L’origine della vista umana: i nostri occhi sono simili a una fotocamera a batteri

I vertebrati hanno acquisito una proteina speciale dai batteri più di 500 milioni di anni fa

[18 Aprile 2023]

Gli esseri umani e altri vertebrati sono dotati di una meraviglia evolutiva: occhi che funzionano come telecamere per fornire un sistema visivo finemente sintonizzato che, per la sua complessità, Charles Darwin descrisse come una delle più grandi sfide potenziali alla sua teoria della selezione naturale attraverso passaggi evolutivi incrementali.

Una notevole differenza tra la visione dei vertebrati e degli invertebrati dipende da una proteina unica responsabile della specializzazione delle cellule che sono fondamentali per la vista. È noto che le mutazioni nella proteina, chiamata the, causano una varietà di malattie come la retinite pigmentosa, ma la sua origine evolutiva era finora rimasta poco chiara, senza un precursore genetico.

Lo studio “Bacterial origin of a key innovation in the evolution of the vertebrate eye”, pubblicato recentemente su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) da Chinmay Kalluraya, Alexander Weitzel, Brian Tsu e Matthew Daugherty del Department of molecular biology dell’università della of California – San Diego (UCSD), ha risolto questo mistero rintracciando l’origine dell’Interphotoreceptor retinoid-binding protein (IRBP – proteina legante i retinoidi interfotorecettori) dei vertebrati in una fonte batterica risalente a 500 milioni di anni fa. I ricercatori hanno utilizzando metodi di ricostruzione filogenetica e la nuova scoperta è stata resa possibile grazie al crescente numero di genomi completi e dettagliati ora disponibili.

L’analisi di oltre 900 genomi lungo tutto l’albero della vita ha rivelato che «L’integrazione dell’IRBP negli occhi dei vertebrati non è stata il risultato del tradizionale trasferimento genico verticale, in cui un avanzamento evolutivo viene adattato o “armeggiato” utilizzando il materiale genetico disponibile. Piuttosto, l’IRBP è stato acquisito, duplicato e integrato attraverso il trasferimento genico orizzontale da geni batterici estranei».

Per Daugherty, autore senior dello studio, «E’ un cambiamento enorme perché si tratta di un pezzo di materiale genetico completamente nuovo che è stato introdotto dai batteri. Questo studio dimostra che una grande innovazione che distingue gli occhi dei vertebrati da tutti gli altri occhi che ci sono là fuori non è stata fatta da armeggiamenti molecolari, ma piuttosto da un grande salto di innovazione genetica».

I ricercatori spiegano ancora: «Quando il gene chiave che alla fine è diventato l’IRBP è stato acquisito dai batteri, nei vertebrati si è aperta una nuova porta che ha permesso ai retinoidi, molecole nell’occhio che percepiscono direttamente la luce, di essere spostati tra i tipi di cellule per riciclarla in modo efficiente per un ulteriore rilevamento della luce. Questa separazione tra fotoricezione, o rilevamento della luce, e riciclaggio dei retinoidi fornisce funzionalità uniche ai vertebrati e al modo in cui possono vedere».

Daugherty ricorda che «Per vedere a diverse lunghezze d’onda, deve esserci abbastanza luce intorno e questo è uno degli argomenti per cui possiamo vedere molto bene al buio: abbiamo questo sistema di riciclaggio enzimatico che molti invertebrati non sembrano avere. Gli occhi sono diversi e complicati, e abbiamo intrapreso questa strada a causa di questo sistema».

I ricercatori ritengono che, con la disponibilità di più genomi di più organismi, altre funzioni e sistemi critici faranno risalire allo stesso modo le loro radici ai batteri.

Daugherty conclude: «Questo rimodella il modo in cui pensiamo all’evoluzione e il modo in cui pensiamo a strutture complesse che sembrano emerse dal nulla».