Studiare ambienti simili a Marte, e i loro ecosistemi microbici, potrebbe aiutare a preparare i biologi a identificare tracce di vita nello spazio.

In alcune delle zone più remote del nostro pianeta, gli scienziati stanno esaminando come la vita possa persistere sotto forma di minuscoli microbi che abitano una nicchia che sarebbe fatale per la stragrande maggioranza degli organismi sulla Terra.

Vivendo di sostanze tossiche come l'arsenico, o in zone prive di ossigeno, questi microbi resistenti metabolizzano cibo e sostanze nutritive in modi completamente diversi dalla maggior parte delle piante, animali e umani. Alcuni si muovono e metabolizzano così lentamente, Per esempio, che fino a poco tempo fa gli scienziati non li consideravano nemmeno vivi.

Gli ambienti difficili in cui vivono sono simili alle condizioni che si trovano su Marte e su altri pianeti, e approfondendo la nostra comprensione di come funzionano queste comunità microbiche, i geobiologi spaziali saranno meglio attrezzati per identificare segni di vita extraterrestre.

La dott.ssa Amedea Perfumo del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ guida il progetto BIOFROST finanziato dall'UE, che sta studiando come gli organismi sopravvivono nella profonda biosfera del permafrost terrestre, dove le temperature sono sotto zero e c'è carenza di ossigeno.

'Queste condizioni anossiche e congelate sono estremamente importanti per l'esplorazione dello spazio. È un analogo per Marte, ' lei disse. "Si tratta di trovare quali sono i limiti per la vita sulla Terra nelle condizioni più simili allo spazio e vedere se possiamo avere una migliore interpretazione di ciò che potrebbe venire fuori da una missione spaziale".

BIOFROST si è concentrato sulla creazione di una cosiddetta pipeline analitica su filtro, dove le informazioni sui batteri vivi, come ad esempio quanti ce ne sono di quale tipo, quanto sono attivi e come interagiscono tra loro vengono estratti dal sedimento del permafrost e raccolti su uno speciale filtro rivestito in oro-platino.

'Sono supportato da alcune delle tecniche più all'avanguardia, che includono NanoSIMS e nano-spettroscopia, e io spero, in particolare, fornire prove scientifiche del funzionamento di base di una cellula in condizioni così estreme e di come ciò influisca sul funzionamento dell'ecosistema del permafrost, ' ha detto il dottor Profumo.

adattamenti

I microrganismi del permafrost studiati dal Dr. Perfumo hanno sviluppato adattamenti unici al loro congelamento, zone prive di ossigeno. Il loro metabolismo è così lento, Per esempio, che solo di recente la tecnologia è diventata abbastanza sofisticata da rilevare che gli organismi sono addirittura vivi.

L'adattamento ecologico può avere un costo, però. Perché si sono evoluti per adattarsi perfettamente alla loro nicchia, qualsiasi tipo di cambiamento di temperatura può causare problemi agli organismi. In precedenti esperimenti, Il Dr. Perfumo ha scoperto che quando il calore veniva alzato di soli 5 gradi Celsius, i batteri sono morti.

Ciò mostra una tolleranza molto bassa per il cambiamento delle condizioni ambientali, a differenza di molti altri tipi di batteri. Le varie specie di batteri che tendiamo a trovare a temperatura ambiente, Per esempio, devono essere in grado di sopravvivere a condizioni meteorologiche variabili, considerando che è generalmente garantito che i batteri del permafrost profondo vivano costantemente, anche se molto freddo, temperature.

Arsenico

In alto nei laghi andini dell'Argentina, i ricercatori stanno esplorando un altro cosiddetto organismo estremofilo:batteri che sopravvivono in alte concentrazioni di arsenico. L'Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda che l'acqua potabile non contenga più di 10 microgrammi di arsenico per litro, ma questi laghi contengono quattro o cinque ordini di grandezza in più.

Le condizioni infatti imitano la vita sulla Terra preistorica. 'Quando sei lì, è come se fossi sulla Terra 3 500 milioni di anni fa, ' dice la dott.ssa Maria Sancho-Tomas dell'Institut de Physique du Globe de Paris, Francia, che guida il progetto ASLIFE per studiare i batteri. 'È fantastico. Se guardi il paesaggio, è come Marte».

Sulla Terra preistorica, gli organismi dovevano sviluppare strategie per combattere o adattarsi all'arsenico. I microbi come quelli studiati dal dottor Sancho-Tomas usavano l'arsenico nei loro sistemi metabolici, convertire il minerale in energia, in un processo non dissimile dal modo in cui gli umani scompongono il cibo.

I ricercatori di ASLIFE stanno analizzando i nuclei della terra praticando un foro nel terreno ed estraendo un cilindro di materiale da riportare in laboratorio per ulteriori analisi. Secondo il dottor Sancho-Tomas, si vedono chiaramente le parti del sedimento dei laghi che contengono arsenico – sono viola, poiché l'arsenico interagisce con lo zolfo.

Il team sta anche prelevando raschiati da stromatoliti, antiche strutture organiche che possono avere miliardi di anni e sono create da microrganismi. I campioni vengono quindi portati alle strutture di sincrotrone presso lo stabilimento SOLEIL vicino a Parigi, Francia, per dare un'occhiata più da vicino al funzionamento interno di questi organismi.

L'idea è stabilire se certe varianti di arsenico – o isotopi – potrebbero essere usati come biofirme – indicatori chimici che la vita è, o era, regalo. Se è così, gli scienziati spaziali potrebbero cercare le stesse firme su altri pianeti e dedurre che la vita esisteva lì, anche se i microrganismi stessi rimangono sfuggenti.

Nel processo, i ricercatori stanno anche escogitando nuovi modi per trasportare ed esaminare questi microbi, i cui campioni possono deteriorarsi a causa di fattori quali variazioni di temperatura e pressione. Gli astrobiologi saranno in grado di utilizzare questi metodi per garantire che qualsiasi campione extraterrestre trovato venga riportato sulla Terra illeso.

Più vicino a casa

Però, imparare di più sugli estremofili ha anche applicazioni pratiche più vicine a casa. Il Dr. Perfumo sta lavorando per adattare enzimi e molecole con superfici scivolose, noti come biosurfattanti, da questi batteri amanti del freddo per abbassare le temperature necessarie per molte attività commerciali e industriali, che sarà vantaggioso per l'ambiente.

La dottoressa Sancho-Tomas e i suoi colleghi stanno creando una mappa ad alta risoluzione della distribuzione dei batteri amanti dell'arsenico nelle Ande. Queste informazioni potrebbero quindi essere utilizzate per determinare le aree contaminate da arsenico in tutto il mondo, per esempio in Vietnam e in India.

Cosa c'è di più, i batteri che stanno esaminando potrebbero eventualmente essere utilizzati come biorimediatori, ovvero microrganismi naturali che eliminano gli inquinanti ambientali da un sito. Saranno necessarie ulteriori analisi genetiche dei batteri che consumano arsenico prima che gli enzimi pertinenti possano essere identificati per questo.