5.7: Evoluzione degli eucarioti
Evoluzione degli eucarioti
Le nostre stesse cellule eucariotiche proteggono il DNA nei cromosomi con una membrana nucleare, producono ATP con i mitocondri, si muovono con i flagelli (nel caso delle cellule spermatiche) e si nutrono di cellule che producono il nostro cibo con i cloroplasti. Tutti gli organismi multicellulari e i Protisti unicellulari condividono questa complessità cellulare. Le cellule batteriche (procariotiche) sono ordini di grandezza più piccole e non hanno nessuna di queste complessità. Quale salto quantico nell’evoluzione ha creato questo grande abisso di differenza?
Le prime cellule eucariotiche – cellule con un nucleo e organelli interni legati alla membrana – si sono probabilmente evolute circa 2 miliardi di anni fa. Questo è spiegato dalla teoria endosimbiotica. Come mostrato nella figura qui sotto, l’endosimbiosi è avvenuta quando grandi cellule hanno inghiottito piccole cellule. Le piccole cellule non furono digerite dalle grandi cellule. Invece, hanno vissuto all’interno delle grandi cellule e si sono evolute in organelli.
Da cellula indipendente a organello. La teoria endosimbiotica spiega come si sono evolute le cellule eucariotiche.
Le cellule grandi e piccole hanno formato una relazione simbiotica in cui entrambe le cellule hanno tratto beneficio. Alcune delle cellule piccole erano in grado di scomporre i rifiuti della cellula grande per ottenere energia. Fornivano energia non solo a se stesse ma anche alla cellula grande. Diventarono i mitocondri delle cellule eucariotiche. Altre piccole cellule erano in grado di usare la luce del sole per produrre cibo. Condividevano il cibo con la cellula grande. Diventarono i cloroplasti delle cellule eucariotiche.
Mitocondri e cloroplasti
Quali sono le prove di questo percorso evolutivo? La biochimica e la microscopia elettronica forniscono un supporto convincente. I mitocondri e i cloroplasti all’interno delle nostre cellule eucariotiche condividono le seguenti caratteristiche con le cellule procariotiche:
- Il loro DNA dell’organello è corto e circolare, e le sequenze di DNA non corrispondono alle sequenze di DNA trovate nel nucleo.
- Le molecole che compongono le membrane degli organelli assomigliano a quelle delle membrane procariotiche – e differiscono da quelle delle membrane eucariotiche.
- I ribosomi di questi organelli sono simili a quelli dei ribosomi batterici, e diversi da quelli eucarioti.
- La riproduzione avviene per fissione binaria, non per mitosi.
- I percorsi e le strutture biochimiche mostrano relazioni più strette con i procarioti.
- Due o più membrane circondano questi organelli.
La membrana della cellula “ospite” e la biochimica sono più simili a quelle degli Archaebatteri, così gli scienziati credono che gli eucarioti discendano più direttamente da quel gruppo principale (Figura sotto). La tempistica di questo drammatico evento evolutivo (più probabilmente una serie di eventi) non è chiara. Il più antico fossile chiaramente collegato ai moderni eucarioti è un’alga rossa che risale a 1,2 miliardi di anni fa. Tuttavia, molti scienziati collocano la comparsa delle cellule eucariotiche a circa 2 miliardi di anni. In qualche momento dell’Eone Proterozoico, quindi, tutti e tre i principali gruppi di vita – Batteri, Archei ed Eucarioti – si sono affermati.
Cosa significa tutto questo?
Le cellule eucariotiche, rese possibili dall’endosimbiosi, erano potenti ed efficienti. Questa potenza ed efficienza ha dato loro il potenziale per evolvere nuove caratteristiche: multicellularità, specializzazione cellulare e grandi dimensioni. Erano la chiave per la spettacolare diversità di animali, piante e funghi che popolano il nostro mondo oggi. Tuttavia, mentre chiudiamo la storia della prima vita, riflettiamo ancora una volta sui modelli e i processi notevoli ma spesso non celebrati della prima evoluzione. Spesso, come esseri umani, concentriamo la nostra attenzione su piante e animali e ignoriamo i batteri. I nostri sensi umani non possono percepire direttamente l’inimmaginabile varietà delle singole cellule, l’architettura delle molecole organiche o la complessità dei percorsi biochimici. Lascia che il tuo studio della prima evoluzione ti dia una nuova prospettiva – una finestra sulla bellezza e la diversità di mondi invisibili, ora e nel corso della storia della Terra. Oltre ai mitocondri che chiamano casa i tuoi 100 trilioni di cellule, il tuo corpo contiene più cellule batteriche che cellule umane. Tu, i mitocondri e i tuoi batteri residenti condividete un’ascendenza comune – una storia continua del dono della vita.
I tre principali domini della vita si sono evoluti entro 1,5 miliardi di anni fa. Le somiglianze biochimiche mostrano che gli eucarioti condividono antenati comuni più recenti con gli Archaea, ma i nostri organelli discendono probabilmente dai batteri per endosimbiosi.