Invasione dei cianobatteri che sconvolse il mondo vegetale “solo” 900 milioni di anni fa

I cianobatteri sono degli organismi simbionti che vivono nelle cellule delle piante. Oggi una nuova ricerca stima che questi organelli abbiano colonizzato le antiche piante unicellulari circa 900 milioni anni fa, molto più recentemente rispetto a quanto si pensava finora.

Sezione di due mitocondri (tubulari) osservati tramite microfotografia elettronica a trasmissione. Fonte : Wikipedia

Molto prima che le piante e gli animali iniziarono a colonizzare la Terra, la vita era costituita da un’infinità di organismi unicellulari, che vivevano principalmente negli oceani del pianeta. I batteri hanno invaso questi organismi attraversando la membrana cellulare e installandosi all’interno del liquido citoplasmatico, prendendo in seguito residenza permanente all’interno di essi.

Questo fenomeno doveva accadere abbastanza spesso, se da queste “invasioni” nacquero  due tipi di organismi che rivoluzionarono per sempre la vita sulla terra, dando vita agli organismi complessi.

Un esempio viene dai mitocondri, organelli presenti in tutte (o quasi) le cellule eucariote che permettono una produzione molto alta di energia. Un altro organello è un antenato di quello che chiamiamo oggi il cloroplasto, che trasforma la luce solare in energia nelle piante verdi.

Una nuova analisi di due studenti dell’Università della California, Berkeley, ha più precisamente datato l’epoca in cui quest’ultima simbiosi ha avuto inizio, ponendo le basi per la fotosintesi delle piante. Il risultato è stato sorprendente, ringiovanendo le piante di centinaia di milioni di anni.

Patrick Shih, coautore della ricerca, ha detto: “Quando si parla di eventi così antichi si trova ogni tipo di teoria. Stimare l’età degli eucarioti – cellule con un nucleo che si sono evolute in piante e animali di oggi, si parla di datazioni che vanno da 800 milioni a 3 miliardi di anni fa.”

Nell’immagine sono visibili i cloroplasti nelle cellule di Plagiomnium. La fotosintesi dei cianobatteri è entrata a far parte delle prime piante unicellulari circa 900 milioni di anni fa, conferendo loro la capacità di produrre energia dalla luce solare, energia necessaria per la nascita dei primi organismi pluricellulari vegetali. Fonte: Wikipedia

“Oggi abbiamo un nuovo metodo per ridurre l’incertezza e aumentare la nostra fiducia nella datazione di tali eventi”, ha detto. I due ricercatori ritengono che il loro approccio possa aiutare a rispondere a domande simili sulle origini di antichi fossili microscopici.

Shih e il suo collega Nicholas Matzke hanno usato evidenze fossili e genetiche per stimare le date di quando i batteri hanno iniziato a vivere come organismi simbionti nei primi eucarioti unicellulari. I due giovani ricercatori hanno concluso che un protobatterio ha invaso un eucariota circa 1,2 miliardi di anni fa, in linea con le stime precedenti, andando a costituire il mitocondrio.

Essi hanno inoltre scoperto che un cianobatterio – che aveva già sviluppato la fotosintesi – ha invaso le cellule eucariote 900 milioni anni fa, molto più tardi di alcune stime, che arrivano anche a 2 miliardi di anni fa.

Stime precedenti hanno utilizzato fossili microbici difficili da identificare o marcatori chimici ambigui nei fossili per stimare il momento in cui i batteri sono entrati nelle cellule eurcariotiche ancestrali, probabilmente prima come parassiti e poi come simbionti. Shih e Matzke si sono resi conto che avrebbero potuto ottenere una migliore precisione studiando i mitocondri e i cloroplasti di oggi, che conservano ancora i geni di quando erano “liberi”, prima di legarsi evolutivamente ai geni attualmente presenti nel DNA animale e vegetale.

“Questi geni, come ad esempio quello che permette la sintesi dell’ATP, erano presenti nei nostri antenati unicellulari e presentano ancora oggi una struttura che si è ben conservata”, ha detto Matzke. “Questi geni risalgono l’ultimo antenato comune di tutti gli esseri viventi, e questo ci aiuta a vincolare ancor meglio l’albero della vita.”

I geni dei mitocondri, dei cloroplasti e del nucleo cellulare degli organismi eucarioti che li ospitano non si evolvono esattamente alla stessa frequenza, ed i ricercatori hanno utilizzato la statistica bayesiana per stimare la variazione del tasso, nonché da quanto tempo i batteri hanno unito le forze con gli eucarioti. I ricercatori si sono concentrati su piante e animali fossili che hanno date certe e con fossili microbici coetanei.

Il documento è apparso il 17 giugno sulla rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences.