Per passare da organismi unicellulari a individui pluricellulari non servono grandi innovazioni geniche, ma piuttosto saper utilizzare in modo diverso ciò che già si ha nel proprio genoma… con qualche piccolo aggiustamento. Questa la lezione appresa da uno studio pubblicato su Nature Communications dal gruppo internazionale guidato da Bradley J.S.C. Olson.

“Il primo segreto dell’innovazione evolutiva è, senza dubbio, lavorare su quello che già esiste”. Alcune delle transizioni che la vita ha compiuto nel corso della sua storia ci appaiono così straordinarie da spingerci a credere che quella nuova condizione debba esser stata raggiunta grazie ad un’innovazione evolutiva che prima non esisteva. Tra queste transizioni, una delle più affascinanti e misteriose è sicuramente quella che ha portato organismi unicellulari ad evolversi in individui multicellulari. Notevoli passi avanti sono stati compiuti nella comprensione di questo fenomeno, ma molte rimangono le domande che attendono una risposta.

Nonostante la multicellularità si sia evoluta indipendentemente numerose volte tra i viventi e probabilmente attraverso percorsi differenti, lo studio di particolari gruppi di organismi potrebbe darci importanti informazioni riguardo alcuni meccanismi comuni. L’Identificazione dei meccanismi che sottendono le tappe fondamentali di questo processo, però, presenta delle difficoltà notevoli, per via del lungo tempo trascorso da quegli eventi, che ha cancellato progressivamente le tracce genetiche della transizione verso la multicellularità.

Un gruppo di alghe verdi, le Volvocales, sembrano proprio fare al caso nostro. In questo gruppo, la pluricellularità si è evoluta più recentemente che in altri (circa 230 milioni di anni fa) e nelle diverse specie si può osservare un incremento graduale della complessità morfologica, da specie unicellulari (come il solitario Chlamydomonas reinhardtii) a specie multicellulari (come il noto Volvox cartieri con cellule differenziate). Inoltre, il genoma di queste due specie è già disponibile… mancano solamente le informazione genetiche capaci di fotografare una situazione intermedia, ben rappresentata da Gonium pectorale, un’alga pluricellulare che forma piccole colonie indifferenziate. Per questo, il team internazionale di ricercatori ha deciso di sequenziare il genoma di Gonium per poi confrontarne le caratteristiche con quello di Chlamydomonas e Volvox alla ricerca delle basi genetiche di questa transizione.

Dall’analisi, sembra che l’evoluzione della multicellularità non si debba più di tanto alla comparsa su larga scala di nuovi geni o proteine, ma piuttosto alla cooptazione di geni già presenti, coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare. Come nelle piante e negli animali, anche in queste alghe il ciclo cellulare è regolato da una via di segnalazione che comprende l’omologo della proteina RB, responsabile dell’arresto del ciclo cellulare.

Per dimostrare la relazione causale tra la proteina RB e la multicellularità, questi ricercatori hanno espresso il gene RB di Gonium in alghe Chlamydomonas mutanti nelle quali l’omologo del gene RB era stato rimosso. Quello che hanno osservato è che l’espressione della proteina RB di Gonuim induceva le alghe unicellulari a formare piccole colonie, del tutto simili a quelle di Gonium.

Grazie a questo studio, i ricercatori hanno potuto identificare i meccanismi genetici alla base di alcune delle principali tappe verso la multicellularità. L’evoluzione e la modificazione della via di regolazione RB sembra essere alla base dell’evoluzione di colonie indifferenziate, mentre altri step fondamentali hanno richiesto meccanismi diversi. In queste alghe, l’incremento delle dimensioni degli organismi sembra essere riconducibile all’espansione del numero di geni codificanti alcune proteine della matrice extracellulare, mentre l’evoluzione di un particolare gruppo di fattori di trascrizione ha permesso alle cellule delle colonie di differenziarsi.

Sorprendentemente, quindi, una degli eventi apparentemente più complessi per la conquista della multicellularità non sembra aver richiesto grandi novità evolutive, ma solamente l’utilizzare ciò che già c’era in modo nuovo. Da semplice a complesso con un clic… genico.


Riferimenti: 
Erik R. Hanschen, Tara N. Marriage, Patrick J. Ferris, Takashi Hamaji, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Rafik Neme, Hideki Noguchi, Yohei Minakuchi, Masahiro Suzuki, Hiroko Kawai-Toyooka, David R. Smith, Halle Sparks, Jaden Anderson, Robert Bakarić, Victor Luria, Amir Karger, Marc W. Kirschner, Pierre M. Durand, Richard E. Michod, Hisayoshi Nozaki, Bradley J. S. C. Olson. The Gonium pectorale genome demonstrates co-option of cell cycle regulation during the evolution of multicellularity. Nature Communications, 2016; 7: 11370 DOI: 10.1038/ncomms11370

Immagine da Wikimedia Commons