Forme di vita estremofili

Esistono sulla Terra degli ambienti con condizioni così estreme “estremofili” (ad esempio temperature o pressioni estremamente alte o basse, alti livelli di radiazione, acidità, acqua contenente alte concentrazione di sale o altre sostanze) da essere simili a quelli extraterrestri. È importante quindi studiare gli esseri viventi che abitano questi luoghi, detti estremofili, per conoscere meglio le condizioni per cui si sia formata la vita sulla Terra primordiale o la possibilità di vita in ambienti alieni.

Esempi di ambienti estremofili

Le fumarole nere (black smokers) sono un esempio di questi ambienti. Si tratta di flussi scuri, simili a fumo, che fuoriescono da fessure presenti in zone di intensa attività vulcanica sottomarina. I metalli (soprattutto solfuro di ferro), a contatto con l’ossigeno, precipitano e danno il caratteristico colore scuro. Fenomeni simili a questi potrebbero trovarsi sulle lune di Giove e Saturno, ad esempio Encelado. A causa della forte pressione, tra i 70 e i 300 bar, e dell’alta temperatura, superiore ai 370°, la sintesi dei composti organici può essere più semplice che in superficie.

Esperimento di Miller

Si è rilevata inoltre una più alta concentrazione di zolfo, metano, idrogeno libero, fosforo, azoto e vari metalli. Queste condizioni, a parte l’assenza luce e l’alta pressione, sono quelle richieste dall’esperimento di Miller per la formazione spontanea di molecole organiche. Gli elementi emessi dai black smokers, reagendo con l’ambiente circostante, possono portare alla formazione di amminoacidi, la maggior parte dei quali sono instabili a causa delle condizioni estreme di questo ambiente. Tuttavia, grazie ai moti convettivi causati dai gas, queste sostanze passano rapidamente in acque fredde, in condizioni che permettono loro di essere stabili. Si sono trovate molte forme di vita attorno ai black smokers:

• batteri, la maggior parte dei quali sono archea anaerobici, eterotrofi, metanogeni e utilizzano il meccanismo della fermentazione e il ciclo dell’acido citrico. Non vi sono organismi che utilizzino la fotosintesi, ma esistono alcuni in grado di utilizzare la radiazione infrarossa prodotta dal calore dell’acqua e dalla pressione.
• numerosissime specie di animali, localizzate all’esterno degli sfiatatoi. Ne sono un esempio l’Alvinella (verme di Pompei), un verme che può resistere fino a 90 °C, la Riftia pachyptila, un verme a tubo lungo fino a 3 metri che vive in simbiosi, come altri di questi animali, con moltissimi batteri.

Altri esempi

Lo studio di questo tipo di organismi ha permesso l’ipotesi secondo la quale la vita non debba necessariamente svilupparsi in superficie ed esposta alla luce.

Un altro esempio di ambiente estremo sono i clatrati oceanici, zone particolari situate nei fondali oceanici che si formano a pressioni che variano tra i 50 e i 100 bar e a temperature di pochi gradi. Come nei black smokers, attorno alla zona dei sedimenti vi sono numerosi batteri chemiosintetici e molti animali come mitili, molluschi e vermi a tubo. Solo i vermi del metano (methane ice worms) vivono all’interno dei clatrati. Anche qui esistono molti batteri e animali che riescono a sopravvivere senza il bisogno di luce. Una di queste zone si trova nel Golfo del Messico e si stima che si sia formata nel periodo Giurassico.

La maggior parte del pianeta Terra ha condizioni di vita che noi definiamo “estreme” ed è popolato da numerosissime specie di esseri viventi, per lo più microscopici. In realtà le condizioni di temperatura, pressione, composizione atmosferica, acidità e salinità necessarie per la sopravvivenza della specie umana sono molto ristrette e si potrebbe dire che siamo noi gli “estremofili” rispetto alle altre specie viventi. Questo allarga molto gli orizzonti di ricerca di vita su altri pianeti extrasolari, le cui condizioni ambientali possono essere proibitive per l’Uomo ma adatte a ospitare altre forme viventi.

Estremofilo

Un estremofilo è un microrganismo che sopravvive e prolifera in condizioni ambientali proibitive per gli esseri umani, ad esempio in ambienti che presentano valori estremamente alti o bassi di temperatura, pressione, pH o salinità.

Alcuni estremofili erano noti già dagli anni cinquanta, la ricerca si è intensificata quando sono stati scoperte tracce di vita microbiotica in ambienti considerati, una volta, sterili. Un altro incentivo che ha allettato il mondo della ricerca è costituito dalle possibili applicazioni industriali. Interessano soprattutto i catalizzatori biologici, o enzimi, che aiutano gli estremofili a replicarsi in condizioni difficili.

Gli studi sugli estremofili hanno aiutato gli esperti a ricostruire i passi evolutivi degli organismi. Al modello tradizionale che prevede l’introduzione dei procarioti (cellule prive di nucleo) e successivamente la diffusione degli eucarioti (cellule più complesse). Alcuni ricercatori hanno aggiunto un terzo raggruppamento chiamato archea che dovrebbe avere un antenato in comune con le altre due linee evolutive.

Le applicazioni che potrebbero trarre grandi benefici spaziano dal settore alimentare all’abbigliamento, dalla medicina alla farmacologia, visto che gli enzimi degli estremofili consentono un notevole risparmio di costi e un aumento della efficienza dei processi.

Per identificare gli enzimi si possono seguire varie tecniche:

• conservare alcune piccole colture di un estremofilo ritenuto importante, con l’obiettivo di risalire ai geni che li specificano;
• oppure isolare il DNA da tutti gli organismi presenti in un campione prelevato da un ambiente estremo e con una serie di operazioni verificare se esistono attività enzimiche.

Tipi di estremofili

Ci sono molte classi di estremofili, tra le quali si annoverano:

• termofili: resistono a temperature elevate; (fino ai 121 °C);
• psicrofilo: resistono a temperature bassissime;
• ipertermofili: vivono anche a temperature tra 80 e 120 °C; nelle sorgenti idrotermali Endeavour è stato identificato anche un microbo estremofilo. Esso vive in un ambiente sulfureo alla temperatura di 121 °C, che è il limite più elevato di temperatura attualmente conosciuto;
• acidofili: prediligono condizioni di elevata acidità;
• basofili (o alcalofili): prediligono condizioni di elevata alcalinità;
• alofili: abitano in ambienti altamente salini;
• osmofilo: resistono in condizioni di elevata osmolarità. (È una grandezza fisica che misura il numero totale di molecole e ioni presenti in un litro di soluzione);
• piezofili o barofili: vivono anche se sottoposti ad alta pressione.