Una medusa spiaggiata si decompone in pochi giorni, ma mezzo miliardo di anni fa i tessuti molli degli animali potevano conservarsi abbastanza a lungo da diventare fossili. Un nuovo studio suggerisce che la diffusione tra i microbi degli enzimi capaci di digerire il collagene, la proteina che dà resistenza ai tessuti animali, contribuì al declino di queste eccezionali testimonianze fossili.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Current Biology (), è stata condotta da Philip Vixseboxse durante il dottorato tra il Department of Earth Sciences dell’University of Cambridge e l’University of Edinburgh. Il gruppo ha ricostruito la storia dei geni che codificano le collagenasi, enzimi con cui i microbi degradano il collagene, analizzando 700 genomi microbici.
La maggior parte dei fossili conserva conchiglie, ossa e denti, parti dure che resistono alla decomposizione. I tessuti molli, invece, devono essere isolati rapidamente dai processi che li distruggono. Eppure, nel tardo Ediacarano, tra circa 579 e 539 milioni di anni fa, animali dal corpo molle si fossilizzarono in diversi tipi di sedimenti marini. Alcuni siti conservano intere comunità: sono i più antichi fossili animali conosciuti.
Per spiegare questa conservazione eccezionale sono state proposte diverse ipotesi, dalla particolare chimica degli oceani alla presenza di uno strato di melma microbica sui fondali. Nel 1999 il paleontologo Jerzy Dzik suggerì che i microbi dell’epoca non avessero ancora sviluppato le collagenasi. Senza questi enzimi, le carcasse avrebbero mantenuto la propria forma abbastanza a lungo da fossilizzarsi.
I dati genetici mostrano però che le collagenasi sono molto più antiche degli animali. Il gruppo ha individuato il principale gene di questi enzimi in 242 specie e ne ha confrontato l’albero genealogico con una ricostruzione datata dell’evoluzione microbica. Quando un gene compare in una linea evolutiva senza essere stato ereditato dai suoi antenati, può essere stato trasferito da un altro microbo: questo trasferimento laterale permette di stimare quando il gene è passato da un gruppo all’altro.
La collagenasi principale era già presente miliardi di anni fa in microbi anaerobi, cioè capaci di vivere senza ossigeno, tra cui produttori di metano e organismi che fermentano materia organica. Dzik, dunque, si sbagliava sull’origine dell’enzima, ma la sua ipotesi potrebbe cogliere un aspetto importante: per molto tempo le collagenasi avrebbero agito soprattutto nelle zone profonde e prive di ossigeno dei sedimenti marini.
In un mare ediacarano ricco di ossigeno, una carcassa avrebbe potuto conservare il collagene finché l’ossigeno nei sedimenti circostanti non si fosse esaurito. Gli autori stimano che questo intervallo potesse durare anni, abbastanza perché i minerali si depositassero sui tessuti e ne preservassero la forma. La struttura flessibile di collagene avrebbe così funzionato come una sorta di scheletro organico.
Con la comparsa degli animali, nel Neoproterozoico, il gene della collagenasi principale iniziò a trasferirsi molto più spesso tra le linee microbiche. Nell’insieme più ampio di alberi genealogici analizzati, i ricercatori hanno contato in media 63 trasferimenti laterali. Il gene raggiunse anche microbi capaci di tollerare o utilizzare l’ossigeno, compresi gruppi che oggi svolgono un ruolo importante nella decomposizione.
«Mi ha colpito moltissimo quanto sia stato netto l’aumento della diversità dei microbi che degradano il collagene quando sono comparsi i primi animali!», ha detto Vixseboxse a Earth.com. Secondo gli autori, prima del Cambriano i principali responsabili della decomposizione moderna non erano ancora in grado di digerire efficacemente il collagene. La diffusione delle collagenasi coincide con un brusco calo dei fossili di animali dal corpo molle.
«Questi risultati suggeriscono che potrebbe esistere un meccanismo biologico generale che ha influenzato la documentazione fossile dei tessuti molli nel corso della storia della Terra», ha dichiarato il coautore Alex Liu, professore al Dipartimento di Scienze della Terra di Cambridge. Vixseboxse ha descritto il cambiamento come irreversibile: «Una volta che le collagenasi si sono diffuse tra i microbi di quegli ambienti, non si è più tornati indietro».
La stessa dinamica potrebbe riguardare altri materiali resistenti alla decomposizione. Gli autori osservano che questi polimeri possono accumularsi nei sedimenti prima che si diffondano gli enzimi capaci di degradarli, e in misura minore dopo. Interpellato da Earth.com su possibili esempi, Vixseboxse ha citato la plastica: gli enzimi microbici che degradano alcuni tipi di plastica esistono già, ma non sono ancora diffusi nei diversi ambienti. In futuro, quindi, la documentazione fossile della plastica potrebbe ridursi, se questi enzimi diventassero più comuni.
Lo studio ricostruisce la storia dei geni, non misura direttamente la decomposizione. Gli alberi genealogici non permettono di stabilire quanto rapidamente si disfacesse una carcassa ediacarana: indicano soltanto che i microbi dell’epoca non possedevano uno strumento presente negli organismi che oggi decompongono la materia organica. Inoltre, nello stesso periodo cambiarono anche gli animali: la comparsa di specie che scavavano, si nutrivano di carcasse e cacciavano contribuì probabilmente alla diminuzione dei fossili di tessuti molli. Gli autori considerano le collagenasi un fattore importante, ma non l’unico.
Le datazioni genetiche forniscono intervalli, non date precise: l’acquisizione dell’enzima da parte di un singolo gruppo può collocarsi in una finestra di oltre 100 milioni di anni. Per verificare direttamente l’ipotesi, Vixseboxse propone di creare una comunità microbica incapace di digerire il collagene e osservare come si decompone al suo interno il corpo di un animale. «Sarebbe davvero interessante creare una comunità microbica incapace di degradare il collagene», ha detto.
Il gruppo ha già rimosso le cellule da un corallo molle immergendolo per tre giorni in una soluzione saponosa concentrata, lasciando intatta l’impalcatura di collagene. Ma finché non sarà realizzato un esperimento analogo con i microbi, le prove resteranno basate sul confronto tra gli alberi genealogici dei geni e la scomparsa dei fossili di tessuti molli.
Fonte: earth.com
