Anche i fossili di eucarioti più antichi mostrano una diversità e una complessità sorprendente

In un nuovo resoconto di microfossili squisitamente conservati, i ricercatori della UC Santa Barbara e della McGill University hanno rivelato che gli organismi eucarioti si erano già evoluti in una vasta gamma di forme anche 1,64 miliardi di anni fa. L’articolo, pubblicato sulla rivista Articoli in Paleontologia, racconta un assemblaggio di fossili eucariotici di un’era all’inizio della storia evolutiva del gruppo. Gli autori descrivono quattro nuovi taxa, oltre a prove di diverse caratteristiche avanzate già presenti in questi primi eucarioti.

“Questi sono tra gli eucarioti più antichi mai scoperti”, ha spiegato l’autore principale Leigh Anne Riedman, assistente ricercatrice presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’UCSB. “Eppure, anche in questi primi dischi vediamo molta diversità.”

L’Eucario costituisce uno dei principali domini della vita, comprendendo i cladi delle piante, degli animali e dei funghi, così come tutti gli altri gruppi le cui cellule hanno un nucleo legato alla membrana, come i protisti e le alghe. Molti scienziati avevano pensato che i primi eucarioti fossero tutti abbastanza simili durante il tardo Paleoproterozoico e che la diversificazione fosse avvenuta circa 800 milioni di anni fa. Ma Riedman e i suoi coautori hanno trovato fossili di un cast di personaggi deliziosamente diversificati e complessi in rocce antiche quasi il doppio.

Gli scienziati sapevano da studi precedenti che gli eucarioti si erano evoluti in questo periodo, ma la loro diversità in quest’epoca era poco compresa. Così Riedman si è diretta nell’entroterra alla fine del 2019. Nel giro di una settimana aveva raccolto circa 430 campioni da otto carotaggi perforati da una società di prospezione; ora risiedono nella biblioteca del Northern Territory Geological Survey. I due nuclei utilizzati per questo studio coprivano circa 500 metri di stratigrafia, ovvero 133 milioni di anni, con circa 15 milioni di anni di deposizione significativa.

Riedman ritornò negli Stati Uniti con scisti e mudstone: resti di un antico ecosistema costiero che alternava distese fangose ​​poco profonde e subtidali e lagune costiere. Un’immersione nell’acido fluoridrico ha sciolto la matrice rocciosa, concentrando i preziosi microfossili che ha poi analizzato al microscopio.

“Speravamo di trovare specie con caratteristiche interessanti e diverse per le loro pareti cellulari”, ha detto Riedman. Sperava che queste caratteristiche potessero far luce su ciò che stava accadendo all’interno delle cellule durante questo periodo di tempo. Raggiungere qualsiasi conclusione sull’interno cellulare richiederebbe però una grande quantità di indagini, poiché i fossili preservano solo l’esterno delle cellule.

I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla diversità e dalla complessità preservate in questi fossili. Hanno registrato 26 taxa, comprese 10 specie precedentemente non descritte. Il team ha trovato prove indirette di citoscheletri, nonché strutture a placche che suggeriscono la presenza di vescicole interne in cui si sono formate le placche, forse ancestrali ai corpi di Golgi, presenti nelle moderne cellule eucariotiche. Altri microbi avevano pareti cellulari costituite da fibre legate, il che suggerisce la presenza di un citoscheletro complesso.

Gli autori hanno anche trovato celle con una piccola botola, prova di un certo grado di sofisticazione. Alcuni microbi possono formare una cisti per attendere condizioni ambientali sfavorevoli. Per emergere devono poter aprire un’apertura nel loro guscio protettivo. Realizzare questa porta è un processo specializzato. “Se hai intenzione di produrre un enzima che dissolve la tua parete cellulare, devi stare molto attento a come usi quell’enzima”, ha detto Riedman. “Quindi, in una delle prime testimonianze di eucarioti, stiamo vedendo livelli di complessità piuttosto impressionanti.”

Molte persone nel campo avevano pensato che questa capacità fosse emersa più tardi, e le prove di ciò in questo assemblaggio sottolineano ulteriormente quanto diversi e avanzati fossero gli eucarioti anche in questo primo momento. “Il presupposto è sempre stato che questo fosse il periodo in cui apparvero gli eucarioti. E ora pensiamo che le persone semplicemente non abbiano esplorato le rocce più antiche”, ha detto la coautrice Susannah Porter, professoressa di scienze della Terra alla UC Santa Barbara.

Questo articolo fa parte di un progetto più ampio che indaga l’evoluzione iniziale degli eucarioti. Riedman e Porter vogliono sapere in quali ambienti i primi eucarioti si stavano diversificando, perché erano lì, quando migrarono in altri luoghi e di quali adattamenti avevano bisogno per riempire quelle nuove nicchie.

Gran parte di questo sforzo riguarda la comprensione del momento in cui sono comparse per la prima volta le diverse caratteristiche degli eucarioti. Ad esempio, gli autori sono piuttosto interessati a sapere se questi organismi si sono adattati ad ambienti ossigenati o anossici. Il primo suggerirebbe che avessero un metabolismo aerobico, e forse i mitocondri. Ogni eucariota moderno trovato discende da antenati che possedevano mitocondri. Ciò suggerisce che gli eucarioti acquisirono l’organello molto presto e che ciò fornì un vantaggio significativo.

Riedman e Porter stanno attualmente lavorando su un nuovo resoconto della diversità degli eucarioti nel tempo. Hanno anche raccolto campioni ancora più antichi provenienti dall’Australia occidentale e dal Minnesota. Nel frattempo, i loro collaboratori geochimici della McGill stanno conducendo uno studio sui livelli di ossigeno e sugli habitat preferiti degli eucarioti, aspetti che potrebbero far luce sulla loro evoluzione.

“Questi risultati sono una direttiva per cercare materiale più antico, eucarioti più antichi, perché questo chiaramente non è l’inizio degli eucarioti sulla Terra”, ha detto Riedman.