Più di due miliardi di anni fa, prima che l’atmosfera terrestre fosse ricca di ossigeno, alcuni microbi potrebbero aver già sfruttato il suo potere. Un nuovo studio genetico suggerisce che gli Asgard archaea, i parenti microbici più stretti di piante e animali, possedevano gli strumenti molecolari per prosperare con l’ossigeno, rimodellando potenzialmente la nostra comprensione di come si è formata la vita complessa.
L’enigma dell’evoluzione dei primi anni di vita
Per decenni, gli scienziati hanno teorizzato che le cellule complesse (eucarioti) si formassero quando un antico microbo si fondeva con un batterio. Questa unione alla fine portò alla nascita di organismi che vanno dagli alberi agli esseri umani. Tuttavia, rimaneva una domanda chiave: come è avvenuta questa fusione in un ambiente povero di ossigeno? Il batterio che è diventato i mitocondri produttori di energia all’interno delle cellule eucariotiche ha bisogno di ossigeno per sopravvivere. Se l’archeone ospitante non avesse potuto tollerare l’ossigeno, la fusione sarebbe stata improbabile.
Questa nuova ricerca, pubblicata su Nature il 18 febbraio, suggerisce che l’ospite archeologico, in particolare Asgard archaea, potrebbe essere stato più tollerante all’ossigeno di quanto precedentemente ipotizzato.
Da dove provengono le prove
I ricercatori hanno analizzato enormi quantità di dati genetici raccolti dai sedimenti oceanici e dall’acqua di mare, per un totale di circa 15 terabyte. Hanno ricostruito oltre 13.000 genomi microbici, identificandone centinaia legati agli archaea di Asgard. Il team ha campionato ambienti da 100 piedi di profondità nel Mare di Bohai fino a 6.561 piedi di profondità nel bacino di Guaymas, entrambe le aree brulicanti di vita microbica.
La scoperta chiave? Gli archaea di Asgard strettamente imparentati con gli eucarioti sono stati trovati in ambienti ricchi di ossigeno come sedimenti costieri e acque aperte. Questi microbi possedevano vie metaboliche che utilizzavano attivamente l’ossigeno.
Confermati macchinari per la gestione dell’ossigeno
Utilizzando strumenti di intelligenza artificiale come AlphaFold2 per prevedere le strutture proteiche, i ricercatori hanno scoperto che alcuni lignaggi Asgard, in particolare Heimdallarchaeia, trasportano geni per la respirazione aerobica, il processo utilizzato dagli organismi per estrarre energia dal cibo utilizzando l’ossigeno. Hanno anche scoperto enzimi che neutralizzano i sottoprodotti tossici del metabolismo dell’ossigeno. Ciò suggerisce che l’antenato archeologico delle cellule complesse non era necessariamente limitato a condizioni prive di ossigeno.
“L’ossigeno è apparso nell’ambiente e Asgard si è adattato a questo”, afferma il coautore dello studio Brett Baker. “Hanno scoperto un vantaggio energetico nell’uso dell’ossigeno e poi si sono evoluti in eucarioti.”
Perché è importante
Questa scoperta non riguarda solo la riscrittura dei libri di testo. Colma una lacuna di lunga data nella comprensione delle origini della vita complessa. Se l’ospite archeologico potesse gestire l’ossigeno, la fusione con il batterio dipendente dall’ossigeno diventa più plausibile. L’implicazione è che i primi anni di vita non erano necessariamente vincolati dall’assenza di ossigeno; si adattò alla sua presenza, aprendo la strada all’evoluzione di organismi più sofisticati.
La ricerca evidenzia anche l’importanza delle indagini genomiche approfondite per scoprire storie evolutive nascoste. Gli archaea di Asgard, che prendono il nome dalla casa degli dei norreni, sono stati identificati per la prima volta nel 2015. Questi risultati sottolineano quanto rimanga sconosciuto sul mondo microbico e sul suo ruolo nel plasmare la vita sulla Terra.
