Come si è evoluto il colesterolo? Il petrolio intrappolato nelle rocce antiche nasconde indizi

Antiche forme di vita potrebbero aver lasciato tracce di molecole oleose nelle rocce più di 1 miliardo di anni fa, fornendo nuove informazioni sull’evoluzione del colesterolo. I fossili molecolari, descritti oggi su Nature, suggeriscono che i primi organismi che facevano affidamento sui precursori del colesterolo fossero diffusi sull’antica Terra. Successivamente, l’aumento dei livelli di ossigeno ha permesso agli organismi di produrre la versione più sofisticata della molecola che conosciamo – e talvolta odiamo – oggi.

Il colesterolo ha una cattiva reputazione per il suo ruolo nelle malattie cardiache, ma le cellule animali non possono vivere senza di esso. Le nostre membrane cellulari contengono circa il 30% di colesterolo; la molecola mantiene le membrane flessibili in un intervallo di temperature e svolge un ruolo chiave nel ricevere segnali da altre cellule. Il colesterolo appartiene a una famiglia di molecole simili chiamate steroli. Le cellule animali producono il colesterolo in un processo complesso in 37 fasi. Altri eucarioti, organismi con cellule complesse, producono i propri steroli, compreso lo stigmasterolo nelle piante e l'ergosterolo nei funghi.

Geochimici e paleontologi guardano alle tracce fossilizzate di questi steroli come prova della presenza di eucarioti negli antichi ecosistemi. I ricercatori li trovano comunemente in rocce vecchie di 800 milioni di anni. Ma nelle rocce più antiche sembravano mancare resti di steroli. Ciò era sconcertante, perché almeno alcune prove fossili e genetiche suggeriscono che gli eucarioti si fossero evoluti 1,6 miliardi di anni fa.

Una vecchia idea del biochimico Konrad Bloch ha fornito una potenziale spiegazione. Bloch, che vinse il Premio Nobel nel 1964 per il suo lavoro sulla decifrazione del percorso chimico utilizzato dalle cellule per produrre colesterolo e altri steroli, ipotizzò negli anni '90 che, man mano che questo percorso si evolveva nel tempo, le forme di vita precedenti avrebbero potuto utilizzare i prodotti chimici intermedi presenti nelle loro cellule. membrane al posto degli odierni steroli. Chiamò questi composti "protosteroidi" o "ursteroli", ma, data la tecnologia disponibile all'epoca, non pensava che sarebbe stato possibile trovarne prove.

Da allora, tuttavia, le tecniche geochimiche sono progredite. Nel nuovo studio, il geochimico Jochen Brocks dell’Australian National University e i suoi colleghi sono andati alla ricerca dei resti fossilizzati di alcuni di questi protosteroidi. Innanzitutto, hanno sintetizzato in laboratorio protosteroidi chiamati lanosterolo, cicloartenolo e 24-metilene cicloartenolo. Quindi, hanno imitato il processo di fossilizzazione esponendoli al calore e alla pressione. In tal modo, gli scienziati hanno identificato dozzine di derivati ​​di queste molecole che potrebbero distinguerle da altre fasi del percorso del colesterolo.

I ricercatori hanno poi cercato questi composti nelle rocce antiche. Nei sedimenti formatisi 1,64 miliardi di anni fa, hanno trovato sostanze chimiche che corrispondevano ai derivati ​​del lanosterolo e del cicloartenolo. E nelle rocce vecchie di 1,3 miliardi di anni, hanno trovato derivati ​​che corrispondevano al modello prodotto dal 24-metilene cicloartenolo, che è un passo avanti lungo il percorso degli steroli rispetto al cicloartenolo. Le antiche rocce "trasudavano queste molecole", dice Brocks. "Vorrei poter chiamare Konrad Bloch e dirgli: 'Li abbiamo trovati!'" (Bloch morì nel 2000 all'età di 88 anni.)

Nelle rocce più giovani, formatesi tra 800 e 720 milioni di anni fa, i ricercatori hanno trovato un mix di vecchio e nuovo: come previsto, hanno trovato tracce di colesterolo e altri steroli moderni. Ma hanno anche trovato quantità significative di protosteroidi fossilizzati, suggerendo che gli organismi che facevano affidamento su di essi non si erano ancora estinti. La proporzione di protosteroidi è diminuita nel tempo, con gli steroli moderni che predominano nelle rocce più giovani di 600 milioni di anni.

"I dati sono meravigliosi", afferma il geochimico organico Fabien Kenig dell'Università dell'Illinois a Chicago. "Passiamo da un mondo di protosteroli a un mondo [moderno] di steroli."

Il lavoro "fornisce il primo chiaro esempio dell'evoluzione degli [steroli] nel tempo", afferma James Sáenz, esperto di biochimica delle membrane presso l'Università della Tecnologia di Dresda. Le fasi finali della sintesi del colesterolo sono costose per le cellule, osserva, poiché richiedono molta energia e ossigeno, ma a quanto pare ne vale la pena.