Estremi naturali

Batteri spaziali

Basta la parola a offrire una chiara idea delle loro caratteristiche: estremofili. Sono, infatti, organismi che vivono in condizioni “estreme”, dove nessun altro essere vivente potrebbe resistere, e dove fino a pochi anni fa si pensava non esistesse alcuna forma di vita. E invece non è così. Molti microorganismi sono così “folli” da trovarsi perfettamente a loro agio in ambienti a dir poco inospitali, nei quali le prerogative vitali sono al minimo, per non dire del tutto inesistenti. I tardigradi, per esempio, phylum di invertebrati di dimensioni comprese fra 0,1 e 1,5 mm, possono sopportare temperature maggiori di 151°C o inferiori a -270°C, ed essere sottoposti - senza subire ripercussioni negative - a radiazioni mille volte superiori al limite animale; alcuni batteri, classificati con la sigla OU-20, e riconducibili al genere Gloeocapsa, hanno mostrato di poter sopravvivere per 553 giorni nello spazio, esposti all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale, nel modulo del'ESA Technology Exposure Facility. Sempre più spesso ci si sofferma, dunque, su questi esseri viventi perché dal loro studio si può giungere a importanti considerazioni relative all'evoluzione della vita sulla Terra, o all'ipotesi di vita extraterrestre. Perché, sia nell'uno che nell'altro caso, il riferimento è a specie verosimilmente capaci di vivere senza ossigeno, a temperature estreme, in habitat fortemente acidi o basici, in perfetta sintonia con l'idea di mondi primordiali o universi planetari lontani dalla cosiddetta “habitable zone”. Non solo. Lo studio degli estremofili serve anche a condurre test nell'ambito delle bio-trasformazioni e della bio-catalasi in condizioni “off-limits”, tali da consentire la diagnosi precoce di varie patologie. Ma, da un punto di vista prettamente biologico, a cosa si riferisce il termine “estremofilo”? È un termine generico, utilizzato dagli scienziati per indicare un organismo elementare, un batterio, un'alga, un invertebrato, un lichene, dotato di caratteristiche peculiari, che si discostano da quelle dei viventi “tradizionali”, che non possono fare a meno di due prerogative essenziali per vivere: aria e acqua. «Sono, in generale, organismi in grado di mantenere il flusso metabolico in condizioni ritenute a-biologiche: alti o bassi valori di temperatura, pH, pressione e salinità», rivelano i ricercatori dell'Università di Messina. Si parla, pertanto, di termofili riferendosi a microrganismi che si trovano a loro agio solo quando la temperatura si aggira intorno agli 80°C; di iper-termofili, per indicare specie che sopravvivono senza problemi anche quando la colonnina di mercurio arriva ai 120°C; gli alofili sono microbi che prosperano in ambienti iper-salini; gli acidofili e basofili, quelli che resistono a condizioni di pH solitamente incompatibili con la vita; i piezofili, infine, sono i microrganismi che vivono senza subire danni anche se sottoposti a pressioni idrostatiche massime, riscontrabili nelle profondità oceaniche. Le specie che sopravvivono in habitat caratterizzati da temperature estreme sono stati scoperti negli anni Settanta in USA, presso il Parco di Yellowstone. Qui sorge un bacino magmatico nel quale si formano costantemente geyser, sorgenti calde, fumarole e vulcani di fango, dando ospitalità a numerosi microrganismi iper-termofili, in grado di vivere a temperature superiori a 110°C. Fra questi ci sono, per esempio, i Sulfolobus acidocaldarius, Thermus aquaticus e Synechococcus; il Synechococcus è, in particolare, il microrganismo più evoluto: al tramonto cessa l'attività fotosintetica e comincia a fissare l'azoto, convertendolo in composti utili per la crescita cellulare. Allo stesso genere appartiene l'elongatus che, geneticamente modificato, possiede la capacità di trasformare l'anidride carbonica in isobutanolo e isobutiraldeide, in pratica, un carburante potenzialmente applicabile ai mezzi motorizzati. «Sono organismi riconducibili a numerose specie, benché quella più rappresentativa di questi mondi hot siano i lividus», dicono i ricercatori dell'American Microscopical Society. «Sono microbi solitari, tassonomicamente riferibili ai cianobatteri». Ma il record di sopravvivenza in condizioni “iper-termiche” spetta al Methanopyrus kandleri, scoperto nel Golfo di California a 2mila metri di profondità: la specie si riproduce e vive disinvoltamente a 122°C. «Sopravvive nell'oscurità perché non necessita di luce per la produzione di energia: piuttosto, metabolizza e crea biomasse direttamente dai gas dissolti nel fluido proveniente dalla crosta terrestre», rivela Paul Davis, nella sua ultima opera Uno strano silenzio (Codice Edizioni). All'opposto ci sono organismi accasatesi dove si registrano le temperature più rigide del pianeta. Si parla in questo caso di specie psicrofile, presenti anche sulle nostre Alpi. La resistenza al gelo è garantita da pareti cellulari con strati lipidici ultra-spessi che proteggono dal freddo, aiutandosi con la produzione di proteine anti-gelo. Aquaspirillum arcticum e il Rhodoccus - capace di frantumare i legami idrocarburici - sono fra le più conosciute e maggiormente studiate. Ricerche su questi organismi si stanno conducendo con successo presso le Valli di McMurdo, al Polo Sud, dove sferzano venti a 320 chilometri orari, e dove alcuni microbi sono stati individuati a 400 metri di profondità, sotto lo strato di ghiaccio perenne, a una temperatura costante di -5°C. «Sono specie che possono sopportare un freddo incredibile prima di smettere di crescere», puntualizza Davis. Lo studio di queste forme viventi “estreme” offre importanti ragguagli in merito a varie tesi astrobiologiche, inerenti la seria possibilità che una parte della vita terrestre possa essersi generata in seguito all'attecchimento di “specie aliene”, forse di provenienza marziana. L'ambiente alofilo è tipico, invece, di alcuni laghi africani, dove l'intensa evaporazione delle acque, crea un accumulo eccessivo di sale, che ucciderebbe qualunque essere vivente. Eppure, anche qui, ci sono microorganismi che vivono comodamente. Il lago Retba, in Senegal, a circa 30 chilometri da Dakar, ospita il Desulfohalobium retbanse: è un batterio caratterizzato da membrane cellulari contenenti pigmenti rosa, che conferiscono la tipica colorazione alla superficie di questa curiosa realtà limnologica. L'aspetto più incredibile è che questa specie batterica vive benissimo solo se la concentrazione salina raggiunge i 400mg per litro. È ciò che accade anche in un famoso bacino mediorientale: «Il Mar Morto, infatti, si è rivelato avere un nome fuorviante, dal momento che ospita diverse specie di alofili», precisa Davis. Ma gli estremofili possono anche vivere senza acqua e senza aria. Batteri di questo tipo di trovano frequentemente nei deserti dove le precipitazioni annue sono inferiori ai 100mm. Organismi appartenenti ai generi Metallogenium e Pedomicrium posseggono caratteristiche cellule sferoidali delle dimensioni comprese fra 0,4 e 2 micron, che proliferano ossidando il manganese e il ferro, colorando le rocce del deserto dello Utah, in USA. La Dunaliella algae è una piccola alga scoperta in Cile nel 2010, che si “abbevera” usufruendo della rugiada mattutina che si deposita sulle tele dei ragni. Ci sono poi esseri viventi che in qualche modo riescono a recuperare l'acqua anche in ambienti saturi di anidride carbonica e idrocarburi. È il caso degli abitanti del Pitch Lake, sull'isola di Trinidad, il più grande deposito naturale di asfalto del mondo. Qui - Dirk Schulze-Makuch della Washington State University - ha scoperto che in media, un grammo di materiale lacustre, contiene un milione di estremofili, riconducibili ai batteri e agli archea, raggruppamento tassonomico coinvolgente esemplari di livello cellulare elementare. Batteri estremofili sono stati trovati anche nelle grandi profondità terrestri: «Negli anni Ottanta l’astrofisico Thomas Gold della Cornell University supervisionò un progetto sperimentale di estrazione del petrolio in Svezia e fece parlare di sé quando dichiarò di aver scoperto l’esistenza di forme di vita al fondo di un pozzo profondo diversi chilometri», dice Davis. «Non furono in molti a credergli. Nel giro di qualche anno, tuttavia, altri ricercatori cominciarono a trovare microorganismi viventi nei fori delle rocce a grande profondità. Ed era soltanto il principio: milioni di microbi per centimetro cubico furono trovati nei nuclei delle rocce dei pozzi di petrolio scavati in mare alla profondità a cui riuscivano ad arrivare gli scavatori. Ben presto fu chiaro che c’è molto spazio per alloggiare i microbi dentro il nostro pianeta». Lo studio di questi microrganismi è molto importante per gli astronomi che inseguono la vita su altri mondi: si stima, infatti, che organismi molto simili agli abitanti di Pitch Lake possano dimorare su Titano, una delle lune di Saturno, con dei presupposti geochimici assimilabili alla limnologia del lago di Trinidad. Altri microrganismi, invece, sembra che non possano fare a meno di “nutrirsi” di radiazioni. Il batterio Deinooccus radiodurans, per esempio, riesce a vivere anche con livelli radioattivi di 15mila gray. In pratica questo microbo è in grado di sopportare senza rischi una dose di radioattività 1500 volte superiore a quella necessaria per stroncare un uomo. Il Thermococcus gammatolerans raggiunge addirittura i 30mila gray. «La ricerca sui microrganismi estremofili del genere Deinococcus resistenti a radiazioni ultraviolette (UVR) ha peraltro importanti ricadute terapeutiche», spiega Alessandra Polissi, microbiologa dell'Università di Milano. «Questi microrganismi, infatti, possono essere utilizzati per sviluppare nuovi farmaci antitumorali in grado di prevenire gli effetti dannosi di UVR sulla pelle». Per ciò che riguarda infine la basicità e l'acidità di un ambiente, si è visto che esistono batteri - genericamente definiti acidobatteri - che si riproducono agevolmente in condizioni di massima acidità, a 3 di pH, in pratica la concentrazione riscontrabile nella Coca-Cola o nell'aceto. Organismi che invece sopportano con facilità l'estrema basicità di un habitat sono stati evidenziati nel Parco di Yellowstone, con pH pari a 8. 

Un'immagine di Titano

Batteri titanici 
Titano è la luna di Saturno più grande, di dimensioni maggiori anche di Mercurio, e fra i numerosi satelliti del sistema solare, seconda solo a Ganimede. È caratterizzata da una spessa atmosfera – assai ricca di azoto e metano - vinta per la prima volta dall'uomo con la missione Cassini-Huygens e l'atterraggio sulla superficie del corpo celeste del lander Huygens. Si ipotizza che possa essere caratterizzato da un nucleo caldo di silicati, cui farebbero seguito uno strato di ghiaccio ad alta pressione, una strato di acqua liquida, e uno di ghiaccio. Notizie sulla sua superficie sono state rese note soprattutto dopo la missione Cassini-Huygens. Parrebbe che la superficie del satellite sia liscia, con variazioni massime di una cinquantina di metri. Più elevata sembrerebbe una zona denominata Xanadu; le zone scure invece dovrebbero riferirsi a laghi di metano o etano. Qui si potrebbe avere un ciclo “idrocarburico” analogo a quello dell'acqua sulla Terra, con piogge di metano, e formazioni di canali per via erosiva. Il lago più famoso è stato battezzato Kraken ed è esteso 400mila chilometri quadrati; un altro si chiama Ligeia. Secondo gli americani Chris McKay e Heather R. Smith il satellite potrebbe essere stato colonizzato da batteri esotici in grado di respirare idrogeno e cibarsi di acetilene. Ma niente che possa essere assimilato al concetto di essere vivente tradizionale. «DNA e RNA necessitano di ossigeno e fosforo, e di ossigeno ce n'è davvero poco su Titano», sostengono i ricercatori dell'Università Tor Vergata di Roma. «Il DNA ha una forma a doppia elica perché è composto da parti idrorepellenti ed idrofile. Per cui, la vita su Titano potrebbe aver trovato altre molecole per contenere informazioni». 

Posizione del lago di Vostok, in Antartide

I segreti di Vostok 
Ci sono voluti venti anni di trivellazioni, ma ora si potrà fare finalmente luce sul mistero del Lago di Vostok in Antartide. È uno dei luoghi più inospitali della Terra, a 3.769 metri di profondità nei ghiacci antartici, lungo 250 chilometri e largo 50. Secondo gli scienziati russi che per primi lo hanno raggiunto nel 2012, è rimasto isolato per venti milioni di anni. Alla luce di ciò si presume che possa contenere caratteristiche “naturali” ancestrali, del tutto diverse da quelle odierne. E naturalmente il riferimento è a specie tipicamente estremofile abituate a vivere in ambienti off-limits. Ma con ogni probabilità non dovrebbe ospitare organismi potenzialmente letali per l'uomo: «A queste temperature difficilmente si può pensare alla presenza di virus in grado di provocare danni al genere umano», rivela Nina Zaitseva, capo specialista della Divisione Scienze Terrestri dell'Accademia delle scienze russe. Il lago sorge esattamente sotto al punto più freddo della Terra, ma è riscaldato dagli influssi geotermici della Terra. «Sarà, in ogni caso, come esplorare un altro pianeta», rivela Robin Bell, glaciologo della Columbia University. Con questa conquista torna in auge anche la leggenda secondo la quale il DNA di Adolf Hitler e della sua compagna Eva Braun, sia conservato in prossimità del lago. Lo annuncia il quotidiano russo Ria Novosti, rivangando una storia mai appurata e riferita a una fantomatica base nazista in Antartide dove ancora oggi si conserverebbero i resti del dittatore nazista.