La vita sulla Terra affonda le sue radici in un periodo così remoto che gli strumenti tradizionali dell'evoluzione molecolare faticano a illuminarne le origini. Tutti gli organismi viventi, dai batteri all'uomo, discendono da un unico progenitore comune esistito circa quattro miliardi di anni fa, che i ricercatori chiamano "ultimo antenato comune universale". Questo organismo primordiale possedeva già caratteristiche fondamentali della vita moderna: membrane cellulari funzionali e informazione genetica codificata nel DNA. Ma proprio perché questi tratti erano già consolidati, comprendere come la vita sia effettivamente emersa richiede di spingersi oltre questo confine temporale, verso eventi evolutivi precedenti che sembravano destinati a rimanere nell'ombra.
Un nuovo approccio metodologico proposto da tre ricercatori statunitensi potrebbe finalmente aprire una finestra su questa fase primordiale dell'evoluzione. Aaron Goldman dell'Oberlin College, Greg Fournier del Massachusetts Institute of Technology e Betül Kaçar dell'Università del Wisconsin-Madison hanno pubblicato sulla rivista Cell Genomics uno studio che identifica nei cosiddetti "paraloghi universali" una fonte d'informazione preziosa e finora sottovalutata. Si tratta di famiglie geniche particolari, presenti in almeno due copie nei genomi di quasi tutti gli organismi viventi, la cui duplicazione originaria sarebbe avvenuta prima della comparsa dell'ultimo antenato comune universale.
Per comprendere l'importanza di questa scoperta occorre chiarire cosa siano i paraloghi. Si tratta di geni imparentati che compaiono più volte all'interno dello stesso genoma, originati da eventi di duplicazione genica seguiti da differenziazione funzionale. Un esempio familiare è rappresentato dagli otto geni dell'emoglobina presenti nel DNA umano, tutti derivati da un singolo gene ancestrale della globina esistito circa 800 milioni di anni fa. Nel corso del tempo, errori ripetuti nella copiatura del materiale genetico hanno prodotto versioni aggiuntive del gene originario, ciascuna delle quali ha poi sviluppato una funzione specializzata nel trasporto dell'ossigeno attraverso il sangue.
I paraloghi universali sono molto più rari e significativi dal punto di vista evolutivo. La loro presenza quasi ubiquitaria nella vita contemporanea suggerisce che la duplicazione originaria sia avvenuta in una fase precedente all'ultimo antenato comune, e che queste copie siano state poi trasmesse attraverso innumerevoli generazioni fino ai nostri giorni. Come sottolinea Fournier, la storia di questi paraloghi universali è l'unica informazione che avremo mai su queste primissime linee cellulari, rendendo cruciale l'estrazione accurata di ogni dato disponibile. L'analisi di questi pattern genetici antichi sta diventando più praticabile grazie ai progressi nelle tecniche computazionali basate sull'intelligenza artificiale e all'hardware ottimizzato per questo tipo di elaborazioni.
L'analisi sistematica condotta dal trio di ricercatori ha rivelato un dato sorprendente: tutti i paraloghi universali conosciuti svolgono funzioni legate alla sintesi proteica o al trasporto di molecole attraverso le membrane cellulari. Questa osservazione suggerisce che la produzione di proteine e il trasporto transmembrana fossero tra le primissime funzioni biologiche ad evolversi, costituendo probabilmente l'ossatura biochimica delle cellule più primitive. Si tratta di un'indicazione fondamentale per comprendere quali processi fossero essenziali nelle fasi iniziali dell'evoluzione cellulare.
La metodologia proposta non si limita all'identificazione di questi geni ancestrali, ma include anche la ricostruzione sperimentale delle loro forme originarie. Nel laboratorio di Goldman all'Oberlin College, i ricercatori hanno esaminato una famiglia di paraloghi universali coinvolta nell'inserimento di enzimi e altre proteine nelle membrane cellulari. Applicando metodi standard di biologia evoluzionistica e computazionale, il team è riuscito a ricostruire la sequenza proteica prodotta dal gene ancestrale. I risultati hanno dimostrato che questa proteina più semplice e antica era ancora in grado di legarsi alle membrane cellulari e interagire con il macchinario di sintesi proteica, suggerendo che facilitasse l'incorporazione di proteine primordiali nelle membrane primitive.
Come evidenzia Goldman, nonostante i paraloghi universali identificati siano ancora relativamente pochi, essi forniscono una quantità notevole di informazioni su come fosse la vita prima dell'ultimo antenato comune universale. Questa scarsità non rappresenta necessariamente un limite, ma piuttosto riflette l'antichità estrema degli eventi evolutivi in questione e la difficoltà intrinseca nel preservare tracce genetiche attraverso quasi quattro miliardi di anni di storia biologica.
Le prospettive future di questa linea di ricerca appaiono promettenti. I continui progressi negli strumenti computazionali dovrebbero consentire l'identificazione di ulteriori famiglie di paraloghi universali e lo studio più dettagliato dei loro progenitori ancestrali. Kaçar sottolinea come seguendo i paraloghi universali sia possibile connettere i primissimi passi della vita sulla Terra agli strumenti della scienza moderna, trasformando gli aspetti più oscuri dell'evoluzione e della biologia in scoperte effettivamente verificabili sperimentalmente. L'obiettivo è costruire un quadro più nitido dell'evoluzione precedente all'ultimo antenato comune universale, illuminando finalmente i meccanismi attraverso cui la vita, nella forma che conosciamo, ha fatto la sua prima comparsa sul nostro pianeta.
