Anche i fossili più antichi di eucarioti mostrano una sorprendente diversità e complessità.

Gennaio 11, 2024

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da Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara

Il sole è appena tramontato su una tranquilla piana fangosa nel Territorio del Nord dell'Australia; tramonterà nuovamente tra altre 19 ore. Una giovane luna incombe sul desolato paesaggio. Non ci sono animali che si aggirano nella luce che svanisce. Non ci sono foglie che frusciano nella brezza. Non ci sono licheni che ricoprono la roccia esposta. L'unico segno di vita è una schiuma in pozzanghere e stagni. E tra di essa vive una comunità microbica diversificata dei nostri antenati antichi.

In un nuovo resoconto di microfossili straordinariamente conservati, i ricercatori dell'Università della California - Santa Barbara e dell'Università McGill rivelano che organismi eucariotici si erano già evoluti in una serie di forme diverse già 1,64 miliardi di anni fa. Il documento, pubblicato sulla rivista Papers in Paleontology, narra di un insieme di fossili eucariotici di un'epoca antica nella storia evolutiva del gruppo. Gli autori descrivono quattro nuovi taxa, nonché prove di diverse caratteristiche avanzate già presenti in questi eucarioti primitivi.

'Si tratta di alcuni degli eucarioti più antichi che siano mai stati scoperti', ha spiegato l'autrice principale Leigh Anne Riedman, ricercatrice assistente presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell'UCSB. 'Eppure, anche in questi primi reperti stiamo vedendo molta diversità'.

Eukarya è uno dei principali domini della vita, che comprende le cladi delle piante, degli animali e dei funghi, nonché tutti gli altri gruppi le cui cellule hanno un nucleo delimitato da una membrana, come i protisti e le alghe. Molti scienziati pensavano che gli eucarioti primitivi fossero tutti abbastanza simili durante il tardo Paleoproterozoico e che la diversificazione si fosse verificata intorno a 800 milioni di anni fa. Ma Riedman e i suoi coautori hanno trovato fossili di un insieme deliziosamente diverso e complesso di personaggi in rocce quasi due volte più vecchie.

Gli scienziati sapevano da studi precedenti che gli eucarioti si erano evoluti in quel periodo, ma la loro diversità in quest'epoca era poco compresa. Quindi, alla fine del 2019, Riedman si è recata nell'outback australiano. In una settimana, ha raccolto circa 430 campioni da otto carote perforate da una società di prospezione; ora si trovano nella biblioteca del Northern Territory Geological Survey. Le due carote utilizzate per questo studio coprivano approssimativamente 500 metri di stratigrafia, o 133 milioni di anni, con circa 15 milioni di anni di deposizione significativa.

Riedman è tornata negli Stati Uniti con scisti e siltiti, resti di un antico ecosistema costiero che alternava fanghi superficiali subtidali e lagune costiere. Un bagno in acido fluoridrico ha dissolto la roccia matrice, concentrandovi i preziosi microfossili che ha successivamente analizzato al microscopio.

'Speravamo di trovare specie con caratteristiche interessanti e diverse per le loro pareti cellulari', ha detto Riedman. Sperava che queste caratteristiche potessero illuminare ciò che stava accadendo all'interno delle cellule durante questo periodo. Tuttavia, per trarre conclusioni sull'interno cellulare, sarebbe stato necessario un grande sforzo investigativo, dato che i fossili preservano solo l'esterno delle cellule.

I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla diversità e complessità conservate in questi fossili. Hanno registrato 26 taxa, tra cui 10 specie precedentemente non descritte. Il team ha trovato prove indirette di citoscheletri, così come strutture piatte che suggeriscono la presenza di vescicole interne in cui erano formate le piastre, forse antenate dei corpi di Golgi, presenti nelle moderne cellule eucariotiche. Altri microrganismi avevano pareti cellulari fatte di fibre legate, anch'esse suggerite dalla presenza di un citoscheletro complesso.

Gli autori hanno anche trovato cellule con una piccola porta trappola, prova di un certo grado di sofisticazione. Alcuni microrganismi possono formare una cisti per resistere a condizioni ambientali sfavorevoli. Per emergere, devono essere in grado di aprire un'apertura nel loro guscio protettivo. La produzione di questa porta è un processo specializzato.

'Se si vuole produrre un enzima che dissolve la parete cellulare, è necessario essere molto attenti a come si utilizza tale enzima', ha detto Riedman. 'Quindi, in uno dei primi reperti di eucarioti, stiamo osservando livelli di complessità molto impressionanti'.

Molte persone nel campo pensavano che questa capacità fosse emersa in seguito, e le prove di essa in questo insieme di fossili sottolineano ulteriormente quanto fossero diversi e avanzati gli eucarioti anche in questo periodo iniziale. 'L'assunzione è sempre stata che questo sia il momento in cui sono comparsi gli eucarioti. E ora pensiamo che la gente semplicemente non abbia esplorato rocce più antiche', ha detto la coautrice Susannah Porter, una professoressa di scienze della Terra presso l'UC Santa Barbara.

This paper is part of a larger project investigating early eukaryote evolution. Riedman and Porter want to know in what environments early eukaryotes were diversifying, why they were there, when they migrated to other places, and what adaptations they needed in order to fill those new niches.

A big part of this effort involves understanding when different characteristics of eukaryotes first arose. For instance, the authors are quite interested to learn whether these organisms were adapted to oxygenated or anoxic environments. The former would suggest that they had an aerobic metabolism, and possibly mitochondria. Every modern eukaryote that's been found descends from ancestors that possessed mitochondria. This suggests that eukaryotes acquired the organelle very early on, and that it provided a significant advantage.

Riedman and Porter are currently working on a fresh account of eukaryote diversity through time. They've also collected even older samples from Western Australia and Minnesota. Meanwhile, their geochemist collaborators at McGill are spearheading a study on oxygen levels and preferred eukaryote habitats, aspects that could shed light on their evolution.

'These results are a directive to go look for older material, older eukaryotes, because this is clearly not the beginning of eukaryotes on Earth,' Riedman said.

Journal information: Papers in Palaeontology

Provided by University of California - Santa Barbara