Vita Antica sulla Terra: Eucarioti di 1,64 miliardi di anni fa infrangono le assunzioni scientifiche

Una ricerca pionieristica guidata dalla UC Santa Barbara e dalla McGill University ha sfatato le precedenti credenze sull’evoluzione degli organismi eucarioti tra cui animali, piante e funghi. Lo studio ha scoperto che questi organismi potrebbero risalire a 1,64 miliardi di anni fa e già allora erano diversi. Questa prova rivoluzionaria è stata scoperta attraverso recenti scoperte di microfossili. In quanto tale, ciò ha ampliato in modo significativo le condizioni ambientali e la sequenza temporale ritenute in cui si è verificata la diversificazione degli eucarioti, fornendo una nuova prospettiva sulle origini e sul progresso della vita complessa sulla Terra.

Immagina una serena serata di fine estate nell'era paleoproterozoica, prendendo ispirazione dalla rappresentazione di DALL-E. Il Territorio del Nord dell'Australia riposa dopo il tramonto, tutto è silenzioso e ancora senza alcun segno di fauna o flora. Gli unici segni di vita sono scarsi residui biologici in alcuni stagni e pozzanghere che ospitano una ricca comunità microbica, una finestra sulla nostra antica stirpe.

Un recente rapporto con descrizioni di microfossili superbamente conservati ha confermato che esistevano diverse forme di organismi eucarioti già 1,64 miliardi di anni fa. Il rapporto è stato pubblicato sulla rivista Papers in Paleontology e illustra il resoconto di un assortimento di fossili eucariotici risalenti a una fase iniziale della storia evolutiva del lignaggio. Gli scienziati hanno definito quattro nuovi taxa e ci sono prove che dimostrano la presenza di tratti avanzati in questi primi eucarioti.

Leigh Anne Riedman, autrice principale e assistente ricercatrice presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell'UCSB, ha sottolineato che: “Questi sono tra gli eucarioti più antichi mai scoperti. Al momento delle prime scoperte, abbiamo già osservato una notevole quantità di diversità”.

Il dominio Eukarya è uno dei domini primari della vita e ospita funghi, animali, piante e altri gruppi le cui cellule contengono un nucleo legato a membrana come i protisti e le alghe. Le teorie esistenti proponevano che la diversificazione fosse avvenuta circa 800 milioni di anni fa poiché si credeva che i primi eucarioti della tarda era paleoproterozoica avessero caratteristiche in qualche modo simili. Tuttavia, lo studio ha portato alla scoperta di una raccolta diversificata di fossili complessi e interessanti in rocce vecchie quasi il doppio.

Studi precedenti avevano suggerito che gli eucarioti si fossero evoluti durante quest’era, tuttavia, la diversità era vagamente compresa. Riedman ha studiato questo aspetto in modo più dettagliato recandosi nell'entroterra alla fine del 2019 e raccogliendo circa 430 campioni da otto nuclei esternalizzati da una società di prospezione. Questi campioni sono diventati parte della biblioteca del Northern Territory Geological Survey. In questo studio sono stati utilizzati due nuclei con circa 15 milioni di anni di deposizione significativa, che coprivano circa 500 metri di stratigrafia o 133 milioni di anni.

Dopo il ritorno negli Stati Uniti con scisto e pietra fangosa, resti di un secolare ecosistema costiero con ambienti variabili tra distese fangose ​​poco profonde e subtidali e lagune costiere, Riedman ha esaminato i microfossili conservati al microscopio. Riedman sperava di scoprire caratteristiche cellulari distintive che potessero far luce sugli sviluppi cellulari dell'epoca.

I ricercatori sono rimasti stupiti dalla varietà e dalla complessità dei fossili. In totale, sono stati registrati 26 taxa, tra cui 10 specie finora sconosciute. Il team ha anche trovato inaspettatamente prove di caratteristiche simili ai citoscheletri complessi e alle pareti cellulari prodotte da fibre legate in alcuni microbi. C'erano anche prove che suggerivano la presenza di vescicole interne in cui si formavano le placche, potenzialmente antenati dei corpi di Golgi delle moderne cellule eucariotiche.

Alcune celle mostravano complessità con una botola in miniatura. Alcuni microbi sono in grado di formare cisti per resistere a condizioni ambientali avverse e hanno bisogno di creare un'apertura nei loro scudi per emergere, indicando un livello di sofisticazione. Questa eccezionale funzionalità è una testimonianza dell'impressionante complessità osservata in questi primi eucarioti.

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. "L'ipotesi è sempre stata 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 erano 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.