Batteri psicrofili: può esserci vita anche nel ghiaccio?

Lago Vida. Crediti: Peter Glenday (University of Waterloo)

Agli estremi della vita: i batteri psicrofili

Oramai da diversi decenni conosciamo le straordinarie capacità adattative dei procarioti (batteri e archea) che spesso ci hanno portato a riconsiderare i limiti fisico-chimici entro cui riteniamo possibile la vita. Se ad un estremo abbiamo microrganismi in grado di sopravvivere fino a temperature superiori ai 120 °C (seppur soltanto in una forma ‘non vegetativa’), all’altro abbiamo microbi capaci di vivere (o sopravvivere) a temperature estremamente basse rispetto a quella che comunemente definiamo temperatura ambientale (25 °C). Questi ultimi vengono definiti microrganismi psicrofili o psicrotolleranti, a seconda che siano “amanti del freddo” o “tolleranti il freddo” (ciò dipende dal fatto che alcune specie hanno necessariamente bisogno delle basse temperature per poter vivere in maniera ottimale, mentre altre, pur sopravvivendo al ‘freddo’, vivono meglio a temperature più alte).

In genere diciamo che i microrganismi si dicono:

  • psicrofili, se hanno temperature ottimali di crescita comprese tra 0 °C e 20 °C;
  • mesofili, se hanno temperature ottimali di crescita comprese tra 20 °C e 45 °C;
  • termofili, se hanno temperature ottimali di crescita comprese tra 45 °C e 80 °C;
  • ipertermofili, se hanno temperature ottimali di crescita superiori a 80 °C.

Tuttavia, un’interessante scoperta avvenuta nel 2012 dimostra che la vita è possibile anche a temperature di molto inferiori agli 0 °C: sembrerebbe un fatto strano visto che a tali temperature (e a pressione atmosferica) l’acqua si trova allo stato solido (completamente cristallizzata) e, pertanto, in una forma incompatibile con la vita stessa.

Ciò non significa che tutto ciò che viene portato a basse temperature muore, ma semplicemente che ne vengono bloccate tutte le funzioni vitali (metabolismo, crescita, ecc.). Non a caso le bassissime temperature vengono proprio utilizzate in un processo, noto come crioconservazione, per conservare le cellule in uno stato quiescente e per riportarle poi alla loro forma vegetativa dopo un tempo indefinito.

L’esperimento in Antartide

Lo studio in questione si è svolto sul lago Vida, in Antartide, nella McMurdo Dry Valleys, dove un gruppo di ricercatori è riuscito a rintracciare batteri vitali nella soluzione salina ghiacciata del lago, ad una temperatura di ben -13 °C. Gli studi condotti su questi batteri hanno rivelato che tali organismi mantengono un metabolismo basale estremamente lento e che, probabilmente, si nutrono utilizzando il carbonio organico rimasto intrappolato nel ghiaccio stesso, insieme ai batteri, millenni fa (non potrebbero svolgere fotosintesi in quanto la luce non riesce ad attraversare gli strati di ghiaccio, oltre al fatto che è presente solo 6 mesi all’anno). Impossibile, comunque, pensare che possano moltiplicarsi.

Figura 1 – Micrografia elettronica a scansione di batteri isolati dal lago Vida. Crediti: Christian H. Fritsen (Desert Research Institute, DRI)

Adattamenti molecolari

Oggi sappiamo che gli psicrofili sono dotati di un set di geni particolari che permette loro di avere adattamenti molecolari specifici, a livello enzimatico e di membrana plasmatica: ad esempio le strutture proteiche degli enzimi mostrano una maggior propensione alla formazione di strutture secondarie del tipo alfa-elica piuttosto che foglietto-beta, rendendo gli enzimi stessi più flessibili alle basse temperature; le membrane, invece, mostrano una minore lunghezza degli acidi grassi ed un maggior grado di insaturazione, caratteristiche che permettono di impedirne un eccessivo impacchettamento, mantenendo il doppio strato fosfolipidico sufficientemente flessibile e dinamico per le sue funzioni.

Considerazioni sulla vita sul nostro pianeta e non solo…

Lo studio degli psicrofili e la scoperta fatta nel lago Vida precedentemente riportata, oltre ad essere affascinante dal punto di vista naturalistico e scientifico, può essere di grande interesse per i possibili risvolti futuri: ad esempio le molecole che consentono l’adattamento in ambienti così estremi potrebbero avere in futuro un ruolo importante nella ricerca e/o nell’industria (vedere Taq polimerasi); oppure potrebbero permetterci di capire se in ambienti particolarmente inospitali del nostro sistema solare possa esserci (o esserci stata) vita!

Angelo Schirinzi

Fonti:

  • Murray, A. E., Kenig, F., Fritsen, C. H., McKay, C. P., Cawley, K. M., Edwards, R., … & Ponce, A. (2012). Microbial life at− 13 C in the brine of an ice-sealed Antarctic lake. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(50), 20626-20631.
  • Murray A. E., Kenig F., Fritsen C. H., McKay C. P., Cawley K. M., Edwards R., Kuhn E., McKnight D. M., Ostrom N. E., Peng V., Ponce A., Priscu J. C., Samarkin V., Townsend A. T., Wagh P., Young S. A., Yung P. T., Doran P. T. (11 Dicembre 2012). Microbial life at -13 °C in the brine of an ice-sealed Antarctic lake. Estrapolato da PubMed.gov.
  • Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley. Brock Biologia dei microrganismi. Pearson Italia, 2016, quattordicesima edizione.

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