Gli archei di Asgard possono strisciare sul vetro usando braccia sottili che si allungano e si ritraggono: le cellule si muovono a circa 1,6 micrometri al minuto, una velocità paragonabile a quella di alcune cellule complesse, come le amebe. La scoperta, ottenuta osservando due specie viventi, suggerisce che questo tipo di movimento possa essersi evoluto prima della comparsa della vita complessa. Non dimostra, però, che gli antichi antenati delle cellule complesse si muovessero nello stesso modo.
Lo studio è stato guidato da Philipp Radler nel laboratorio di Christa Schleper all’Università di Vienna, con la collaborazione di un gruppo internazionale di ricercatori. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature. Il team ha filmato due specie di archei di Asgard coltivate in laboratorio: non ha osservato direttamente il microbo antico da cui, secondo le ipotesi scientifiche, ebbero origine le cellule complesse.
Gli archei di Asgard sono un gruppo di microbi di cui si conosce molto soprattutto grazie all’analisi del DNA. Solo poche specie sono state coltivate in laboratorio. Il loro materiale genetico contiene istruzioni per produrre proteine associate da tempo alle cellule complesse, un elemento che aiuta a spiegare la posizione degli Asgard sull’albero della vita.
Tra queste proteine c’è l’actina, che nelle nostre cellule forma una struttura interna flessibile e contribuisce a cambiarne la forma e a farle muovere. Immagini al microscopio elettronico avevano già mostrato archei di Asgard con un corpo tondeggiante e sottili braccia sporgenti, ma le immagini statiche non permettevano di capire come si muovessero.
Per filmarli, i ricercatori hanno sigillato i microbi in sottili camere di vetro riempite di azoto e anidride carbonica. Gli archei crescono infatti in assenza di ossigeno. Durante sessioni di osservazione durate fino a sei ore, il gas continuava a fluire nella camera, mantenuta a circa 22 °C.
La specie osservata più a lungo, Lokiarchaeum ossiferum, ha un corpo largo circa 1 micrometro. Una cellula tipica aveva cinque braccia, ma alcune ne mostravano una sola e altre fino a dieci. Le più lunghe raggiungevano i 15 micrometri, circa 14 volte la larghezza del corpo.
Le braccia cambiavano continuamente: crescevano a circa 1,5 micrometri al minuto, si ramificavano e poi si ritraevano. Alcune si accorciavano lentamente, altre a circa 11 micrometri al minuto. Sebbene questa specie impieghi circa una settimana a dividersi, riusciva a rimodellare la propria forma in pochi minuti. La lunghezza complessiva delle braccia di una cellula restava più o meno costante mentre queste si riorganizzavano; in genere, le cellule con più braccia ne avevano di più corte. I ricercatori sospettano che le cellule ridistribuiscano tra le braccia la membrana esterna già presente, invece di produrne continuamente altra. Alcune modificavano anche la forma del corpo, passando da allungata a sferica.
Circa metà delle cellule attaccate al vetro si spostava. La maggior parte procedeva senza una direzione precisa: solo 6 delle 117 cellule monitorate si muovevano sempre nella stessa direzione. Alcune fissavano la punta di un braccio davanti a sé e, quando questo si accorciava, il corpo veniva trascinato in avanti, talvolta con un balzo. Altre scivolavano con regolarità seguendo un unico braccio guida. I ricercatori hanno trovato pochi indizi di cellule che si spingessero in avanti da dietro.
La velocità tipica era di circa 1,6 micrometri al minuto. Se una cellula mantenesse quel ritmo in linea retta, impiegherebbe circa 11 giorni per percorrere 2,5 centimetri. È una velocità compatibile con quella delle cellule complesse, come le amebe, che si muovono tra 0,1 e 20 micrometri al minuto. I microbi che nuotano sono molto più veloci.
Negli archei era già noto un altro tipo di movimento su una superficie, basato su filamenti simili a peli che sporgono dalla cellula. In questo caso, invece, gli Asgard usavano le proprie braccia. Quando i ricercatori hanno rivestito il vetro con un composto appiccicoso, sia il movimento delle braccia sia lo spostamento delle cellule sono rallentati: un indizio che i due fenomeni siano collegati.
Per verificare il ruolo dell’actina, il team ha provato farmaci che la bloccano nelle cellule complesse. Alcuni hanno prodotto cambiamenti minimi, mentre tre hanno ridotto il numero di cellule capaci di aggrapparsi al vetro con le braccia. I ricercatori si sono concentrati sulla swinholide A, una tossina efficace a dosi comprese nell’intervallo usato sulle cellule complesse.
Alla concentrazione di 50 nanogrammi per millilitro, le nuove braccia hanno smesso di formarsi, quelle già presenti hanno interrotto la crescita e le cellule hanno cessato di muoversi. Alcune braccia rimaste hanno perso il sostegno interno, si sono piegate e hanno oscillato liberamente nell’acqua. Il team ha inoltre isolato proteine che si legano all’actina del microbo. Diverse appartengono a famiglie note nelle cellule complesse per la capacità di costruire filamenti di actina e poi tagliarli.
Anche una seconda specie, Margulisarchaeum peptidophilum, coltivata dal gruppo JAMSTEC, si è comportata in modo simile. Le sue braccia crescevano a 4,8 micrometri al minuto, circa tre volte più rapidamente di quelle di Lokiarchaeum ossiferum, e il corpo si spostava a una velocità circa doppia. Anche in questa specie la swinholide A ha bloccato il movimento, arrestato la crescita delle braccia e ridotto la percentuale di cellule che si spostavano.
L’actina e le proteine che la regolano sono presenti anche in quasi tutti i genomi degli archei di Asgard finora sequenziati. Secondo gli autori, questo dato suggerisce che fossero già presenti nell’antenato comune del gruppo.
I ricercatori ritengono che le prime cellule complesse si siano formate circa 2 miliardi di anni fa, quando un microbo di Asgard si associò a un batterio che finì per vivere al suo interno. Quel batterio divenne l’antenato dei mitocondri, le strutture che producono energia nelle nostre cellule. Le due specie osservate nello studio vivono oggi e probabilmente sono diverse da quell’antico antenato.
Gli autori ipotizzano che il progenitore potesse usare le braccia per avvicinarsi a un partner, attaccarsi a esso e infine avvolgerlo. Si tratta di una possibilità, non di un risultato dimostrato. Inoltre, per studiare il ruolo dell’actina il team ha dovuto usare farmaci sviluppati per agire sulle cellule complesse: per questi microbi non sono ancora disponibili strumenti genetici.
C’è anche un limite legato all’ambiente: gli archei sono stati osservati mentre strisciavano sul vetro, mentre in natura vivono in minuscoli spazi nel fango dei fondali marini. Gli scienziati non sanno ancora esattamente come controllino i propri movimenti. Le osservazioni offrono però uno scorcio su una capacità che potrebbe essere comparsa molto prima di animali, piante e funghi. Strisciare, cambiare forma e protendersi verso altre cellule potrebbe aver contribuito a preparare il terreno per l’evoluzione della vita complessa.
Fonte: earth.com
