Haloarchea come modelli per la vita extraterrestre

Quanto sono simili gli ambienti estremi presenti sul nostro pianeta con quelli presenti sugli altri pianeti, come ad esempio Marte? Ultimamente gli Haloarchea, organismi estremofili generalisti, sono stati proposti come modelli per studiare come la vita possa prosperare in condizioni estreme oltre la Terra.

Un cenno di storia

Immaginate di vivere nell’Impero romano: dopo una lunga giornata massacrante siete distesi su un prato e state fissando il cielo stellato; tra gli astri ne identificate uno in particolare che si distingue dalle altre per il suo colore rosso: Marte.

Facciamo un leggero salto avanti: è il 1877 quando l’astronomo Giovani Schiaparelli punta il suo telescopio verso quello che fino ad allora era stato solamente un puntino luminoso nel cielo. Quel puntino rivela una superficie rossastra, attraversata qua e la da quelli che Schiaparelli chiama canali marziani. Quando scrive delle sue osservazioni, incide nell’immaginario collettivo l’idea che una civiltà aliena potesse sopravvivere in quel lontano mondo irrigando l’arido pianeta con un’intricata rete di canali.

Da allora, l’idea di Marte come un pianeta in grado di sostenere la vita al giorno d’oggi è andata via via scemando, uscendo dal dibattito scientifico man mano che sonde, satelliti e telescopi esploravano il pianeta, rivelando un mondo a noi ostile.

Marte
Fig. 1: Marte fotografato dalla sonda Rosetta [Kevin Gill]

Gli alieni intorno a noi

L’immaginario comune di vita extraterrestre è “viziato” dalla fantascienza cinematografica e letteraria. Alieni grigi, rettiliani, creature estremamente intelligenti o mostri sanguinari sono solo alcuni degli stereotipi che vengono associati al concetto di vita aliena. Per quanto riguarda il nostro sistema solare, se guardiamo Marte, è ovvio che al giorno d’oggi nessuna di queste forme di vita è nota per camminare lungo le sue dune di sabbia rossa.

Gli scienziati però sono famosi per la loro testardaggine, ed hanno rivolto i loro sguardi verso i microscopi. Se non esistono forme di vita macroscopiche, forse esistono o sono esistite forme di vita semplici, come i batteri e gli archea.

Ci sono infatti habitat che, nella nostra visione antropocentrica dell’universo, risultano essere totalmente inospitali; quasi refrattari alla vita stessa. Ma anche in questi ambienti, la vita ha trovato una via. Sfruttando biochimiche particolari e adattamenti sorprendenti, luoghi come i bacini ipersalini, le fumarole vulcaniche e il permafrost sono pieni di un particolare tipo di organismi: gli estremofili, come gli Haloarchea.

Non solo gli estremofili vivono e prosperano in questi ambienti, ma molti sono anche obbligati a viverci, incapaci di adattarsi alle “normali condizioni” secondo gli standard umani. Dal loro punto di vista, siamo noi gli “alieni” che vivono in condizioni inospitali.

Grand prismatic spring
Fig. 2: La celebre “Grand Prismatic Spring, i cui colori sono dovuti a mats di microrganismi estremofili [James St. John]

Gli Haloarchea come modelli

La ricerca della vita extraterrestre si è basata su un enorme bias: abbiamo cercato la vita, intendendo come vita qualcosa di paragonabile alle forme biologiche che conosciamo, a noi più familiari. Ma le condizioni più comuni nell’universo sono trasversalmente opposte a quelle che troviamo sul nostro pianeta. Bisognava iniziare a cercare in altri luoghi.

E, prima ancora di iniziare a cercare, bisogna sapere cosa cercare. Gli archea estremofili sono sembrati un ottimo target, per la loro capacità sul nostro pianeta di vivere in condizioni estreme; possiamo suddividerli in specialisti (adattati in ambienti “estremi” per un solo parametro ambientale) o generalisti (adattati a vivere in ambienti “estremi” secondo più parametri ambientali).

Gli Haloarchea sono stati recentemente proposti come modelli per questo tipo di studi, grazie a tutta una serie di caratteristiche che li rendono ottimali come target. Essi sono aerobi facoltativi, in grado di utilizzare diversi composti come donatori di elettroni e di resistere a temperature inferiori allo zero, ed inoltre possono sfruttare la fototrofia.

Posseggono un gran numero di carotenoidi (α-batterioruberina, licopene, β-carotene) nelle loro membrane rosse per proteggersi dai danni chimici dovuti all’eccessivo irraggiamento ed alla salinità elevata. In alcune particolari regioni della membrana cellulare (dette membrane purpuree) è inoltre presente la batteriorodopsina; essa è una pompa protonica luce-dipendente che possiede un retinale, che permette di sfruttare la luce per la creazione di un gradiente protonico.

Questi organismi possono dare luogo a enormi bloom e mats batteriche in ambienti più vicini di quanto si pensi: il mar Morto è l’esempio classico di un ambiente estremo virtualmente alla portata di tutti, dove la salinità estrema impedisce lo sviluppo di quasi ogni forma di vita non iperalina. Questi bloom donano all’acqua un intenso color arancio, un fatto di estrema rilevanza per l’astrobiologia. Bloom di Halobacterium spp, sono stati osservati dallo spazio nel Grande Lago Salato.

Haloarchea
Fig 3: Acque ipersalate colorate dalla presenza di Haloarchea nella baia di San Francisco [Grombo]

La ricerca continua

A cosa serve sapere di che colore sono i bloom di Haloarchea nel mar Morto quando puntiamo le nostre sofisticate apparecchiature su Marte?

Questi pigmenti sono la parte fondamentale della ricerca. La loro interazione con la luce lascia una firma spettrale che possiamo leggere nella luce che ci arriva dagli altri pianeti; la spettroscopia RAMAN è una delle tecniche proposte per questo tipo di studi. Il primo candidato su cui puntare i nostri strumenti è appunto Marte, in quanto è a portata di sonde per un eventuale conferma o smentita dei dati.

La ricerca di forme di vita extraterresti rimane legata alla ricerca di molecole segnale: un discusso studio recente ha ipotizzato la presenza di vita su Venere basandosi sulla scoperta di fosfina nell’atmosfera venusiana.

Grazie a queste loro caratteristiche di resistenza e di adattabilità sono tra i candidati migliori per trovare organismi simili al di la della nostra stratosfera. Ad esempio come nelle distese marziane ricche di perclorati, dove l’Haloarchea Halobacterium lacusprufundi è addirittura in grado di usare come accettore finale di elettroni. Spingendosi ancora più in là, l’analisi delle firme spettrali degli esopianeti potrebbe finalmente dare la risposta a una delle domande fondamentali della scienza moderna: siamo soli nell’universo?

Curiosity Selfie
Fig 4: Selfie di Curiosity, missione che ha lo scopo di trovare tracce di vita marziana [NASA]

Fonti:

  • DasSarma S. et al., 2019 – Extremophilic models for astrobiology: haloarchaeal survivalstrategies and pigments for remote sensing
  • Merino et al., 2019 – Living at the Extremes Extremophiles and the Limits of Life in a Planetary Context
  • Preston L. J. & Dartnell L. R. – Planetary habitability: lessons learned from terrestrial analogues

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