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Un gruppo di biologi ha scoperto un organismo unicellulare primitivo che forma un ammasso di cellule con sorprendenti somiglianze con un embrione animale quando si riproduce. Ciò indica che lo sviluppo embrionale potrebbe essere esistito ben prima della comparsa dei primi animali, fornendo una potenziale risposta al famoso paradosso dell’uovo e della gallina: secondo questa scoperta, l’uovo sarebbe quindi apparso per primo.
L’evoluzione degli organismi multicellulari da organismi unicellulari costituisce un passo importante nella storia della vita sulla Terra. Gli organismi multicellulari hanno sviluppato capacità altamente specializzate che consentono loro di prosperare da una singola cellula (la cellula uovo) per formare un organismo intero e complesso. Ciò include la generazione di diversi tipi di cellule, la formazione di tessuti tridimensionali e la creazione di un modello preciso per la strutturazione del corpo.
Durante l’embriogenesi negli animali avvengono diversi processi che seguono un ordine cronologico ben preciso, in particolare la scissione (le cellule si dividono rapidamente, ma non crescono), la costituzione dell’asse embrionale, l’attivazione del genoma zigotico e l’organizzazione spaziale degli strati di cellule germinali che andranno a formare i diversi organi e parti del corpo.
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Questa sequenza è comune a tutte le specie animali e potrebbe risalire ad un periodo precedente alla loro comparsa. Studi paleontologici hanno dimostrato che i fossili di organismi unicellulari risalenti a più di 600 milioni di anni presentano caratteristiche morfologiche simili a quelle degli embrioni animali. È stato quindi suggerito che questi gruppi costituiscano i ceppi unicellulari di tutti gli animali. Questa ipotesi è, tuttavia, oggetto di dibattito e il passaggio dagli organismi multicellulari a quelli unicellulari rimane in gran parte sconosciuto.
Un nuovo studio dell’Università di Ginevra e dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) suggerisce che gli ittiosporei, organismi unicellulari primitivi presenti nei sedimenti marini, potrebbero essere ottimi modelli per studiare questa transizione. Sebbene non siano classificati come animali, hanno molte somiglianze con gli animali.
Una cellula dell’ittiosporeo C. perkinsii mostrando distinti segni di polarità, con chiara localizzazione del nucleo prima della prima scissione. I microtubuli sono mostrati in magenta, il DNA in blu e l’involucro nucleare in giallo. ©DudinLab
Sorprendenti somiglianze con gli embrioni animali
Il nuovo gruppo di studio si è concentrato su
Chromosphaera perkinsiiun ittiosporeo scoperto nel 2017 nei sedimenti marini intorno all’arcipelago hawaiano. I documenti paleontologici hanno dimostrato che questi organismi sono comparsi più di un miliardo di anni fa, molto prima della comparsa dei primi animali.
Studiando il ciclo di vita di C. perkinsiii ricercatori hanno scoperto che una volta raggiunta la dimensione massima, le cellule madri si dividevano attivamente, ma senza crescere ulteriormente. Cioè, subiscono la mitosi associata alla scissione, un processo noto come palintomia negli embrioni animali. “ Questa scoperta suggerisce che C. perkinsii prolifera attraverso una modalità di sviluppo palintomica, evidenziando l’ampia gamma di diversità cellulare e di sviluppo all’interno dell’Ichthyosporea », spiegano nel loro documento, pubblicato sulla rivista Natura.
Ciclo di vita di C. perkinsii. ©Olivetti et al.
Questo meccanismo dà origine a colonie multicellulari con sorprendenti somiglianze con le blastule, ammassi cavi di cellule formati durante l’embriogenesi animale. “ Sebbene C. perkinsii sia una specie unicellulare, questo comportamento dimostra che i processi di coordinazione e differenziazione multicellulare sono già presenti nella specie, molto prima che i primi animali apparissero sulla Terra », Spiega Omaya Dudin dell’EPFL, che ha guidato la ricerca, in un comunicato stampa dell’Università di Ginevra.
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Ancora più sorprendente è che queste colonie persistono per circa un terzo del ciclo di vita dell’organismo e comprendono almeno due tipi cellulari distinti, il che è sorprendente per un organismo unicellulare. Le cellule poi alla fine si disperdono per diventare organismi indipendenti. Anche l’analisi dell’attività genetica all’interno dei cluster cellulari ha mostrato somiglianze con quella che si verifica negli embrioni animali.
Questi risultati suggeriscono che la genetica che governa il complesso sviluppo multicellulare era già presente più di un miliardo di anni fa. In altre parole, la genetica responsabile dello sviluppo embrionale era già presente prima della divergenza dei primi animali dalle linee unicellulari. La natura quindi disponeva già degli strumenti genetici necessari per creare le “uova” ben prima della comparsa delle “galline”.
Tuttavia, è anche possibile che questo tratto si sia evoluto in modo indipendente C. perkinsii e non è stato ereditato da un antenato comune degli ittiospori (convergenza evolutiva). Saranno necessarie ulteriori ricerche per determinare l’origine esatta del fenomeno. Tuttavia, questa scoperta potrebbe porre fine al dibattito sui gruppi staminali animali e sfidare le teorie tradizionali sull’evoluzione dei lignaggi multicellulari.
