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Nuove scoperte suggeriscono che la vita complessa ha iniziato a formarsi molto prima, e in un periodo molto più lungo, di quanto i ricercatori avessero precedentemente compreso. Lo studio fornisce nuove informazioni sulle condizioni ambientali che hanno supportato l’evoluzione iniziale e mette in discussione diverse idee ampiamente accettate su quando sono apparse per la prima volta le caratteristiche cellulari avanzate.
Guidato dall’Università di Bristol e pubblicato in Natura il 3 dicembre, il lavoro mostra che gli organismi complessi hanno iniziato a svilupparsi molto prima che i livelli di ossigeno nell’atmosfera raggiungessero livelli significativi. Fino ad ora, molti scienziati credevano che un’abbondanza di ossigeno fosse essenziale per l’emergere di forme di vita complesse.
“La Terra ha circa 4,5 miliardi di anni, con le prime forme di vita microbica apparse oltre 4 miliardi di anni fa. Questi organismi erano costituiti da due gruppi: i batteri e gli archaea distinti ma correlati, noti collettivamente come procarioti”, ha affermato la coautrice Anja Spang del Dipartimento di microbiologia e biogeochimica presso l’Istituto reale olandese per la ricerca marina.
Per centinaia di milioni di anni i procarioti sono stati gli unici organismi viventi sul pianeta. Col tempo si sono evolute cellule eucariotiche più complesse, che hanno dato origine ad alghe, funghi, piante e animali.
Ripensare le origini degli eucarioti
Davide Pisani, professore di filogenomica alla Scuola di Scienze Biologiche dell’Università di Bristol e coautore, ha osservato: “Le idee precedenti su come e quando i primi procarioti si trasformarono in eucarioti complessi erano in gran parte nel regno della speculazione. Le stime hanno abbracciato un miliardo di anni, poiché non esistono forme intermedie e mancano prove fossili definitive”.
Per far luce su questa transizione a lungo dibattuta, il team ha ampliato il metodo esistente degli “orologi molecolari”, uno strumento utilizzato per stimare quando specie diverse hanno condiviso per l’ultima volta un antenato.
“L’approccio è stato duplice: raccogliendo dati di sequenza da centinaia di specie e combinandoli con prove fossili conosciute, siamo stati in grado di creare un albero della vita risolto nel tempo. Abbiamo quindi potuto applicare questo quadro per risolvere meglio la tempistica degli eventi storici all’interno delle singole famiglie di geni”, ha spiegato il co-autore principale, il professor Tom Williams del Dipartimento di Scienze della Vita dell’Università di Bath.
Un inizio molto più precoce della complessità cellulare
I ricercatori hanno esaminato più di cento famiglie di geni in più sistemi biologici e si sono concentrati sui tratti che separano gli eucarioti dai procarioti. Ciò ha permesso loro di ricostruire un quadro più chiaro di come si sono sviluppate le complesse caratteristiche cellulari.
I loro risultati indicano che lo spostamento verso la complessità è iniziato quasi 2,9 miliardi di anni fa, quasi un miliardo di anni prima rispetto ad alcune stime precedenti. Le prove suggeriscono che strutture come il nucleo siano emerse ben prima dei mitocondri. “Il processo di complessificazione cumulativa ha avuto luogo in un periodo di tempo molto più lungo di quanto si pensasse in precedenza”, ha affermato l’autore Gergely Szöllősi, capo dell’Unità di genomica evolutiva basata su modelli presso l’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST).
Questi risultati hanno permesso ai ricercatori di scartare alcuni modelli esistenti di eucariogenesi (l’evoluzione della vita complessa). Poiché i risultati non corrispondevano completamente a nessuna delle spiegazioni attuali, il team ha proposto un nuovo scenario chiamato “CALM” – Complex Archaeon, Late Mitochondrion.
Presentazione del modello CALM
L’autore principale, il dottor Christopher Kay, ricercatore associato presso la Scuola di Scienze Biologiche dell’Università di Bristol, ha dichiarato: “Ciò che distingue questo studio è l’esame dettagliato di ciò che fanno effettivamente queste famiglie di geni – e quali proteine interagiscono con quali – il tutto in tempo assoluto. Per farlo è stata necessaria la combinazione di una serie di discipline: la paleontologia per informare la sequenza temporale, la filogenetica per creare alberi fedeli e utili e la biologia molecolare per dare a queste famiglie di geni un contesto. È stato un grande lavoro”.
“Una delle nostre scoperte più significative è stata che i mitocondri si sono formati molto più tardi del previsto. Il tempo coincide con il primo aumento sostanziale dell’ossigeno atmosferico”, ha aggiunto l’autore Philip Donoghue, professore di Paleobiologia presso la Scuola di Scienze della Terra dell’Università di Bristol.
“Questa intuizione collega la biologia evolutiva direttamente alla storia geochimica della Terra. Gli archeali antenati degli eucarioti iniziarono ad evolvere caratteristiche complesse circa un miliardo di anni prima che l’ossigeno diventasse abbondante, in oceani che erano completamente anossici”.
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Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com