Il comportamento dei tumori potrebbe spiegare la diversificazione degli animali sulla Terra

La rapida comparsa di un’ampia gamma di animali circa 543 milioni di anni fa, quando la vita si è evoluta da forme semplici e unicellulari a organismi più complessi, ha incuriosito gli scienziati per oltre due secoli. Il periodo Cambriano, che segna il debutto dei fossili per quasi tutti i maggiori gruppi di specie animali, compresi gli antenati dei vertebrati, ha visto emergere un’incredibile diversità di vita. Questo evento è noto come «esplosione cambriana» perché si è verificato in un periodo di tempo geologicamente breve, solo qualche decina di milioni di anni. Prima di questa esplosione evolutiva, i microbi erano stati la forma di vita dominante sulla Terra per circa quattro miliardi di anni.

Non è esattamente chiaro cosa abbia scatenato questo fenomeno biologico, sebbene una spiegazione sia stata associata all’aumento dell’ossigeno atmosferico che si pensava essere il motore della crescita di strutture corporee più complesse. I ricercatori dell’Università di Lund e dell’Università della Danimarca meridionale, sostenuti in parte dal progetto OXYGEN dell’UE, hanno contestato questa ipotesi. Il loro studio offre un altro punto di vista per spiegare lo sviluppo della multicellularità. Le scoperte del gruppo sono state pubblicate su Nature Ecology & Evolution.

Utilizzando indizi provenienti dal campo della biologia tumorale, i ricercatori hanno affrontato l’annosa questione del motivo per cui gli animali si sono sviluppati così tardi e così rapidamente. Hanno analizzato le cellule staminali, il cui segno distintivo è la capacità di autorinnovarsi, esaminando se gli stessi meccanismi biologici sfruttati da molti tumori (per mantenere le proprietà delle cellule staminali) potessero essere rilevanti anche per il successo degli animali nell’esplosione cambriana.

L’importanza dei livelli di ossigeno

Le cellule staminali, che sono in grado di trasformarsi in diversi tipi di cellule del corpo, richiedono livelli di ossigeno specifici, così come le cellule staminali cancerogene responsabili della crescita tumorale. In particolare, le cellule staminali non amano livelli troppo alti di ossigeno «perché inibisce la loro capacità di produrre nuove cellule», come sottolineato in un articolo da uno dei membri del gruppo che ha contribuito alla ricerca. La bassa concentrazione di ossigeno, o ipossia, inibisce la crescita tumorale e, come suggerito da un altro membro del gruppo di ricerca: «le cellule staminali dispongono pertanto di vari sistemi per far fronte sia agli effetti dell’ossigeno sia della carenza di ossigeno, come è evidente nel caso dei tumori».

I ricercatori hanno sostenuto che «questi sistemi includono una proteina che può «ingannare» le cellule, spingendole [a] comportarsi come se si trovassero in condizioni di ipossia. Questo può anche indurre le cellule a sviluppare proprietà tipiche delle cellule staminali». Esaminando come i tumori possano mantenere proprietà delle cellule staminali anche quando sono circondati da alte concentrazioni di ossigeno, i ricercatori hanno sostenuto l’idea che gli organismi multicellulari, evolvendosi, abbiano sviluppato un meccanismo per far fronte a grandi quantità di ossigeno. Come spiegato da uno dei ricercatori, «finché gli animali non sono stati in grado di sviluppare queste proteine, non hanno potuto sfruttare il vantaggio dell’ossigeno e iniziare a diversificarsi».

Il progetto OXYGEN (How oxygen regulates the structure and function of microbial ecosystems), che si è concluso nel 2016, era concepito per sviluppare e utilizzare sistemi di rilevamento dell’ossigeno ad alta sensibilità per esplorare in che modo l’ossigeno regola il metabolismo degli organismi aerobici e anaerobici nei sistemi sperimentali e in natura. Utilizzando queste nuove tecnologie di rilevamento dell’ossigeno, i ricercatori hanno notevolmente migliorato la loro comprensione della dinamica dell’ossigeno nelle zone a concentrazioni minime di ossigeno degli oceani del mondo, scoprendo inoltre che i microbi presenti in natura si sono ben adattati a concentrazioni di ossigeno estremamente basse.

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OXYGEN