L’antenato degli animali

Biologia Alcuni ricercatori hanno individuato una nuova specie di organismi elementari (appartenente alla classe dei Coanoflagellati) le cui colonie sono capaci di un comportamento cellulare collettivo in risposta a stimoli ambientali. Ciò richiama i meccanismi della gastrulazione, processo alla base dello sviluppo corporeo di tutti i viventi pluricellulari

L’origine della vita sul pianeta Terra affascina e incuriosisce. E ha trovato nell’ipotesi di Luca (sigla inglese dell’«Ultimo antenato comune universale» di tutti gli organismi) ragionevoli prove che circa 3,7 miliardi di anni fa si sono originate delle molecole dotate di autoreplicazione e capaci di innescare i processi molecolari che hanno portato alla formazione delle prime cellule anucleate e di quelle nucleate. Generalmente però, nel fare scienza, una risposta soddisfacente scatena poi una serie di domande assai difficili.

È questo il caso dell’evoluzione della vita degli animali: come è stata possibile l’acquisizione delle tre grandi innovazioni evolutive che la caratterizzano, ossia pluricellularità, differenziazione cellulare e morfogenesi, a partire da una singola cellula? Si capisce così l’eccitazione della comunità scientifica per la scoperta di una nuova specie animale capace di vita coloniale e di esprimere collettivamente proprietà cellulari quali la capacità di contrarsi (contrattilità) in risposta a stimoli luminosi.

L’eccitazione è grande poiché la nuova specie appartiene a un gruppo di Protozoi: i Coanoflagellati, animali filtratori che si cibano di batteri, grazie a un collare di tanti microvilli formati dalla estrusione della membrana cellulare, e che si muovono grazie al battito di un singolo flagello, che fuoriesce dal centro del collare. Prove morfologico-descrittive (analisi dei cicli vitali) li pongono all’origine degli animali pluricellulari. Sino a oggi sono state descritte specie che alternano fasi vitali uni- e pluricellulari e che presentano diverse forme coloniali: piccole sfere, «rosette», forme a catenella o ancora colonie ramificate ancorate al substrato, le cui cellule presentano sulla membrana molecole proteiche che, assicurando l’adesione tra le cellule, formano veri e propri tessuti. Le prime ipotesi riguardanti la possibile evoluzione degli animali da antenati simili si basavano anche sulla somiglianza morfologica delle loro cellule con i coanociti, le cellule che rivestono le cavità gastriche dei Poriferi, le spugne. Il gruppo di Thibaut Brunet (Università della California, Berkeley) fornisce ora su «Science» prove di biologia molecolare e cellulare a supporto della origine della pluricellularità animale a partire da queste forme coloniali grazie alla scoperta di una nuova specie di Coanoflagellati, capace di un comportamento cellulare collettivo in risposta a stimoli ambientali.

Nel corso di un censimento al largo delle coste caraibiche dell’isola di Curaçao, Brunet e i suoi colleghi hanno raccolto colonie di protozoi Coanoflagellati a forma di «mezza-tazza» nelle pozze formate dagli spruzzi delle onde sulle scogliere sopra al livello delle maree. Ciascuna colonia, con un diametro di circa 100 micrometri (milionesimi di metro), è formata da un singolo strato (foglietto) di circa un centinaio di cellule tipiche dei Coanoflagellati, con il flagello indirizzato all’interno della colonia, così che quest’ultima assomiglia esattamente al tessuto (epitelio) di rivestimento della camera gastrovascolare delle spugne. Ma non basta, l’eccitazione si è trasformata in un eureka quando i ricercatori hanno notato che nel brevissimo lasso temporale di circa trenta secondi (dall’inizio del fenomeno alla sua fine) la colonia, in risposta a una diminuzione dell’intensità degli stimoli luminosi, inverte rapidamente la curvatura della mezza-tazza, cosicché i flagelli si orientano verso l’esterno del foglietto tissutale. Le colonie tendono a rimanere nella conformazione «flagelli fuori» per svariati minuti prima di riacquisire l’iniziale conformazione, seguendo, a ritroso, il medesimo processo con l’aumentare degli stimoli luminosi. Le due conformazioni correlano rispettivamente con l’attività motoria («flagelli fuori», scarsa illuminazione) e nutritiva («flagelli dentro», luminosità). L’analisi del Dna delle cellule di queste colonie (la canonica analisi del Dna ribosomiale 18S) ha permesso di identificare in una proto-spugna, Choanoeca perplexa (alias Proterospongia choanojuncta) la specie filogeneticamente sorella, la più vicina nella ramificazione evolutiva.

Basandosi su questi dati e ispirati dal comportamento delle colonie, gli autori propongono di chiamare la nuova specie Choanoeca flexa. La curvatura di epiteli è il meccanismo fondamentale alla base sia dello sviluppo embrionale e della contrazione muscolare, sia del comportamento animale, in quanto permette la deformazione del corpo degli animali. L’inversione del foglietto tissutale di Choanoeca flexa permette un cambiamento globale della forma pluricellulare ed è reminiscente di tutti i movimenti della morfogenesi embrionale (in sostanza li replica), in particolare del processo alla base dello sviluppo corporeo di tutti gli animali pluricellulari, la gastrulazione, della quale Lewis Wolpert ha scritto: «La fase più importante della vita di ciascuno di noi non è la nascita, non il servizio militare e neppure il matrimonio, ma è la gastrulazione».

La riorganizzazione del foglietto tissutale in Choanoeca flexa richiede un’attività cellulare globalmente coordinata: l’analisi molecolare di Brunet e dei suoi colleghi ha dimostrato che il meccanismo molecolare che regola il fenomeno collettivo dell’inversione del foglietto tissutale è la costrizione apicale delle cellule operata da una proteina contrattile, l’actomiosina, innescata da enzimi fotosensibili (fotorilevamento operato da rodopsina via il cofattore retinal, fotochinesi eccetera); il coordinamento a livello cellulare è assicurato da segnali (messaggeri citoplasmatici) in grado di determinare modificazioni del citoscheletro. La contrattilità dei tessuti embrionali e degli adulti è presente in tutte le linee filogenetiche animali (dalle spugne agli animali bilateri) e sino a oggi era nota solo negli animali pluricellulari. Choanoeca flexa è il primo protozoo nel quale è stata dimostrata questa capacità e dunque lo studio di Brunet e dei suoi colleghi dimostra che l’actomiosina contrattile è stata ereditata dai Coanoflagellati e dagli animali da un antenato comune.

A fronte della dovuta eccitazione per questo traguardo conoscitivo ecco che altre domande ancora più eccitanti si presentano: quali sono i contesti funzionali ed ecologici per i quali la selezione naturale ha favorito la comparsa di forme pluricellulari? Perché un Coanoflagellato a vita solitaria forma un foglietto tissutale capace di curvatura o di formare una colonia? Forse perché è meno esposto alla predazione? O perché è capace di generare più efficacemente correnti alimentari?

La risposta più simpatica può essere: «È la scienza, bellezza!». Di certo il fondamentale lavoro di Brunet da un lato dimostra che non è solo lo studio degli organismi modello (topo, drosofila) quello in grado di rivelare i meccanismi alla base dello sviluppo e dell’evoluzione delle forme dei corpi animali e dall’altro l’importanza di conoscere a fondo la meravigliosa biodiversità dei viventi: sarà bene avere cura del pianeta per non eliminare specie animali e vegetali prima di averle scoperte.