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Una nuova ipotesi per l’esplosione del Cambriano

Una nuova ipotesi per l'esplosione del CambrianoLa nascita e la diffusione della vita multicellulare sulla Terra durante l’esplosione del Cambriano, 500 milioni di anni fa, furono rese possibili da un processo biochimico che permette alle cellule di gestire alti livelli di ossigeno, che altrimenti sarebbero deleteri per la loro proliferazione. Secondo un nuovo studio, lo stesso processo biochimico è quello che permette alle cellule tumorali di mantenere la capacità proliferativa tipica delle cellule staminali(red)

Gli studiosi la chiamano esplosione del Cambriano: è stata una delle più spettacolari diversificazioni della vita animale che si siano mai verificate sulla Terra. Con questo evento, datato a circa 500 milioni di anni fa, il pianeta, dopo 4 miliardi di anni di dominio della vita microbica, iniziò a essere popolato di organismi pluricellulari che si diffusero rapidamente.

Ma che cosa innescò l’esplosione? Finora tutti gli indizi e le prove geologiche puntavano a un incremento dell’ossigeno atmosferico, cioè a un fattore ambientale. Un nuovo studio pubblicato su “Nature Ecology” da Emma Hammarlund e colleghi dell’Università della Danimarca meridionale a Odense, chiama in causa anche un meccanismo cellulare.

Fossili di trilobiti, animali iconici per l’esplosione del cambriano (Science Photo Library / AGF)

A far dubitare della correttezza dell’ipotesi ambientale era stata una cronologia recente, e più precisa di quelle passate, che ha dimostrato che un improvviso cambiamento dell’ossigeno atmosferico si verificò sia prima sia dopo l’esplosione del Cambriano, ma non specificamente quando avvenne la diversificazione. Inoltre, molte specie di animali più semplici non hanno bisogno di alti livelli di ossigeno, e perciò avrebbero potuto svilupparsi anche prima del Cambriano.

“Un’intensa ricerca delle prove geochimiche della diversificazione animale del Cambriano è andata avanti per anni”, ha spiegato Hammarlund. “Dopo decenni di discussioni, ora i tempi sembrano maturi per considerare lo sviluppo della vita multicellulare anche da altre prospettive”.

Hammarlund ha voluto capire qualcosa di più sulle condizioni della vita multicellulare, percorrendo una via di ricerca insolita e coinvolgendo Sven Påhlman, biologo dei tumori dell’Università di Lund, in Norvegia, che per quasi due decenni

ha studiato l’importanza delle basse concentrazioni di ossigeno, o ipossia, nello sviluppo dei tumori.

La ricerca in campo oncologico ha chiarito che nello sviluppo di un tumore ha una notevole importanza una popolazione di cellule tumorali che sono staminali, sono cioè a uno stadio iniziale di maturazione, e hanno una speciale capacità di auto-rinnovarsi e di differenziarsi. Inoltre, l’immaturità cellulare, o staminalità, viene mantenuta quando i livelli di ossigeno sono bassi.

Nei suoi studi, Påhlman ha chiarito in che modo le cellule tumorali possono alterare specifici meccanismi biochimici per aggirare gli effetti degli alti livelli di ossigeno e mantenere la staminalità. “Le cellule staminali hanno vari sistemi per gestire gli effetti sia dell’eccesso sia della mancanza di ossigeno, che risulta evidente nel caso dei tumori”, ha spiegato Sven Påhlman.

L’intuizione di Hammarlund è che questi stessi strumenti molecolari sfruttati dai tumori potrebbero anche essere stati rilevanti per il successo degli animali nell’esplosione del cambriano. Le proprietà delle cellule staminali sono infatti vitali per tutta la vita multicellulare per rigenerare i tessuti.

“La capacità di riprodurre le proprietà delle cellule staminali nonostante gli alti livelli di ossigeno, chiamata pseudo-ipossia, è presente anche nei normali tessuti dei vertebrati”, ha concluso Hammarlund. “Per questo abbiamo cambiato prospettiva: mentre i bassi livelli di ossigeno non sono molto problematici per le cellule animali, alti livelli di ossigeno sono una sfida fondamentale: senza strumenti biochimici aggiuntivi, la maturazione delle cellule staminali inizierebbe troppo presto”.

Secondo questa ipotesi, quindi, l’incredibile diversificazione della vita nel Cambriano fu il risultato di una rivoluzione nella biochimica degli animali, che rese sopportabili le condizioni di elevata concentrazione di ossigeno nell’atmosfera.

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