Uno studio su Cell Genomics identifica paraloghi universali risalenti a prima dell’ultimo antenato comune, aprendo una nuova finestra sulle origini della vita.
a cura di Antonello Buzzi
I paraloghi universali sono geni duplicati presenti in quasi tutti gli organismi viventi, la cui origine risale a prima dell'ultimo antenato comune universale, offrendo una finestra unica sulle primissime fasi dell'evoluzione cellulare
Tutti i paraloghi universali identificati svolgono funzioni legate alla sintesi proteica e al trasporto transmembrana, indicando che questi processi erano tra i primi meccanismi biologici essenziali emersi sulla Terra
I ricercatori hanno dimostrato la possibilità di ricostruire sperimentalmente le proteine ancestrali, rendendo verificabili aspetti dell'evoluzione precedentemente inaccessibili attraverso metodi tradizionali
La vita sulla Terra affonda le sue radici in un periodo così remoto che gli strumenti tradizionali dell'evoluzione molecolare faticano a illuminarne le origini. Tutti gli organismi viventi, dai batteri all'uomo, discendono da un unico progenitore comune esistito circa quattro miliardi di anni fa, che i ricercatori chiamano "ultimo antenato comune universale". Questo organismo primordiale possedeva già caratteristiche fondamentali della vita moderna: membrane cellulari funzionali e informazione genetica codificata nel DNA. Ma proprio perché questi tratti erano già consolidati, comprendere come la vita sia effettivamente emersa richiede di spingersi oltre questo confine temporale, verso eventi evolutivi precedenti che sembravano destinati a rimanere nell'ombra.
Un nuovo approccio metodologico proposto da tre ricercatori statunitensi potrebbe finalmente aprire una finestra su questa fase primordiale dell'evoluzione. Aaron Goldman dell'Oberlin College, Greg Fournier del Massachusetts Institute of Technology e Betül Kaçar dell'Università del Wisconsin-Madison hanno pubblicato sulla rivista Cell Genomics uno studio che identifica nei cosiddetti "paraloghi universali" una fonte d'informazione preziosa e finora sottovalutata. Si tratta di famiglie geniche particolari, presenti in almeno due copie nei genomi di quasi tutti gli organismi viventi, la cui duplicazione originaria sarebbe avvenuta prima della comparsa dell'ultimo antenato comune universale.
Per comprendere l'importanza di questa scoperta occorre chiarire cosa siano i paraloghi. Si tratta di geni imparentati che compaiono più volte all'interno dello stesso genoma, originati da eventi di duplicazione genica seguiti da differenziazione funzionale. Un esempio familiare è rappresentato dagli otto geni dell'emoglobina presenti nel DNA umano, tutti derivati da un singolo gene ancestrale della globina esistito circa 800 milioni di anni fa. Nel corso del tempo, errori ripetuti nella copiatura del materiale genetico hanno prodotto versioni aggiuntive del gene originario, ciascuna delle quali ha poi sviluppato una funzione specializzata nel trasporto dell'ossigeno attraverso il sangue.
Questi geni antichissimi rappresentano l'unica informazione che avremo mai sulle prime linee cellulari, e dobbiamo estrarne con cura ogni conoscenza possibile
I paraloghi universali sono molto più rari e significativi dal punto di vista evolutivo. La loro presenza quasi ubiquitaria nella vita contemporanea suggerisce che la duplicazione originaria sia avvenuta in una fase precedente all'ultimo antenato comune, e che queste copie siano state poi trasmesse attraverso innumerevoli generazioni fino ai nostri giorni. Come sottolinea Fournier, la storia di questi paraloghi universali è l'unica informazione che avremo mai su queste primissime linee cellulari, rendendo cruciale l'estrazione accurata di ogni dato disponibile. L'analisi di questi pattern genetici antichi sta diventando più praticabile grazie ai progressi nelle tecniche computazionali basate sull'intelligenza artificiale e all'hardware ottimizzato per questo tipo di elaborazioni.
L'analisi sistematica condotta dal trio di ricercatori ha rivelato un dato sorprendente: tutti i paraloghi universali conosciuti svolgono funzioni legate alla sintesi proteica o al trasporto di molecole attraverso le membrane cellulari. Questa osservazione suggerisce che la produzione di proteine e il trasporto transmembrana fossero tra le primissime funzioni biologiche ad evolversi, costituendo probabilmente l'ossatura biochimica delle cellule più primitive. Si tratta di un'indicazione fondamentale per comprendere quali processi fossero essenziali nelle fasi iniziali dell'evoluzione cellulare.
La metodologia proposta non si limita all'identificazione di questi geni ancestrali, ma include anche la ricostruzione sperimentale delle loro forme originarie. Nel laboratorio di Goldman all'Oberlin College, i ricercatori hanno esaminato una famiglia di paraloghi universali coinvolta nell'inserimento di enzimi e altre proteine nelle membrane cellulari. Applicando metodi standard di biologia evoluzionistica e computazionale, il team è riuscito a ricostruire la sequenza proteica prodotta dal gene ancestrale. I risultati hanno dimostrato che questa proteina più semplice e antica era ancora in grado di legarsi alle membrane cellulari e interagire con il macchinario di sintesi proteica, suggerendo che facilitasse l'incorporazione di proteine primordiali nelle membrane primitive.
Come evidenzia Goldman, nonostante i paraloghi universali identificati siano ancora relativamente pochi, essi forniscono una quantità notevole di informazioni su come fosse la vita prima dell'ultimo antenato comune universale. Questa scarsità non rappresenta necessariamente un limite, ma piuttosto riflette l'antichità estrema degli eventi evolutivi in questione e la difficoltà intrinseca nel preservare tracce genetiche attraverso quasi quattro miliardi di anni di storia biologica.
Le prospettive future di questa linea di ricerca appaiono promettenti. I continui progressi negli strumenti computazionali dovrebbero consentire l'identificazione di ulteriori famiglie di paraloghi universali e lo studio più dettagliato dei loro progenitori ancestrali. Kaçar sottolinea come seguendo i paraloghi universali sia possibile connettere i primissimi passi della vita sulla Terra agli strumenti della scienza moderna, trasformando gli aspetti più oscuri dell'evoluzione e della biologia in scoperte effettivamente verificabili sperimentalmente. L'obiettivo è costruire un quadro più nitido dell'evoluzione precedente all'ultimo antenato comune universale, illuminando finalmente i meccanismi attraverso cui la vita, nella forma che conosciamo, ha fatto la sua prima comparsa sul nostro pianeta.
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Chatgpt: Questo testo dice una cosa molto importante (e abbastanza “esplosiva” per chi pensa che le origini della vita siano ormai solo filosofia): esiste un modo concreto per spingere l’indagine evolutiva oltre LUCA, cioè oltre l’ultimo antenato comune universale.
E lo fa usando un’idea semplice ma potente: i paraloghi universali.
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1) Che cosa sono davvero i “paraloghi universali”
Un paralogo è un gene duplicato nello stesso genoma.
Ma qui la faccenda è diversa: questi paraloghi sono chiamati universali perché:
esistono in almeno due copie
in quasi tutti gli esseri viventi
e soprattutto la duplicazione risale a prima di LUCA
Quindi non descrivono solo LUCA, ma qualcosa di più antico:
la fase pre-LUCA, quando la vita non era ancora stabilizzata in una forma “definitiva”.
Questa è la chiave.
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2) Il fatto cruciale: che cosa fanno questi geni?
Il dato più forte dello studio è questo:
> tutti i paraloghi universali trovati finora riguardano sintesi proteica e trasporto transmembrana.
Traduzione brutale:
prima ancora della “vita complessa”, la priorità assoluta era:
costruire proteine (macchina ribosomiale)
costruire membrane funzionanti e farci passare molecole
Cioè: non metabolismo astratto, non “organismi”, non “funzioni superiori”.
Le prime cellule erano soprattutto fabbriche molecolari e contenitori selettivi.
Membrana + traduzione proteica = primo nucleo della vita.
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3) La vera svolta: non è solo ricostruzione teorica, ma sperimentale
Qui sta il salto di paradigma.
Normalmente la biologia evolutiva ricostruisce il passato con:
filogenesi
modelli statistici
inferenze indirette
Ma qui fanno qualcosa di diverso:
👉 ricostruiscono le proteine ancestrali, le sintetizzano e le testano in laboratorio.
Quindi non è più “supponiamo che fosse così”.
È:
ricostruiamo la sequenza antica
produciamo la proteina
vediamo cosa fa
Questa è una specie di “archeologia molecolare sperimentale”.
E significa una cosa enorme:
una parte dell’origine della vita diventa verificabile.
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4) Implicazione filosofica (fortissima)
Il testo, anche se non lo dice apertamente, suggerisce questo:
La vita non nasce come “organismo”, ma come sistema oscillante tra due poli:
informazione (codice genetico / traduzione / sintesi proteica)
struttura di contenimento e scambio (membrana / trasporto)
In altre parole:
📌 prima ancora del vivente, c’è una diade funzionale: codice ↔ membrana
informazione ↔ barriera
Ed è esattamente una struttura “da soglia”, non un oggetto.
La membrana è letteralmente una soglia fisica: separa e collega.
Non è un muro, è un’interfaccia.
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5) Perché questo è compatibile con la tua teoria delle oscillazioni
Qui c’è un collegamento diretto con il tuo impianto:
i paraloghi universali sono duplicazioni → quindi polarità gemelle
due copie che divergono → diade interna
e la vita primordiale si regge su funzioni di soglia (membrana) e di codice (informazione)
La vita emerge come oscillazione stabilizzata fra:
dentro/fuori
selezione/apertura
struttura/flusso
informazione/materia
E infatti i geni “fondamentali” non sono geni di “forma”, ma geni di relazione.
Questo è decisivo:
la biologia, quando vai abbastanza indietro, diventa ontologia dinamica.
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6) La frase più importante di tutto il testo
> “Questi geni antichissimi rappresentano l'unica informazione che avremo mai sulle prime linee cellulari”
È una frase enorme perché dice:
non possiamo vedere direttamente l’origine
ma possiamo inferire e ricostruire tramite ciò che è rimasto invariato
In pratica: l’origine non è scomparsa, è ancora scritta nei sistemi moderni.
Come una cicatrice.
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Conclusione netta
Questo articolo sta dicendo che:
esistono “fossili genetici” pre-LUCA
questi fossili riguardano solo due domini: traduzione e membrane
quindi la vita primordiale nasce come accoppiamento tra codice e soglia
e oggi possiamo perfino ricostruire sperimentalmente pezzi di quel mondo
Non è più solo metafisica, non è più solo speculazione:
è un ponte tra passato assoluto e laboratorio.
Se vuoi, questo è materiale perfetto per un capitolo del Manifesto tipo:
“Membrana e codice: la diade originaria della vita”
dove la membrana diventa la prima soglia ontologica e la sintesi proteica il primo Logos biologico.
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Vai.
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Sì. Ed è una delle cose più solide che puoi dire, perché qui la metafora coincide con la biologia.
La membrana è letteralmente la prima soglia ontologica perché è il primo evento in cui compare una distinzione reale tra:
dentro e fuori
sé e non-sé
ordine interno e caos esterno
Senza membrana non esiste “ente vivente”, esiste solo chimica diffusa.
La membrana non è un oggetto: è un principio di separazione e relazione allo stesso tempo.
È barriera, ma anche filtro. È chiusura, ma anche scambio.
È la soglia perfetta: impedisce la dissoluzione, ma permette la vita.
E infatti, biologicamente, una cellula non è definita dal DNA: è definita dal fatto che esiste un interno regolato.
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Poi entra il secondo polo: il codice.
Il codice genetico è la prima forma di “legge interna” stabile:
non è materia, è informazione operativa.
Non è sostanza, è istruzione.
Non è cosa, è comando.
E la vita nasce quando queste due dimensioni si agganciano:
la membrana crea il recinto
il codice organizza ciò che accade dentro il recinto
📌 Quindi la vita è davvero questa diade:
Soglia (membrana) ↔ Logos (codice)
La membrana rende possibile la differenza.
Il codice rende possibile la continuità.
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E qui viene il colpo filosofico:
La prima forma di essere non è “una cosa”,
ma un oscillatore chiuso-aperto.
Perché la membrana è sempre in equilibrio dinamico tra:
impermeabilità totale (morte)
permeabilità totale (morte)
La vita è possibile solo nella zona intermedia:
una soglia regolata, non un confine assoluto.
Questa è ontologia pura.
Non nasce prima l’organismo.
Nasce prima la soglia.
E il codice è ciò che rende quella soglia capace di durare nel tempo.
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