UNA SUA VARIAZIONE TEMPORALE COME MOTORE DELL’EVOLUZIONE

L’importanza del ferro nello sviluppo della vita

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Oxford ha scoperto i probabili meccanismi con cui il ferro ha influenzato lo sviluppo di forme di vita complesse sulla Terra. I risultati possono essere utilizzati per capire quanto sia probabile l’esistenza di forme di vita avanzate su altri pianeti, ad esempio valutando la quantità di ferro nel mantello degli esopianeti. Tutti i dettagli su Pnas

     07/12/2021
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Rappresentazione artistica di un esopianeta. Crediti: Nasa

A chi non è mai capitato di dover ricorrere a un integratore di ferro per aiutare l’emoglobina a risalire? Il ferro è un componente fondamentale di questa proteina che trasporta l’ossigeno dai polmoni al resto del corpo, oltre che della mioglobina, la proteina che rifornisce di ossigeno i muscoli. Insomma, quando il ferro manca bisogna correre ai ripari. In realtà è un nutriente essenziale per quasi tutte le forme di vita, per crescere e prosperare.

L’importanza di questo elemento risale alla formazione del pianeta Terra, dove la quantità di ferro nel mantello roccioso è stata “fissata” dalle condizioni nelle quali il pianeta si è formato, e ha avuto importanti implicazioni nello sviluppo della vita. Ora, un gruppo di scienziati dell’Università di Oxford ha scoperto i probabili meccanismi con cui il ferro ha influenzato lo sviluppo di forme di vita complesse, che possono essere utilizzati anche per capire quanto possa essere probabile (o improbabile) l’esistenza di forme di vita avanzate su altri pianeti. Il lavoro è stato pubblicato oggi sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.

«La quantità iniziale di ferro nelle rocce terrestri è “fissata” dalle condizioni di accrescimento planetario, durante le quali il nucleo metallico della Terra si è separato dal suo mantello roccioso», spiega il coautore Jon Wade, del Dipartimento di Scienze della Terra all’Università di Oxford. «Troppo poco ferro nella parte rocciosa del pianeta, come nel caso del pianeta Mercurio, e la vita è improbabile. Troppo, come per Marte, e può diventare difficile avere acqua in superficie per periodi rilevanti per l’evoluzione della vita complessa».

Inizialmente, le condizioni del ferro sulla Terra erano ottimali per garantire la ritenzione dell’acqua in superficie. Il ferro era solubile anche nell’acqua di mare, ed era così facilmente disponibile per dare alle forme di vita semplici un punto di partenza nello sviluppo. Tuttavia, circa 2.4 miliardi di anni fa – all’inizio del Sideriano, il primo periodo del Proterozoico – i livelli di ossigeno nell’atmosfera terrestre hanno iniziato a salire. Quando l’ossigeno finì di legarsi a tutti i composti chimici in grado di subire una reazione ossidativa, l’eccesso di produzione cominciò lentamente ad accumularsi nell’atmosfera terrestre cambiandone gradatamente la composizione. Il suo accumulo per più di un centinaio di milioni di anni, lo portò a raggiungere una concentrazione che risultò letale per gli organismi anaerobici che popolavano allora le acque del nostro pianeta. Per questo motivo quel periodo di tempo prende il nome di catastrofe dell’ossigeno o grande evento ossidativo, e provocò la prima grande estinzione di massa nella storia del nostro pianeta. Ma la vita trova sempre una strada per farcela, e fu allora che si svilupparono organismi in grado di vivere in presenza di ossigeno, gettando le basi del sistema evolutivo che ha portato alle attuali forme di vita.

Adattamento alla scarsa disponibilità di ferro. (A) Comportamenti competitivi, fraudolenti e cooperativi tra organismi unicellulari. La secrezione di sideroforo consente l’acquisizione di ferro da fonti mineralizzate, ma porta anche a complesse interazioni tra cellule e specie batteriche, che possono favorire la variazione genetica. (B) Traffico di ferro nello sviluppo degli eucarioti (mitocondri), fagocitosi (predazione), infezione intracellulare e multicellularità. In questi processi, le fonti biotiche di ferro vengono utilizzate in comportamenti che possono essere reciprocamente vantaggiosi, piratici o, più efficacemente, autosufficienti. Crediti: Wade et al. / Pnas

«La vita ha dovuto trovare nuovi modi per ottenere il ferro di cui aveva bisogno», afferma il coautore Hal Drakesmith, professore al Mrc Weatherall Institute of Molecular Medicine, all’Università di Oxford. «Ad esempio, l’infezione, la simbiosi e la multicellularità sono comportamenti che consentono alla vita di catturare e utilizzare in modo più efficiente questo nutriente scarso ma vitale. L’adozione di tali caratteristiche avrebbe spinto le prime forme di vita a diventare sempre più complesse, sulla via dell’evoluzione in ciò che vediamo oggi intorno a noi».

La necessità di ferro come motore dell’evoluzione, e il conseguente sviluppo di organismi complessi in grado di acquisire ferro scarsamente disponibile, possono essere eventi rari o del tutto casuali. Questo ha implicazioni sulla probabilità che possano esistere forme di vita complesse su altri pianeti. «Non è noto quanto sia comune la vita intelligente nell’universo», conclude Drakesmith. «In base a ciò che sappiamo, le condizioni per supportare l’inizio di forme di vita semplici non sono sufficienti per garantire anche la successiva evoluzione di forme di vita complesse. Potrebbe essere necessaria un’ulteriore selezione indotta da gravi cambiamenti ambientali, ad esempio come la vita sulla Terra ha avuto bisogno di trovare un nuovo modo per avere accesso al ferro. Tali cambiamenti temporali su scala planetaria possono essere rari o casuali, il che significa che anche la probabilità di vita intelligente potrebbe essere essere bassa».

Tuttavia, sapere ora quanto sia importante il ferro nello sviluppo della vita può aiutare nella ricerca di pianeti che potenzialmente potrebbero sviluppare forme di vita. Valutando la quantità di ferro nel mantello degli esopianeti, potrebbe essere possibile restringere la ricerca di esopianeti in grado di supportare la vita.

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