Il ruolo degli eucarioti sull’evoluzione della vita

L'evoluzione di complesse cellule eucariotiche in esseri multicellulari ha segnato un punto di svolta significativo nella storia della vita sulla Terra, portando alla comparsa di animali, piante e funghi

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Il ruolo degli eucarioti sull'evoluzione della vita, scienze biologiche 2023

Un gruppo di geoscienziati della Virginia Tech ha scoperto prove che suggeriscono che il nitrato potrebbe essere responsabile di alghe e fiori.

Pubblicati di recente su Science Advances, i risultati della ricerca del team mostrano un aumento dell’azoto biologicamente accessibile durante il periodo in cui gli eucarioti marini, organismi con un nucleo definito, acquisirono il predominio. L’evoluzione di complesse cellule eucariotiche in esseri multicellulari ha segnato un punto di svolta significativo nella storia della vita sulla Terra, portando alla comparsa di animali, piante e funghi.

Sebbene gli oceani dei tempi antichi siano scomparsi, gli eventi che si sono verificati in essi sono stati registrati nelle rocce. Esaminando queste rocce, possiamo collegare il passato della Terra al suo presente e futuro, acquisendo una comprensione più profonda della storia del nostro pianeta.

“Dove siamo oggi, con la vita così com’è sul pianeta, è la somma totale di tutti gli eventi accaduti in passato”, ha affermato Ben Gill, professore associato di geochimica sedimentaria e coautore dell’articolo. “E questo è un evento chiave in cui passiamo da ecosistemi prevalentemente procariotici – cellule che sono molto più semplici di quelle del nostro corpo – agli eucarioti. Se ciò non accadesse, oggi non saremmo qui”.

La ricerca precedente si era concentrata sul ruolo del fosforo nell’ascesa degli eucarioti, ma Junyao Kang, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Geoscienze e autore principale dell’articolo, era curioso del ruolo svolto dall’azoto in questo evento.



“Questi dati sono unici poiché i dati sugli isotopi dell’azoto sono praticamente inesistenti dal primo periodo neoproterozoico, tra un miliardo e 800 milioni di anni fa”, ha affermato Kang.

Collaborando con la Nanjing University di Nanjing, in Cina, Kang ha trascorso due anni a lavorare per capire cosa ha guidato l’ascesa degli eucarioti attraverso l’analisi degli isotopi di azoto di campioni di roccia dal cratere della Cina settentrionale. Sede di rocce risalenti a 3,8 miliardi di anni fa, la regione un tempo era ricoperta da un oceano.

“Avevamo alcune idee approssimative su quando gli eucarioti hanno avuto successo ecologico”, ha detto Shuhai Xiao, professore di geobiologia e coautore dell’articolo. “Sono stati lì per molto tempo fino a circa 820 milioni di anni fa, quando sono diventati abbondanti”.

Kang ha preso i dati dai campioni di roccia, li ha inseriti in un database più grande e li ha analizzati su una scala temporale più lunga che abbracciava diverse località geografiche.

“Una volta che abbiamo fatto questo tipo di integrazione e l’abbiamo inserito in un quadro generale, abbiamo visto l’aumento dei nitrati nel tempo, che è avvenuto circa 800 milioni di anni fa”, ha detto.

Solida collaborazione

Un approccio collaborativo e internazionale è stato fondamentale per collegare questi nuovi dati con eventi biologici, in particolare l’ascesa degli eucarioti.

Gill e Rachel Reid, anch’esse geochimiche del College of Science e coautrici dell’articolo, hanno fornito analisi critiche attraverso risorse, incluso lo spettrometro di massa nel Geoscience Stable Isotope Lab del Virginia Tech. Un analizzatore elementare accoppiato allo spettrometro di massa ha permesso ai ricercatori di estrarre azoto gassoso puro dai campioni per l’analisi.

Gill è specializzata nella ricostruzione dei cicli chimici presenti e passati sul nostro pianeta. Collabora con i paleontologi per studiare la documentazione della vita conservata nella documentazione geologica ed esamina quali potenziali fattori ambientali potrebbero aver consentito cambiamenti nella vita nel corso della storia.

Reid, che generalmente concentra la sua ricerca sugli eventi più recenti della Terra, ha avuto un’opportunità speciale di offrire la sua esperienza sugli isotopi dell’azoto a questi antichi fossili.

Feifei Zhang, geochimico dell’Università di Nanchino, è stato il quarto coautore del documento. Zhang ha fornito informazioni su quanto ossigeno sarebbe stato disponibile negli oceani durante il periodo in cui i nitrati aumentavano in abbondanza.

Tutti gli autori di Virginia Tech sono membri affiliati del Global Change Center del Fralin Life Sciences Institute, con Kang che funge da dottorato di ricerca. borsista nel corso di laurea Interfacce del Cambiamento Globale. Il centro riunisce esperti di diverse discipline per risolvere queste complesse sfide globali e formare la prossima generazione di leader.

Passato, presente e futuro

Xiao, che ha contribuito a scavare e studiare alcuni dei fossili più antichi di tutto il mondo, ha affermato che questo tipo di studio gli dà speranza per scoperte future. I membri del team non vedono l’ora di collaborare con la NASA su sovvenzioni future, come il programma di esobiologia a sostegno della loro ricerca attuale.

Xiao ringrazia anche le biblioteche universitarie della Virginia Tech per il suo supporto a pubblicazioni ad accesso aperto per fornire una selezione controllata di ricerche, liberamente disponibile per i lettori.

“Possiamo collegare i punti dalle composizioni isotopiche dell’azoto nel passato antico e poi andare al passaggio successivo e dedurre quanto nitrato era disponibile per gli organismi”, ha detto Xiao. “E poi lo leghiamo ai dati sui fossili per dimostrare che c’è una relazione”.

Mentre gli antichi oceani sono scomparsi da tempo, ciò che è accaduto negli antichi oceani è registrato nelle rocce e lo studio di queste rocce fornisce un collegamento dalla storia della nostra Terra al presente e al futuro.

“La storia geologica scritta nelle rocce ci fornisce un contesto importante sui cambiamenti globali in futuro”, ha concluso Xiao.

Fonte: Science Advances

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