Estremofili di Ettore Ruberti
Introduzione
Gli organismi più semplici sono Batteri. Escludiamo i Virus che, in quanto formati da un solo acido nucleico e da un rivestimento proteico, non sono in grado di autoreplicarsi e quindi sfruttano l’apparato cellulare dell’organismo ospite, anche se il loro apporto, sia pure indiretto, all’evoluzione dei viventi è tutt’altro che marginale.
La maggior parte dei Batteri è formata da una cellula molto semplice, all’interno della quale il materiale genetico (cromosoma Batterico) non è separato da una membrana dal resto della cellula come è il caso del nucleo degli Eucarioti, ossia degli organismi che hanno i cromosomi all’interno di un ver nucleo. Questa struttura è condivisa dalle Alghe azzurre, oggi riconosciute come un gruppo particolare di Batteri, capaci di fotosintesi.
Secondo le documentazioni fossili e le analisi genetiche, si ipotizza che i primi Batteri esistano da almeno quattro miliardi di anni. Fino a non molto tempo addietro gli altri organismi, Protisti, Piante, Animali e Funghi, cioè gli Eucarioti, erano considerati l’altra linea di discendenza dei viventi. Studiando alcuni estremofili, organismi capaci di vivere in ambienti inadatti alla sopravvivenza degli altri esseri viventi (luoghi troppo caldi o troppo freddi, acidi o basici, salati, ecc.), ci siamo resi conto di avere a che fare con un terzo raggruppamento di organismi, denominati Archeobatteri o Archea, con caratteristiche, come la membrana cellulare, più simili agli Eucarioti che ai Batteri.
Si è potuti arrivare a questa strabiliante scoperta grazie al confronto, effettuato nel 1977 da Carl R. Woesee e dai suoi collaboratori dell’Università dell’Illinois, del RNA ribosomiale di molti organismi diversi. Questa scoperta è stata confermata nel 1996 da Craig Hennig, dell’Istituto per la Ricerca sul Genoma, decodificando il DNA di Methanococcus jannaschii, composto da 1638 geni; si tratta di un Archeobatterio raccolto nel 1982 da Holger Jannasch in una sorgente sulfurea nel corso di una spedizione. Poiché diversi Archeobatteri e molte specie di Batteri sono adattati a vivere in condizioni estreme, alcuni addirittura in ambiente riducente (assenza di ossigeno), si ipotizza che questi organismi siano fra i più antichi e che si siano separati molto presto da un antenato comune.
Origine degli Eucarioti
Le ultime scoperte, basate su riscontri genetici, hanno dimostrato che le prime cellule eucariote si sono formate quando un Archeo ha inglobato un Batterio e, invece di metabolizzarlo, è entrato in simbiosi con esso. La documentazione fossile indica che questo evento è avvenuto intorno ad un miliardo e quattrocento milioni di anni fa, almeno a quel tempo risalgono i fossili più antichi di organismi planctonici unicellulari Eucarioti.
Le cellule degli Eucarioti possiedono molti tipi di organelli specializzati, come i cloroplasti ed i mitocondri. Le ricerche hanno portato alla conferma dell’ipotesi di Lynn Margulis secondo cui questi organelli si sono sviluppati da Batteri indipendenti, entrati in simbiosi nella cellula, fenomeno che viene definito endosimbiosi.
La formazione di organismi pluricellulari si è verificata quando alcune specie di Eucarioti unicellulari hanno cominciato a vivere in simbiosi, cosa che alcuni Batteri erano già in grado di fare.
Del resto è noto da anni che cellule isolate di alcuni animali più semplici, come i Poriferi (spugne) e i Polipi (idra), possono aggregarsi e formare nuovamente un animale completo
Scoperte più recenti, e sicuramente sorprendenti, hanno dimostrato che lo sviluppo di ogni organismo eucariote avviene in sinergia con Batteri. Anche l’aggregazione delle cellule di alcuni organismi primitivi a volte viene stimolata o coadiuvata da alcuni Batteri. In effetti, quando le prime cellule eucariote si sono evolute, hanno dovuto necessariamente venire a contatto o, meglio, interagire con i Batteri, già presenti in ogni ambiente da miliardi di anni. L’interazione fra Batteri ed Eucarioti avviene spesso con reciproco vantaggio, e senza i primi molti organismi più complessi non possono svilupparsi compiutamente o sono privi di meccanismi di difesa e di normale funzionamento.
Questo è stato dimostrato da numerosi studi. Addirittura, quando un embrione si sviluppa, si sviluppano insieme con esso molti Batteri, in stretta interazione. Studi recenti hanno dimostrato che, eliminando tutti i Batteri da un organismo, questi è estremamente indifeso dalle minacce interne ed esterne e in molti casi il suo stesso metabolismo è compromesso e inadeguato. Se eliminiamo dal nostro intestino i Batteri, in particolare Bacteroides fragilis, come ha dimostrato Sarkis K. Mazmanian, la produzione di cellule T helper viene compromessa. Questo studio, effettuato su topi da laboratorio, costituisce la prima prova sperimentale dell’importanza, anzi della necessità, dei Batteri nell’organismo.
Va aggiunto che anche lo sviluppo dello stomaco ed addirittura l’intero sviluppo di molti animali, non procedono normalmente in assenza dei Batteri. In estrema sintesi, come ha dichiarato Walt Whitman “Sono vasto, contengo moltitudini”. In modo ironico, viene in mente una frase riportata nei Vangeli: “Mi chiamo Legione, perché siamo in tanti”.
Estremofili
Come più sopra delineato, molti Batteri ed Archea vivono in ambienti che sino a tempi recenti erano considerati inadatti alla vita. Questo non deve però meravigliarci poiché le condizioni geologiche della Terra sono mutare nel corso delle ere e, sia l’atmosfera che gli oceani nonché le condizioni fisico/chimiche hanno subito stravolgimenti notevoli, in parte causati dagli organismi stessi.
L’atmosfera del nostro pianeta era un tempo priva di ossigeno, infatti sono stati i Batteri fotosintetici, comprese quelle definite un tempo Cianoficee ma anch’esse Batteri, a “ossigenare” l’atmosfera. Questo giustifica anche il fatto che alcuni Batteri ed Archea resistono senza problemi alle radiazioni ultraviolette. Infatti, le radiazioni ultraviolette, letali per la maggioranza degli organismi, sono bloccate dallo strato di ozono che altri non è se non lo stato allotropico (triatomico) dell’ossigeno che si viene formato e distrutto continuamente proprio dagli ultravioletti.
Grazie ad esplorazioni effettuate per mezzo di strumentazioni in grado di operare in ambienti ostili, quando non letali, ed allo sviluppo della genetica, abbiamo potuto scoprire Batteri ed Archea che vivono fino a tre chilometri di profondità nella crosta terrestre, specie che resistono a temperature fino a 130 °C, ma vi sono biologi che ipotizzano possano esisterne anche a 150 °C, ma vi sono specie che capaci di sopravvivere a temperature prossime alla temperatura minima che si incistano e riescono a sopravvivere per migliaia o forse milioni di anni, specie che vivono nel cloruro di sodio (il comune sale da cucina, componente anche dell’acqua marina) ad oltre 40 chilometri di altezza in atmosfera, in ambienti acidi o basici. Sono stati trovati Batteri che resistono a livelli radioattività quattromila volte superiori di quella massima sopportata dalla maggior parte dei viventi.
Molti Batteri, ma nessun’Archea sono parassiti o provocano malattie debilitanti o mortali e sono causa di alcune delle peggiori epidemie della storia, come peste, colera, ecc. Questo vale anche per Batteri che attaccano Piante e Funghi. Un esempio recente è rappresentato dalla Xilella fastidiosa che, diffusasi in Salento, ha provocato la morte di molti Olivi. Poiché si trasmette trasportato da un Dittero ma anche dal vento, era stata ordinata la distruzione degli Olivi attaccati, ma l’opposizione di alcuni olivicoltori, grazie all’improvvido intervento della magistratura, ha consentito il diffondersi del disastro. Ancora una volta va sottolineato che le ordinanze diramate dagli organi preposti dovrebbero essere soppesate dai Magistrati con particolare attenzione. Cosa questa che vale anche nei confronti delle istanze degli ambientalisti contro le decisioni prese da parte degli specialisti.
Non dimentichiamo poi che questi organismi presentano un tasso riproduttivo estremamente elevato e praticano correntemente il trasferimento genetico orizzontale, ossia sono capaci di scambiarsi parti del loro DNA e di inserirlo anche negli organismi eucarioti. Presentando un tasso di mutazione elevato, sono adattabili alle mutate condizioni ambientali: oltre a sviluppare resistenza a tossine, veleni e antibiotici, si sono sviluppate specie in grado di degradare plastica, petrolio, molecole di sintesi e sequestrare metalli pesanti e/o radioattivi. Questo ci ha permesso di sviluppare molti Batteri ingegnerizzati per produrre farmaci ed altri prodotti utili.
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