Prime cellule complesse

Il racconto

Due tipi di cellule

Tutti gli esseri viventi sono fatti di cellule, ma non tutte le cellule sono uguali. Esistono due grandi tipi. Le cellule più semplici, quelle dei batteri e degli archei, sono piccole e il loro DNA galleggia libero all'interno. Le cellule complesse, dette eucariotiche, sono molto più grandi, spesso dieci volte in lunghezza o più, e il loro DNA è custodito in uno scomparto separato, il nucleo. Dentro hanno anche tante piccole strutture con compiti diversi, che si chiamano organelli. Piante, animali, funghi e tutti gli organismi unicellulari più grandi, come le amebe, sono fatti di cellule eucariotiche. Anche tu.

Le cellule eucariotiche comparvero dopo almeno un miliardo e mezzo di anni di vita fatta solo di batteri e di archei. Il momento esatto non è chiaro. I fossili sicuri più antichi, piccole sfere con la superficie decorata chiamate acritarchi, hanno circa 1,8 miliardi di anni, anche se sono rari e se ne discute. Gli studi sul DNA degli esseri viventi di oggi suggeriscono che le cellule eucariotiche siano nate tra 2 e 1,6 miliardi di anni fa, in un tempo che gli scienziati stimano con un margine d'errore ampio.

Una grande alleanza

Come nacque una cellula così complicata? L'idea più accettata si chiama teoria endosimbiontica, cioè «dell'alleanza dentro la cellula». Dice che alcune parti delle cellule complesse erano in origine batteri indipendenti. Un giorno una cellula più grande inglobò un batterio più piccolo; invece di digerirlo, i due cominciarono a collaborare. Il batterio dentro riceveva protezione e nutrimento, e la cellula ospite riceveva energia. Nel corso di molte generazioni, i due diventarono inseparabili.

Il batterio che si trasformò nel mitocondrio, la «centrale elettrica» della cellula, era capace di usare l'ossigeno per ricavare energia dal cibo. Più tardi, in alcune cellule, si aggiunse un secondo ospite: un cianobatterio che diventò cloroplasto, l'organo della fotosintesi. Le prove sono molte. I mitocondri e i cloroplasti hanno un loro piccolo DNA, circolare come quello dei batteri; si dividono da soli dentro la cellula, come farebbero dei batteri; hanno una doppia membrana, come se fossero stati inghiottiti. Il DNA dei mitocondri di una persona, per esempio, è fatto di soli 37 geni e si eredita quasi sempre dalla mamma.

L'idea fu proposta all'inizio del Novecento da alcuni scienziati russi e fu ripresa con forza nel 1967 dalla biologa americana Lynn Margulis. All'inizio fu accolta con molto scetticismo; oggi è nei libri di scuola di tutto il mondo.

Chi era l'ospite?

Rimane da capire chi fosse la cellula ospite. Negli ultimi anni i genetisti hanno trovato la risposta più probabile in un gruppo di archei, scoperti dal 2015 sul fondo del mare vicino alla Groenlandia, vicino a una zona di sorgenti calde detta Castello di Loki, per questo chiamati «archei di Asgard». Hanno nel DNA molti geni che prima si credevano esclusivi delle cellule eucariotiche. È probabile, quindi (anche se non tutti gli studiosi sono d'accordo), che le nostre cellule siano nate dall'unione tra un archeo di questo tipo e un batterio capace di usare l'ossigeno. Resta aperto l'ordine delle tappe: ad esempio, se il nucleo sia comparso prima o dopo il mitocondrio.

Perché fu un passo così grande

Un batterio ha poco spazio per tenere l'energia: la produce lungo la sua superficie. Una cellula eucariotica, con molti mitocondri al suo interno, può produrre molta più energia e quindi permettersi un DNA più grande, molte più proteine e strutture complesse. È come passare da una bicicletta a una fabbrica con tante piccole centrali. Questa energia in più rese possibili anche altre innovazioni, come lo scheletro interno della cellula, che permette di cambiare forma e di inglobare il cibo, e più tardi la riproduzione sessuata, in cui si mescola il DNA di due genitori e nascono individui sempre un po' diversi.

Quasi tutto quello che chiamiamo «vita visibile» comincia da qui. Per molto tempo, comunque, le cellule eucariotiche rimasero microscopiche e viventi isolate: il passo successivo, mettersi insieme in un corpo, è raccontato nella prossima scheda.