Teoria endosimbiontica: le nostre cellule derivano dai batteri?

Introduzione

Lo studio dell’evoluzione dei microrganismi è sicuramente uno degli aspetti più affascinanti della microbiologia; capire come è nata la vita e che direzione abbia preso nel corso degli anni ha tenuto impegnati milioni di scienziati. Ad oggi sono molte le teorie evolutive che sono state avanzate, ma tra queste una risulta essere la più affascinante e accreditata e per questo naturalmente anche la più studiata: la teoria endosimbiontica.

Figura 1 – Konstantin Sergeevič Merežkovskij, scienziato russo che nel 1905 avanzò per la prima volta l’ipotesi endosimbiotica

Procarioti o eucarioti?

Per poter capire di che si tratta dobbiamo prima fare una piccola deviazione e parlare delle differenze che intercorrono tra procarioti ed eucarioti. Per semplificare ancora di più il concetto ci basti pensare alle differenze sostanziali che ci sono tra una cellula del nostro corpo e un batterio: una è sicuramente più complessa e grande, con una quantità tale di geni da permettere lo svolgimento di funzioni anche molte complesse, l’altra invece è più piccola e semplice. Ma in cosa consiste questa complessità?

All’interno della cellula: un’organizzazione complessa

Le nostre cellule al loro interno hanno un’organizzazione ben definita, vi sono infatti dei compartimenti, ognuno avente uno specifico ruolo che viene messo poi in relazione con gli altri. Tra questi ricordiamo in particolare il nucleo, compartimento riservato al materiale genetico, e i mitocondri, organelli a doppia membrana responsabili della produzione di ATP e contenenti anch’essi DNA. È importante sottolineare che il materiale genetico contenuto nei mitocondri non è lo stesso di quello contenuto nel nucleo ma anzi ci sono diverse differenze strutturali. Nel nucleo degli eucarioti, e in particolare nelle nostre cellule, il DNA si trova sotto forma di varie molecole ad unico filamento lineare che, addensandosi durante la divisione, formano i cromosomi. Nei mitocondri invece il DNA è un’unica molecola circolare contenente pochi geni.

Altro fatto rilevante, come vedremo più avanti, è la presenza di ribosomi 70s (coefficiente di sedimentazione) all’interno dei mitocondri, ribosomi quindi che ricordano molto quelli batterici.

*Figura 2 – Rappresentazione di un mitocondrio*

La teoria endosimbiontica

Ora che abbiamo spiegato cosa distingue un procariote da un eucariote possiamo finalmente enunciare la teoria endosimbiotica. Secondo tale teoria gli eucarioti si sarebbero originati dai procarioti ed in particolare dalla loro fusione. A seguito infatti di un evento di parassitismo, un batterio ne avrebbe fagocitato un altro dando cosi vita ad una primordiale cellula eucariotica.

Il mitocondrio (discorso analogo per i cloroplasti) corrisponderebbe proprio all’organismo fagocitato da altre cellule affinché esse ne traessero un vantaggio evoluzionistico. Le evidenze che dimostrano tale teoria si trovano proprio nel paragrafo successivo, cerchiamo però di metterle in ordine.

Evidenze

I mitocondri sono dotati di un doppio sistema di membrane, una esterna, maggiormente permeabile, e una membrana interna, meno permeabile. Questa struttura verrebbe totalmente giustificata qualora una cellula primitiva ne avesse inglobata un’altra, infatti, nell’atto di farlo, si sarebbe venuta a creare una vescicola esterna fatta proprio del materiale della membrana plasmatica della cellula “predatrice”;
Nel citoplasma delle cellule eucariotiche ritroviamo solo ribosomi 80s ma, come accennato precedentemente, i ribosomi mitocondriali condividono con i procarioti lo stesso coefficiente di sedimentazione ovvero 70s;
L’esistenza di DNA extra-nucleare suggerisce anch’esso una sua derivazione esterna. È possibile inoltre notare un’analogia tra il DNA mitocondriale e quello procariotico: in entrambi i casi si tratta di un’unica molecola circolare;
I mitocondri sono capaci di dividersi autonomamente per scissione binaria, tecnica riproduttiva utilizzata anche dai batteri.

Altri esami più approfonditi hanno contribuito a confermare la teoria. In particolare, analisi della sequenza del DNA nucleare ha messo in evidenza geni di provenienza batterica/mitocondriale.