Organismi che sopravvivono all’acqua bollente, agli acidi e alle radiazioni
Resistono all’acqua in ebollizione, tollerano acidi corrosivi e radiazioni intense. Gli scienziati sono convinti che questi organismi straordinariamente robusti possano mostrarci la strada nella ricerca di vita oltre il nostro pianeta.
Questi microorganismi discreti, che abitano gli angoli più inospitali della Terra, sono diventati protagonisti assoluti nei laboratori di tutto il mondo, nell’industria, nell’ecologia e nella ricerca spaziale. Le analisi più recenti indicano chiaramente che senza comprendere il loro funzionamento sarà quasi impossibile immaginare come potrebbe presentarsi la materia vivente su Marte o sulle lune ghiacciate dei giganti gassosi.
Gli scienziati li chiamano estremofili: batteri e altri microorganismi che non si limitano a tollerare condizioni estreme, ma ne hanno bisogno per sopravvivere. Temperature elevatissime o glaciali, pressioni enormi, salinità intensa, acidi forti o radiazioni potenti sono il loro habitat naturale.
Li si trova in ambienti che qualsiasi profano definirebbe completamente privi di vita: nei camini idrotermali sul fondo degli oceani, nelle sorgenti termali, nel permafrost eterno, nelle miniere profonde e persino nelle rocce delle regioni polari. Eppure in questi contesti la “microfauna” locale si trova sorprendentemente a proprio agio.
Come sopravvivono dove le proteine normali si degradano
Il segreto del loro successo risiede in molecole altamente specializzate, tra cui i cosiddetti estremoenzymy. Si tratta di enzimi capaci di funzionare in condizioni dove qualsiasi proteina ordinaria si sarebbe già degradata da tempo. Mantengono la propria stabilità a temperature prossime all’ebollizione, in soluzioni fortemente alcaline o sotto pressioni enormi.
Questi microorganismi dimostrano che i confini della vita sulla Terra si estendono molto più in là di quanto si supponesse anche solo pochi decenni fa. Ed è esattamente questo che affascina gli astrobiologi.
I batteri delle sorgenti termali di Yellowstone, per esempio, producono enzimi in grado di funzionare a temperature superiori ai 90 gradi Celsius. Altre specie isolate nel ghiaccio antartico riescono invece a portare avanti il proprio metabolismo a temperature ben al di sotto dello zero.
Dai test PCR al lavaggio a bassa temperatura
Gli estremofili potrebbero sembrare una curiosità da manuale di biologia, ma nella pratica lavorano già attivamente per l’industria e la medicina. Il popolarissimo test PCR, entrato nel linguaggio comune durante la pandemia, sfrutta un enzima proveniente proprio da un batterio delle sorgenti termali di Yellowstone. Se si utilizzasse un enzima comune, l’elevata temperatura della reazione lo distruggerebbe immediatamente.
Gli esempi simili non mancano. Gli enzimi isolati dagli estremofili trovano impiego, tra l’altro, in:
- polveri e capsule per il lavaggio, per garantirne l’efficacia in acqua fredda
- processi di trasformazione dei rifiuti agricoli in biocarburanti
- impianti di bonifica del suolo e dell’acqua dai metalli pesanti
- produzione alimentare, dove è necessario mantenere l’attività enzimatica in condizioni di lavorazione molto impegnative
- preparati cosmetici con enzimi attivi a diversi livelli di pH
- produzione di carta e tessuti con minori consumi energetici
- produzione industriale di vitamine e aminoacidi
- processi biotecnologici nella fabbricazione di farmaci
Sul fronte della tutela ambientale, questi microbi offrono potenzialità ancora maggiori: degradano composti tossici, fissano i metalli pesanti e in alcuni casi “sboccano” siti contaminati permettendo alle piante di ricrescere. Si tratta di una forma naturale di biorisanamento che i laboratori di tutto il mondo cercano di perfezionare e ampliare su scala industriale.
Ingegneria con organismi estremi grazie al CRISPR
Studiare organismi adattati ai fondali oceanici o alle acque bollenti è un incubo logistico. Riprodurre tali condizioni in laboratorio è costoso e tecnicamente complesso. Per questo motivo, un gruppo di ricerca descritto in uno studio pubblicato su Frontiers in Microbiology ha scelto una strada alternativa: la biologia sintetica e la modellazione computazionale.
I ricercatori sviluppano cosiddetti modelli metabolici genomici (GEM), ovvero equivalenti digitali delle cellule, nei quali è possibile verificare come la modifica di un singolo gene si ripercuota sul funzionamento dell’intero organismo. Su questa base vengono progettate modifiche al DNA, che strumenti di editing come il CRISPR permettono poi di introdurre nei microorganismi reali.
La combinazione di intelligenza artificiale, modellazione metabolica ed editing genetico di precisione trasforma gli estremofili in vere e proprie microfabbriche progettate per compiti specifici. Tali microbi potenziati possono produrre bioplastiche, sostanze farmaceutiche, enzimi industriali o sostanze chimiche necessarie per l’energia verde.
I ricercatori sottolineano che in questo modo è possibile ridurre contemporaneamente i costi dei processi industriali e le relative emissioni, poiché le reazioni avvengono in condizioni più miti, con un minore consumo di energia e di sostanze chimiche. Ricercatori delle università di Pechino e Shanghai hanno compiuto progressi significativi in questo campo negli ultimi anni.
Perché i rover marziani si interessano agli estremofili
La parte più affascinante delle nuove analisi riguarda lo spazio. Se sulla Terra esistono batteri capaci di sopravvivere in condizioni estreme, cresce la probabilità che qualche forma di vita riesca a resistere anche su altri pianeti e lune. Gli astrobiologi utilizzano gli ambienti estremi terrestri come autentici poligoni di addestramento.
Sorgenti termali, salamoie, deserti di ghiaccio e grotte profonde simulano scenari analoghi a quelli che ci si aspetta di trovare su Marte, sulla luna Europa o su Encelado. Telecamere, trapani e sensori destinati allo spazio vengono oggi progettati già tenendo conto dei segnali sottili che microorganismi simili agli estremofili potrebbero lasciare.
Se una cellula terrestre riesce a proteggere efficacemente il proprio materiale genetico dal gelo, dalle radiazioni e dall’assenza di luce, una biologia analoga potrebbe funzionare anche sotto la crosta ghiacciata di lune lontane. NASA ed Agenzia Spaziale Europea finanziano pertanto la ricerca sugli estremofili come componente diretta della preparazione alle missioni future.
Cosa cercare su Marte e sulle lune ghiacciate
I dati derivanti dallo studio degli estremofili aiutano a definire le cosiddette biosignature, ovvero le tracce lasciate dall’attività di organismi viventi. Possono trattarsi di specifici composti chimici, alterazioni nella struttura delle rocce, particolari rapporti isotopici o insoliti accumuli di certi elementi.
Grazie a questo approccio, le missioni spaziali non cercano “la vita” in modo generico, ma puntano a indicatori precisi, come ad esempio:
- presenza di composti organici stabili a bassa temperatura
- pattern minerali associati all’antica attività di microorganismi
- differenze altrimenti inspiegabili nel rapporto isotopico del carbonio o dello zolfo
- tracce di antichi sistemi idrotermali, ambienti in cui la vita sulla Terra si sviluppa eccezionalmente bene
- marcatori lipidici specifici tipici degli estremofili
- anomalie nello stato di ossidazione del ferro nei sedimenti
I microbi degli ambienti estremi terrestri suggeriscono anche dove convenga atterrare con le missioni future. Se un determinato tipo di batterio si adatta particolarmente bene ai ghiacci salati, depositi glaciali simili su Marte diventano una priorità per i ricercatori. Scienziati dell’Università della Cornovaglia, per esempio, studiano estremofili provenienti da miniere abbandonate come modello per l’ambiente sotterraneo del Pianeta Rosso.
Potremmo inviare deliberatamente la vita su altri pianeti
La crescente conoscenza degli estremofili apre un tema delicato: l’invio intenzionale di microorganismi nello spazio per “testare” le loro possibilità di sopravvivenza. Una parte della comunità scientifica lo considera rischioso, per il pericolo di contaminare ambienti alieni con forme di vita terrestri. Altri propongono che esperimenti controllati in moduli orbitali chiusi potrebbero fare molta chiarezza senza tale rischio.
A questo si aggiunge un secondo problema: come accertarsi che eventuali tracce di vita su Marte provengano davvero da lì e non siano invece “immigrati” trasportati dai nostri razzi. Anche qui la conoscenza degli estremofili torna utile. Comprendere meglio quali specie e in quale forma possono sopravvivere al viaggio nello spazio permette di sterilizzare le attrezzature in modo più efficace e di distinguere la contaminazione da un organismo genuinamente alieno.
La dottoressa Sarah Stewart Johnson della Georgetown University sottolinea che la protezione planetaria deve procedere di pari passo con la ricerca sugli estremofili. Ogni missione verso Marte o le lune di Giove è sottoposta a una rigorosa decontaminazione per minimizzare il rischio di trasporto di microorganismi terrestri.
Come questa ricerca influenza la nostra vita quotidiana
Sebbene l’argomento sembri fantascienza, le conseguenze pratiche si avvertono in modo molto concreto. Gli enzimi degli estremofili consentono di lavare a temperature più basse, riducendo le bollette dell’elettricità. I biocarburanti ricavati dai rifiuti possono diminuire la dipendenza economica dal petrolio. I batteri che fissano i metalli pesanti accelerano la bonifica delle aree post-industriali contaminate.
Allo stesso tempo, ogni maggiore comprensione dei limiti della vita ci permette di guardare al nostro pianeta con occhi più critici. La Terra non è una sfera sterile con un sottile strato di vita in superficie, ma un sistema attivo in cui i microorganismi penetrano praticamente in ogni zona: dai nuclei dei ghiacciai alle profonde fratture nelle rocce.
Per i non addetti ai lavori, concetti come astrobiologia o biologia sintetica possono sembrare lontani. In realtà, gli scienziati che imparano dagli organismi degli ambienti estremi lavorano simultaneamente a energia più economica, acqua più pulita, farmaci più efficaci e a un piano migliore per cercare vita oltre il nostro pianeta. Questa discreta élite batterica delle sorgenti termali e dei deserti di ghiaccio è così diventata uno degli strumenti più preziosi della scienza contemporanea, unendo laboratorio, industria e ricerca spaziale in un unico quadro sempre più coerente.
