In un magazzino all'aperto nella tropicale Darwin, in Australia, decine di vassoi contengono carote di roccia cilindriche, perforate centinaia di metri sotto la superficie da aziende di esplorazione mineraria decenni fa. Quelle aziende cercavano soprattutto minerali, non i segreti dell'esistenza, quindi possono essere perdonate per non aver notato i fossili microscopici di antichi organismi sepolti nella mudstone - roccia sedimentaria formata da fango marino indurito - di un mare interno che copriva gran parte dell'Australia settentrionale oltre 1,5 miliardi di anni fa.

Come mostra un nuovo studio pubblicato su Nature, quelle carote trascurate sono centrali per un enigma di lunga data sul più grande salto evolutivo nella storia della Terra: l'origine degli eucarioti.

Tutta la vita sulla Terra rientra in una delle due categorie, fondamentalmente diverse a livello cellulare. I procarioti - batteri e archaea - hanno un'organizzazione cellulare semplice e sono per lo più unicellulari. Gli eucarioti, che includono tutti gli animali, le piante, le alghe e i funghi, hanno cellule molto più complicate, dotate di un nucleo e di strutture specializzate chiamate organuli che svolgono compiti specifici. La rivoluzione eucariotica trasformò il pianeta, portò all'ascesa degli animali e, alla fine, a noi. Sulla base delle osservazioni dei geni degli organismi viventi, oggi è ampiamente accettato che l'ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti viventi sia derivato dall'unione simbiotica di almeno due microbi procarioti: un archaeon e un batterio.

La prima prova della vita eucariotica arriva sotto forma di fossili di organismi unicellulari che mostrano un livello di complessità cellulare non riscontrato tra i procarioti ma comune negli eucarioti. I fossili di eucarioti si trovano in tutto il mondo in rocce risalenti ad almeno 1,5 miliardi di anni fa. I fossili del Territorio del Nord, i più antichi dei quali risalgono a 1,75 miliardi di anni fa, sono i più antichi fossili di eucarioti attualmente conosciuti al mondo.

Ma il mondo antico in cui si evolsero i primi eucarioti rimane avvolto nel mistero, e molti aspetti fondamentali della loro natura sono sconosciuti.

Molti tipi di batteri possono vivere e crescere senza ossigeno. Ma quasi tutti gli eucarioti viventi oggi usano l'ossigeno per sopravvivere, perché la respirazione aerobica - la scomposizione del cibo usando l'ossigeno - fornisce le enormi quantità di energia che la vita complessa richiede. Eppure l'idea che l'ossigeno sia sempre stato benefico per tutti gli eucarioti è stata messa in discussione negli ultimi anni, in seguito a sorprendenti scoperte di enigmatici eucarioti che possono prosperare senza ossigeno. C'è anche una crescente evidenza dal record geologico che quando gli eucarioti si stavano evolvendo per la prima volta, l'ossigeno era probabilmente molto più scarso, il che significa che gli habitat marini privi di ossigeno sarebbero stati la norma. Collettivamente, queste osservazioni hanno messo in dubbio l'assunto che gli eucarioti dipendessero dall'ossigeno fin dalla loro nascita.

Gli studi genetici sui microbi viventi appartenenti a gruppi considerati più vicini agli antenati del primo eucariote possono offrire intuizioni chiave sull'ascendenza eucariotica. Ma solo il record fossile può dirci qualcosa sulle lignaggi estinti da tempo, e solo la geologia può offrire una finestra sul tipo di mondo in cui questi organismi vivevano.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno frantumato campioni delle carote di mudstone conservate a Darwin, poi li hanno dissolti. Hanno identificato più di 12.000 fossili analizzando il residuo organico rimasto sotto un microscopio. Hanno anche studiato le mudstone in cui i fossili erano conservati per comprendere meglio com'era l'ambiente quando i sedimenti furono depositati, offrendo intuizioni sugli habitat in cui questi eucarioti vivevano. E analizzando la chimica di queste mudstone, hanno potuto determinare se l'ossigeno fosse presente nell'antica acqua di mare.

I risultati mostrano che i fossili di eucarioti sono stati trovati in ambienti che vanno dalle piane fangose costiere al mare aperto, ma solo in campioni depositati in ambienti ossigenati. I campioni provenienti da ambienti privi di ossigeno contenevano solo forme semplici, procariotiche. Ciò suggerisce che anche i più antichi eucarioti conosciuti che vissero