Uno studio innovativo ha rivelato come i cianobatteri, gli organismi responsabili dell’ossigenazione della Terra, abbiano “riciclato” un vecchio strumento genetico per costruire una nuova struttura strutturale. I ricercatori hanno scoperto che un sistema un tempo utilizzato per organizzare il DNA si è evoluto in una struttura simile al citoscheletro che determina la forma fisica della cellula.
Il perno evolutivo
Per decenni, gli scienziati hanno capito che i cianobatteri erano i pionieri della fotosintesi ossigenata, determinando il “Grande Evento di Ossigenazione” 2,5 miliardi di anni fa. Tuttavia, una nuova ricerca dell’Istituto di scienza e tecnologia austriaco (ISTA) mostra che questi organismi sono anche maestri nel riutilizzo biologico.
Lo studio, pubblicato su Science, spiega in dettaglio come la specie Anabaena ha trasformato un sistema proteico specializzato da un semplice meccanismo di smistamento del DNA a una sofisticata rete strutturale. Questa scoperta fornisce uno sguardo raro e in tempo reale su come l’evoluzione può prendere il “macchinario” biologico esistente e assegnargli una funzione vitale completamente nuova.
La scoperta: dai plasmidi alle membrane
La svolta è iniziata con una “osservazione fortuita” del ricercatore Benjamin Springstein. Analizzando la letteratura, ha notato che il sistema ParMR, un meccanismo tipicamente utilizzato dai batteri per spostare i plasmidi (piccoli pezzi mobili di DNA), era situato sui cromosomi principali di Anabaena.
Nella maggior parte dei batteri, tali sistemi agiscono come minuscoli bracci meccanici che trascinano il DNA verso i lati opposti di una cellula durante la divisione. Tuttavia, i test sperimentali hanno rivelato un allontanamento radicale da questa norma:
- Nessun legame con il DNA: la componente proteica ParR non si lega più al DNA. Invece, si ancora alla membrana interna della cellula.
- Impalcatura della membrana: La proteina ParM non si muove all’interno della cellula; si assembla invece in una rete di filamenti appena sotto la membrana cellulare.
- Supporto strutturale: Invece di agire come un “fuso” per il materiale genetico, il sistema agisce come una corteccia cellulare, fornendo tensione e forma interne.
Visualizzazione del “Nuovo” scheletro
Per confermare questi risultati, il gruppo di ricerca ha utilizzato la microscopia crioelettronica per osservare i filamenti a livello molecolare. Hanno scoperto che questi filamenti mostrano “instabilità dinamica”: crescono e collassano rapidamente, un comportamento sorprendentemente simile ai microtubuli presenti nelle cellule eucariotiche complesse (come le cellule umane).
L’importanza di questo sistema è stata più evidente quando è stato rimosso. Senza questa rete proteica, le cellule di Anabaena perdono la loro caratteristica forma rettangolare, diventando rotonde e rigonfie. Questa perdita di morfologia conferma che il ruolo primario del sistema non è più la segregazione genetica, ma l’integrità strutturale.
L’evoluzione del “CorMR”
Per via della sua nuova funzione, i ricercatori hanno ribattezzato il sistema CorMR. L’analisi bioinformatica suggerisce che non si è trattato di un salto improvviso, ma di un viaggio evolutivo graduale:
1. Rilocalizzazione: il sistema si è spostato dai plasmidi mobili al cromosoma principale.
2. Modifica: Le proteine sono cambiate in dimensioni e struttura fisica.
3. Localizzazione: i componenti hanno acquisito la capacità di legarsi alle membrane lipidiche.
4. Integrazione: il sistema è stato integrato nella più ampia rete di controllo cellulare.
Perché è importante
Questa ricerca cambia la nostra comprensione di come si presenta la complessità nel mondo naturale. Dimostra che l’evoluzione non ha sempre bisogno di “inventare” qualcosa da zero; spesso semplicemente riconfigura ciò che è già presente. Trasformando uno strumento di smistamento del DNA in uno scheletro strutturale, i cianobatteri hanno acquisito la capacità di mantenere forme complesse, un prerequisito per le forme di vita multicellulari che alla fine hanno dominato il pianeta.
Conclusione: questo studio evidenzia l’incredibile plasticità dei sistemi biologici, dimostrando che antichi strumenti genetici possono essere riproposti per guidare l’evoluzione strutturale della vita stessa.
