Un antenato comune… e qualcosa di ancora più vecchio
L’idea che tutta la vita attuale sulla Terra derivi da un antenato comune è ben consolidata in biologia. Un lavoro recente propone però di fare un passo ulteriore: alcuni geni che oggi sono ancora attivi in organismi di tutti i domini della vita potrebbero essere più antichi di questo antenato condiviso e provenire da linee evolutive ancora più primitive.
La chiave sta in un tipo di segnale genetico raro ma molto prezioso: duplicazioni di geni che compaiono, almeno in coppia, in praticamente tutte le grandi ramificazioni della vita attuale. Secondo gli autori, seguire queste tracce può aiutare a ricostruire quali funzioni sono apparse per prime nelle cellule e come si è consolidata la biologia appena prima che l’albero della vita si dividesse nei suoi grandi rami.
La traccia genetica che va oltre l’antenato comune
Questo antenato comune ha un nome tecnico: LUCA, acronimo di Last Universal Common Ancestor, cioè “ultimo antenato comune universale”. LUCA non è il primo essere vivente esistito, ma l’ultimo punto in cui convergono tutte le linee evolutive arrivate fino a oggi: batteri, archei ed eucarioti (inclusi animali, piante e funghi), almeno per quanto riusciamo a seguire. Sì, anche gli esseri umani.
Più ci si spinge indietro nel tempo, più diventa difficile trovare tracce. Il record fossile copre male quella fase così remota, quindi la genetica diventa una sorta di archivio alternativo. La domanda è quali frammenti di questo archivio siano sopravvissuti senza essere completamente distorti dal passare del tempo.
Cosa sono i “paraloghi universali”
Qui entrano in gioco i cosiddetti paraloghi universali. Un paralogo è, in termini generali, un gene presente in più copie all’interno dello stesso genoma perché, a un certo punto, è stato duplicato e le copie hanno seguito strade evolutive proprie.
L’eccezionalità dei paraloghi universali sta nel fatto che si trovano ripetuti e conservati, con varianti, in quasi tutti gli esseri viventi attuali. Questo suggerisce che la duplicazione sia avvenuta prima di LUCA.
Un saggio pubblicato su Cell Genomics da Aaron Goldman, Greg Fournier e Betül Kaçar sostiene che queste rare duplicazioni siano una delle poche vie realistiche per studiare la fase pre-LUCA, in una Terra ancora più primitiva. Se una duplicazione è presente in tutti i rami attuali, deve essere esistita prima che quei rami si separassero e quindi rimanda a un periodo ancora più antico.
Due funzioni chiave prima di LUCA
L’analisi dei paraloghi universali conosciuti porta a un modello preciso. Secondo gli autori, tutti questi geni sono legati a due grandi funzioni: produrre proteine e trasportare molecole attraverso le membrane.
Questo significa che, ancora prima che LUCA facesse da “punto di partenza” per la vita attuale, le cellule stavano già risolvendo due problemi fondamentali: costruire la propria “macchina” biologica (le proteine) e controllare il proprio confine fisico (la membrana cellulare).
Ricostruire le proteine ancestrali
I ricercatori sottolineano anche un passaggio ulteriore: provare a ricostruire come fossero queste proteine ancestrali. In lavori precedenti legati a questo approccio, sono state ricostruite versioni antiche di proteine associate all’inserimento e al movimento di altre proteine nella membrana.
L’aspetto rilevante non è solo la ricostruzione in sé, ma il fatto che queste versioni “semplificate” potrebbero essere state funzionali. Questo offre un indizio su come operavano le cellule nelle loro fasi più primitive, con sistemi meno complessi ma già efficaci.
Perché vediamo pochi paraloghi universali
Lo studio evidenzia anche perché il catalogo dei paraloghi universali sia ridotto. Non necessariamente perché LUCA avesse pochi geni duplicati, ma perché con il tempo molte tracce si perdono.
Ci sono geni che scompaiono in alcuni rami, sequenze che divergono a tal punto da rendere difficile riconoscerne la parentela, e trasferimenti orizzontali di geni (lo scambio di materiale genetico tra microrganismi) che possono mescolare e confondere il percorso evolutivo.
Connessione con l’evoluzione del codice genetico
In parallelo, l’analisi si collega a una questione più ampia: come si è consolidato il codice genetico. Alcune linee di ricerca indicano antenati pre-LUCA di enzimi chiave come le aminoacil-tRNA sintetasi, responsabili di abbinare gli amminoacidi ai loro RNA di trasferimento per costruire le proteine.
Se esistevano precursori di questi enzimi prima di LUCA, il passaggio verso un sistema di traduzione più moderno sarebbe stato graduale e più complesso di quanto mostrano gli schemi semplificati.
Illuminare il capitolo più oscuro della vita
In sintesi, questi geni duplicati non raccontano tutta la storia, ma possono illuminare il capitolo più oscuro. Con il miglioramento degli strumenti computazionali, inclusi metodi basati sull’intelligenza artificiale per analizzare i pattern evolutivi, gli autori sperano di ampliare la mappa dei paraloghi universali e, così, restringere il campo su quali elementi della biologia cellulare siano comparsi per primi.
