La fotosintesi è più antica di quanto si pensasse

La fotosintesi anossigenica ha innescato la diversificazione dei gruppi dei batteri moderni

[16 marzo 2016]

Fotosintesi batteri

La fotosintesi è il processo attraverso il quale piante, alghe e cianobatteri utilizzano l’energia solare per produrre zuccheri dall’acqua e dall’anidride carbonica, rilasciando ossigeno come prodotto di scarto. Ma alcuni gruppi di batteri attuano una forma più semplice di fotosintesi che non produce ossigeno e che si è evoluta prima.

Il nuovo studio “Origin of Bacteriochlorophyll a and the Early Diversification of Photosynthesis” pubblicato recentemente su PlosOne da Tanai Cardona , del Dipartiemento scienze della vita dell’Imperial College London, suggerisce che questa forma più primitiva di fotosintesi si sia evoluta nei batteri  più antichi più di 3,5 miliardi di anni fa, molto prima di quanto gli scienziati avevano immaginato.

L’imperial College London sottolinea che «Oggi, la fotosintesi sostiene la vita sulla Terra oggi con il rilascio di ossigeno nell’atmosfera e fornendo energia alle catene alimentari. L’aumento dell’ossigeno prodotto dalla fotosintesi ossigeno ha permesso, circa 2,4 miliardi di anni f a l’evoluzione di forme di vita complesse come gli animali e le piante terrestri. Ma il  primo tipo di fotosintesi che si è evoluto non produce ossigeno e si credeva  che si fosse sviluppato intorno 3.5 – 3.8 miliardi di anni fa, ma fino ad ora gli scienziati pensavano che uno dei gruppi di batteri viventi ancora oggi che utilizza ancora questa la fotosintesi più primitiva fosse stato il primo ad evolvere questa capacità. Ma la nuova ricerca rivela che batteri più antichi, che oggi probabilmente non esistono più, sono stati in realtà i primi ad evolvere la forma più semplice di fotosintesi e che  quel batterio era un antenato di maggior parte dei batteri che vivono oggi.

Cardona sottolinea che «Il quadro che sta cominciando ad emergere è che durante la prima metà della storia della Terra la maggior parte delle forme di vita erano probabilmente in grado di fare la fotosintesi». La forma più primitiva di fotosintesi è nota come fotosintesi anossigenica, che al posto dell’acqua utilizza come combustibile molecole come l’idrogeno, il solfuro di idrogeno o il ferro. Prima, gli scienziati ipotizzavano che uno dei gruppi di batteri che utilizzano ancora la fotosintesi anossigenica avesse evoluto questa capacità per poi passarla ad altri batteri  che utilizzano trasferimento genico orizzontale: il processo con il quale viene “donato” un intero set di geni, in questo caso quelli richiesti per la fotosintesi, a un’altra cellula non discendente di organismi indipendenti.

Ma Cardona ha creato un albero evolutivo dei batteri analizzando l’evoluzione della BchF, una proteina fondamentale nella biosintesi della batterioclorofilla, il principale pigmento impiegato nella fotosintesi anossigenica e che si trova esclusivamente nei batteri fotosintetici anossigenici e senza i quali la batterioclorofilla  non può essere effettuata.

Confrontando le sequenze delle proteine ​​e di ricostruendo l’albero evolutivo della  BchF, Cardona ha scoperto che ha avuto origine prima della maggior parte dei gruppi di batteri conosciuti che vivono oggi ed ha anche scoperto un’origine molto più antica della fotosintesi. Secondo lo studio, non sarebbe stato un gruppo di batteri ad evolvere questa capacità e a trasferirla ad altri, ma la fotosintesi anossigenica si è evoluta prima della maggior parte dei gruppi di batteri ancora viventi, per poi ramificarsi e diversificarsi .

«Praticamente  – conclude Cardona – ogni gruppo di batteri fotosintetici che conosciamo, ad un certo punto,  è stato indicato come il primo innovatore della fotosintesi. Ma questo significa che tutti questi gruppi di batteri dovrebbe avere avuto origine da qualcun altro  prima che si volvesse la fotosintesi anossigenica, circa 3,5 miliardi di anni fa. La mia analisi ha invece dimostrato che la fotosintesi anossigenica precede la diversificazione dei batteri nei  gruppi moderni, in modo che tutti avrebbero dovuto essere in grado di farla. In realtà, l’evoluzione della fotosintesi anossigenica probabilmente ha portato alla estinzione di molti gruppi di batteri in grado di fare la fotosintesi anossigenica, innescando la diversificazione dei gruppi moderni».