Come si evince da uno studio pubblicato su Nature, da diversi campioni di suolo di foresta provenienti dalla Nuova Scozia, in Canada, un gruppo di ricerca ha isolato e identificato due nuove specie di emimastigoti, Hemimastix kukwesjijk e Spironema multiciliatum. Della prima specie, H. kukwesjijk, i ricercatori sono stati anche in grado di produrre una coltura stabile, che si configura come la prima coltura realizzata di questi microrganismi.

All’analisi microscopica, gli esemplari di H. kukwesjijk, così come la maggior parte degli emimastigoti noti, si presentano come organismi unicellulari dotati di due file di flagelli disposti lungo l’asse della cellula, con uno stile di vita predatorio e liberamente natante. Il nucleo, di forma rotondeggiante, è posizionato verso l’estremità posteriore della cellula, dove è anche localizzato un vacuolo contrattile (una struttura sub-cellulare di cui sono dotati numerosi protozoi, che permette loro di regolare la quantità di acqua che entra ed esce dalla cellula, in funzione della concentrazione di soluti nell’ambiente circostante). La porzione anteriore della cellula, piatta e non affusolata come quella posteriore, presenta una struttura definita “capitulum”. Quest’ultima risulta contornata dai flagelli più anteriori, che fungono da strumenti di predazione. Un ulteriore possibile adattamento alla vita predatoria è dato dalla presenza di estrusomi a livello del capitulum: si tratta di organuli contenenti sostanze di varia natura che, sotto stimolazione chimica o meccanica, vengono attivamente espulsi all’esterno della cellula, con funzione sia di attacco che di difesa.

Per identificare gli habitat in cui tali organismi sono maggiormente diffusi, i ricercatori hanno sequenziato l’RNA della piccola subunità del ribosoma (o SSU rRNA, dall’inglese Small Subunit Ribosomal RNA). La comparazione dell’rRNA proveniente da H. kukwesjijk e da S. multiciliatum con quello estratto da vari campioni ambientali (si veda qui per il concetto di “metatrascrittomica”) ha permesso di identificare varie sequenze di rRNA simili a quelle delle due specie di emimastigoti, diffuse soprattutto nel suolo, nelle acque di fiumi e laghi, nei sedimenti e nelle colonne di acqua marina.

Dove si inseriscono gli Hemimastigophora nell’albero filogenetico degli eucarioti? Per rispondere a questa domanda, si sono estratti e sequenziati i trascrittomi di singole cellule di H. kukwesjijk e di S. multiciliatum, ossia l’insieme di tutti gli RNA messaggeri (o mRNA) che si trovano, in un momento specifico, all’interno di una cellula (o un insieme di cellule). Il trascrittoma, dunque, fornisce una sorta di istantanea dei geni attivamente espressi in una certa cellula in un dato momento. I geni così identificati nelle due specie di emimastigote, comparati con geni di organismi eucariotici appartenenti ad altri taxa, ha definitivamente provato l’unicità filogenetica degli Hemimastigophora rispetto a tutti gli altri supergruppi eucariotici finora identificati.

Per “supergruppo” s’intende una categoria tassonomica che si colloca al di sopra di quella di “regno”: più regni eucariotici (come il regno dei funghi e il regno degli animali) vengono raggruppati in supergruppi (funghi ed animali, ad esempio, appartengono al supergruppo Opisthokonta). Allo stato attuale delle conoscenze, la stragrande maggioranza degli eucarioti trova collocazione nei seguenti supergruppi di ordine superiore: Diaphoretickes, Discoba e Amorphea. In breve, l’unità tassonomica Diaphoretickes include, tra i suoi numerosissimi componenti,  tutte le piante terrestri, alcune forme di alghe (come quelle verdi e rosse), le diatomee, i ciliati del genere Paramecium, e molti altri. Tra i ranghi dei Discoba si annoverano, ad esempio, le euglene, degli organismi unicellulari eucariotici fotosintetici. Il supergruppo Amorphea, invece, comprende diverse specie di amebe (Amebozoa), nonché l’unità tassonomica Opisthokonta, dove sono inseriti sia il regno dei funghi che quello degli animali.

Le analisi trascrittomiche identificano gli Hemimastigophora come clade esterno e distinto da tutti quelli elencati sopra, e in particolare come sister clade dei Diaphoretickes: gli emimastigoti sembrano cioè condividere con tale supergruppo l’antenato comune più recente, che pure si collocherebbe in tempi assai remoti, agli albori delle prime diversificazioni degli eucarioti. Altre analisi, però, non escludono che gli emimastigoti rientrino nei Diaphoricketes; in tal caso, la loro linea evolutiva si sarebbe comunque separata dal resto del supergruppo molto precocemente.

Le analisi genomiche effettuate a livelli tassonomici elevati – quindi tra supergruppi diversi – stanno inoltre delineando uno scenario inaspettato riguardo le fasi più antiche della storia evolutiva degli eucarioti: di fatti, pare che sia stato finora sottostimato il numero di geni dei primi eucarioti, e di conseguenza anche la complessità della loro biologia cellulare. Grazie alla posizione filogenetica basale, gli emimastigoti aprono una importante finestra sulla struttura e sulle funzioni cellulari dei primi eucarioti e offrono la possibilità di inferire quali geni fossero presenti nel loro ultimo antenato comune. Futuri studi su questi bizzarri microrganismi saranno sicuramente forieri di eccitanti scoperte su quel fenomeno avvenuto circa 1.5 miliardi di anni fa – l’eucariogenesi – che ha condotto alla comparsa delle prime forme di vita eucariotiche.


Bibliografia:
Gordon Lax1, Yana Eglit, Laura Eme, Erin M. Bertrand, Andrew J. Roger & Alastair G. B. Simpson. Nature. Hemimastigophora is a novel supra-kingdom-level lineage of eukaryotes.

Immagine da Wikimedia Commons