Stiamo per scoprire quando i batteri hanno iniziato a produrre l’ossigeno che respiriamo

Sulla Terra, respirare significa vita. Eppure, per i primi due miliardi di esistenza del nostro pianeta, l’ossigeno era scarso. Questo non significa che sulla Terra non ci sia mai stata vita per tutto quel  tempo, ma che la vita era più rara e molto diversa da quella che conosciamo. Quando batteri più complessi sono entrati in scena, tutto è cominciato a cambiare, innescando quello che gli scienziati chiamano un Grande evento di ossidazione. Ma quando è davvero successo in tutto questo? E come è andata a finire?

Una nuova tecnica di analisi genetica ha fornito gli indizi di una nuova linea temporale. Le stime suggeriscono che ci sono voluti 400 milioni di anni di luce solare ed emissione di ossigeno prima che la Terra potesse davvero prosperare. In altre parole, sul nostro pianeta c’erano probabilmente organismi in grado di fare la fotosintesi molto prima del Grande evento di ossidazione. “Nell’evoluzione, le cose iniziano sempre in piccolo – dice il geobiologo Greg Fournier del Massachusetts Institute of Technology – . Anche se ci sono prove di una fotosintesi ossigenata precoce, che è l’innovazione evolutiva più importante e sorprendente sulla Terra, ci sono voluti ancora centinaia di milioni di anni per decollare” .

Attualmente, ci sono due teorie per spiegare l’evoluzione della fotosintesi in una particolare specie di batteri, chiamati cianobatteri. Alcuni ricercatori ritengono che il processo naturale di trasformazione della luce solare in energia sia arrivato abbastanza presto sulla scena evolutiva, ma che sia progredito come “una lenta miccia”. Altri pensano che la fotosintesi si sia evoluta in seguito, ma “decollata a macchia d’olio”. Gran parte del disaccordo riguarda l’ipotesi della velocità con cui i batteri evolvono e le diverse interpretazioni dei reperti fossili.

Fournier e i suoi colleghi hanno aggiunto un nuovo elemento analitico nella valutazione dei campioni, osservando come i batteri possano talvolta ereditare il proprio materiale genetico non solo dai genitori, ma anche da altre specie lontanamente imparentate. Questo può accadere quando una cellula ne “mangia” un’altra, incorporando i suoi geni. Gli studiosi utilizzano queste informazioni per capire le età relative ai diversi gruppi batterici, ad esempio, collegando quelli che hanno acquisito nuovi geni con le specie da cui le hanno ottenute e che contemporaneamente esistevano sulla Terra.

Queste relazioni possono quindi essere paragonate a tentativi di datazione più specifici e, tal fine, gli studiosi hanno analizzato i genomi di migliaia di specie batteriche, inclusi i cianobatteri, alla ricerca di segni di trasferimento genetico orizzontale. In totale, mostrano in uno studio pubblicato su Proceedings of the Royal Society B, sono stati identificati 34 esempi chiari di trasferimento e, dal confronto con sei modelli di datazione che utilizzano le sequenze genetiche degli organismi per tracciare una storia dei cambiamenti genetici, gli autori hanno scoperto che uno di questi si adattava in modo più coerente. Scegliendo questo modello, il team ha eseguito delle stime per capire quanti anni hanno realmente i batteri fotosintetizzanti.

I risultati suggeriscono che tutte le specie di cianobatteri oggi viventi hanno un antenato comune, che esisteva circa 2,9 miliardi di anni fa. Nel frattempo, gli antenati di questo antenato derivavano da batteri non fotosintetici, circa 3,4 miliardi di anni fa. La fotosintesi, probabilmente, si è evoluta in un periodo tra queste due date.

Secondo il modello evolutivo sviluppato dal team, i cianobatteri svolgevano la fotosintesi almeno 360 milioni di anni prima del Grande evento di ossigenazione. Se confermato, questo dato supporterebbe ulteriormente l’ipotesi della “miccia lenta”. “Questo nuovo documento getta nuova luce essenziale sulla storia dell’ossigenazione della Terra, collegando in modi nuovi i reperti fossili con i dati genomici, inclusi i trasferimenti genici orizzontali –  ha precisato il biogeochimico Timothy Lyons dell’Università della California a Riverside – . I risultati parlano degli inizi della produzione biologica di ossigeno e del suo significato ecologico, in modi che forniscono vincoli vitali sui modelli e sui controlli sulla prima ossigenazione degli oceani e sui successivi accumuli nell’atmosfera”.