Un “genoma collettivo” di 3 miliardi di anni

Frammenti di Dna di 3 miliardi sono pressoché impossibili da rinvenire. Dove non possono arrivare i paleontologi, però, si stanno muovendo le forze dei biologi computazionali: grazie al principio di ereditarietà alla base del Dna, infatti, sarebbe possibile ricostruire la storia genetica delle prime forme viventi a partire dalle attuali “librerie genomiche”, cioè dai nuovi genomi che vengono continuamente decifrati.

È ormai noto che intere parti del Dna possono nascere, perdersi, trasferirsi da un organismo all’altro in modo orizzontale e, infine, duplicarsi all’interno dello stesso genoma. Usando 100 genomi di organismi moderni e un modello matematico che tiene conto di tutte queste possibilità, Eric Alm Lawrence David del Mit di Boston sono riusciti a tracciare le storia di migliaia di geni fin dalla loro prima comparsa sulla Terra. 

Secondo la ricerca, riportata su Nature, tra i 3,3 e i 2,8 miliardi di anni fa (periodo noto come Archeano) sarebbe comparso il 27% delle più importanti “famiglie moderne di geni” (geni simili tra di loro come sequenza che derivano tutti da uno stesso “capostipite” e si sviluppano in seguito a duplicazioni del gene di partenza). Questo insieme rappresenta un vero e proprio “genoma collettivo antico”, che si è tramandato dai primi organismi fino ad oggi.

I ricercatori si sono poi dedicati a un’analisi più approfondita, attraverso la correlazione del boom di geni con elementi ambientali. La prima ipotesi fa dipendere l’espansione archeana proprio all’aumento della concentrazione atmosferica di ossigeno. Tuttavia, i geni collegati all’utilizzo dell’ossigeno da parte degli organismi non appaiono prima della fine dell’espansione, quindi intorno ai 2,8 miliardi di anni fa, mentre si sa che l’aumento della sua concentrazione (Grande Evento di Ossidazione) risale a circa 2,5 miliardi di anni fa. Per questo Alm e David ritengono di aver piuttosto identificato la “nascita” del moderno processo di trasporto di elettroni, che ha poi permesso sia la respirazione sia un efficiente processo fotosintetico.

“Questi risultati dimostrano che eventi molto antichi sono registrati nel Dna degli organismi viventi”, ha commentato Alm: “Adesso che stiamo cominciando a capire come decodificare questa storia, si può sperare di riuscire a ricostruire, nei minimi dettagli, alcuni dei primi eventi dell’evoluzione della vita”.

Riferimento: doi:10.1038/nature09649