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

In un nuovo rapporto sui microfossili squisitamente conservati, i ricercatori della UC Santa Barbara e della McGill University rivelano che gli organismi eucarioti si erano già evoluti in una varietà di forme anche 1,64 miliardi di anni fa. Articolo pubblicato sulla rivista Articoli in paleontologia, racconta una raccolta di fossili eucariotici risalenti a un'era precoce nella storia evolutiva del gruppo. Gli autori descrivono quattro nuove specie, oltre a prove di diverse caratteristiche avanzate già presenti in questi primi eucarioti.

“Questi sono tra gli eucarioti più antichi mai scoperti”, ha spiegato l'autore principale Leigh Ann Redman, assistente di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università della California, a San Francisco. “Tuttavia, anche in questi primi dischi, vediamo molta diversità”.

Gli eucarioti costituiscono uno dei principali domini della vita, compresi i rami di piante, animali e funghi, così come tutti gli altri gruppi le cui cellule contengono un nucleo legato alla membrana, come i protisti e le alghe. Molti scienziati pensavano che i primi eucarioti fossero tutti più o meno simili durante la tarda era paleoproterozoica e che questa diversificazione fosse avvenuta circa 800 milioni di anni fa. Ma Redman e i suoi coautori hanno trovato fossili di una serie di personaggi deliziosamente diversi, complessi e colorati in rocce che hanno quasi il doppio dell’età.

Gli scienziati sapevano da studi precedenti che gli eucarioti si erano evoluti in questo periodo, ma la loro diversità in quest’epoca non era ben compresa. Così Redman si è diretta nell’entroterra alla fine del 2019. Nel giro di una settimana, ha raccolto circa 430 campioni da otto carotaggi che una società di esplorazione aveva perforato; Ora risiedono nella Biblioteca del servizio geologico del Territorio del Nord. I due nuclei utilizzati in questo studio coprono circa 500 metri di stratigrafia, ovvero 133 milioni di anni, con circa 15 milioni di anni di sedimentazione significativa.

Redman tornò negli Stati Uniti con scisto e mudstone: resti di un antico ecosistema costiero che alternava distese fangose ​​poco profonde e subtidali e lagune costiere. L'immersione nell'acido fluoridrico ha sciolto la matrice rocciosa, concentrando i preziosi microfossili che ha poi analizzato al microscopio.

“Speravamo di trovare specie con proprietà interessanti e diverse delle loro pareti cellulari”, ha detto Redman. Sperava che queste caratteristiche potessero far luce su ciò che stava accadendo all'interno delle cellule durante questo periodo di tempo. Tuttavia, trarre conclusioni sull’interno cellulare richiederà molte indagini, poiché i fossili preservano solo l’esterno delle cellule.

I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla diversità e dalla complessità preservate in questi fossili. Hanno registrato 26 specie, di cui 10 che non erano state descritte in precedenza. Il team ha trovato prove indirette della presenza di citoscheletri, nonché strutture lamellari che indicano la presenza di vescicole interne in cui si sono formate le lamelle, forse predecessori dei corpi di Golgi, presenti nelle moderne cellule eucariotiche. Altri microbi avevano pareti cellulari costituite da fibre collegate, indicando similmente un citoscheletro complesso.

I ricercatori hanno anche trovato cellule con una piccola botola, prova di un certo grado di complessità. Alcuni microbi possono formare una cisti per attendere condizioni ambientali sfavorevoli. Per uscire devono essere in grado di praticare un foro nel loro guscio protettivo. Realizzare questa porta è un processo specializzato. “Se hai intenzione di produrre un enzima che dissolve la parete cellulare, devi stare molto attento a come usi quell'enzima”, ha detto Redman. “Quindi, in uno dei più antichi reperti sugli eucarioti, stiamo osservando livelli impressionanti di complessità”.

Molte persone nel campo pensavano che questa capacità fosse apparsa più tardi, e le prove in questo cluster sottolineano anche quanto diversi e avanzati siano gli eucarioti anche in questa fase iniziale. “Il presupposto è sempre stato che questo sia il periodo in cui apparvero gli eucarioti”, ha detto la coautrice Susannah Porter, professoressa di scienze della Terra all'Università della California, a Santa Barbara, “Ora pensiamo che le persone non abbiano esplorato le rocce più antiche”.

Questo articolo fa parte di un progetto più ampio che indaga l'evoluzione iniziale degli eucarioti. Redman e Porter vogliono sapere in quali ambienti si sono diversificati i primi eucarioti, perché erano lì, quando sono migrati altrove e di quali adattamenti hanno avuto bisogno per riempire quei nuovi ambienti.

Gran parte di questo sforzo riguarda la comprensione di quando sono apparse per la prima volta le diverse caratteristiche degli eucarioti. Gli autori, ad esempio, sono molto interessati a sapere se questi organismi si sono adattati ad ambienti ossigenati o anossici. Il primo indicherebbe che hanno un metabolismo aerobico e forse mitocondriale. Tutti gli eucarioti moderni che sono stati trovati discendono da antenati che possedevano mitocondri. Ciò suggerisce che gli eucarioti acquisirono l’organello molto presto e che ciò fornì loro un vantaggio significativo.

Redman e Porter stanno attualmente lavorando a un nuovo studio sulla diversificazione degli eucarioti nel tempo. Hanno anche raccolto esemplari più antichi 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 servono come direzione per la ricerca di materiali più antichi e di eucarioti più antichi, perché questo non è chiaramente l'inizio degli eucarioti sulla Terra”, ha detto Redman.