Utilizzando un processo chiamato “evoluzione paleo-sperimentale”, i ricercatori della Georgia Tech hanno resuscitato un gene estratto da batteri vecchi di 500 milioni di anni e lo hanno inserito in batteri odierni (Escherichia coli). Il batterio Escherichia coli è noto purtroppo anche per un’insidiosa epidemia verificatasi lo scorso anno. Per gli esperimenti (fino a quelli più bizzarri, come modificarlo per farlo diventare fluorescente), in laboratorio è consueto usare questa specie di microrganismo considerato un modello sperimentale. Per questo motivo è stato scelto anche per questo progetto. E' stato coltivato e fatto riprodurre per più di 1.000 generazioni, dando modo agli scienziati di osservare direttamente l’evoluzione di questo microrganismo come se fosse partito da mezzo miliardo di anni fa. Rimanendo nella metafora cinematografica, la scienziata Betül Kacar, astrobiologa al Georgia Tech NASA Center, ha dichiarato: «Questo è quanto di più vicino si possa arrivare al riavvolgimento e alla riproduzione della “pellicola della vita”. La possibilità di osservare un antico gene in un organismo attuale e quindi la sua evoluzione all’interno di una cellula moderna ci permette di vedere se la traiettoria evolutiva si ripeterà oppure se si svilupperà una nuova forma di vita seguendo un percorso diverso.»
Esperimenti di nuova vita
Il genoma di Escherichia coli, sequenziato tra il 1995 e il 1997, contiene 4288 geni. Il compito più difficile per gli scienziati stava nel porre il gene antico al posto giusto all’interno della catena di Dna del microrganismo. Gli ibridi sono stati fatti riprodurre in otto ceppi per più di mille generazioni, permettendo una ri-evoluzione della "vita antica". I batteri si moltiplicano per divisione cellulare il che significa che, dopo aver copiato il cromosoma, la cellula batterica si divide in due esatte metà figlie. La velocità a cui si moltiplicano i batteri e accrescono la colonia, è un indicatore del benessere dell’organismo stesso. Se una colonia batterica fatica a moltiplicarsi, significa che le condizioni ambientali in cui si trova non sono ottimali. Le soluzioni a questo stato in natura sono due: un adattamento alle condizioni, sfruttando la facoltà di costanti mutazioni genetiche nel proprio Dna, oppure il crollo della popolazione. Nei laboratori del Georgia Institute gli scienziati hanno osservato un tasso di divisione cellulare iniziale di due volte più lento rispetto ai ceppi “normali”. Questo scenario si rappresentava quindi perfetto per iniziare ad osservare il percorso di adattamento adottato dall’organismo. Dopo le prime 500 generazioni, i ricercatori hanno assistito a un aumento del tasso di crescita: esattamente ciò in cui gli scienziati speravano, in quanto, grazie a ciò hanno potuto dedurre che era in atto un vero e proprio adattamento biologico alle nuove condizioni di vita. È noto che gli esseri viventi vanno incontro a continue mutazioni del loro genoma, volte a far adattare l’organismo alle varie condizioni a cui sono sottoposti. L’evoluzione biologica, partita dal brodo primordiale popolato da innumerevoli microrganismi, è dettata tuttavia non solo dalle condizioni ambientali in cui si sono trovate queste forme di vita, ma anche da una buona dose di casualità che ha guidato l’evoluzione biologica fino alle attuali forme esistenti sulla Terra.
EF-Tu, stella polare dell’evoluzione della vita
Nel 2008, Eric Gaucher professore di Biologia al Georgia Institute e collega di Betül Kacar, determina la sequenza genetica di un’antica proteina, detta EF-Tu, essenziale in tutte le forme di vita e fondamentale per la sopravvivenza degli organismi monocellulari. EF-Tu è una delle proteine più abbondanti nei batteri, fattore che l’ha resa una sentinella ideale per gli scienziati per trovare le risposte alle domande sull'evoluzione. Infatti, se il gene (e la rispettiva proteina) è presente in tutte le forme di vita significa che esso non è soggetto a numerosi cambiamenti ed è quindi strategico ed essenziale per il corretto sviluppo della cellule. Quando i ricercatori hanno esaminato più da vicino i ceppi ibridi che si stavano accrescendo in laboratorio, hanno notato che le proteine EF-Tu non si modificano nel tempo, non accumulavano quindi mutazioni, mentre le altre proteine coordinate con essa, andavano incontro a svariate modifiche per riuscire a raggiungere, infine, tassi di crescita ottimali per questa specie di batterio. In altre parole, tutto l’apparato evolutivo delle cellule si è coordinato per trovare un nuovo percorso evolutivo che consentisse un adattamento. «Pensiamo che questo processo ci permetterà di affrontare diverse questioni aperte da lunga data nel campo della biologia evolutiva e molecolare», ha detto Kacar. «Tra queste, vorremmo sapere se la storia di un organismo limita il suo futuro e se l'evoluzione ha molteplici soluzioni per un dato problema.»
