Questo video mostra la motilità di Incendiamoeba cascadensis a 60 °C. Quando viene portata al limite in laboratorio, I. cascadensis può rimanere parzialmente attiva a 150,8 gradi Fahrenheit (66 gradi Celsius) e può riprendersi dopo un’esposizione a ben 158 gradi Fahrenheit (70 gradi Celsius) per cinque minuti. Tuttavia, 176 gradi Fahrenheit (80 gradi Celsius) si sono rivelati una temperatura eccessiva perché l’ameba potesse riprendersi. Beryl Rappaport
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Scienziati sostenuti dalla NASA hanno scoperto un organismo che vive a temperature estreme ritenute in precedenza impossibili per la vita complessa. Le alte temperature possono causare la distruzione di componenti cellulari indispensabili, un grave problema per le cellule dotate di strutture complesse come un nucleo che racchiude delicate informazioni genetiche.
Nelle acque riscaldate del Lassen Volcanic National Park, in California, un’équipe di scienziati ha osservato un’ameba capace di riprodursi per divisione a un’incredibile temperatura di 145 gradi Fahrenheit (63 gradi Celsius), stabilendo un record per il limite superiore di temperatura di tutti gli eucarioti conosciuti. Incendiamoeba cascadensis, chiamata anche “ameba del fuoco”, smette di riprodursi oltre i 145 gradi Fahrenheit, ma rimane attiva e si sposta alla ricerca di cibo fino a 147 gradi Fahrenheit (64 Celsius). Il precedente limite di 140 gradi Fahrenheit (60 Celsius) per gli eucarioti era stato stabilito da alcune specie di funghi e alghe rosse. I risultati sono stati pubblicati martedì sulla rivista Cell.
Gli astrobiologi studiano da tempo i limiti della sopravvivenza della vita sulla Terra per determinare in che modo gli organismi potrebbero vivere su altri mondi, come Marte, dove le condizioni sono meno ospitali rispetto al nostro pianeta. Gli organismi che resistono ai limiti dell’abitabilità in condizioni estreme di temperatura, livelli di pH, radiazioni e altri fattori ambientali sono noti come estremofili. Studiarli aiuta gli scienziati a comprendere ciò di cui è capace la vita per come la conosciamo. Gli estremofili producono inoltre proteine uniche che potrebbero avere applicazioni promettenti nel campo della biotecnologia, dall’industria alla medicina.
Le ricerche precedenti sugli estremofili si sono concentrate soprattutto su batteri e archei unicellulari. Il nuovo studio mostra che le cellule più complesse degli eucarioti potrebbero essere più resistenti di quanto si pensasse in precedenza e potrebbero persino aiutare gli scienziati a comprendere i luoghi dell’universo in cui la vita complessa potrebbe sopravvivere.
La vita complessa sulla Terra
La vita sulla Terra viene generalmente suddivisa in due categorie: procarioti ed eucarioti. I procarioti sono organismi unicellulari privi di un nucleo e di organelli delimitati da membrana all’interno della loro unica cellula. Ciò significa che possiedono una quantità inferiore di “macchinari” cellulari che possono essere danneggiati da condizioni estreme, come calore intenso, freddo pungente, acidità caustica o radiazioni dannose.
Gli organismi che vivono a temperature estremamente elevate sono noti come termofili. Per essere un vero organismo termofilo, cioè amante del calore, un organismo deve essere in grado di replicarsi, muoversi, nutrirsi e sopravvivere al di sopra dei 113 gradi Fahrenheit (45 gradi Celsius).
I procarioti comprendono batteri e archei, e questi ultimi sono particolarmente abili nel sopravvivere a condizioni estreme. Grazie alla loro relativa semplicità, gli scienziati ritengono inoltre che i procarioti siano state le prime forme di vita a comparire sulla Terra, miliardi di anni fa, quando l’ambiente del nostro pianeta era molto meno ospitale di oggi.
Gli eucarioti sono organismi più complessi, che si ritiene si siano evoluti in una fase successiva della storia della vita sulla Terra. Questi organismi possiedono un nucleo cellulare separato all’interno delle cellule, che contiene fragili informazioni genetiche. Gli eucarioti contengono anche organelli delimitati da membrana, come i mitocondri e il reticolo endoplasmatico. Questi organelli sono simili a mini-macchine cellulari che svolgono funzioni specifiche. Gli eucarioti comprendono un’ampia varietà di forme di vita, dalle alghe unicellulari agli organismi pluricellulari come le piante e gli esseri umani.
La complessità nel calore estremo
Le alte temperature provocano la degradazione delle proteine e di altre biomolecole di cui le cellule viventi hanno bisogno per funzionare. Il calore può anche causare la disgregazione delle membrane, distruggendo così le cellule. Era stato suggerito che le membrane degli organelli negli eucarioti non potessero rimanere stabili oltre i 144 gradi Fahrenheit (62 gradi Celsius). La scoperta di I. cascadensis dimostra che questa ipotesi era errata.
“In parte, gli studi sugli eucarioti potrebbero essere stati limitati da ipotesi sulla stabilità delle membrane”, afferma Beryl Rappaport, studentessa laureata alla Syracuse University e prima autrice dello studio. “Speriamo che la scoperta di I. cascadensis incoraggi altri a continuare a cercare eucarioti capaci di vivere a temperature elevate.”
L’équipe ha sequenziato il genoma di I. cascadensis, studiando l’espressione dei geni a temperature multiple. Ha individuato numerosi geni che aiutano l’ameba a stabilizzare il DNA e a proteggerlo dalla degradazione. Altri geni consentono all’organismo di percepire l’ambiente esterno. Alle alte temperature è aumentata anche l’espressione di alcuni geni, compresi quelli coinvolti nel mantenimento del corretto ripiegamento delle proteine.
“Siamo riusciti a individuare molte strategie che potrebbero aiutare I. cascadensis a sopravvivere alle alte temperature, e alcune di queste strategie potrebbero essere utilizzate dai termofili di tutti i gruppi della vita”, afferma Rappaport. “Per esempio, alcune proteine di I. cascadensis hanno un’elevata carica superficiale positiva, che potrebbe aiutarle a rimanere stabili. Queste cariche proteiche sono simili a quelle riscontrate nei batteri e negli archei termofili.”
L’équipe ha inoltre confrontato le informazioni genetiche provenienti da altri studi condotti in tutto il mondo. In questo vasto insieme di dati ha trovato segmenti simili di DNA provenienti da campioni geotermici raccolti in luoghi come la Nuova Zelanda e lo Yellowstone National Park. Ciò significa che altre amebe termofile imparentate con I. cascadensis potrebbero vivere in tutto il mondo, in attesa di essere scoperte.
La prima autrice Beryl Rappaport raccoglie campioni di Incendiamoeba cascadensis nel Lassen Volcanic National Park, in California. Il nome dell’organismo significa “ameba del fuoco proveniente dalle cascate”. Il Lassen Volcanic National Park, in California, è la regione vulcanica attiva più meridionale della Cascade Range e comprende il Lassen Peak, il più grande vulcano a duomo di lava del mondo. Kristen Skruber
La ricerca della vita oltre la Terra
La Terra è l’unico pianeta che sappiamo essere abitato dalla vita. Perché la vita per come la conosciamo possa sopravvivere su altri pianeti del Sistema solare o oltre, gli organismi potrebbero dover affrontare condizioni ambientali molto diverse da quelle presenti qui, sul nostro pianeta.
“Studiare gli estremofili ci aiuta a comprendere meglio i limiti biochimici e fisiologici della vita per come la conosciamo sulla Terra”, afferma Alison Olcott, responsabile scientifica del programma di Esobiologia presso la sede centrale della NASA a Washington. “Queste informazioni, a loro volta, aiutano a orientare la ricerca della NASA sulla vita, mentre l’agenzia amplia la gamma di condizioni in cui riteniamo che la vita potrebbe potenzialmente abitare altri luoghi.”
In particolare, lo studio amplia la nostra comprensione dei luoghi e dei modi in cui la vita dotata di cellule complesse potrebbe persistere sulla Terra e oltre.
“Trovare eucarioti capaci di sopravvivere in ambienti ad alta temperatura non solo amplia la nostra comprensione dei luoghi in cui si potrebbe trovare la vita, ma anche di quanto complessa potrebbe essere quella vita”, afferma Olcott.
Tuttavia, i ricercatori sottolineano che la sopravvivenza dipende da molti fattori che fanno parte di un ecosistema più ampio.
“È certamente possibile che una forma di vita complessa come I. cascadensis possa sopravvivere su un altro pianeta, ma la Terra è l’unico pianeta che attualmente sappiamo possedere tutti i requisiti perché I. cascadensis possa vivere in condizioni favorevoli”, afferma Rappaport. “Non si tratta solo della temperatura. Un ambiente deve avere anche la giusta acidità, livelli adeguati di ossigeno, pressione, acqua e cibo. I. cascadensis non potrebbe sopravvivere da sola. Ha bisogno anche del sostegno di altre forme di vita.”
Per ulteriori informazioni sull’astrobiologia presso la NASA, visitare:
https://science.nasa.gov/astrobiology
Avviso: lo studio riguarda una sola specie osservata in laboratorio; servono conferme su più organismi e in condizioni naturali prima di generalizzare il risultato.
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Fonte originale: science.nasa.gov
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