Olmo Viola, La biodiversità della Terra? Batteri e … poco altro

by gabriella

batteriUn nuovo albero della vita fa luce su come i veri signori del pianeta siano i batteri, le cui scoperte correlate aprono nuove prospettive d’indagine. Forse gli eucarioti sono solo un ramoscello fra gli archeobatteri e i domini principali della vita vanno ancora una volta ridisegnati. Nuovi inattesi microrganismi sono stati scoperti e attendono di essere studiati a fondo. Tratto da La mela di Newton.

 

“I Think”

Darwin Tree, 1837

Darwin Tree, 1837

esordì Charles Darwin a principio di pagina 36 del suo taccuino B, e subito sotto disegnò quello che stava pensando: uno schema ramificato che voleva rappresentare rapporti di parentela e di discendenza fra specie, ciò che noi oggi chiamiamo “albero della vita”.

archeobatteri

Archeobatteri

A dire il vero più che a un albero assomigliava a un più irregolare corallo, tant’è che già nelle pagine precedenti aveva realizzato sui fogli degli schizzi riconducibili proprio a coralli[1]. In quel disegno riassumeva i concetti su cui stava costruendo la sua teoria: evoluzione, discendenza comune, estinzione. Usò quello scarabocchio privato per rendere visibili le idee fondamentali e connetterle graficamente. In un attimo quell’ipotesi visuale diveniva un modello esplicativo fecondo. Negli anni successivi abbandonò la prospettiva di definirlo corallo e si convinse a usare la più comprensibile e popolare metafora dell’albero, che poteva cooptare da un contesto di significati già diffuso: l’albero genealogico che ogni famiglia possedeva (almeno quelle nobili). Ma pochi avrebbero apprezzato l’idea di Darwin di inserire tra i ritratti degli antenati più antichi quella di un progenitore scimmiesco, di un anfibio e di un rettile. E visti gli ultimi aggiornamenti si può immaginare che lo stesso Darwin si sarebbe sorpreso se avesse potuto osservare uno degli ultimi alberi genealogici elaborati quest’oggi: chi non si sorprenderebbe nel vedere in cima alla propria genealogia un archeobatterio?

Darwin

Charles Darwin (1809 – 1882)

378px-Tree_of_life_by_HaeckelNell’Origine delle specie Darwin pubblicò una sola immagine, il famoso schema genealogico che voleva comunicare l’idea di una discendenza comune con modificazioni, la divergenza dei viventi nello spazio ecologico, l’estinzione. Quest’immagine era molto più raffinata di quella dei Taccuini ma la sostanza era la medesima.  Essa impresse nella storia del pensiero scientifico il proprio calco e stimolò tutte le elaborazioni successive. L’idea di albero della vita venne propagandata efficacemente dai disegni di Ernst Haeckel, che ancora oggi dominano l’immaginario comune, nonostante veicolassero ancora idee antropocentriche (l’uomo era sempre raffigurato all’apice superiore degli alberi e il tronco centrale sembrava sostenere principalmente la sua genealogia). Questi alberi erano realizzati basandosi sulla morfologia degli organismi, facendo attenzione a distinguere omologie profonde (cioè somiglianze di struttura dovute al fatto di avere un antenato comune) da analogie superficiali (cioè somiglianze dovute ad adattamenti ad ambienti simili, anche tra organismi non strettamente imparentati). Con l’espandersi della conoscenza sui viventi diveniva complicato fare comparazioni classificatorie, basti pensare a come agire con i batteri.

Carl Woese (1928 - 2012

Carl Woese (1928 – 2012

La vera riforma si avviò con la rivoluzione molecolare a partire dagli anni ’60 del Novecento. Compresa la struttura del DNA, divenne possibile con l’implementazione successiva delle tecnologie di sequenziamento selezionarne varie parti appartenenti a specie diverse e compararle al fine di stimare i legami di parentela e le distanze relative dall’ultimo antenato comune.

Negli anni ’70 Carl Woese elaborò uno dei primi alberi della vita onnicomprensivi, tentando di identificarne le radici fondamentali[2]. Egli divise la base in 3 tronchi principali: batteri, archeobatteri ed eucarioti (animali, piante, funghi e protisti fanno parte degli eucarioti, cioè gli esseri viventi dotati di cellule con nucleo). Dopo di lui lo schema alla base è quasi rimasto immutato e grazie ai continui sviluppi delle tecnologie di sequenziamento e di comparazione le nostre conoscenze sulle relazioni genealogiche tra specie sono andate sempre più raffinandosi, elaborando vari alberi più ricchi ed esaustivi, con sempre più rami e foglie (cioè nuove specie scoperte).

Oggi sono accessibili vari siti web che mettono a disposizione visualizzazioni suggestive dei risultati conseguiti dai ricercatori che tentano di mettere ordine nel quasi imponderabile albero della vita[3] (va sottolineato imponderabile perché nessuno scienziato oggi, per quanta buona volontà e tempo possa avere, potrebbe da solo elaborare un albero genealogico affidabile di tutte le specie conosciute; infatti ci si affida a computer e programmi per elaborare raffinati intrighi di ramoscelli). Questi alberi della vita mettono insieme rapporti di parentela e tempi di divergenza, ma non devono essere considerati come acquisizioni definitive, bensì come ottimi riassunti dello stato attuale della ricerca. Il lavoro di aggiornamento è senza sosta. Il tutto rimane suscettibile di revisione a causa di una qualche inattesa scoperta. E questo è proprio quanto accaduto recentemente.

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È stato pubblicato su Nature Microbiology l’11 aprile scorso un articolo intitolato “A new view of the tree of life che condensa in 2 immagini principali il lavoro del gruppo della professoressa Laura A. Hug[4]. Un’immagine rappresenta la distanza evolutiva tra i vari gruppi e il dato più importante che emerge è la collocazione degli eucarioti su un ramo all’interno del gruppo degli archeobatteri.

Ne conseguirebbe la messa in discussione della suddivisione della vita in 3 domini principali: gli eucarioti (noi compresi) sono soltanto un rametto tra gli archeobatteri! Ma questo non è l’aspetto più interessante dall’articolo. Ciò che colpisce l’attenzione è osservare, nell’immagine che rappresenta la biodiversità distribuita sulla Terra, quanto sia defilato il “ramo” degli eucarioti, e quanto sia poco folto rispetto a quello dei batteri.

È difficile comprendere il significato che veicola questo nuovo schema, perché bisognerebbe immaginare tutta la diversità biologica di animali, piante, funghi condensata in quel ramoscello e compararla con il resto ben più esteso. Il messaggio principale è che la maggior parte della biodiversità terrestre è composta da batteri e organismi affini. Si parla di organismi affini riferendosi a ciò che nel testo è stato identificato con “candidate phyla radiation”, ovvero candidati ad appartenere a un phylum distinto (i phyla sono le grandi divisioni tassonomiche che compongono i regni del vivente e comprendono sotto di sé le classi). Questa è la novità che disorienta.

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Per costruire quest’albero sono state comparate 16 sequenze di proteine di ribosomi appartenenti a 3083 specie diverse, sono stati utilizzati rappresentanti per vari generi, per tutti quelli per cui erano disponibili i genomi. Le sequenze di 2072 specie erano già conosciute e presenti in archivi. Le restanti 1011 sono completamente nuove e provengono da specie finora sconosciute che sono state rintracciate in campioni prelevati da: un sistema acquifero poco profondo, un sito di profondità in Giappone, una crosta salata del deserto di Atacama, un prato del nord della California, un geyser ricco di anidride carbonica, la saliva di 2 delfini. Di questi ambienti è stata eseguita una campionatura genetica a tappeto attraverso nuovi metodi che permettono di rintracciare geni e di identificare organismi situandoli in ecosistemi e comunità precise. Sono emerse così 1011 nuove specie di microbi. Ed è curioso notare che queste specie non sono mai state osservate né, a oggi, sono coltivate in un qualsiasi laboratorio. La loro esistenza è stata inferita in base ai dati genetici ricostruiti. Il fatto che tali sequenze appaiano tanto diverse da quelle note ha portato gli autori a proporre un possibile nuovo super-gruppo.

Tali piccoli e invisibili microbi presenterebbero una diversità strabiliante e ciò che li contraddistingue è che non sono dotati di alcuni geni che sono ritenuti essenziali alla sopravvivenza e a una vita autonoma. Ed Yong[5] afferma che sarebbero analoghi a quei batteri che infestano le cellule degli insetti e i cui genomi si restringono perdendo parti essenziali all’autonomia, rendendoli parassiti (o simbionti) obbligati. Resterebbe dunque da indagare se tali microrganismi intrattengano rapporti cooperativi o di parassitaggio con altri batteri. Questo fatto spiegherebbe anche perché non siano mai stati osservati o non li si riesca a coltivare in laboratorio: non potendo essere autonomi non sopravvivono isolati e se si osserva un loro partner magari essi passano sotto traccia.

Si scopre così che il nostro mondo ha inquilini mai visti prima e che forse vivono a sbafo. A questo punto la nostra fantasia può essere lasciata libera di immaginare quali forme e funzioni possano avere quei microbi invisibili che abitano in habitat tanto comuni quanto rari e non ancora analizzati. Come riporta Carl Zimmer[6], alcuni critici hanno ipotizzato che possa trattarsi di un travisamento, e che forse tutte quelle sequenze ritrovate non appartengono ad alcuna nuova specie, ma siano solo il frutto chimerico di geni frantumati e ri-assemblati, appartenenti ad altri organismi noti. Questa è una critica plausibile, ma al momento non esiste una risposta e solo ulteriori controlli potranno togliere ogni dubbio.

Quello che nessuno può criticare è che queste nuove analisi hanno portato a far luce su una diversità tra linee evolutive prima sottostimata o ignorata. I batteri sono i veri signori del pianeta. Questi studi saranno utili a identificare le radiazioni evolutive, in particolare la derivazione degli eucarioti dagli archeobatteri. E se dovesse essere confermata definitivamente l’esistenza di tutti quei microbi invisibili si aprirebbe un nuovo microcosmo da esplorare e con possibili ricadute utili: ipotizza sempre Yong, per esempio, che indagando tale ricchezza biochimica si potrebbero scoprire fenomeni utili a produrre antibiotici[7]. La nostra conoscenza della vita sulla Terra sta subendo le conseguenze di un’altra piccola scossa tellurica, confermando quanto in molti sospettavano, e cioè che la diversità strabiliante della vita sul nostro pianeta è ancora sottostimata e che molte altre sorprese ci attendono.

NOTE

[1] Bredekamp Horst. I coralli di Darwin. I primi modelli evolutivi e la tradizione della storia naturale, Bollati Boringhieri, Torino, 2006.

[2] Carl Woese è stato uno scienziato ricco d’ingegno: oltre ad aver scoperto la differenza tra batteri e archeobatteri elaborando la tripartizione fondamentale dell’albero della vita, ha anche contribuito al dibattito sull’origine della vita sviluppando l’ipotesi di un mondo a RNA. Per un profilo della sua carriera scientifica: http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/evolut…

[3] Uno in particolare che assomiglia a un frattale e che rende possibile esplorare la disorientante diversità della vita sul pianeta Terra si ritrova quihttp://www.onezoom.org . Altrihttps://tree.opentreeoflife.org/opentree/argus/opentree5.0@ott93302 ehttp://www.timetree.org .

[4] Hug, Laura A., et al. “A new view of the tree of life.” Nature Microbiology 1 (2016): 16048. http://www.nature.com/nature/journal/v532/n7600/full/532441d.html

[5]http://www.theatlantic.com/science/archive/2016/04/the-tree-of-life-just-got-a-lot-weirder/477729/

[6]http://www.nytimes.com/2016/04/12/science/scientists-unveil-new-tree-of-life.html?_r=0

[7]http://www.theatlantic.com/science/archive/2016/04/the-tree-of-life-just-got-a-lot-weirder/477729/


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