Quando gli scienziati hanno eseguito l’analisi del DNA su un nucleo di sedimenti prelevato dal fondo dell’oceano artico nel 2010, hanno scoperto un organismo sconosciuto appartenente al dominio dei microbi chiamato Archaea che sembra avere caratteristiche genomiche associate a un dominio totalmente diverso, l’Eucariota.
I ricercatori hanno chiamato la loro scoperta “Lokiarchaeota” dal luogo del suo ritrovamento, il foro idrotermale del castello di Loki vicino alla Groenlandia. Tuttavia un dubbio ha offuscato la scoperta: il campione analizzato poteva essere stato contaminato?
Il dubbio è stato, però, superato grazie al lavoro di un team di scienziati giapponesi che sono riusciti a isolare l’organismo e a coltivarlo in laboratorio.
Questo è stato un passo importante che consentirà di studiare microorganismi Lokiarchaeota “vivi” che potrebbe indicare quali sono i primissimi esseri viventi comparsi sulla Terra.
La ricerca è stata pubblicata lo scorso anno ed è ora disponibile sulla rivista Nature.
Batteri, eucarioti e archei sono i tre domini che compongono la vita sulla Terra.
I batteri sono microbi unicellulari che non hanno un nucleo o organelli legati alla membrana e si muovono grazie a strutture chiamate flagelli.
Gli eucarioti, sono organismi le cui cellule hanno nuclei e membrane. Questo dominio include noi esseri umani, animali, piante e alghe.
Gli Archei sono molto simili ai batteri, non hanno nucleo e organelli e si muovono grazie a flagelli. Tuttavia alcune differenze con i batteri ci sono: ad esempio, gli Archei hanno membrane cellulari strutturate in modo diverso con un Rna che li colloca in una posizione distinta sull’albero filogenetico.
A questi tre domini oggi dobbiamo ora aggiungere Lokiarchaeota, seguito da altri esemplari di archei con caratteristiche eucariotiche. Questi furono chiamati Thorarchaeota, Odinarchaeota e Heimdallarchaeota (per seguire la stessa convenzione di denominazione).
Questi esemplari sono stati denominati archaea di Asgard e alcuni scienziati pensano che potrebbero essere all’origine della vita eucariotica – forse dopo che un archaea ha catturato un batterio.
Questa è solo un’ipotesi, per averne la certezza gli scienziati dovevano isolare e studiare gli organismi. L’analisi è stata portata a termine da scienziati giapponesi dopo aver recuperato un nucleo di sedimenti dal fondo del mare nel Nankai Trough, a 2.533 metri sotto il livello del mare, nel 2006.
Questo è accaduto prima che si sapesse degli archaea di Asgard. Solo più tardi, un’analisi dell’RNA del loro ricco campione ha rivelato la presenza di un organismo simile a Lokiarchaeota.
Gli scienziati giapponesi hanno coltivato i loro campioni per cinque anni, in un bioreattore a flusso continuo alimentato a metano progettato per imitare le condizioni di uno sfiato di metano in acque profonde. Molto lentamente, i microbi hanno proliferato, moltiplicandosi.
Nel passo successivo i campioni, dal bioreattore sono stati posti in provette di vetro con nutrienti per oltre un anno iniziando lentamente a proliferare. Al team di scienziati è servito molto più tempo, in quanto le popolazioni bacteirali comuni di solito impiegano circa mezz’ora per raddoppiare, Lokiarchaeota ha impiegato 20 giorni.
La lentezza del processo è stata sottolineata dai ricercatori che nell’articolo spiegano come la coltura era in ritardo di 30-60 giorni richiedendo oltre tre mesi per raggiungere una crescita piena a prescindere dalla temperatura e dai nutrienti e dalla combinazione dei substrati.
L’esperimento ha richiesto in totale 12 anni. I ricercatori hanno chiamato il loro microbo coltivato Prometheoarchaeum syntrophicum, da Prometheus, il Titano della mitologia greca a cui era stata attribuita la creazione degli esseri umani dall’argilla.
Gli scienziati hanno scoperto che Prometheoarchaeum si sarebbe sviluppato in presenza di solo uno o due altri microbi, l’archaeon Methanogenium e il batterio Halodesulfovibrio. Quando il Prometheoarchaeum scompone gli aminoacidi in cibo, produce idrogeno, che gli altri microbi assimilano.
L’idrogeno non assimilato, spiegano i ricercatori, potrebbe ostacolare ulteriormente la crescita già lenta del Prometheoarchaeum, questo indica che l’arcaea ha una relazione simbiotica con altri microbi, in questo caso sintrofica – il che significa che la crescita di una specie o di entrambe dipende da cosa mangia l’altro.
L’organismo, esaminato al microscopio elettronico, ha rivelato una forma insolita per un archea: lunghi tentacoli che spuntano dal suo corpo, all’interno del quale si annidavano i suoi microbi partner.
Quando l’ossigeno ha iniziato ad aumentare sulla Terra, secondo i ricercatori, questo organismo avrebbe potuto passare a una relazione con i batteri che utilizzavano ossigeno, aumentando le sue possibilità di sopravvivenza e avviandosi verso la vita eucariotica, deduzione plausibile dopo il sequenziamento del DNA che ha rivelato le caratteristiche eucariotiche osservate in altri archaea di Asgard.
Tuttavia, è ovvio che serve approfondire le ricerche, il prometheoarchaeum attuale potrebbe essere molto diverso dagli archaea di miliardi di anni fa. Ed è tutt’altro che una prova definitiva che gli eucarioti si siano evoluti dagli archei.
Lo studio è disponibile in attesa della peer-review, quindi sarà interessante vedere in tempo cosa ne farà la comunità scientifica. Ma qualunque cosa accada adesso, impareremo molto da questo lavoro.
“Questo è un documento monumentale che riflette un’enorme quantità di lavoro e perseveranza“, ha detto a Nature nell’agosto del 2019 il microbiologo evoluzionista Thijs Ettema dell’Università di Wageningen, che non era associato al documento.
“È un grande passo avanti nella comprensione di questo importante lignaggio“.
