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Oct 20, 2023

Un "mondo perduto" di primi microbi prosperò un miliardo di anni fa

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Gli oceani pullulavano di microrganismi eucariotici (nella foto la moderna cellula eucariotica; colorata artificialmente) più di un miliardo di anni fa. Credito: Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library

Le rocce situate a centinaia di metri sotto l'entroterra australiano hanno fornito indizi su un mondo perduto di microbi primitivi che un tempo popolavano gli oceani del mondo e che potrebbero aver dato origine a piante e animali moderni.

L'analisi delle molecole simili al grasso isolate dalle rocce suggerisce che siano state prodotte da un'antica popolazione di organismi precedentemente sconosciuta chiamata eucarioti, il gruppo di esseri viventi le cui cellule contengono tipicamente un nucleo e altri compartimenti interni. Le molecole hanno 1,6 miliardi di anni e suggeriscono che gli eucarioti erano abbondanti e diffusi molto più tempo fa di quanto suggerissero precedenti prove biochimiche.

"La storia precedente era che gli eucarioti erano estremamente rari fino a 800 milioni di anni fa", afferma Phoebe Cohen, paleobiologa del Williams College di Williamstown, Massachusetts, che non è stata coinvolta nella ricerca. "I paleontologi erano davvero irritati per questo, perché non è quello che stavamo vedendo nei reperti fossili." I risultati, dice, aiutano a colmare il divario tra i due tipi di prove.

I nuovi risultati sono stati pubblicati il ​​7 giugno su Nature1.

La maggior parte degli eucarioti moderni fa affidamento su composti simili ai grassi chiamati steroli, come il colesterolo, per costruire le membrane cellulari e svolgere altre funzioni cellulari. Poiché gli steroli si trovano in tutto l'albero genealogico degli eucarioti, si pensa che fossero presenti nell'ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti moderni. Per questo motivo, i paleontologi hanno utilizzato i composti come biomarker per la presenza di eucarioti nelle rocce antiche.

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Ma se guardiamo più indietro nel tempo rispetto a 800 milioni di anni fa, la scia degli steroli si esaurisce. I ricercatori non sono riusciti a trovare tracce dei composti nelle rocce più antiche, nonostante l’esistenza di fossili di un’alga rossa e di un’alga verde – entrambi eucarioti – risalenti a circa un miliardo di anni fa.

Questa assenza ha portato a ipotizzare che prima di 800 milioni di anni fa, gli eucarioti non fossero abbastanza abbondanti da lasciare una traccia rilevabile di sterolo.

Un’altra possibilità, tuttavia, era che i ricercatori stessero cercando le molecole sbagliate. Benjamin Nettersheim, geobiologo dell'Università di Brema in Germania, Jochen Brocks, paleobiogeochimico dell'Australian National University di Canberra, e i loro colleghi hanno deciso di concentrarsi sulle molecole di breve durata prodotte dai moderni eucarioti durante la sintesi degli steroli. Tali intermedi moderni potrebbero essere stati il ​​prodotto finale degli eucarioti primordiali.

Il team ha setacciato rocce provenienti da tutto il mondo e ha trovato tracce diffuse di questi “protosteroli”, la prova che gli eucarioti che li producevano erano abbondanti negli ambienti acquatici tra 800 milioni e 1,6 miliardi di anni fa.

Ciò contraddice il pensiero precedente, afferma Nettersheim. Una possibilità è che gli eucarioti che producono steroli più moderni abbiano ottenuto un vantaggio selettivo tra un miliardo e 800 milioni di anni fa, soppiantando infine le loro controparti produttrici di protosteroli.

Il lavoro potrebbe mostrare perché gli scienziati non sono riusciti a trovare tracce biochimiche per confermare i reperti fossili, afferma Laura Katz, una biologa che studia gli eucarioti microbici allo Smith College di Northampton, nel Massachusetts. "Stavamo solo cercando la cosa sbagliata."

I misteriosi microbi che hanno dato origine alla vita complessa

Ma Andrew Roger, che studia la genomica comparativa e l’evoluzione degli eucarioti alla Dalhousie University di Halifax, in Canada, osserva che le alghe rosse e verdi fossilizzate risalenti a un miliardo di anni fa sembrano notevolmente simili alle alghe viventi e probabilmente hanno prodotto steroli moderni. Ciò suggerirebbe che gli steroli moderni – e non solo i loro precursori – dovrebbero essere presenti anche nelle rocce che hanno più di 800 milioni di anni. "La scoperta solleva tante domande quante risposte", dice.