Ci siamo appena avvicinati all’identificazione di un momento chiave nella storia dell’evoluzione della Terra

Per la stragrande maggioranza degli animali sulla Terra, respirare è sinonimo di vita. Tuttavia, durante i primi due miliardi di anni di esistenza del nostro pianeta, l’ossigeno era in uno stato raro.

Questo non vuol dire che la Terra fosse senza vita per tutto quel tempo, ma che la vita era rara e molto diversa da quella che conosciamo oggi.

Solo quando sono entrati in scena batteri più complessi capaci di fotosintesi, tutto ha cominciato a cambiare, innescando quello che gli scienziati chiamano il Grande Evento di Ossidazione. Ma quando è successo tutto questo? Come ha tremato tutto questo?

Una nuova tecnica di analisi genetica ha fornito suggerimenti per una nuova linea temporale. Si stima che i batteri impiegassero 400 milioni di anni per assorbire la luce solare ed espirare ossigeno prima che la vita fiorisse davvero.

In altre parole, esistevano probabili organismi sul nostro pianeta capaci di fotosintesi molto prima del Grande Evento di Ossidazione.

“Nell’evoluzione, le cose iniziano sempre in piccolo” spiegare Il geologo Greg Fournier del Massachusetts Institute of Technology.

“Sebbene ci siano prove per la fotosintesi ossigenata precoce – che è l’innovazione evolutiva più importante e davvero sorprendente sulla Terra – ci sono voluti centinaia di milioni di anni per decollare”.

Ci sono attualmente due resoconti in competizione per spiegare l’evoluzione della fotosintesi in batteri speciali noti come cianobatteri. Alcuni credono che il processo naturale di conversione della luce solare in energia sia apparso sulla scena evolutiva molto presto, ma si sia evoluto con una “miccia lenta”. Altri credono che la fotosintesi si sia evoluta in seguito, ma “è andata a ruba”.

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Gran parte della controversia deriva da ipotesi sulla velocità con cui i batteri si evolvono e le diverse interpretazioni dei reperti fossili.

Quindi Fournier e i suoi colleghi hanno aggiunto un’altra forma di analisi al mix. In rari casi, i batteri a volte possono ereditare geni non dai loro genitori, ma da altre specie lontanamente imparentate. Questo può accadere quando un’altra cellula “mangia” e incorpora altri geni nel suo genoma.

Gli scienziati possono utilizzare queste informazioni per scoprire le età relative dei diversi gruppi batterici; Ad esempio, quelli con geni rubati devono averli modificati da una specie che era presente allo stesso tempo.

Queste relazioni possono quindi essere paragonate a tentativi di datazione più specifici, come i modelli di orologi molecolari, che utilizzano le sequenze genetiche degli organismi per tracciare la storia dei cambiamenti genetici.

A tal fine, i ricercatori hanno setacciato i genomi di migliaia di specie batteriche, inclusi i cianobatteri. Stavano cercando casi di trasferimento genico orizzontale.

In totale, hanno identificato 34 esempi chiari. Confrontando questi esempi con sei modelli di orologio molecolare, gli autori hanno trovato che uno in particolare era coerentemente più appropriato. Scegliendo questa forma del mix, il team ha effettuato stime per la durata della vita dei batteri fotosintetici.

I risultati indicano che tutti i cianobatteri viventi oggi hanno un antenato comune che era circa 2,9 miliardi di anni fa. Nel frattempo, antenati quelli Gli antenati dei batteri non fotosintetici si sono separati circa 3,4 miliardi di anni fa.

La fotosintesi probabilmente si è evoluta da qualche parte tra queste due date.

Secondo il modello evolutivo preferito dal team, i cianobatteri potrebbero aver fotosintesi almeno 360 milioni di anni prima dell’orbita geosincrona. Se hanno ragione, questo supporta l’ipotesi della “fusione lenta”.

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“Questo nuovo documento getta nuova luce fondamentale sulla storia dell’ossigenazione della Terra collegando i reperti fossili, in nuovi modi, ai dati del genoma, compresi i trasferimenti genici orizzontali”, Lui dice Il biogeochimico Timothy Lyons dell’Università della California, Riverside.

“I risultati parlano degli inizi della produzione biologica di ossigeno e della sua importanza ecologica, in modi che forniscono vincoli biotici su modelli e controlli sull’ossigenazione oceanica precoce e sul successivo accumulo nell’atmosfera”.

Gli autori sperano di utilizzare tecniche di analisi genetica simili per analizzare organismi diversi dai cianobatteri in futuro.

Lo studio è stato pubblicato su Atti della Royal Society B.

Giustina Rizzo

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