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martedì 7 marzo 2017

Simbiosi ed evoluzione: visione dell'evoluzione al femminile?

·        Questo post è dedicato a Lynn Margulis e a tutte le donne che si occupano di scienza e devono farsi largo in un ambiente ancora abbastanza maschilista.                       


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            Nel 1970 uscì il libro “Origin of Eukariotic cell” (Origine della cellula eucariotica) in cui, l’allora giovanissima scienziata americana Lynn Margulis, proponeva un modello di evoluzione basato non tanto sulla competizione, sulla lotta per la sopravvivenza come il neodarwinismo in auge a quel tempo affermava, ma sulla cooperazione. 
Secondo questo modello una delle maggiori forze dell’evoluzione sarebbe la simbiosi:  gli esseri viventi acquisirebbero cioè nuove funzioni, non solo in maniera graduale attraverso le mutazioni, ma più rapidamente attraverso l’interazione di organismi che appartengono a specie diverse .  

 L'autrice affermava:

The life did not take over the Globe by combat, but by networking" (la vita non conquistò la Terra attraverso la lotta, ma attraverso la cooperazione”) 

·                                 Questo libro fu accolto con la tipica, più o meno bonaria condiscendenza di un mondo quasi esclusivamente maschile (quello scientifico) verso le idee di una donna.

·                                 La evoluzione vista al femminile, ah! ah!” 

Si sono dovuti ricredere.....



Lynn Margulis con me e i miei studenti nell'aula Magna dell'Università di Pisa in occasione del conferimento della laurea ad Honorem nel 2010. Nel 2011 è morta all'improvviso ancora in piena attività. 


·                                  Adesso, dopo quasi 50 anni, si è capito che Lynn Margulis aveva ragione ed è ormai riconosciuto da tutti il ruolo determinante della simbiosi in eventi estremamente significativi della storia della vita sulla Terra come ad esempio nell’origine della cellula eucariotica

Tale cellula, comparsa 1,5 miliardi di anni fa, ha una struttura complessa, ha il DNA racchiuso in nucleo (eu= buono; carion: nucleo dal greco antico) e altri organuli circondati da membrana e, ancora adesso, si ritrova con la stessa struttura in tutte le forme viventi uni e pluricellulari (noi umani compresi) definite appunto eucarioti.  Quando la cellula eucariotica è comparsa, la vita sulla terra, fino ad allora rappresentata solo da organismi procariotici (cellula semplice, senza nucleo e organelli membranosi) tutti unicellulari, attraversava un brutto periodo. Nell’atmosfera, probabilmente a causa della fotosintesi svolta da molti di questi organismi, era aumentato l’ossigeno, gas velenoso per i viventi di allora. Come ho descritto più in dettaglio nel post “Il primo inquinamento”, la maggior parte delle specie si estinsero. Alcune specie però impararono a respirare ossigeno e altre, forse più grandi, le inglobarono e instaurarono con queste, un rapporto di simbiosi con uno scambio reciproco di favori: la cellula più grande avrebbe fornito biomolecole e sali minerali, mentre le cellule incorporate avrebbero fornito energia.  Sarebbero originati così i mitocondri, gli organuli in cui avviene la respirazione cellulare con conseguente produzione di energia. Nello stesso modo, incorporando procarioti fotosintetici, la cellula eucariotica avrebbe acquistato i cloroplasti cioè gli organuli che, nelle cellule vegetali. contengono la clorofilla.  Secondo alcuni perfino il nucleo avrebbe origine simbiotica ma questa idea non è condivisa da tutti. Molti autori, come quelli da cui ho preso la seguente immagine,  invece pensano più ad una origine interna del nucleo. Il nucleo cioè si sarebbe formato prima dell'acquisizione dei simbionti.
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Altro tipo di collaborazione è quello che ha portato ad un altro passaggio fondamentale per la vita sul nostro pianeta cioè: 

l’origine di organismi pluricellulari .  

Sul come questo sia avvenuto gli scienziati non sono ancora d’accordo. Comunque in questo caso si tratta di organismi della stessa specie che si uniscono, quindi non è del tutto esatto parlare di simbiosi, ma di

 cooperazione si!!


·                                 Un organismo pluricellulare non è una semplice aggregazione di cellule della stessa specie come ad esempio una colonia di batteri o protisti, ma una struttura organizzata in cui le singole unità comunicano tra loro e si dividono i compiti!!!
Si raggiungono così funzionalità di più alto livello in cui le varie cellule svolgono funzioni diverse ma complementari e coordinate.
 Così, mentre un organismo unicellulare deve svolgere tutte le funzioni vitali con la sua unica cellula (vedi il post protisti cellule-organismo), un organismo pluricellulare ha la possibilità di far svolgere le varie attività fisiologiche e metaboliche a cellule predisposte e specializzate a compiere solo una ben determinata mansione, con conseguente maggior efficienza e risparmio energetico. Ne consegue anche una maggiore flessibilità e adattabilità all’ambiente e quindi maggiore variabilità! 

Forme primordiali di organismi pluricellulari
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Un altro esempio di simbiosi che ha avuto un ruolo chiave in un evento evolutivo fondamentale è costituito dalle micorrize.
Si chiama micorriza  un’associazione tra un fungo ed una pianta,   Questa associazione, che si è originata più di 400 milioni di anni, fa viene considerata un evento chiave per l’ adattamento delle piante alla colonizzazione delle terre emerse. 
     Non ci vuole un grande intuito per capire che solo in seguito a questo evento anche gli animali si sono avventurati nell’ambiente terrestre!
Questa simbiosi è diffusissima ancora adesso: pensate che quasi il 90% delle piante oggi esistenti non possiede radici, ma MICORRIZE:!

 Come si spiega il successo di questa collaborazione? Beh, il fungo riceve dalla pianta tutto quello che gli serve in cambio le conferisce: 

1) Maggiore efficienza nell’assorbimento del fosforo dal terreno
2) Maggiore assorbimento e selettività nell’assorbimento di    microelementi.
3) Maggiore capacità di suzione dell’acqua dal suolo.
4) Maggiore tolleranza ai patogeni e parassiti sia della parte aerea che di quella radicale.
5) Maggiore resistenza a stress come alte temperature, stress idrici e salini, acidità del terreno e  metalli pesanti.
                            Vi basta????

In questa simbiosi, relativamente recente rispetto alle altre due di cui abbiamo parlato prima, i due partners restano ancora distinti come organismi diversi. Possiamo facilmente riconoscerli a volte anche quando reinvasiamo le nostre piante da balcone o da orto.




I sottili filamenti bianchi sono le ife fungine

Inoltre i funghi delle micorrize possono estendere le loro ife per larghissimi spazi formando sotto terra una sorta di reticolo che connette e in qualche modo fa comunicare diverse piante tra loro.
Come si legge nella copertina del nostro libro “Simbiosi ed evoluzione":

Le fronde degli alberi,gli arbusti, i
funghi, l’erba , la varietà dei fiori
che osserviamo passeggiando in un
bosco sono solo la parte visibile di
un sistema sotterraneo complesso,
che connette in un’unica rete la
maggior parte delle specie vegetali
presenti.

Che ne dite ha fatto bene Lynn Margulis ad insistere  sull’importanza della cooperazione nell’evoluzione in generale ed anche per singole specie come ho già illustrato nel post “insieme si può” ?