Teoria endosimbiontica: come si sono evoluti gli eucarioti?

Inizialmente l’atmosfera non conteneva ossigeno perché era presente solo sotto forma di acqua, quindi i primi procarioti avevano un metabolismo anaerobico. Quando comparvero cianobatteri ed alghe blu l’atmosfera iniziò ad essere respirabile per via della presenza di ossigeno. I procarioti si adattarono alle nuove condizioni ambientali e cominciarono ad usare il metabolismo aerobico.



Le domande che la comunità scientifica si pone tutt’ora sono: come hanno fatto gli eucarioti a diventare così complicati? Da dove vengono gli organelli cellulari? Una teoria che prova a rispondere a queste domande è la teoria endosimbiontica, sviluppata nel 1967 da Lynn Margulis.

Cloroplasti e mitocondri si sono formati in seguito ad eventi di endosimbiosi

Fusione di più cellule procariotiche

La teoria endosimbiontica sostiene che gli eucarioti si sono formati dall’unione in simbiosi di due cellule procariote. Un endosimbionte è un organismo che vive all’interno di un altro.
Secondo questo modello, i mitocondri e i cloroplasti deriverebbero da antichi procarioti che si sono introdotti in cellule più grandi.

I processi che hanno portato alla comparsa delle prime cellule eucariote sono stati sicuramente molto lenti. Si stima che ci siano voluti circa 2 miliardi di anni per passare dalle prime cellule procariote alla comparsa di una cellula che presentasse un nucleo delimitato da una membrana. Però per arrivare a questo prima ci sono stati dei cambiamenti morfologici che hanno reso possibile l’unione.

Per prima cosa sembra che si sia verificata la perdita della parete cellulare. Poi potrebbe essere avvenuto un evento di fagocitosi, che ha permesso ad una cellula di inglobarne un’altra. Un’altra ipotesi è che le cellule eucariotiche si siano evolute da eventi di parassitismo.
Da questo evento le cellule ebbero un vantaggio evolutivo, perché per esempio riuscivano ad utilizzare l’ossigeno. Si sviluppò una relazione simbiotica permanente che venne mantenuta nelle successive generazioni.



I mitocondri e i plastidi (che sono cloroplasti, cromoplasti e amiloplasti) sono organelli cellulari presenti nelle cellule eucariotiche (i plastidi sono in quelle vegetali) che potrebbero essersi formati in seguito ad un evento di endosimbiosi. I mitocondri si sarebbero sviluppati da proteobatteri, in particolare del genere Rickettsia e possibilmente da un batterio molto vicino a Rikettsia prowazekii.

Ci sono diversi indizi che rendono attendibile la teoria endosimbiotica:

  • I mitocondri si dividono per scissione binaria come i procarioti, in maniera indipendente rispetto alla cellula.
  • I mitocondri e i plastidi presentano una doppia membrana, una esterna ed una interna. La membrana interna non presenta colesterolo ed è molto più simile ad una membrana procariotica che ad una membrana eucariotica.
  • I mitocondri e i plastidi sono organelli semiautonomi, cioè possiedono un loro DNA. Una parte delle proteine vengono sintetizzate dal DNA mitocondriale e plastidiale, ma la maggior parte derivano dal DNA nucleare. All’interno del genoma di questi organelli ci sono geni che codificano per rRNA e per tRNA.
  • Le proteine originate dai mitocondri usano, come quelle dei batteri, N-formilmetionina come amminoacido iniziale.
  • I ribosomi dei mitocondri sono come quelli trovati nei batteri (70S).
  • Se una cellula eucariotica dovesse perdere un mitocondrio o un cloroplasto, questo non può più essere ricostituito. Le cellule eucariotiche non possiedono i geni necessari per la sintesi dei mitocondri, quindi questi devono essere ereditati dalla cellula madre. Nell’uomo i mitocondri, al momento della fecondazione, sono ereditati dalla madre.

Le domande ancora aperte, riguardo l’evoluzione degli eucarioti, sono ancora tantissime. Per esempio, come si sono evoluti organelli come nucleo, Golgi, reticolo endoplasmico ecc?

Leggi anche: mitocondri struttura e funzione

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