Origine Eucarioti: Antenato Asgard Svelato Fuori da Heimdallarchaeia!

Ciao a tutti, appassionati di scienza e curiosi delle nostre origini più profonde! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha letteralmente fatto saltare sulla sedia, un vero e proprio colpo di scena nella lunga e affascinante storia dell’evoluzione della vita complessa, quella a cui apparteniamo anche noi: gli eucarioti. Per anni, ci siamo interrogati su chi fossero i nostri antenati più diretti nel vasto mondo degli archei, e un gruppo in particolare, gli Asgardarchaeota, sembrava tenere la chiave del mistero. Ma, come in ogni buona storia che si rispetti, le cose non sono mai così semplici come appaiono.

Il Vecchio Indiziato: Heimdallarchaeia

Fino a poco tempo fa, molti indizi puntavano verso un sottogruppo degli Asgard, chiamato Heimdallarchaeia, come il “nido” da cui saremmo emersi noi eucarioti. Alcuni studi suggerivano addirittura che fossimo imparentati strettamente con un lignaggio specifico all’interno degli Heimdallarchaeia, gli Hodarchaeales. Immaginatevi un albero genealogico dove noi siamo un rametto spuntato da un ramo più grande chiamato Heimdallarchaeia. Questa ipotesi, seppur affascinante, lasciava aperti alcuni dibattiti e incongruenze, soprattutto quando si cercava di capire le caratteristiche metaboliche e i tempi evolutivi dei nostri primi antenati.

La Svolta: Nuovi Genomi e Analisi Approfondite

Ed è qui che entriamo in gioco noi, o meglio, il nostro nuovo studio. Abbiamo deciso di scavare più a fondo, letteralmente e metaforicamente! Abbiamo raccolto campioni da zone umide costiere della Cina e, grazie a tecniche di metagenomica, abbiamo tirato fuori ben 223 nuovi genomi quasi completi di Asgardarchaeota che nessuno aveva mai visto prima. Pensate, è come scoprire 223 nuovi manoscritti antichi che gettano nuova luce sulla storia! Questa marea di nuovi dati ha espanso enormemente la diversità filogenetica conosciuta degli Asgard, rivelando ben 16 nuovi lignaggi a livello di genere o superiore. Un vero tesoro genetico!

Con questo arsenale di informazioni, abbiamo utilizzato approcci filogenomici super sofisticati. Non vi annoierò con i dettagli tecnici, ma immaginate di avere un puzzle complicatissimo e di usare i computer più potenti e gli algoritmi più intelligenti per mettere insieme tutti i pezzi. Ebbene, il quadro che è emerso è stato sorprendente.

L’Inghippo dei Njordarchaeales e la Nuova Posizione degli Eucarioti

Uno dei punti cruciali è stato capire la vera natura di un altro gruppo di archei, i Njordarchaeales. In passato, la loro posizione era ballerina e questo confondeva le acque. Abbiamo scoperto che i genomi dei Njordarchaeales sono, in un certo senso, “chimerici”. Cosa significa? Che sembrano essere un mix di sequenze provenienti sia dagli Asgard sia dai TACK archaea (il superphylum fratello degli Asgard). È come se avessimo trovato un testo antico scritto a quattro mani da autori di scuole di pensiero diverse! Questa natura “ibrida” probabilmente ingannava le analisi precedenti.

Una volta chiarito questo aspetto e utilizzando i nostri nuovi dati e metodi più robusti, l’albero della vita ha preso una forma diversa. E qui sta il bello: gli eucarioti non sembrano più essere annidati all’interno degli Heimdallarchaeia. Piuttosto, la nostra ricerca suggerisce che gli eucarioti si siano evoluti prima della diversificazione di tutti gli Heimdallarchaeia campionati. In pratica, saremmo un ramo fratello dell’intero gruppo Heimdallarchaeia, non un sottogruppo. Una differenza sottile ma con implicazioni enormi!

Chi Era il Nostro Antenato Comune (LAECA)?

Questa nuova collocazione filogenetica ci ha permesso di fare un salto indietro nel tempo e di ricostruire le caratteristiche del nostro ultimo antenato comune con gli Asgard, che chiamiamo LAECA (Last Asgard archaea and Eukaryote Common Ancestor). E qui le sorprese continuano.
Utilizzando la datazione molecolare, abbiamo stimato che il LAECA sia emerso prima del Grande Evento di Ossidazione (quel periodo cruciale in cui l’ossigeno iniziò ad accumularsi nell’atmosfera terrestre, circa 2.4 miliardi di anni fa). Questo significa che il nostro antenato viveva in un mondo molto diverso, privo di ossigeno.

E cosa mangiava? La nostra ricostruzione ancestrale suggerisce che il LAECA fosse probabilmente un acetogeno anaerobico dipendente dall’idrogeno (H2). In parole povere, un organismo che viveva senza ossigeno, utilizzava l’idrogeno come fonte di energia e produceva acetato come scarto. Questo è affascinante perché supporta fortemente l’ipotesi dell’idrogeno per l’eucariogenesi. Questa teoria postula che la nascita della cellula eucariotica sia avvenuta grazie a una simbiosi tra un archeo ospite consumatore di H2 (il nostro LAECA, o un suo parente stretto) e un batterio produttore di H2, che poi sarebbe diventato il mitocondrio, la centrale energetica delle nostre cellule.

Un Metabolismo Primordiale

Abbiamo analizzato nel dettaglio i percorsi metabolici. Mentre alcuni Asgard coltivati in laboratorio, come ‘Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum’, sono bravi a degradare amminoacidi, il nostro LAECA sembra aver avuto un metabolismo diverso, più orientato verso la chemolitoautotrofia basata sull’idrogeno, utilizzando la via di Wood-Ljungdahl (WLP) per fissare il carbonio. Pensate, in un oceano Archeano ricco di CO2 e H2 (proveniente, ad esempio, dalla serpentinizzazione delle rocce sottomarine), questo tipo di metabolismo sarebbe stato perfetto!

È interessante notare che, mentre il LAECA e l’antenato degli Heimdallarchaeia sembravano possedere una WLP completa, questa via metabolica sembra essersi progressivamente persa in alcuni lignaggi successivi degli Heimdallarchaeia. L’antenato degli Heimdallarchaeia, e quindi potenzialmente il LAECA, avrebbe anche avuto i geni per produrre acetato (acetogenesi), rafforzando l’idea di un metabolismo H2-dipendente.

Abbiamo anche cercato tracce di un possibile adattamento all’ossigeno. Abbiamo trovato frammenti di geni per citocromi ossidasi in alcuni Heimdallarchaeia, ma l’antenato comune sembrava avere solo versioni incomplete, probabilmente acquisite per trasferimento genico orizzontale e non funzionali per la respirazione aerobica. Inoltre, la presenza inferita di enzimi estremamente sensibili all’ossigeno (come la CODH/ACS) nell’antenato degli Heimdallarchaeia, insieme all’ambiente anossico dell’epoca, suggerisce fortemente che questo nostro lontano parente fosse un anaerobio convinto.

Cosa Significa Tutto Questo?

Beh, per prima cosa, abbiamo corretto alcune conoscenze precedenti e riempito qualche tassello mancante nel puzzle dell’evoluzione eucariotica. La scoperta che i genomi dei Njordarchaeales sono probabilmente chimerici è fondamentale, perché questi “artefatti” possono davvero confondere le analisi filogenetiche.
La nostra conclusione che gli eucarioti siano un gruppo fratello degli Heimdallarchaeia, e non interni ad essi, cambia la prospettiva su quando e come si siano evolute certe caratteristiche “eucariotiche” negli archei.

L’identificazione del LAECA come un acetogeno anaerobico H2-dipendente che viveva prima del Grande Evento di Ossidazione fornisce un forte sostegno all’ipotesi dell’idrogeno, uno dei modelli più accreditati per spiegare l’origine della cellula eucariotica e l’acquisizione del mitocondrio. È come se avessimo trovato un identikit più preciso del nostro ospite archeale ancestrale!

La Ricerca Continua

Certo, la storia non finisce qui. Ogni scoperta apre nuove domande. L’ulteriore espansione della diversità genomica degli Heimdallarchaeia e, si spera, la loro futura coltivazione in laboratorio, saranno cruciali per affinare ulteriormente queste ricostruzioni evolutive. Ma per ora, possiamo dire di aver fatto un bel passo avanti nel comprendere le nostre radici più antiche, quelle che ci legano a questi incredibili microbi chiamati Asgard. È un viaggio affascinante nel tempo profondo, e sono entusiasta di vedere cosa scopriremo dopo!

Insomma, la prossima volta che vi guarderete allo specchio, pensate che dentro ogni vostra cellula c’è l’eco di un’antica alleanza, nata miliardi di anni fa in un mondo alieno, tra un archeo affamato di idrogeno e un batterio intraprendente. Mica male come storia di famiglia, no?

Fonte: Springer