Nuove possibilità per la vita sul fondo dell'oceano terrestre - E forse negli oceani di altri pianeti
Nello
strano e oscuro mondo dei fondali oceanici, fessure sottomarine,
chiamate bocche idrotermali, ospitano complesse comunità di vita.
Queste
prese d'aria eruttano fluidi bollenti in acqua di mare estremamente
fredda, creando le forze chimiche necessarie per la vita dei piccoli
organismi che abitano questo ambiente estremo. In uno studio appena pubblicato, i biogeoscienziati Jeffrey Dick ed Everett Shock
hanno determinato che specifici ambienti idrotermali del fondo marino
forniscono un habitat unico in cui determinati organismi possono
prosperare.
In
tal modo, hanno aperto nuove possibilità per la vita nell'oscurità sul
fondo degli oceani sulla Terra, così come in tutto il sistema solare.
I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. A
terra, quando gli organismi ottengono energia dal cibo che mangiano, lo
fanno attraverso un processo chiamato respirazione cellulare, dove c'è
un apporto di ossigeno e il rilascio di anidride carbonica.
Biologicamente
parlando, le molecole del nostro cibo sono instabili in presenza di
ossigeno, ed è quell'instabilità che viene sfruttata dalle nostre
cellule per crescere e riprodursi, un processo chiamato biosintesi. Ma per gli organismi che vivono sul fondo del mare, le condizioni di vita sono drammaticamente diverse.
"Sulla
terra, nell'atmosfera ricca di ossigeno della Terra, è familiare a
molte persone che creare le molecole della vita richiede energia", ha
affermato il coautore Shock della School of Earth and Space Exploration e della School of Molecular Sciences dell'Arizona State University.
"In
sorprendente contrasto, intorno alle bocche idrotermali sul fondo del
mare, i fluidi caldi si mescolano con l'acqua di mare estremamente
fredda per produrre condizioni in cui le molecole della vita rilasciano
energia".
Negli
ecosistemi microbici di acque profonde, gli organismi prosperano vicino
a prese d'aria dove il fluido idrotermale si mescola con l'acqua di
mare ambientale.
Precedenti ricerche
condotte da Shock hanno scoperto che la biosintesi di elementi
costitutivi cellulari di base, come amminoacidi e zuccheri, è
particolarmente favorevole nelle aree in cui le bocche sono composte da
roccia ultramafica (rocce ignee e meta-ignee a bassissimo contenuto di
silice), perché queste le rocce producono più idrogeno. Oltre
agli elementi costitutivi di base come gli amminoacidi e gli zuccheri,
le cellule devono formare molecole più grandi, o polimeri, noti anche
come biomacromolecole.
Le
proteine sono le più abbondanti di queste molecole nelle cellule e la
reazione di polimerizzazione (dove piccole molecole si combinano per
produrre una biomolecola più grande) richiede energia in quasi tutti gli
ambienti immaginabili.
"In
altre parole, dove c'è vita, c'è acqua, ma l'acqua deve essere espulsa
dal sistema affinché la polimerizzazione diventi favorevole", ha detto
l'autore principale Dick, che era uno studioso post-dottorato all'ASU
quando è iniziata questa ricerca e che è attualmente ricercatore di
geochimica presso la School of Geosciences and Info-Physics presso la
Central South University di Changsha, in Cina.
"Quindi,
ci sono due flussi di energia opposti: rilascio di energia mediante
biosintesi di elementi costitutivi di base e l'energia necessaria per la
polimerizzazione".
Quello
che Dick e Shock volevano sapere è cosa succede quando li sommi:
ottieni proteine la cui sintesi complessiva è effettivamente
favorevole nella zona di miscelazione? Hanno affrontato questo problema utilizzando una combinazione unica di teoria e dati.
Dal
punto di vista teorico, hanno utilizzato un modello termodinamico per
le proteine, chiamato "additività di gruppo", che tiene conto degli
amminoacidi specifici nelle sequenze proteiche e delle energie di
polimerizzazione.
Per i dati, hanno usato tutte le sequenze proteiche in un intero genoma di un organismo ben studiato chiamato Methanocaldococcus jannaschii . Eseguendo
i calcoli, sono stati in grado di dimostrare che la sintesi complessiva
di quasi tutte le proteine nel genoma rilascia energia nella zona di
miscelazione di un condotto ultramafico alla temperatura in cui questo
organismo cresce più velocemente, a circa 185º Fahrenheit (85º
Centigrado).
Al
contrario, in un diverso sistema di sfiato che produce meno idrogeno
(un sistema ospitato da basalto), la sintesi delle proteine non è
favorevole.
"Questa
scoperta fornisce una nuova prospettiva non solo sulla biochimica ma
anche sull'ecologia perché suggerisce che alcuni gruppi di organismi
sono intrinsecamente più favoriti in specifici ambienti idrotermali", ha
detto Dick.
"Gli
studi di ecologia microbica hanno scoperto che i metanogeni, di cui
Methanocaldococcus jannaschii è un rappresentante, sono più abbondanti
nei sistemi di ventilazione ospitati da ultramafici che nei sistemi
ospitati da basalto.
L'energia favorevole della sintesi proteica nei sistemi ospitati da ultramafici è coerente con quella distribuzione".
Per
i prossimi passi, Dick e Shock stanno cercando modi per utilizzare
questi calcoli energetici attraverso l'albero della vita, che sperano
forniscano un legame più solido tra la geochimica e l'evoluzione del
genoma.
"Mentre
esploriamo, ci viene ricordato più e più volte che non dovremmo mai
considerare il luogo in cui viviamo ciò che è abitabile per la vita", ha
detto Shock.
Riferimento
Pubblicato su: https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia3/ciencia_earthchanges236.htm
