Scoperti microorganismi sconosciuti di un miliardo di anni fa

Per la serie “non si finisce mai d’imparare” (e di stupirci), una nuova ricerca ha recentemente scoperto una serie di organismi precdentemente sconosciuti che probabilmente erano prevalenti sulla Terra tra un miliardo e un miliardo e seicento milioni di anni fa. Queste minuscole creature, conosciute come “Protosterol Biota“, vivevano nei corsi d’acqua di una Terra con un’atmosfera molto meno ricca di ossigeno rispetto ad oggi.

Provenienti dalla famiglia degli eucarioti, gli organismi che presentano una struttura cellulare complessa con un mitocondrio e un nucleo, i Protosterol Biota, erano molto diversi dai moderni eucarioti come animali, piante e amebe, ed erano adattati alle necessità del loro ambiente.

Scoperte dai ricercatori dell’Università nazionale australiana (ANU) e dell’Associazione Helmholtz dei centri di ricerca tedeschi, queste antiche creature probabilmente sono esistite fa 1,6 miliardi a 800 milioni di anni fa. Interessante è anche il modo in cui sono state scoperte.

I ricercatori hanno prima dovuto visualizzare ciò che stavano cercando, utilizzando una combinazione di tecniche per “convertire vari steroli moderni nel loro equivalente fossilizzato“, come ha spiegato Jochen Brocks, professore dell’ANU, uno dei primi autori dello studio. Ciò ha permesso loro di trovare tracce trascurate nelle molecole di grasso fossile all’interno di una roccia di 1,6 miliardi di anni situata sul fondo dell’oceano vicino al Territorio del Nord dell’Australia.

La scoperta

Il dottor Nettersheim, coautore dell’articolo, ha spiegato come il loro team ha determinato dove trovare gli organismi primordiali, condividendo che il loro obiettivo era quello di rintracciare i resti molecolari dei primi organismi il più indietro possibile nella storia della Terra.

Da ricerche precedenti sapevamo già come e dove trovare sulla Terra questa preziosa documentazione molecolare dei primi anni di vita sulla Terra: ci sono solo pochi posti al mondo dove i sedimenti antichi non sono mai stati sepolti a profondità superiori a pochi chilometri e non sono mai stati riscaldati a temperature a cui le informazioni ecologiche diagnostiche delle biomolecole originali vengono completamente perse a causa del riscaldamento geotermico e dei processi di trasformazione geologica”, ha scritto.

Uno di questi luoghi in cui esistono ancora fossili molecolari diagnostici è nell’entroterra australiano settentrionale. Come ha spiegato il dottor Nettersheim, lì le rocce sedimentarie hanno subito pochissimi cambiamenti geologici negli ultimi 1,64 miliardi di anni di storia geologica.

Ma solo i fossili molecolari di batteri – i cosiddetti opanoidi – erano precedentemente noti da queste e da tutte le altre rocce contenenti biomarker che sono più vecchie di ca. 800 milioni di anni“, ha spiegato. “Gli equivalenti molecolari strutturalmente molto simili della vita complessa (eucariotica), gli equivalenti fossili degli steroli come il colesterolo prodotto in abbondanza dalla maggior parte degli animali e le alghe rosse erano enigmaticamente assenti“.

Per trovare questi fossili mancanti, gli scienziati hanno dovuto creare nuovi modelli di ricerca in laboratorio, dopo di che hanno iniziato a trovare steroli fossili praticamente in tutte le rocce contenenti biomarcatori nel periodo di tempo compreso tra 800 milioni e 1,6 miliardi di anni. Di questi, secondo Nettersheim, erano conosciuti solo gli opanoidi batterici.

Ma questi non sono colesterolo fossile, ma una sua versione biosinteticamente più primitiva: i primi intermedi nella biosintesi degli steroli moderni“, ha spiegato. “Konrad Bloch, che ricevette il Premio Nobel per aver decifrato la via biosintetica del colesterolo, predisse che questi moderni intermedi erano una volta, centinaia di milioni di anni fa, i prodotti biosintetici finali utilizzati dai primi eucarioti, ma era scettico sul fatto che queste molecole potessero essere state conservate nella documentazione geologica”.

Ora troviamo i derivati ​​fossili proprio di queste molecole. Pensiamo che probabilmente derivino, almeno in parte, dai nostri antenati eucarioti molto primitivi e ancora piuttosto primordiali, che quindi dovevano essere molto più diffusi ed ecologicamente importanti di quanto si pensasse in precedenza”.
Scoperto un "mondo perduto" di un miliardo di anni fa
Illustrazione di due organismi eucarioti primordiali del “Protosterol Biota” sul fondo dell’oceano

Come cambia la nostra comprensione dell’evoluzione

Alla domanda su come questa scoperta influenzi la nostra conoscenza dei processi evolutivi, Netterheim ha affermato che “Se la nostra interpretazione secondo cui i fossili molecolari derivano in gran parte dai nostri primi antenati eucarioti è corretta, ciò implicherebbe che i nostri antenati primordiali, che dominavano la maggior parte degli ambienti marini tra [1.6 miliardi] e ca. 800 milioni di anni fa appartenevano ancora al cosiddetto fusto dell’albero eucariotico, lignaggi che si evolsero presto nella storia della terra, prima che si evolvesse l’ultimo antenato comune eucariotico (LECA). 

È solo nel periodo toniano, circa 800 milioni di anni fa, che i moderni tipi di eucarioti come le alghe rosse e gli eucarioti eterotrofi (ancora in gran parte unicellulari), i cosiddetti protisti, come i ciliati o gli amebozoi, divennero veramente abbondanti ed ecologicamente importante su scala globale”.

Cosa ha causato l’estinzione?

I ricercatori ritengono che le loro scoperte consolidino la nostra comprensione di un importante cambiamento avvenuto durante il periodo Toniano, ovvero l’età compresa tra circa un miliardo e 720 milioni di anni fa. Nettersheim ritiene che poiché “sia un aumento sostanziale della diversità fossile eucariotica sia la prima apparizione di fossili di steroli moderni, dopo 800 milioni di anni di steroli esclusivamente primordiali (i cosiddetti protosteroli)” ebbe luogo in quell’arco di tempo, una trasformazione significativa degli ecosistemi marini su scala globale. Questo deve aver provocato la fine degli organismi antichi.

È possibile che il biota primordiale del protosterolo si sia estinto o, più probabilmente, sia stato emarginato a causa delle perturbazioni ecologiche di quel periodo“, ha proposto, aggiungendo: “La loro scomparsa potrebbe essere stata causata, ad esempio, dall’ascesa dei moderni eucarioti, cambiamenti nelle concentrazioni di ossigeno atmosferico o nei regimi di nutrienti”.

Ulteriori analisi potrebbero eventualmente rivelare i fattori attualmente enigmatici dell’ascesa sorprendentemente tardiva delle moderne forme di vita complesse al dominio ecologico che, secondo i dati fossili molecolari, si è verificata centinaia di milioni di anni dopo la prima comparsa dei nostri moderni antenati eucarioti, come dimostrato dalla presenza di microscopici microfossili eucariotici.

Alla ricerca di altri organismi antichi

Ora che hanno identificato alcuni microrganismi risalenti a un miliardo di anni fa, gli scienziati puntano a trovarne di più. Come ha condiviso il dottor Nettersheim, l’dea è quella di “ricostruire gli antichi ecosistemi e l’evoluzione dei primi anni di vita registrati nelle rocce nel maggior dettaglio possibile”.

Ci ricorda infatti che la maggior parte delle forme di vita mai esistite sono ormai estinte, come il Protostrol Biota, che pure fu dominante per un lungo periodo. Ciò offre agli scienziati molto da scoprire, ma offre anche sfide uniche. Come sapere cosa cercare?

Come ha affermato il Dr. Nettersheim: “Combinando i profili lipidici degli organismi moderni con i dati genetici e le stime dell’orologio molecolare per l’emergere di determinati lignaggi e le capacità biosintetiche associate, in futuro speriamo di limitare meglio le fonti non attualistiche (ora estinte) di fossili molecolari nel mondo“.

Fonti:

Jochen Brocks, Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06170-wwww.nature.com/articles/s41586-023-06170-w

Heidi Ledford, A ‘lost world’ of early microbes thrived one billion years agoNature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01847-8 , www.nature.com/articles/d41586-023-01847-8

Fabien Kenig, Infancy of sterol biosynthesis hints at extinct eukaryotic speciesNature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01816-1 , www.nature.com/articles/d41586-023-01816-1

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