La cooperazione, vero motore dell’evoluzione

Il lichene, l’antenato di Indiana Jones, pioniere dell’esplorazione dei continenti

Correva l’anno 480 milioni Avanti Cristo. Tutte le forme di vita erano nei mari che erano ormai troppo affollati. Certo, c’erano un sacco di terre emerse che aspettavano solo di essere colonizzate, ma nessuno aveva la tecnologia necessaria per compiere questo passo. Finalmente un fungo ed un’alga presero l’iniziativa: mettendo in comune ognuno i propri talenti, sarebbero usciti dall’acqua. L’unione alga-fungo ebbe così tanto successo che i due organismi si fusero in un solo nuovo organismo esploratore, il lichene.

Accordi mutualmente vantaggiosi come quello tra l’alga ed il fungo sono talmente importanti da essersi guadagnati un nome nella biologia: simbiosi

Sappiamo che l’evoluzione procede per selezione naturale tramite la sopravvivenza del più adatto, il ché implica la necessità di competere e di combattere. In realtà c’è un’altra forza che promuove l’evoluzione della vita ed è la cooperazione, l’unione di due “culture” diverse. 

Lynn Margulis

la vita non ha conquistato la terra combattendo, ma cooperando

Lynn Margulis (speriamo un giorno di poter parlare di lei in maniera più approfondita) ha proposto la teoria endosimbiontica secondo cui le cellule che compongono i nostri corpi si sono evolute dalla fusione di più microorganismi. Gli organelli nelle nostre cellule erano in origine organismi a sé stanti che sono stati endocitati (abbiamo parlato qui dell’endocitosi) per essere protetti dall’ambiente esterno ed in cambio hanno offerto le loro competenze alla cellula più grande che li ha mangiati. Per esempio i mitocondri, le centrali elettriche della cellula, erano in origine batteri capaci di usare l’ossigeno per produrre energia, un enorme vantaggio 2 miliardi di anni fa quando l’atmosfera terrestre ha cominciato ad arricchirsi di questo gas. A riprova di questa teoria, nei mitocondri c’è ancora del DNA diverso da quello contenuto nel nucleo della cellula e che sembra provenire da antichi batteri.

Insomma, la simbiosi, sebbene meno famosa, è importante almeno quanto la selezione naturale per capire l’evoluzione della vita e gli Scienziatimatti di oggi hanno scoperto qualcosa proprio su questo motore evolutivo

Osservando l’alga Nannochloropsis oceanica ed il fungo Mortierella elongata, due organismi capaci individualmente di produrre olio (o più propriamente, acidi grassi poli-insaturi, importanti per ricavare biodiesel, per esempio), hanno visto che se l’alga ed il fungo venivano fatti crescere insieme nella stessa provetta, questi miglioravano nella produzione di olio. Che si trattasse proprio di simbiosi?

Effettivamente i funghi davano azoto alle alghe, le quali in cambio rifornivano di carbonio i loro partner. E quando i vantaggi in una relazione sono reciproci non ci sono dubbi: siamo di fronte ad una simbiosi!

La simbiosi può aiutare a sopravvivere in condizioni avverse, così gli scienziatimatti hanno lasciato N. oceanica e Mortierella insieme in una provetta con pochissimo nutrimento, condizione in cui gli organismi da soli sarebbero morti. Dopo più di un mese di stenti, le alghe si riproducevano felici ed i funghi aumentavano di peso grazie alla coabitazione. 

Il fungo Mortierella elongata (chiamato AG77) e l’alga N. oceanica (chiamata Noc) sono stati fatti crescere da soli o insieme in una provetta con poco nutrimento. (A) Dal grafico vediamo che il fungo ha preso più peso quando coabitava dell’alga. Gli asterischi indicano che la differenza tra le due linee è riproducibile e solida. (B) I ricercatori hanno usato un colorante fluorescente verde (SYTOX) per marcare le alghe morte. Ogni punto verde corrisponde ad un’alga morta e vediamo che ci sono molti più punti verdi quando l’alga è da sola. Il marcatore fluorescente rosso (Cloroplasti) è un indicatore dello stato di salute delle alghe (più ce n’è, meglio è). Infine, con la luce trasmessa (cioè una luce bianca che attraversa la provetta), possiamo vedere le alghe da sole o con le ife del fungo. (Du et al. 2019)

Varie immagini dell’alga all’interno delle ife del fungo osservate al microscopio. L’alga è verde perché contiene clorofilla. (Du et al. 2019)

Ma la vera sorpresa è arrivata una volta al microscopio: le alghe crescevano all’interno dei funghi! È la prima volta che si osserva in laboratorio una simbiosi di questo tipo!

N. oceanica e M. elongata restano per ora due organismi indipendenti, ma chissà che questo non sia il primo passo verso la nascita di un nuovo microorganismo endosimbiontico!


Qui il link alla ricerca originale: https://elifesciences.org/articles/47815

Predire l’evoluzione?

Chi ha letto Origin di Dan Brown si ricorderà forse del genio informatico che crea una simulazione al computer dove in pochi minuti ricapitola i miliardi di anni di evoluzione della vita sulla terra, un po’ come quando riproduciamo un video su youtube a 2x! Nel libro la simulazione al computer viene lasciata scorrere per predire in che direzione sta andando l’evoluzione dell’uomo.

Bisogna sapere che l’evoluzione si basa su due grandi pilastri:

  • Mutazioni casuali nel DNA che possono produrre cambiamenti nel modo di funzionare di un organismo.
  • L’ambiente che seleziona gli organismi più adatti, quelli che si riprodurranno di più, diffondendo più rapidamente le loro mutazioni nella popolazione.

Ma se le mutazioni sono completamente casuali, allora non c’è modo di prevederle.

Non è certo una sorpresa che Dan Brown abbia scritto pura fantascienza; in fondo il suo è un romanzo senza troppe pretese di autenticità.

EPPURE… I nostri eroi di oggi, chissà se ispirati anch’essi da Dan Brown, hanno provato ad addestrare un computer a predire l’evoluzione di Escherichia coli, un batterio utilizzato nei laboratori di tutto il mondo. E qui non si parla più di un romanzo, ma di uno studio pubblicato su Nature Communcations, un autorevole giornale scientifico!

L’idea: analizzare batteri cresciuti in condizioni avverse, come per esempio carenza di ossigeno o presenza di antibiotici, in modo da provare a forzare l’evoluzione in una certa direzione. Analizzando il DNA dei batteri prima e dopo averli sottoposti a vari stress ambientali, forse sarà possibile individuare uno schema evolutivo.

La risposta: sconvolgente! Effettivamente, uno schema evolutivo è stato individuato!

Si è visto che alcuni geni mutano sempre per primi indipendentemente dal tipo di stress, altri geni invece mutano solo in risposta a certi tipi di stress, ed infine ci sono pezzi di DNA superresistenti alle mutazioni che non cambiano mai (che sono, guarda caso, geni vitali per il batterio).

I nostri scienziati matti hanno allora pensato di simulare l’evoluzione al computer e lasciarla scorrere per predire i cambiamenti prima che avvenissero. Per finire, degli Escherichia coli sono stati fatti crescere e sono stati analizzati per verificare le predizioni del computer.

Sembra magia, ma non lo è… questa intelligenza artificiale è stata in grado di prevedere correttamente il 35% delle mutazioni dei batteri! Per di più l’efficacia di questo sistema aumenterà quanti più dati si danno in pasto alla macchina (ogni esperimento nuovo migliorerà l’efficacia del computer).

 

Certo, i batteri sono un modello semplice ed in questo esperimento l’ambiente era controllato. Siamo ancora lontani dal poter predire l’evoluzione di un animale più complesso in un ambiente naturale. Tuttavia i risultati mostrati in questo articolo potrebbero tornarci utili già in poco tempo, vista la velocità con cui stanno comparendo batteri super-resistenti agli antibiotici. Se per esempio faccio crescere dei batteri in presenza di penicillina vedo che a poco a poco i piccoli mostri diventano resistenti. Ma se posso predire come i batteri si armeranno contro gli antibiotici, posso correre ai ripari prima che il danno sia fatto!
Non ancora ai livelli di Dan Brown, ma… futuro, stiamo arrivando!!


Qui il link alla ricerca originale: https://rdcu.be/5TMg