Comprendere come la vita abbia avuto origine e si sia evoluta sulla Terra è una delle domande che ha affascinato l’umanità per secoli. Grazie ai progressi della scienza moderna, oggi possiamo ottenere nuove risposte. Un recente studio mira a offrire nuove intuizioni sull’origine della vita, concentrandosi in particolare sull’antenato comune a tutti gli organismi viventi, noto come LUCA (Last Universal Common Ancestor).
L’importanza del LUCA per comprendere l’evoluzione della vita sulla Terra
Circa 375 milioni di anni fa, i nostri antenati, simili a pesci, respiravano attraverso branchie. Ancora più indietro, circa 600 milioni di anni fa, emerse l’antenato comune a tutti gli animali: il microscopico urmetazoo. Tuttavia, miliardi di anni prima, deve essere esistito un antenato comune a tutti gli organismi viventi: il LUCA.
Da decenni, gli scienziati lavorano per identificare il LUCA, proponendo varie ipotesi su come potesse essere. Un aspetto dibattuto è l’età del LUCA. Le prove fossili più antiche che abbiamo risalgono a circa 3,4 miliardi di anni fa. Alcuni studi suggeriscono che il LUCA potrebbe essere apparso quasi contemporaneamente alla formazione della Terra, circa 4,5 miliardi di anni fa, mentre altri ritengono che ciò sia improbabile, data la complessità necessaria per stabilire il codice genetico e il meccanismo di replicazione del DNA.
È importante notare che il LUCA non è stato la prima forma di vita, ma l’organismo dal quale discendono tutti gli esseri viventi. Tuttavia, è possibile che organismi viventi siano esistiti molto prima del LUCA. Comprendere come fosse il LUCA e quando visse è cruciale per decifrare l’evoluzione della vita sulla Terra.
Ricostruzione del genoma del LUCA e le sue implicazioni
Nel nostro recente studio, pubblicato su Nature Ecology & Evolution, abbiamo utilizzato una combinazione di metodi scientifici per ricostruire il genoma del LUCA, cercando di capire come i geni individuati potrebbero aver contribuito alla sua sopravvivenza. Questo progetto, frutto di anni di lavoro e della collaborazione di un team internazionale, ha richiesto l’analisi di un campione di genomi provenienti da diversi gruppi di batteri e archaea, escludendo gli eucarioti (piante, animali e funghi) che si pensa si siano evoluti da un’unione tra archaea e batteri in epoche successive.
Abbiamo selezionato 700 genomi (350 archaea e 350 batteri), precedentemente curati in uno studio del 2022 a cui alcuni di noi avevano partecipato. Per comprendere la funzione dei geni nelle forme di vita moderne, li abbiamo classificati in diverse famiglie utilizzando un database chiamato KEGG, che aiuta a identificare le vie metaboliche degli organismi.
Inoltre, abbiamo costruito un insieme di 57 geni comuni a tutti i 700 organismi analizzati, che probabilmente sono presenti in quasi tutte le forme di vita. Utilizzando questi geni, abbiamo creato un albero filogenetico per mostrare le relazioni evolutive tra le specie, combinando i nostri risultati con modelli che calcolano i tassi di duplicazione, trasferimento e perdita dei geni.
La ricostruzione del genoma del LUCA ci ha permesso di stimare il suo metabolismo, immaginandolo come un organismo piuttosto complesso, simile ai batteri e archaea moderni, ma con un genoma ridotto. Non abbiamo trovato prove di fotosintesi o fissazione dell’azoto, processi utilizzati da alcuni batteri e archaea moderni per sopravvivere.
Quanto è antico il LUCA?
Abbiamo anche sviluppato un nuovo metodo per stimare l’età del LUCA, utilizzando geni che pensiamo si siano duplicati prima della comparsa del LUCA e informazioni provenienti da fossili. Normalmente, per dedurre le linee temporali evolutive, si ricorre a un albero filogenetico delle specie di interesse, utilizzando geni omologhi che risalgono a un antenato comune.
Con il LUCA, però, ci siamo trovati di fronte a due problemi: non esiste un gruppo esterno all’origine della vita e ci sono pochi fossili o prove geologiche dalla Terra primordiale per calibrare l’orologio molecolare. Per superare queste limitazioni, abbiamo utilizzato geni paraloghi, cioè geni duplicati che si sono differenziati quando una specie si è divisa in due.
Stimiamo che il LUCA abbia abitato la Terra circa 4,2 miliardi di anni fa. Se questa stima è accurata, significa che il codice genetico, la traduzione delle proteine e la vita stessa si sono evoluti rapidamente, quasi subito dopo la formazione della Terra.
La nostra ricostruzione del LUCA non sarà certamente l’ultima. Ogni anno vengono scoperte e sequenziate nuove specie, i computer diventano più potenti e i modelli evolutivi si perfezionano. Pertanto, la nostra comprensione del LUCA potrebbe cambiare con l’arrivo di nuovi dati e tecniche più avanzate.
Dobbiamo anche considerare che probabilmente esistevano molti altri organismi all’epoca del LUCA, oggi non rappresentati da alcun organismo vivente. Se i discendenti del LUCA non sono sopravvissuti fino ai giorni nostri e i loro geni non si sono conservati, non potremo mai mappare queste famiglie geniche al LUCA, il che significa che la nostra ricostruzione potrebbe essere incompleta.
Nonostante tutte le limitazioni tecniche, il nostro studio rappresenta un nuovo modo di comprendere il LUCA. Tuttavia, rimane ancora molto lavoro da fare per approfondire come la vita si sia evoluta dalla formazione del nostro pianeta.