L'evoluzione delle cellule complesse - Adam Jacobson

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/how-we-think-complex-cells-evolved-adam-jacobson

Immagina se ingoiassi un uccello e improvvisamente fossi in grado di volare... o di mangiare un cobra e diventare così in grado di sputare veleno! Ebbene, lungo la storia della vita (e in particolare durante l'evoluzione delle complesse cellule eucariote) cose del genere avvenivano continuamente. Adam Jacobson ci spiega l'endosimbiosi, un tipo di simbiosi in cui un organismo simbiotico vive all'interno di un altro.

Lezione di Adam Jacobson, animazione di Camilla Gunborg Pedersen.

Cosa accadrebbe se potessi assorbire
un altro organismo

e acquisire le sue capacità?

Immagina se ingoiassi un uccellino
e improvvisamente potessi volare.

O immagina di inghiottire un cobra

e diventare così in grado di sputare
veleno dai denti.

Lungo la storia della vita,

e precisamente durante l'evoluzione
delle complesse cellule eucariote,

cose del genere
avvenivano continuamente.

Un organismo ne assorbiva un altro,

e si univano diventando un nuovo
organismo dotato delle caratteristiche
di entrambi.

Si ritiene che circa 2 miliardi
di anni fa

gli unici organismi viventi sulla Terra
fossero procarioti,

organismi unicellulari privi di membrane
a dividere gli organelli.

Diamo un'occhiata a tre di loro.

Uno era una grossa, semplice
cellula informe

che assorbiva materiale avvolgendolo
nella sua membrana cellulare.

Un altro era una cellula batterica

che con la fotosintesi convertiva
l'energia solare in molecole di zucchero.

Il terzo usava l'ossigeno per scindere
sostanze come lo zucchero

e liberare la sua energia in una forma
utilizzabile per attività vitali.

La cellula informe talvolta poteva
assorbire il batterio fotosintetico.

Questi batteri, dunque, vivevano
all'interno della cellula informe

e si dividevano come sempre,

ma l'esistenza di una cellula era ora
legata a quella dell'altra.

Imbattendoti in questa
combinazione vivente,

avresti potuto pensare che l'intera cosa
fosse un organismo unico,

che il batterio fotosintetico verde fosse
solo una parte della cellula più grande

che svolgeva una
delle sue funzioni vitali,

proprio come il tuo cuore
è l'organo

che si occupa di pompare il sangue.

Il fenomeno delle cellule che vivono
insieme è chiamato endosimbiosi,

cioè un organismo
che vive dentro un altro.

Ma l'endosimbiosi non finì qui.

Che sarebbe successo se anche i batteri
fossero entrati in gioco?

Le cellule di questo tipo iniziarono
a diventare altamente complesse.

Erano grandi
e piene di strutture intricate

che chiamiamo cloroplasti e mitocondri.

Queste strutture cooperano
per sfruttare la luce solare,

produrre zucchero,

e per scomporre lo zucchero
usando l'ossigeno

che proprio allora iniziava a comparire
nell'atmosfera terrestre.

Organismi che assorbivano altri organismi

le specie si adattavano in quel modo
alle condizioni che stavano cambiando

nell'ambiente circostante.

Questa storia evidenzia quella che
i biologi chiamano teoria endosimbiotica,

attualmente la migliore spiegazione sulla
evoluzione delle cellule complesse.

Esistono molte prove
a supporto di questa teoria,

ma vediamo quali sono
le tre più importanti.

Primo, i cloroplasti e i mitocondri
nelle nostre cellule si moltiplicano

proprio come quegli antichi batteri,

che, peraltro, ancora esistono.

Infatti, se distruggiamo queste strutture
in una cellula,

non se ne formano di nuove.

Le cellule non possono produrle.

Possono solo riprodurre se stesse.

Seconda prova.

Sia i cloroplasti che i mitocondri
possiedono DNA e ribosomi propri.

Il loro DNA ha una struttura circolare

che è molto simile
al DNA dei batteri antichi,

e contiene anche molti geni simili.

I ribosomi, che sintetizzano le proteine
nei cloroplasti e nei mitocondri,

hanno anch'essi la stessa struttura
dei ribosomi dei batteri antichi,

ma sono diversi dai ribosomi

che si trovano liberi
nel resto delle cellule eucariote.

Ora considerate le membrane coinvolte
nel processo di "inglobamento".

Sia i cloroplasti che i mitocondri
sono circondati da due membrane,

una membrana interna e una esterna.

La membrana interna contiene alcuni
lipidi, e proteine particolari

che non sono presenti
nella membrana esterna.

Perché la cosa è importante?

Perché la loro membrana esterna
apparteneva alla cellula informe.

Quando sono stati assorbiti durante
l'endosimbiosi,

sono stati avvolti da quella membrana
e hanno conservato la loro all'interno.

Quasi certamente, gli stessi lipidi

e le stesse proteine si trovavano
sulle membrane dei batteri antichi.

I biologi usano oggi questa teoria

per spiegare l'origine della grande
varietà degli organismi eucarioti.

Prendete ad esempio le alghe verdi
che crescono ai bordi delle piscine.

Una cellula eucariotica più grande dotata
di strutture a coda, detti flagelli,

ha assorbito alghe come questa
formando quelle dette "Euglena".

L'Euglena può effettuare la fotosintesi,

scindere lo zucchero usando l'ossigeno

e nuotare nell'acqua di un lago.

E come previsto dalla teoria,

i cloroplasti dell'Euglena
hanno tre membrane

poiché ne avevano due
prima di essere assorbite.

Il processo di assorbimento
nella teoria endosimbiotica

ha permesso agli organismi
di combinare le loro grandi abilità

per adattarsi meglio
alla vita sulla Terra.

Ne risultarono specie
che avevano molte più abilità

di quante ne avessero quando erano
organismi separati,

e questo fu un salto evolutivo

che portò ai microorganismi, alle piante,

e agli animali che ancora oggi
osserviamo sul pianeta.