Circa 500 milioni di anni fa – quando la Terra aveva già ben quattro miliardi di anni – sulla terraferma apparvero le prime piante verdi. Come sia accaduto di preciso è tuttora uno dei grandi misteri dell’evoluzione. In precedenza la terraferma ospitava solo vita microbica.

Le prime piante verdi a uscire dall’acqua non furono gli alberi slanciati e nemmeno i piccoli cespugli di oggi. Con ogni probabilità avevano strutture morbide ed erano simili a muschio, con radici poco profonde e solo alcuni degli adattamenti che avrebbero poi sviluppato nel corso dell’evoluzione per sopravvivere e prosperare sulla terraferma. Ma anche se gli scienziati concordano che queste piante si sono evolute da qualche tipo di alga, di questi antenati verdi sappiamo abbastanza poco.

Tuttavia, alcuni studi recenti – due sulla biologia molecolare e uno su fossili rari e preziosi risalenti a un miliardo di anni fa – ci stanno aiutando a capire meglio quelle alghe antiche e ciò che infine ne permise il passaggio alla terraferma.

Se i fossili di piante terrestri abbondano, quelli di alghe antiche sono invece una vera rarità. Per sopravvivere fuori dall’acqua le piante svilupparono sistemi vascolari robusti e membrane cellulari resistenti: le stesse caratteristiche che nei fossili permettono un’eccellente conservazione.

“Le alghe per lo più sono mollicce, non formano uno scheletro. Le prime piante terrestri dovevano avere qualche tipo di sostegno meccanico”, ha detto Shuhai Xiao, professore di geobiologia al Virginia Polytechnic Institute and State University. “Nel complesso il loro materiale è molto più robusto delle alghe.”

Il minuscolo fossile scoperto di recente, più piccolo di un chicco di riso, è a quanto pare il più antico esemplare noto di alga verde al mondo: sposta indietro addirittura di 200 milioni di anni la datazione confermata per l’esistenza di queste alghe. “È impressionante. Un miliardo di anni: è almeno cinque volte più vecchia dei dinosauri più antichi”, ha aggiunto Xiao, tra gli autori principali dell’articolo pubblicato su “Nature Ecology & Evolution” che ha annunciato la scoperta. “È precedente a qualsiasi forma animale. Il mondo era molto, molto diverso da quello che conosciamo.”

La scoperta
Qing Tang, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Xiao e primo autore dello studio, si è posto l’obiettivo di cercare in tutto il mondo rocce di un miliardo di anni fa. Gli interessa una delle fasi cruciali nell’evoluzione della vita complessa: come le cellule siano diventate eucariote, cioè dotate di varie suddivisioni interne invece che di un contenuto fluttuante liberamente. “Mi interessa sapere come si sono evoluti gli eucarioti nelle prime fasi sulla Terra”, ha detto Tang. “Per trovare una risposta dobbiamo cercare rocce molto antiche.”

Tang ne ha estratte alcune da formazioni situate vicino alla città di Dalian, nella Cina settentrionale, dove grazie a mappe geologiche sapeva che probabilmente avrebbe trovato rocce dalle tonalità verdastri contenenti fossili di quell’era remota. Ma solo al ritorno in laboratorio, quando le ha esaminate al microscopio elettronico, ha capito il valore di quanto aveva trovato: “Ero molto emozionato quando ho visto il primo frammento di quest’alga verde”, ha aggiunto. “Fossili di questo tipo sono del tutto sconosciuti alla scienza.”

Pur essendo molto antiche, a quanto pare le alghe fossilizzate hanno molte caratteristiche in comune con le alghe verdi di epoche molto successive. E non solo per il fatto che fossero multicellulari e sfruttassero senza dubbio la fotosintesi: questi sono tratti (dalle origini evolutive peraltro poco chiare) che contribuiscono a definire le alghe. Come ha detto Tang, “hanno foglie e rami”.

Prima della scoperta di Tang, il più antico fossile di alga verde conosciuto aveva solo 800 milioni di anni circa. Poiché è frammentario e in cattivo stato di conservazione, non tutti gli scienziati erano convinti che fosse un’alga verde immortalata nella roccia; l’incertezza lasciava dubbi sulla storia delle prime alghe. I nuovi fossili di Dalian hanno resistito meglio al trascorrere di un miliardo di anni. “Noi [siamo]più sicuri nel considerarli alghe – ha commentato Tang – e agli occhi degli altri scienziati [sono]reperti più convincenti.”

Tuttavia restano alcuni dubbi. Charles Delwiche, biologo all’Università del Maryland, afferma che con ogni probabilità si tratta di alghe verdi, ma non è del tutto certo: “È difficile interpretare i reperti fossili. Non sappiamo se ci fosse qualcosa che si è estinto”.

 

Altrettanto cauto è Andrew Knoll, professore di storia naturale alla Harvard University: “È certo possibile che i fossili riflettano un gruppo estinto che si è differenziato precocemente”, ha scritto in un’e-mail. “Tra le piante verdi si sono evolute ripetutamente svariate forme di multicellularità, quindi un’interpretazione di questo tipo non è campata in aria.”

Le innovazioni evolutive rilevate nel fossile di Tang potrebbero avere contribuito a indirizzare le alghe su un percorso che finì per portarle sulla terraferma circa 470 milioni di anni fa. Ma la transizione verso la vita terrestre probabilmente era cominciata centinaia di milioni di anni prima, quando le alghe verdi si erano adattate a sopravvivere sul terreno umido o sulla sabbia soggetta a periodi di secca. Finora in generale i biologi evoluzionisti hanno ritenuto probabile che questa trasformazione sia avvenuta di pari passo con la comparsa di strutture multicellulari più complesse, alcune delle quali si prestavano a questi adattamenti.

Non sempre, però, l’evoluzione marcia in avanti in modo costante. “Storicamente si è sempre presupposto che l’evoluzione fosse un processo lineare, ma in realtà appare sempre più complessa. Questa idea è stata smentita più volte, eppure continua a permeare il nostro modo di pensare”, ha affermato Gane Ka-Shu Wong, biologo all’Università dell’Alberta.

In un articolo recente su “Cell”, Wong, Michael Melkonian dell’Università di Duisburg-Essen in Germania e i loro colleghi hanno dimostrato con l’analisi genetica che i più stretti parenti ancora in vita delle piante terrestri sono alcune alghe verdi d’acqua dolce simili a muschio, le Zygnematophyceae. Sono per lo più unicellulari, ma devono avere avuto un antenato in comune con le piante terrestri. Condividono molti geni cruciali per la sopravvivenza sulla terraferma, compresi alcuni che permettono di resistere all’inaridimento e altri che servono a sintetizzare una membrana cellulare.

Questi aspetti comuni fanno ipotizzare che non solo molti degli adattamenti alla terraferma siano stati acquisiti prima che le piante vi si spostassero, ma anche che con il tempo le specie acquatiche abbiano perso alcune caratteristiche ancestrali complesse, che non servivano più. “A volte l’evoluzione fa due passi avanti e uno indietro”, ha osservato Wong.

In un commento al lavoro di Wong e Melkonian apparso su “Current Biology”, Philip Donoghue e Jordi Paps dell’Università di Bristol si soffermano sulla tesi secondo cui molti geni delle piante che sembrano adattamenti alla vita terrestre avrebbero una storia molto più lunga, e in origine nelle alghe potrebbero avere svolto funzioni diverse. “È vero che le Zygnematophyceae, relativamente semplici, potrebbero essere…L ‘articolo continua qui