule con il nucleo, e di esso fanno parte piante, funghi e animali (e anche voi). 

 

I biologi che studiano l'origine della vita pensano che le cellule da cui sono poi derivati i procarioti avessero una struttura, e in particolare una membrana cellulare, a metà strada tra quella di questi due domini (appunto batteri e archei).

 

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I domini della vita. Le relazioni di parentela (filogenesi) ed evolutiva tra procarioti (archei e batteri) ed eucarioti non sono tutt'oggi chiare: tuttavia, i più recenti studi ipotizzano che gli archei siano all'origine della nascita delle cellule eucariote, che includono gli organismi dotati di nucleo, ossia gli unicellulari (protisti) e i multicellulari (le piante, i funghi, gli animali e quindi noi stessi). L'antenato comune si situa alle radici di quest'albero. | WikiMedia

Prova poco riuscita. L’ipotesi era così che questa cellula, il loro antenato comune (definito LUCA, per Last Universal Common Ancestor, cioè Ultimo Antenato Comune Universale), avesse una membrana costituita da due tipi differenti di “mattoni”, i cosiddetti fosfolipidi.

 

Batteri e archei hanno invece fosfolipidi differenti tra loro, ma di un solo tipo.

 

L'idea di partenza era dunque che la membrana “mista” dell'ultimo antenato comune fosse imperfetta e instabile, e solo quando l’evoluzione ha portato a una membrana fatta da fosfolipidi di un solo tipo (uno per batteri, l’altro per archei), è nata una cellula stabile.

 

Ibrido primitivo. Per studiare questa ipotesi, un gruppo di biologi molecolari olandesi ha provato a costruire un batterio con una membrana costituita da entrambi i tipi di molecole. In un articolo pubblicato sulla rivista Pnas (qui il riassunto, in inglese), i ricercatori hanno descritto l'inserimento in un moderno batterio (Escherichia coli) dei geni che comandano la costruzione della membrana di un archeon, così da avere un ibrido con membrana mista. L'ibrido aveva il 30% dei fosfolipidi sostituiti con quelli di un archeon.

 

L'Escherichia coli ibrido, con la membrana cellulare costituita da due tipi di molecole. Nonostante qualche bozzo di troppo, vive bene. | Pnas

Brutto ma vivo. Il batterio così sintetizzato aveva una membrana con qualche "bozzo", perché le molecole differenti dovevano adattarsi le une alle altre, ma, invece di sfaldarsi perché fatta da mattoni di forma differente, la membrana era resistente quanto quelle tipiche di batteri e archei.

 

L’ipotesi che l’evoluzione avesse spinto i due grandi domini a differenziarsi scegliendo le molecole con cui avvolgere le cellule è stata quindi smentita, e coloro che studiano la natura di LUCA devono cercare nuove ipotesi per scoprire le strade dell’evoluzione.

 

21 Marzo 2018 | Marco Ferrari