Chemiosintesi: i batteri possono vivere di sola aria?

Anche questa volta i batteri ci sorprendono. Un nuovo studio pubblicato su Frontiers in Microbiology, ci dimostra che i batteri possono vivere di sola aria e che la vita può nascere anche in habitat estremi, grazie alla chemiosintesi.

Le condizioni ambientali

A causa del riscaldamento globale, gli ambienti oligotrofici potranno raggiungere il 56% della superficie terrestre nei prossimi anni. Nei deserti dell’Antartico Orientale, nonostante i cicli di gelo-disgelo, intense radiazioni UV e concentrazioni limitate di carbonio e azoto, si riscontra la presenza di svariati microbiomi. I principali microbiomi presenti sono: Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes e Cianobatteri (figura 1).

Figura 1- Comunità batteriche nel suolo dei 14 siti analizzati (credito: Frontiers | Doi: 10.3389/fmicb.2020.01936 | Microbiology)
Figura 1- Comunità batteriche nel suolo dei 14 siti analizzati (credito: Frontiers | Doi: 10.3389/fmicb.2020.01936 | Microbiology)

I ricercatori dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW) in collaborazione con la Divisione Antartica Australiana e l’Istituto cinese di ricerca sull’altopiano tibetano, si sono chiesti quale fonte di energia sia a supporto dei batteri resistenti a questi ambienti aridi.

Il campionamento

I campioni analizzati in questa ricerca provengono da 14 siti desertici freddi dell’Antartide (figura 2), dell’alto Artico e dell’altopiano tibetano. In totale sono stati prelevati 122 campioni di suolo (i primi 10 cm di suolo) e sono stati conservati a -80 °C, fino all’arrivo in laboratorio.

Figura 2 - Mappa dei 14 siti analizzati (credito: Frontiers | Doi: 10.3389/fmicb.2020.01936 | Microbiology)
Figura 2 – Mappa dei 14 siti analizzati (credito: Frontiers | Doi: 10.3389/fmicb.2020.01936 | Microbiology)

La chemiosintesi

Mediante PCR quantitativa, dall’analisi dei geni di questi 122 microbiomi, si è dimostrata la presenza di due geni: rbcL1E (RuBisCO tipo IE) e hhyL (idrogenasi del gruppo 1h). Tali geni sono ubiquitari, poichè presenti in quantità abbondante in ogni campione e sono associati a minore umidità del suolo, contenuto di carbonio e azoto.

RbcL1E e hhyL sono fondamentali per un processo: la chemiosintesi. La chemiosintesi atmosferica usufruisce dell’energia liberata dall’ossidazione dell’idrogeno atmosferico, per far avvenire il ciclo di Calvin-Benson-Bassham (CBB) attraverso una nuova forma chemiotrofica di ribulosio-1,5-bisfosfato carbossilasi/ossigenasi (RuBisCO).

La ricercatrice dell’UNSW e autrice senior dello studio, Belinda Ferrari ci dichiara: “Ci sono interi ecosistemi che probabilmente fanno affidamento su questo nuovo processo di fissazione del carbonio microbico in cui i microbi usano l’energia ottenuta dalla respirazione dell’idrogeno gassoso atmosferico per trasformare l’anidride carbonica dall’atmosfera in carbonio, al fine di crescere”.

Conclusioni

La chemiosintesi è un processo di fissazione del carbonio, non considerato fino ad adesso e potrebbe essere una delle strategie dei microrganismi, di adattamento per sopravvivere in ambienti oligotrofici.

La chemiosintesi atmosferica e la fontosintesi, ipotizzano i ricercatori, siano entrambi processi che contribuiscono alla produzione primaria microbica, alternandosi in base alle condizioni ambientali; la prima prevarrà nei lunghi inverni polari, in assenza di luce.

Al fine di approfondire come i batteri possano vivere di sola “aria”, l’obiettivo futuro dei ricercatori è isolare questi particolari ceppi batterici.

Fonti:

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