Circa 2 miliardi di anni fa, i cianobatteri - procarioti fotosintetici producenti ossigeno, chiamati alghe blue-verdi - sono stati i protagonisti del processo che ha aumentato le concentrazioni di ossigeno nell'atmosfera terrestre, da meno dell'1% a circa il 20% di oggi, rendendo possibili la nascita della vita, l'evoluzione animale e quella umana.

Cyanobacteria-fluorescence-micrographs (Credit: Mary Sarcina University College London)

[...] Dal paramecio all'uomo, tutte le forme di vita sono dotate di un'organizzazione minuziosa, sono aggregati raffinati di una vita microbica in evoluzione. Lungi dall'essere rimasti indietro nella “scala” evolutiva, i microrganismi ci circondano e compongono il nostro essere. Tutti gli organismi attuali, essendo sopravvissuti fin dagli albori della vita lungo una linea che non si è mai interrotta, si trovano a un eguale livello di evoluzione [...].

“Microcosmos: Four Billion Years of Microbial Evolution”, di Lynn Margulis e suo figlio Dorion Sagan, un classico della microbiologia, è stato pubblicato per la prima volta 20 anni fa. La visione darwiniana dell'evoluzione, una competizione cruenta tra individui singoli e specie, si rinnova nella visione di un super-organismo vivente, caratterizzato da una co-evoluzione continua, un'interazione forte e una dipendenza reciproca tra tutte le forme di vita.

Nei primi due miliardi di anni, sulla Terra, i procarioti hanno “usato” l'atmosfera e la superficie terrestri “inventando” tutti i sistemi chimici essenziali alla loro sopravvivenza. Una “alta biotecnologia” che ha portato allo sviluppo della fermentazione, della fotosintesi, della respirazione aerobica e alla fissazione dell'azoto. Ma anche a gravi crisi globali caratterizzate da carestie, inquinamento ed estinzioni. Una serie di avvenimenti incredibili resi possibili dall'interazione di almeno tre dinamiche co-evolutive: le “orchestrazioni” guidate dal DNA, finalizzate alla riproduzione; i processi di ricombinazione genetica, finalizzati all'adattamento; la simbiosi, cioè la fusione di organismi diversi in nuove entità collettive.

Lynn Margulis

L'uomo è il prodotto di una simbiosi protrattasi per miliardi di anni; il nostro corpo contiene in sé una vera e propria “microstoria” della vita sulla Terra. Le cellule conservano un ambiente costituito da acqua e sali ricco di carbonio e di idrogeno, proprio come quello della Terra quando la vita ebbe inizio. Nei particolari della loro struttura, le cellule ci rivelano i segreti dei nostri più lontani antenati.

Lynn Margulis, famosa per le sue ricerche sull'endosimbiosi (secondo la teoria dell'endosimbiosi, i cloroplasti e i mitocondri delle cellule eucariote rappresentano il risultato evolutivo di un'associazione simbiotica tra piccole cellule procariote e una cellula più grossa al cui interno essi si sono venuti a trovare. Il nucleo e gli altri organuli cellulari si sarebbero invece formati per invaginazione della membrana plasmatica, ndr) ha ipotizzato che le simbiosi possano costituire un'importante componente dell'evoluzione. La sua teoria implica l'incompletezza della nozione darwiniana dell'evoluzione, guidata dalla competizione; piuttosto, afferma la fondamentale importanza di processi quali la cooperazione, l'interazione, e la dipendenza mutuale tra organismi.

Secondo Margulis e Sagan (1986), “la Vita non colonizzò il mondo attraverso il combattimento, ma per mezzo dell'interconnessione”. Nella teoria della Margulis, chiamata più nello specifico “Serial Endosymbiotic Theory of Eukaryotic Cell Evolution”, o anche più semplicemente SET, il termine “seriale” si riferisce a simbiosi stabilitesi serialmente, una dopo l'altra, a livello cellulare: prima gli spirochiti, poi i mitocondri, poi i cianobatteri, e infine i cloroplasti.

La SET descrive l'origine di nuovi organi o forme di vita mediante strette relazioni (simbiosi) tra organismi che prima erano indipendenti (simbionti), nel processo chiamato di simbiogenesi. I simbionti appartengono spesso a diversi gruppi tassonomici (anche di diversi regni), ma ognuno contribuisce alla simbiosi mediante particolari abilità (movimento, respirazione aerobica, fotosintesi, ecc.).

La SET è stata descritta molto eloquentemente dalla Margulis in una sua pubblicazione più recente - “Symbiotic Planet, A New View Of Evolution” - che lega la simbiogenesi all'Ipotesi Gaia, a cui la stessa Margulis ha fornito un contributo assai rilevante, proponendo la concezione di “bio-comunismo”, nel senso che considera le cellule non più come individui ma vere e proprie comunità microbiche, in cui i simbionti giocano un ruolo determinante.

Estesa in termini macro-evolutivi all'essere umano, questa concezione implica una rivoluzione di prospettiva , dall’ “Io” al “Noi”. Non possiamo cioè più pensare all'individuo e al singolo come ad entità autonome, indipendenti, separate dal resto del vivente, e persino del non-vivente (un duro colpo per la scienza borghese e le teorie liberiste, ndr).

Più recentemente, la Margulis ha pubblicato “Acquiring Genomes: A Theory on the Origins of Species” (Basic Books, Paperback, 2003), in cui rifiuta il gradualismo Darwiniano e la mutazione casuale quale motore principale del processo evolutivo, e ribadisce la prioritaria importanza, per gli eventi di speciazione dell'acquisizione ed eventuale integrazione di interi genomi da parte degli esseri viventi, delle associazioni endosimbiotiche, presentando il compendio di più di trent'anni di ricerche sul campo insieme ad analisi della letteratura scientifica, come l'opera di Ivan E. Wallin - che già nel 1927 pubblicò “Symbionticism and the Origin of Species” - la Teoria degli Equilibri Punteggiati di Gould-Eldredge, la Teoria della Fissione di Todd, oltre ai lavori di Vernadsky e Lovelock sulla biosfera.

Giungendo a rivalutare il lavoro di Lamarck, trasformando il famoso concetto dell' “Ereditarietà dei caratteri acquisiti” in “Ereditarietà dei genomi acquisiti”, il pensiero della Margulis, in polemica con i neo-darwinisti e “Il Gene Egoista” di Dawkins, può riassumersi in una semplice ma significativa immagine: l'albero evolutivo, da sempre raffigurato come un tronco ricco di rami che si dividono e si differenziano inesorabilmente l'uno dall'altro, dovrebbe integrare anche quelle parti dove si osserva la confluenza e la fusione di rami precedentemente separati (anastomosi), a testimonianza di simbiosi così intime da comportare, per acquisizione di interi genomi, la nascita di nuove specie.

Astrobiology Magazine ha intervistato la Margulis, recentemente, indagando su come le sue idee e quelle di suo figlio hanno resistito alla prova del tempo. Astrobiology Magazine: In “Microcosmos” avevi trattato dettagliatamente di 4 specifici microorganismi che secondo te erano coinvolti, attraverso simbiogenesi, nella creazione di varie cellule eucariotiche, il tipo di cellule che costituiscono piante e animali. Che cosa è cambiato ?

Lynn Margulis: Ne abbiamo azzeccate 3 su 4. Nessuno oggi dubita che i cloroplasti siano cominciati come cianobatteri. I cloroplasti sono piccoli puntini verdi nelle cellule di piante e alghe in cui occorre la fotosintesi (la conversione di luce solare in energia, ndr) che è, fondamentalmente, un “virtuosismo” proprio dei batteri. È cominciato in uno specifico gruppo di batteri fotosintetici, producenti ossigeno che, per definizione, sono proprio i cianobatteri. Ricavano il nutrimento solo dalla luce solare, loro fonte di energia. Prendono l'anidride carbonica dall'atmosfera e la trasformano chimicamente in “cibo”, producendo ossigeno nel processo. Questa trasformazione è svolta esclusivamente dai cianobatteri. È grazie a questi minuscoli organismi che si è potuta creare la vita sulla Terra. Tutto è cominciato circa 3 miliardi di anni fa grazie a questi piccoli organelli verdi, questi piccoli corpi all'interno delle cellule.

AM: Gli altri sono i mitocondri ?

LM: Sì. I mitochondria sono piccoli puntini all'interno delle cellule di animali, piante e funghi, dove l'ossigeno è respirato. I mammiferi, incluse le persone, prendono l'ossigeno dall'aria e attraverso il flusso sanguigno lo trasportano in tutto il corpo, a tutte le cellule. All'interno di ogni cellula, l'ossigeno reagisce con gli atomi di idrogeno ricavati dal cibo quando questo è convertito in energia. Questo processo è realizzato proprio grazie ai mitocondri, che sono circa un micron, la dimensione dei batteri. Questa è la respirazione, che avviene grazie ai batteri presenti nelle cellule. E' incredibile le cose che riescono a fare quest minuscoli esseri: sono capaci di nuotare, di rompere le molecole di glucosio, ecc. L'idea che i mitocondri siano dei batteri è stata difficile da accettare, ma ora è accettabile.

AM: Okay, passiamo al numero tre.

LM: La questione è: che tipo di cellule incorporano i mitocondri, ed eventualmente i cloroplasti ? Qual'era l'originale cellula eucariotica ? La cellula originale era un archeobatterio. E produceva solfuro di idrogeno. Noi abbiamo soltanto posto l'evidenza di ciò. Oggi, la biologia molecolare ha confermato questa ipotesi.

AM: E riguarda al numero quattro ?

LM: Il problema che ancora non abbiamo risolto riguarda l'origine delle ciglia (appendici cellulari lunghe e sottili che si estendono dalla superficie di molte cellule eucariotiche, ndr) che sono esattamente le stesse nella sezione trasversale degli spermatozoi. Questo non è ancora stato provato però. Presentano la stessa identica simmetria, il chè le rende facilmente identificabili.

Noi crediamo che l'origine di questa struttura cellulare sia riconducibile ad un organismo chiamato spirochete. Questa teoria è stata in parte rifiutata, solo in base a pregiudizi. In “Microcosmos” li chiamavamo “agenti segreti spirochetali”. Ancora oggi, è molto difficile far accettare l'idea di una connessione tra microorganismi che vivono in libertà e il movimento all'interno delle cellule, anche perché ci sono così tanti differenti nomi associati con queste strutture mobili. I spirocheti sono conosciuti per essere gli agenti infettivi di sia la sifilite che ila malattia di Lyme, mentre alcune malattie periodontali sono associate a spirocheti orali. Quattro spirocheti sono stati sequenziati, perché di interesse medico.

Una mia collega, Galena Dubinina, microbiologa alla Università di Mosca, ha sequenziato i più rilevanti, gli unici che possono essere direttamente relazionati alla nostra teoria riguardo le ciglia. Quello che stiamo facendo ora è cercare di confermare o negare le nostre predizioni . Abbiamo questi organelli, le ciglia, nelle cellule. Abbiamo la sequenza dei giusti spirocheti da studiare. Non ci resta che effettuare tutte le possibili comparazioni per provare l'ascendenza mitocondriale dall' alpha-Proteobacteria, e quella cloroplastica dai cianobatteri, e provare infine l'origine spirochetale delle ciglia.

Fonte: Astrobiology Magazine / ottobre 2006