Tutti gli esseri viventi che possiamo vedere intorno a noi – piante, animali e funghi – sono eucarioti costituiti da cellule complesse. Le loro cellule hanno molte strutture interne circondate da membrane, che mantengono cose come la produzione di energia separate dal materiale genetico, e così via. Anche gli organismi unicellulari su questo ramo dell’albero della vita hanno spesso strutture ricoperte di membrane che si muovono e si riorganizzano per nutrirsi.

Parte dell’elasticità di questa membrana deriva dagli steroidi. Negli eucarioti multicellulari, gli steroli svolgono varie funzioni; Tra le altre cose, sono usati come molecole di segnalazione, come gli estrogeni e il testosterone. Ma tutti gli eucarioti introducono vari drogaggi nelle loro membrane, che ne aumentano la fluidità e ne modificano la curvatura. Quindi l’evoluzione del metabolismo degli steroidi può essere fondamentale per consentire una vita complessa.

Ora, i ricercatori hanno tracciato l’origine degli steroidi eucariotici a quasi un miliardo di anni nel passato. I risultati suggeriscono che molti rami dell’albero genealogico eucariotico una volta producevano versioni precoci di steroidi. Ma la nostra filiale ha sviluppato la capacità di produrre dettagli più precisi, il che potrebbe averci aiutato a superare i nostri parenti nella competizione.

Programma confuso

In una certa misura, il nuovo lavoro comporta la verifica di un’idea proposta da un biochimico decenni fa Konrad Bloch. Bloch ha vinto il premio Nobel per la scoperta dei percorsi biochimici che consentono alle cellule di produrre steroidi da antenati più semplici. Nel 1994, Bloch propose che gli intermedi chimici sui percorsi da lui identificati fossero, a un certo punto delle nostre traiettorie evolutive, i prodotti finali. Le cellule produrrebbero questi steroidi meno complessi, che hanno svolto un ruolo cruciale nella loro sopravvivenza; Tuttavia, nel tempo, il nostro ramo ha sviluppato enzimi che lo modificano ulteriormente in modi benefici.

Questo aveva la capacità di dare un senso attraverso una varietà di elementi di prova che non combaciavano del tutto. Abbiamo trovato microfossili di 1,6 miliardi di anni che sembrano mostrare cellule complesse con processi superficiali tipicamente limitati agli eucarioti. Questo funziona bene con le prove del DNA, che indicano che tutti gli attuali eucarioti possono essere ricondotti a un antenato comune che esisteva almeno 1,2 miliardi di anni fa, forse già 1,8 miliardi di anni fa.

Ma possiamo anche cercare il drogaggio nelle rocce antiche, perché le molecole sono notevolmente stabili. Ma gli steroidi negli eucarioti di oggi non sono comparsi fino a circa un miliardo di anni fa, molto più tardi degli eucarioti stessi. Questo divario potrebbe essere spiegato con precisione se i primi eucarioti usassero gli intermedi biochimici di Bloch.

Fu qui che Bloch, sebbene avesse ragione, sbagliò qualcosa di grosso. È stato suggerito che gli intermedi sarebbero chimicamente instabili e quindi non sopravviverebbero nei sedimenti abbastanza a lungo da consentirci di trovarli. Da questo punto di vista, non aveva senso cercare.

lungo termine

Un team internazionale di ricercatori ha deciso che potrebbe valere la pena testare l’ipotesi di Bloch sulla durata di queste molecole. Quindi, i ricercatori hanno assemblato un gruppo di molecole, le hanno sottoposte a condizioni di riscaldamento e invecchiamento accelerato e hanno osservato cosa è successo. Mentre hanno perso due atomi dal lato delle strutture cicliche, la maggior parte della molecola è sopravvissuta. Ancora più importante, nessun altro steroide anabolizzante è noto per produrre le stesse molecole quando si rompono, quindi questi antichi intermedi possono fungere da traccianti della produzione di steroidi.

Con queste informazioni in mano, i ricercatori hanno ottenuto campioni di petrolio e catrame da sedimenti datati in vari punti del passato della Terra. E anche l’esemplare più antico, di 1,6 miliardi di anni, conteneva già molti resti di intermedi steroidei. I ricercatori hanno isolato dozzine di parenti di composti steroidei intermedi, ma non hanno trovato nessuna delle molecole che ci si aspetterebbe se esistessero gli steroidi moderni.

Sembra anche che un tempo gli eucarioti fossero onnipresenti. “Questi steroli sono stati rilevati in ambienti di acque relativamente profonde e poco profonde, tappeti microbici e habitat pelagici, scisti e carbonati, nonché stagni marini e possibilmente lacustri”, hanno scritto i ricercatori.

Ancora una volta, i primi segni di steroidi moderni non compaiono fino a meno di un miliardo di anni fa, indicando che gli eucarioti – i nostri antenati e altri rami dell’albero evolutivo – fiorirono per quasi un miliardo di anni utilizzando molecole che ora sono solo intermedi chimici. Anche varie classi di drogaggio moderno compaiono lentamente nella documentazione geologica, indicando l’assenza di uno scatto di innovazione.

Sopravvivenza estrema

I ricercatori propongono un’idea interessante che colloca l’origine degli eucarioti moderni nella documentazione geologica. Sembra che gli eucarioti siano sorti durante un periodo di tempo geologico chiamato “noioso miliardo“, che si estendeva all’incirca da 1,8 a 0,8 miliardi di anni fa. Durante questo periodo, come suggerisce il nome, non è successo molto. Per la maggior parte di questo tempo, la geologia ha visto le placche continentali della Terra aggregarsi in un supercontinente, contribuendo a sostenere un clima apparentemente stabile in che la vita sembra avere Hanno risposto alla relativa stagnazione formando ecosistemi altrettanto stabili che hanno resistito per gran parte di questo tempo.

Mentre gli antenati di tutti gli eucarioti moderni si sarebbero evoluti durante il noioso periodo del miliardo, la mancanza di disturbi ecologici probabilmente significava che avevano difficoltà a trovare una nicchia ecologica libera. Alla luce di questa sfida, i ricercatori suggeriscono che l’evoluzione dei moderni anfibi potrebbe aver dato loro la resistenza necessaria per occupare ambienti più estremi, come luoghi dove prevalgono temperature fredde o alte o luoghi come distese fangose ​​che periodicamente si seccano. Ciò significherebbe che sono stati prodotti steroidi moderni, ma solo a livelli che rendono improbabile il rilevamento.

Il noioso miliardo si è concluso con un picco di attività tettonica e glaciazioni globali, che avrebbero potuto innescare l’equivalente batterico di un’estinzione di massa. Nell’ambiente turbolento che seguì, la capacità di resistere agli estremi ambientali consentiti dai moderni attivatori potrebbe aver dato un vantaggio ai nostri antenati, consentendo loro di portare all’estinzione tutti gli altri rami dell’albero eucariotico.

Natura, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w (sui DOI).