Gli Estremofili

Riccardo Stagni

18 Maggio 2009

Outline of the Talk Cosa sono? Interesse Astrobiologico

Possibili candidati nel sistema solare? Panspermia

Tipi di estremofili Condizioni fisiche Condizioni chimiche

Esempi Deinococcus radiodurans Funghi radiotrofici Cupriavidus metallidurans

Cosa sono?Gli estremofili (dal latino extremus e dal greco philia) sono

organismi in grado di sopravvivere in condizioni proibitive dal punto di vista fisico e chimico, dove la maggior parte degli organismi viventi sulla terra (mesofili) sopravviverebbe con grandi difficoltà o addirittura andrebbe in contro a morte certa.

Essendo una classificazione basata sulla capacità di sopravvivenza, è ortogonale alle normali classificazioni biologiche, che si rifanno alle linee genetiche. In passato si pensava che solo i microbi appartenenti al dominio(*) degli Archea fossero estremofili, ma col passare del tempo si sono scoperti sia archei mesofili, sia estremofili appartenenti ai dominii Bacteria e Eukaryota.

(*) o regno, a seconda della classificazione adottata

Interesse AstrobiologicoGli estremofili sono di particolare interesse per

l'astrobiologia in quanto molti di questi organismi sono in grado di sopravvivere in ambienti simili a quelli extraterrestri noti. Inoltre la loro scoperta sottolinea l'enorme adattabilità delle forme di vita primitive e quindi aumenta le possibilità di trovare forme di vita (almeno microbiche) nel Sistema Solare.

In particolare, i batteri chemioautotrofi, che ottengono l'energia per sopravvivere dall'ossidazione di composti inorganici, potrebbero essere particolarmente adatti ad ambienti alieni.

Possibili candidati nel Sistema Solare Marte potrebbe avere regioni, sotto profondi strati di

permafrost, capaci di ospitare forme di vita endolite (litotrofi in grado di vivere dentro a rocce, coralli, gusci animali)

Gli alofili potrebbero riempire parecchie nicchie ecologiche su altri pianeti: l'acqua liquida, alle temperature e pressione caratteristiche della superficie marziana, dovrebbe essere altamente salina(Landis 2001, doi:10.1089/153110701753198927)

Gli oceani sotterranei di Europa potrebbero ospitare forme di vita in corrispondenza di sorgenti idrotermali, esattamente come succede negli oceani terrestri

Batteri Endoliti

Lo strato verde è una forma di vita endolita e vive dentro alla roccia, alcuni millimetri dalla superficie. La roccia, trovata in Antartide, è

stata spaccata per mostrarla.

PanspermiaLa grande resistenza di alcuni estremofili, spore batteriche e

persino singoli spezzoni di DNA, avevano fatto pensare che molecole organiche, semplici o complesse, o addirittura semplicissime forme di vita, potessero essere state originate al di fuori della Terra, "fecondandola" dopo essere sopravvissuti a lunghissimi viaggi interstellari.

Tuttavia, sono pochissime le specie che tollerano le radiazioni altamente ionizzanti, frequentemente incontrate al di fuori dei protettivi campi magnetici planetari(*), rendendo difficile la giustificazione dei meccanismi panspermatici.

(*) o solari

Tipi: Condizioni fisiche temperatura: ipertermofili (> 80°C)(*) , termofili

(60-80°C), psicrofili/criofili (< 15°C) pressione: barofili/piezofili(**) gravità: non osservati (ipo/ipergravitofili?) radiazione: radioresistenti vuoto: generalmente stati quiescenti(***)

(*) Pyrolobus fumarii, 113°C

(**) il record è di un batterio capace di sopravvivere fino a circa 130MPa

(***) insetti, microbi, semi, spore

Tipi: Condizioni chimiche pH: alcalofili/basofili (pH>9), acidofili(*) essiccamento: xerofili(**) salinità: alofili (2-5M NaCl) zuccheri: osmofili ossigeno: anaerobi (intolleranti), microaerofili (basse

concentrazioni) CO2: Cyanidium caldarium (CO2 pura) metalli: metallotolleranti

(*) Cyanidium caldarium, Ferroplasma sp., entrambi pH~0

(**) anche altri, ma quiescenti

Ambienti alofili

Ridente paesaggio nel Mar Morto

Sorgenti idrotermali

Black smoker dovuto a una sorgente idrotermale di una dorsale oceanica

Sono stati osservati batteri chemiosintetici a 2500 metri di profondità nelle vicinanze del Messico. La minima luminosità della lava è sufficiente per fare fotosintesi e far partire la catena alimentare. Unico caso al mondo di fotosintesi non solare.

Deinococcus radiodurans poliestremofilo (resiste a

freddo, disidratazione, vuoto, acidità)

radioresistente (fino a 5000 Gy senza accusare colpo, a 15000 Gy vitalità al 37%)(*)

genoma in due cromosomi circolari (quattro copie nell'organismo)

sottoprodotto della xerofilia? Guinnes dei Primati 2008,

batterio più resistente del mondo)

(*) un uomo muore con 10 Gy

Funghi radiotrofici scoperta recente

(Dadachova+ 2007, doi:10.1371/journal.pone.0000457)

prime osservazioni come muffe nei dintorni di Chernobyl

usano la melanina per convertire i raggi gamma in energia (come la clorofilla)

costo metabolico?

Cupriavidus metalliduransCupriavidus metallidurans is a

non-spore-forming bacillus which is adapted to survive several forms of heavy metal stress. Therefore, it is an ideal subject to study heavy metal disturbance of cellular processes. This bacterium shows a unique combination of advantages not present in this form in other bacteria. http://en.wikipedia.org/wiki/Ralstonia_metallidurans http://genome.jgi-psf.org/ralme/ralme.home.html

I Tardigradi

I Tardigradi hanno un loro

Philum ricco di ~800 specie. Resistono: al disseccamento (fino

al 3% dei liquidi corporei); a radiazioni 1000 volte letali per l'uomo; all'immersione in alcol puro od in etere; alla mancanza

di ossigeno; a variazioni di temperatura da +151 °C a -253°C.

Anche fra gli Eucarioti vi sono degli estremofili.

Bibliografia Bacteria thrive at stunning depths, Roxanne Khamsi

doi:10.1038/news050221-11 "Gli estremofili", Le Scienze, 346, 06/1997, pp. 78-85 http://www.genomenewsnetwork.org/articles/12_03/geobacter.shtml

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/ETEmain.html

Wikipedia inglese

Tutte le immagini vengono da wikipedia ad eccezione di quelle rappresentanti i funghi radiotrofici (proveniente dall'articolo pubblicato su PLoS) e il Cupriavidus metallidurans (trovata nel sito indicato sotto l'immagine)