Le firme dei biomarcatori recentemente scoperte indicano un’intera gamma di organismi precedentemente sconosciuti che hanno dominato la vita complessa sulla Terra circa un miliardo di anni fa. Differivano dalla complessa vita eucariotica come la conosciamo, come animali, piante e alghe nella loro struttura cellulare e nel probabile metabolismo, che era adattato a un mondo che aveva molto meno ossigeno nell’atmosfera rispetto a oggi. Un team internazionale di ricercatori, tra cui il geochimico GFZ Christian Hallmann, riferisce ora su questa svolta per il campo della geobiologia evolutiva nella rivista Natura.
I “protosteroidi” precedentemente sconosciuti si sono rivelati sorprendentemente abbondanti durante tutto il Medioevo terrestre. Le molecole primordiali sono state prodotte in una fase precedente della complessità eucariotica, estendendo l’attuale record di steroidi fossili oltre 800 e fino a 1.600 milioni di anni fa. Eucarioti è il termine per un regno della vita che include tutti gli animali, le piante e le alghe e si distingue dai batteri per avere una struttura cellulare complessa che include un nucleo, oltre a un meccanismo molecolare più complesso. “Il clou di questa scoperta non è solo l’estensione dell’attuale record molecolare degli eucarioti,” Hallmann dice: “Dato che l’ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti moderni, inclusi noi umani, era probabilmente in grado di produrre steroli moderni “regolari”, è molto probabile che gli eucarioti responsabili di queste rare firme appartenessero alla radice dell’albero filogenetico.”
Scorcio senza precedenti di un mondo perduto
Questa “radice” rappresenta il lignaggio ancestrale comune che era un precursore di tutti i rami ancora viventi degli eucarioti. I suoi rappresentanti sono estinti da tempo, ma i dettagli della loro natura possono gettare più luce sulle condizioni che circondano l’evoluzione della vita complessa. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per valutare quale percentuale di protosteroidi possa aver avuto una rara fonte batterica, la scoperta di queste nuove molecole non solo riconcilia la documentazione geologica dei fossili tradizionali con quella delle molecole lipidiche fossili, ma offre uno scorcio raro e senza precedenti di un mondo perduto della vita antica. La scomparsa competitiva degli eucarioti del gruppo staminale, segnata dalla prima apparizione dei moderni steroidi fossili circa 800 milioni di anni fa, potrebbe riflettere uno degli eventi più incisivi nell’evoluzione di una vita sempre più complessa.
“Quasi tutti gli eucarioti biosintetizzano gli steroidi, come il colesterolo prodotto dall’uomo e dalla maggior parte degli altri animali” aggiunge Benjamin Nettersheim dell’Università di Brema, primo autore dello studio — “a causa di effetti potenzialmente negativi sulla salute di livelli elevati di colesterolo negli esseri umani, il colesterolo non ha la migliore reputazione dal punto di vista medico. Tuttavia, queste molecole lipidiche sono parti integranti delle membrane delle cellule eucariotiche dove aiutano in una varietà di funzioni fisiologiche. Cercando steroidi fossilizzati nelle rocce antiche, possiamo tracciare l’evoluzione di una vita sempre più complessa.”
Ciò che il premio Nobel riteneva impossibile…
Il premio Nobel Konrad Bloch aveva già ipotizzato un tale biomarcatore in un saggio quasi 30 anni fa. Bloch ha suggerito che gli intermedi di breve durata nella moderna biosintesi degli steroidi potrebbero non essere sempre stati intermedi. Credeva che la biosintesi dei lipidi si evolvesse parallelamente al cambiamento delle condizioni ambientali nel corso della storia della Terra. Contrariamente a Bloch, che non credeva che questi antichi intermedi potessero mai essere trovati, Nettersheim iniziò a cercare protosteroidi in antiche rocce che erano state depositate in un momento in cui quegli intermedi avrebbero potuto effettivamente essere il prodotto finale.
Ma come trovare tali molecole nelle rocce antiche? “Abbiamo impiegato una combinazione di tecniche per convertire prima vari steroidi moderni nel loro equivalente fossilizzato; altrimenti non avremmo nemmeno saputo cosa cercare,” afferma Jochen Brocks, professore presso l’Australian National University che condivide con Nettersheim la prima paternità del nuovo studio. Gli scienziati hanno trascurato queste molecole per decenni perché non sono conformi alle tipiche immagini di ricerca molecolare. “Una volta individuato il nostro obiettivo, abbiamo scoperto che dozzine di altre rocce, prelevate da corsi d’acqua vecchi di miliardi di anni in tutto il mondo, trasudavano molecole fossili simili.”
I campioni più antichi con il biomarcatore provengono dalla formazione Barney Creek in Australia e hanno 1,64 miliardi di anni. La documentazione rupestre dei successivi 800 milioni di anni produce solo molecole fossili di eucarioti primordiali prima che le firme molecolari degli eucarioti moderni appaiano per la prima volta nel periodo toniano. Secondo Nettersheim “la Trasformazione Toniana emerge come uno dei più profondi punti di svolta ecologica nella storia del nostro pianeta.” Hallmann aggiunge che “sia i gruppi staminali primordiali che i moderni rappresentanti eucariotici come le alghe rosse possono aver vissuto fianco a fianco per molte centinaia di milioni di anni.” Durante questo periodo, tuttavia, l’atmosfera terrestre si arricchì sempre più di ossigeno — un prodotto metabolico di cianobatteri e delle prime alghe eucariotiche che sarebbero state tossiche per molti altri organismi. Successivamente, si sono verificate glaciazioni globali “Terra a palla di neve” e le comunità di protosteroli si sono in gran parte estinte. L’ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti viventi potrebbe essere vissuto da 1,2 a 1,8 miliardi di anni fa I suoi discendenti erano probabilmente più in grado di sopravvivere al caldo e al freddo, nonché alle radiazioni UV e hanno spostato i loro parenti primordiali.
Poiché tutti gli eucarioti del gruppo staminale sono estinti da tempo, non sapremo mai con certezza come fosse la maggior parte dei nostri primi parenti, ma gli sforzi artistici hanno creato visualizzazioni provvisorie (vedi le immagini allegate), mentre gli steroidi primordiali potrebbero alla fine far più luce sulla loro biochimica e stile di vita. “La Terra è stata un mondo microbico per gran parte della sua storia e ha lasciato poche tracce”. Nettersheim conclude. La ricerca presso ANU, MARUM e GFZ continua a cercare di rintracciare le radici della nostra esistenza: la scoperta dei protosteroli ora ci avvicina di un passo alla comprensione di come vivevano e si evolvevano i nostri primi antenati.
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