Evoluzione dei Batteri

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Caratteristiche e mutazioni dei batteri

I batteri costituiscono alcune delle prime cellule comparse sulla Terra circa 3,5 miliardi di anni fa, appartenenti alla categoria delle cellule procariote di cui fanno parte anche gli archei, organismi unicellulari capaci di sopravvivere in ambienti estremi.

Le cellule procariote presentano una semplicissima composizione, priva di organuli e di nucleo, il che gli permette un’enorme diffusione tra ambienti naturali e particolari, spesso grazie a mutazioni genetiche che assicurano le funzionalità essenziali della cellula per sopravvivere ovunque.

 I batteri si suddividono in una miriade di tipologie, di cui andremo a citarne solamente alcune:  gli aerobi obbligati e anaerobi obbligati o aerobi facoltativi, che rispettivamente rappresentano i batteri costretti a vivere in presenza di ossigeno, quelli che non possono vivere senza, e coloro che invece possono esistere sia in presenza o in assenza dell’ossigeno.

Foto al microscopio elettronico di Synechococcus elongatus, un cianobatterio autotrofo.

Esistono anche batteri autotrofi, ovvero capaci di forme di fotosintesi per sopravvivere autonomamente; e gli eterotrofi, che vivono assumendo sostanze già esistenti.

Le prime cellule procariote comparse erano organismi anaerobi ed eterotrofi, ma questo non favorì la loro evoluzione. Visto il progressivo impoverimento delle sostanze organiche nei mari primordiali, ebbero la meglio gli organismi autotrofi capaci di sopravvivere autonomamente, che presero il nome di cianobatteri.

Questi ultimi realizzando la fotosintesi scartarono l’ossigeno arricchendo così l’atmosfera, e creando condizioni favorevoli per far evolvere i batteri aerobici, ora capaci di respirazione cellulare (un processo per ricavare energia dagli alimenti).

Escherichia Coli visti dal microscopio elettronico a scansione.

 Secondo le fonti, 1.6 miliardi di anni fa, proprio i batteri anaerobici diedero origine alle cellule eucariote, componenti fondamentali di tutti gli esseri viventi. Alcuni ricercatori del MIT ad Harvard, per studiare l’evoluzione e la mutazione dei batteri si sono serviti di un disco di Petri, un dischetto di vetro in cui si osservano le colture batteriche per la ricerca biologica, di dimensioni piccole rispetto a quelle dell’uomo ma enormi per quelle di un batterio. Ponendo agar (un gelificante naturale), e degli antibiotici, assieme a batteri chiamati Escherichia Coli, essihanno potuto osservare che le mutazioni avvengono nel DNA polimerasi III, e in un particolare tipo di enzima, che non è conosciuto  per avere alcun ruolo di resistenza contro gli antibiotici. Sembra quindi che se l’ Escherichia Coli incontrasse più tipi di antibiotici a concentrazioni diverse, facilmente svilupperebbe resistenza a questi.

 Un’ulteriore ricerca durata 25 anni condotta dai biologi della Michigan State University, confuta l’idea che anche in un ambiente perfettamente stabile esistano picchi di fitness, ossia momenti in cui le mutazioni, e quindi le riproduzioni genetiche batteriche, siano così ‘perfette’ e fiorenti, che le seguenti sicuramente andrebbero peggio. Questo perché non esistono organismi perfettamente adattati al proprio habitat da non permettere un’ennesima evoluzione.

Batteri di differenti generazioni sono stati messi in competizione nello stesso ambiente in cui si sono evoluti. All’inizio della competizione (a sinistra) ogni piastra conteneva popolazioni numericamente tratte da due campioni differenti; dopo un certo tempo (a destra), la maggiore fitness di una delle due appare evidente (Cortesia Michael Wiser/Science/AAAS)

Gli scienziati ritenevano che le mutazioni batteriche all’interno di un ambiente stabile si dovessero  fermare a un certo punto, finiti gli stimoli necessari ad ulteriori variazioni. Con estrema cura e attenzione a mantenere i valori dell’habitat fissi, i ricercatori hanno esaminato i campioni di ciascuna popolazione ogni 500 generazioni, congelandoli in modo da bloccare le loro attività vitali ma senza ucciderli, per poi rivitalizzarli per confrontarli con gli altri campioni così da paragonare i picchi di riproduzione. Il risultato emerso ci dice che l’adattamento migliora progressivamente ma a tempi lunghissimi, e sembra non si raggiunga mai un picco di fitness così alto da rendere tutti gli altri catastrofici. Quello che si è osservato non è detto valga per altri organismi cellulari più complessi come piante o animali, quindi chissà se le specie che conosciamo oggi, saranno le stesse anche fra un paio di migliaia di anni.

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