L’origine della cellula eucariotica rappresenta uno degli eventi fondamentali nella storia della vita sulla Terra. La cellula eucariotica (ossia la cellula con nucleo) è l’elemento strutturale di base delle piante e degli animali, incluso l’uomo. Studi recenti indicano come momento chiave per la nascita di queste cellule la simbiosi tra il progenitore della cellula eucariotica ed un batterio aerobio, il progenitore del mitocondrio (1). Milioni di anni di coabitazione avrebbero cementato l’unione tra mitocondri e cellule ospiti fino alla trasformazione dei mitocondri in quello che sono ora, una parte integrante ed integrata della cellula eucariotica.

Uno studio coordinato da Claudio Bandi, parassitologo presso la Facoltà di Veterinaria dell’Università degli Studi di Milano, in collaborazione con ricercatori delle Facoltà di Scienze e di Agraria dello stesso Ateneo, e con le Università di Sydney, Valencia, Pavia e Milano Bicocca, ha permesso di ricostruire alcune delle caratteristiche dell’antenato batterico del mitocondrio e delle fasi iniziali della simbiosi che ha portato all’origine della cellula eucariotica.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Molecular Biology and Evolution, ha preso avvio con il sequenziamento del genoma di Midichloria mitochondrii, un batterio molto speciale, caratterizzato dalla capacità di moltiplicarsi all’interno dei mitocondri e dal fatto di essere evolutivamente vicino ai mitocondri, un loro “parente stretto” insomma.

Il genoma di Midichloria è stato confrontato con quelli di altri batteri affini, altri “parenti” del mitocondrio e dal raffronto sono emerse due caratteristiche del batterio assenti negli altri batteri del gruppo: la presenza del flagello, ossia di una sorta di coda microscopica che gli permetteva di muoversi, e la sua capacità di sopravvivere in un ambiente a bassa concentrazione di ossigeno (microaerofilia).

Entrambe queste caratteristiche sono risultate essere ancestrali, presenti già nel batterio che stabilì la simbiosi con l’antenato della cellula eucariotica e che divenne il mitocondrio. Ed entrambe sono poi scomparse nel corso dell’evoluzione, verosimilmente perché non erano più utili nelle nuove condizioni di vita. Per questo non si sono mai più ritrovate né nel mitocondrio né in altri batteri affini, con l’eccezione di Midichloria.

Le conclusioni dello studio permettono di proporre una nuova ricostruzione dell’antenato del mitocondrio e chiariscono aspetti dibattuti sull’origine della cellula eucariotica. La presenza di un flagello, cioè della micro-coda, permette infatti di comprendere la modalità d’ingresso del proto-mitocondrio nella cellula ospite, che possiamo immaginare sia avvenuta con un meccanismo analogo, seppur con origine e funzionamento diversi, a quello che permette allo spermatozoo di superare la membrana più esterna della cellula uovo. Inoltre, la caratteristica della microaerofilia dell’antenato del mitocondrio, scoperta da questo studio, ossia la sua capacità di sopportare condizioni di carenza di ossigeno, chiarisce un aspetto importante relativo al tipo di ambiente in cui avvenne l’incontro tra l’antenato del mitocondrio e l’antenato della cellula eucariotica, dando un contributo determinante su una questione molto dibattuta. Fino ad oggi infatti si pensava che i mitocondri derivassero da batteri aerobi (cioè che vivono bene solo in ambienti ricchi di ossigeno) e questo rendeva problematico capire in che tipo di ambiente simili batteri avessero potuto entrare in contatto con i precursori delle cellule eucariotiche, non aerobi, per i quali cioè l’ossigeno era tossico. Una piccola codina dunque e la capacità di sopravvivere anche con poco ossigeno, due nuovi segreti svelati alla base dell’evoluzione della vita sulla terra.

Comunicato stampa dell’Università degli Studi di Milano

Per approfondimenti:


Riferimenti bibliografici:

1. Lane and Martin 2010, Nature 467: 929-934. Link
2. Sassera et al., Mol. Biol. Evol. Advance Access published June 20, 2011 doi:10.1093/molbev/msr159