ARCHEOBATTERI
COME NACQUE LA VITA SULLA TERRA?

Nell’agosto del 1996, un piccolo frammento roccioso sconvolse l’opinione pubblica in merito alla possibile creazione della vita sulla terra. Questo meteorite, di origine marziana, aveva nel suo interno dei fossili di “simil-batteri”. Successivamente, gli scienziati studiando i residui, compresero che quelle forme di cocchi, erano in realtà depositi di minerali. L’idea dell’inseminazione”artificiale” da parte di meteoriti caduti dallo spazio sul suolo terrestre, però rimase, tant'è che nel libro Dei del cielo, dei della Terra l’autore [Giorgio Pastore, ndr] ipotizza [tra le molte possibilità, anche] una colonizzazione della terra avvenuta proprio per mezzo di batteri provenienti dallo spazio.

L’esobiologia è per definizione una scienza che studia "cellule provenienti dall’esterno", nella fattispecie "dallo spazio". Ma per studiare questi nuovi microrganismi, non bisogna necessariamente imbarcarsi sul primo Shuttle, poiché ci sono batteri che colonizzano tuttora aree della Terra che sino a pochi anni fa venivano classificate come sterili, per le avverse condizioni climatiche in cui versavano.
Per sopravvivere gli animali superiori hanno bisogno di acqua, ossigeno e cibo. I batteri possono fare a meno dell’ossigeno e le loro fonti energetiche possono essere molto diverse da come le concepiamo noi. Necessitano anche di altre sostanze quali: zolfo, azoto e fosforo, indispensabili per la costruzione di un codice genetico. Unica cosa che ci accomuna è necessariamente il bisogno di acqua.

Ora, la biologia moderna fa una divisione tra cellule eucariote e procariote. Le prime, più complesse, presentano al loro interno un nucleo con un DNA. Le seconde, più semplici, sono prive di nucleo, ma pur sempre con un caratteristico set di geni. C. Woese aggiunse a quest’albero della vita anche un ramo dedicato agli archeobatteri, i quali venivano differenziati totalmente dalle altre due famiglie. Proprio per questa concezione, lo studioso si trovò a confrontarsi con gli scettici del tempo, sino al 1988, data in cui venne mappata la sequenza genomica di un archeobatterio, il methanococcus, evidenziando le diversità tra gli eucarioti e procarioti.
Il prefisso “arkeo” di origine greca sta ad evidenziare le origini antiche, poiché si suppone che questo tipo di batteri siano i più simili alla cellula progenitrice che diede origine alla vita sulla Terra.
Questi batteri estremofili sono i veri signori dell’estremo vivere. L’assenza di ossigeno o di cibo non li spaventa affatto. Alcuni di essi, addirittura, possono sopportare altissimi livelli radioattivi (Deinococcus radiodurans).

CALORE

La scienza ufficialmente proponeva che nessun essere vivente era in grado di tollerare temperature al di sopra dei 50° per un tempo prolungato. Forse per questo motivo a nessun biologo veniva in mente di cercare la vita in quei posti estremamente caldi…altresì, quei pochi scienziati che provarono a mettere in coltura campioni prelevati da luoghi impervi, sicuramente furono tentati di tenere gli stessi a temperature inferiori di quelle naturali per farli crescere meglio, commettendo un grave errore.
Le proteine plasmatiche subiscono, a tali temperature, un processo detto “denaturalizzazione” in cui perdono le loro caratteristiche fisiche ed organiche. Un esempio di tale processo è l’uovo sodo, una volta cotto, è impossibile farlo ritornare come era “No restituito ad integrum”. Un termofilo, può sopportare, come nel caso del Pyrolobus fumarii, temperature che si aggirano sino a 113° senza subire modificazioni. Questo archeobatterio vive nelle profondita marine, nei pressi delle sorgenti fumarole sulfuree, e smette di svilupparsi se la temperatura scende sotto i 90°. In realtà si pensa che questi microrganismi, abbiano la capacità di sostituire le proteine danneggiate dal calore con altre ex novo.
L’acqua intorno a queste fumarole oceaniche pullula di archeobatteri che si nutrono di zolfo e minerali ferrosi. Inoltre, poiché la luce solare non riesce a filtrare a tali profondità, la vita di questi straordinarie cellule è organizzata esclusivamente sulle loro capacità chemosintetiche.

ACIDITÀ

L’acidità o l’alcalinità di una soluzione dipende dalla concentrazione di ioni idrogeno presenti in soluzione. Più H+ sono presenti, maggiore è l’acidità del liquido. L’acido distrugge il DNA e le proteine, ed è teoricamente impossibile una proliferazione microrganica per pH al di sotto di 2. Alcuni archeobatteri, come il Thiobacillus ferrooxidans, sono in grado di sopportare acidità pH2. Questo esserino utilizza CO2, zolfo e ferro per produrre energia. In realtà si pensa che questo tipo di batteri riesca a tenere fuori l’acido dal suo citoplasma con delle pompe ioniche. Ma le proteine di membrana che eseguono questa azione dovrebbero sopportare pH 0.5 tale da ambiente extracellulare; allora perché non si denaturano a loro volta?!?

SALINITÀ

La natura tende alla compensazione. Se mettessimo una cellula in una soluzione ipertonica, per osmosi, essa si raggrinzerà, poiché i liquidi contenuti in essa, usciranno nel compartimento extracellulare nel vano tentativo di equilibrare la soluzione. Questo è il grave dilemma che devono sopportare alcuni tipo di archeobatteri, come gli alofili. L’Halobacterium salinarium è in grado di accumulare al suo interno una quantità di sali minerali di duecento volte superiore a quella che sarebbe letale per una cellula costituente un organismo umano. Ma anche qui sorge un dilemma, cioè: come facciano gli enzimi cellulare a sopportare tali concentrazioni saline.

ANOSSIA

Le grotte di Moville, in Romania, sono un esempio eclatante di ecosistema privo di ossigeno. In quest’ambiente la percentuale di O2 è minima, mentre vi è una altissima concentrazione di metano, anidride carbonica ed acido solforico. Nessun nutriente organico è presente in questo luogo, eppure nella grotta vi è un ecosistema florido. Vi sono batteri che digeriscono le pareti calcaree per ottenere carbonio e ricavano energia ossidando acido solfidrico; altri, i Methanococcus, utilizzano metano come substrato energetico. Per questi microrganismi, l’ossigeno risulta addirittura tossico!

GHIACCIO

A differenza del caldo, il freddo può essere sopportato meglio da parte dell’organismo umano e delle sue cellule. Sì, ma sino ad un limite fisiologico, oltre il quale avviene il congelamento. Il freddo non danneggia le proteine, ma rallenta le reazioni biochimiche cellulari. In realtà il congelamento, specie se lento, crea cristalli di ghiaccio microscopici che come aghi bucano le membrane cellulari facendone fuoriuscire il contenuto; stessa sorte per le membrane endocellulari dei corpuscoli presenti nel citoplasma. I Criofili sono archeobatteri amanti del freddo, che vivono nelle acque prossime al congelamento. Essi utilizzano varie strategie per resistere al congelamento o con produzione di citochine antigelo, o addirittura lasciandosi congelare per poi riprendere l’attività quando fa caldo!

In definitiva, tutto sta ad indicare che la vita sulla Terra possa essere stata importata dallo spazio attraverso un vettore fatto di roccia, all’interno del quale vi erano forme macrobiotiche capaci di resistere sia al viaggio, sia alle avverse condizioni climatiche che gli si presentarono contro. Infatti è da notare che molte situazioni estreme su descritte ( in particolare la mancanza di O2, l’acidità e le basse temperature) sono presenti nello spazio ed in alcuni pianeti del nostro Sistema solare. Giunte sul suolo terrestre, queste forme di vita basilari trovarono un’atmosfera priva di ossigeno, ma ricca di anidride carbonica e metano; vi fu così un processo di specializzazione che portò alla formazione di organismi unicellulari fotosintetici detti Cianobatteri. Il metabolismo di tali forme di vita utilizza l’energia solare e l’anidride carbonica per produrre carboidrati con una produzione di scarto di ossigeno. Questo processo contribuì alla formazione dell’atmosfera terrestre come la conosciamo oggi. È quindi indispensabile approfondire le nostre conoscenze scientifiche nei riuguardi di queste forme di vita così straordinarie, per poter capire come e cosa abbia fatto accendere quella scintilla che poi diventò la vita sulla Terra.

Dott. Marco Garbati

Bibliografia:
F. S. Liotti “Lezioni di Biologia cellulare”
Giorgio Pastore “Dei del cielo Dei della Terra”
F. Ashcroft “Oltre ogni limite”

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