Estremofili e criptobionti: la vita in condizioni estreme

Si definisce “estremofilo” un organismo che prolifera attivamente e/o richiede specificatamente per sopravvivere condizioni fisiche e/o geochimiche che risultano mortali per la maggior parte delle forme di vita sulla Terra (Kiran Kapoor 2010). Esistono differenti classi di organismi estremofili distribuiti su tutto il globo, ognuno corrispondente a specifiche nicchie in cui le condizioni ambientali divergono profondamente dallo standard mesofilico cui è adattata la maggior parte delle forme viventi ad oggi note (Gross M. 1998).

Schema batteri estremofili - Google Immagini

Schema batteri estremofili – Google Immagini

  • Acidofili: organismi che mostrano una crescita ottimale ad un pH uguale o inferiore a 3.
  • Endoliti: organismi che sopravvivono in microscopiche spaccature delle rocce profonde sia marine che terrestri.
  • Alcalofili: organismi che mostrano una crescita ottimale ad un pH uguale o maggiore di 9.
  • Alofili: organismi che mostrano una crescita ottimale solo in presenza di una concentrazione salina (NaCl) di almeno 0,2 M.
  • Ipertermofili: organismi che riescono a sopravvivere a temperature tra gli 80 e i 122 °C (alcuni sfiorano i 180 °C).
  • Ipolitici: organismi che vivono al di sotto delle rocce nei deserti freddi.
  • Litoautotrofi: organismi la cui sola fonte di carbonio è l’anidride carbonica associata ad un metabolismo che prevede una reazione esoergonica di ossidazione inorganica (chemiolitotrofia). Questi organismi sono capaci di generare energia da minerali ridotti come la pirite.
  • Metallotolleranti: capaci di crescere in presenza di alte concentrazioni di metalli pesanti.
  • Oligotrofi: organismi capaci di crescere in ambienti poveri di nutrienti.
  • Osmofili: organismi capaci di crescere in ambienti con alte concentrazione di zuccheri.
  • Piezofili: organismi che hanno un optimum di crescita ad altissime pressioni idrostatiche.
  • Psychrofili: organismi capaci di sopravvivere, crescere e riprodursi a temperature inferiori a -15 °C.
  • Radioresistenti: organismi resistenti ad alti livelli di radiazioni ionizzanti, radiazioni ultraviolette o addirittura radiazioni nucleari.
  • Termofili: organismi che possono sopravvivere a temperature tra i 60 e gli 80 °C.
  • Xerofili: organismi che possono sopravvivere in condizioni ambientali estremamente aride e di disseccamento spinto.

Queste classi non sono mutuamente esclusive, infatti molti estremofili (i cosiddetti poliestremofili) sono riconducibili a più di una di esse.

 Esistono sulla Terra diverse tipologie di ambienti estremi che possono rappresentare l’habitat ideale per queste singolari creature. I primi studi che portarono alla scoperta di forme di vita microscopiche in ambienti precedentemente ritenuti sterili risalgono agli anni ’60 e furono condotti in sorgenti termali, fumarole e vulcani di fango dello Yellowstone National Park, dove vennero isolati i primi batteri termofili (come il celebre Thermus aquaticus). In seguito numerose ricerche confermarono la presenza di organismi termofili e ipertermofili in altre nicchie ecologiche dalle caratteristiche chimico-fisiche peculiari (ricche di zolfo, metano, e temperature dagli 80 ai 300 °C) quali bocche idrotermali sottomarine, black smokers oceanici e fanghi di bocche vulcaniche (es. Pyrococcus furiosus). In particolare negli abissi oceanici, soprattutto in corrispondenza delle dorsali, l’intensa attività vulcanica non scoraggia diversi generi di microrganismi ipertermofili chemiolitotrofi capaci di ossidare i composti dello zolfo (es. Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiotrix). Questi procarioti fungono da endosimbionti autotrofi di metazoi bentonici giganti (vermi tubulari e molluschi), dando origine a veri e propri ecosistemi abissali, a catena trofica corta ed alta produttività di biomassa, completamente indipendenti dalla classica fotoautotrofia di superficie, sulla quale si è basata l’evoluzione della maggior parte delle forme di vita terrestri.

Al pari delle nicchie caratterizzate dalle alte temperature, anche ambienti estremamente freddi, quali gli snowpack alpini e i profondi ghiacci polari, possono ospitare numerosi organismi come Arthrobacter e Psychrobacter (Zhang 2009).  Esistono, inoltre, ambienti acquatici che presentano un’ altissima concentrazione di diversi tipi di soluti, a causa di fenomeni quali forte evaporazione, infiltrazione o isolamento, arrivando a valori estremi di pH e concentrazione.

E’ bene ricordare che, oltre ad archea e batteri, in molti ambienti estremi troviamo anche metazoi come i tardigradi (water bears): invertebrati che risultano resistenti a un gran numero di condizioni avverse quali radiazioni, alte pressioni, alte e basse temperature, disseccamento, mancanza di ossigeno. Nei grandi laghi salati (Mar Morto, lago Rosa in Senegal, etc.), ad esempio, troviamo microrganismi alofili come l’archebatterio Halobacterium ma anche il gambero Artemia salina (scimmietta di mare) che prolifera ad altissime concentrazioni saline e nel quale, in risposta all’aumento della salinità oltre una certa soglia, la riproduzione avviene per via partenogenetica, con uova incistate protette da un guscio isostatico rinforzato, anziché per via sessuale. Tuttavia deve essere tenuto in considerazione che, nella maggioranza dei casi, gli organismi pluricellulari riscontrati in questi ambienti, così come nei deserti caldi e freddi in cui gli esseri viventi si trovano ad affrontare soprattutto la mancanza di acqua o la sua bassa disponibilità intracellulare, le condizioni letali imposte, anche per periodi molto lunghi, vengono superate  per mezzo di strategie di “sospensione metabolica” dette criptobiosi. Questo stato di quiescenza, supportato a livello biochimico da modificazioni strutturali temporanee di difesa (ad esempio produzione e accumulo del disaccaride trealosio che protegge le membrane cellulari da disseccamento e formazione di cristalli di ghiaccio – Crowe et al. 1984), è ben diversa cosa rispetto alla predilezione spinta mostrata dai veri estremofili: i quali proliferano attivamente in condizioni generalmente proibitive per la vita; i criprobionti sono infatti più correttamente indicabili con il termine “surviviofili” e cioè adattati, più che a condizioni estreme, a sopravvivere ad estreme oscillazioni ambientali (Chao et al. 2005).

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Fonti:

  1. Gross, Michael. Life on the Edge: Amazing Creatures Thriving in Extreme Environments. New YorK: Plenum (1998).
  2. Chao C., Chu C.E., Trent, J.D. Extremophiles, survivophiles, and the continuity of life on Earth. In: Astrobiology and Planetary Missions, Proceedings of the SPIE 2005 5906:96-106.
  3. Crowe J.H., Crowe L.M., Chapman D. Preservation of membranes in anhydrobiotic organisms: the role of trehalose. Science 1984 223:701-3.
  4. Zhang DC, Schumann P, Liu HC, Xin YH, Zhou YG, Schinner F, Margesin R. Arthrobacter alpinus sp. nov., a psychrophilic bacterium isolated from alpine soil. Int J Syst Evol Microbiol. 2009 Oct 30
  5. Kiran Kapoor “Illustrated dictionary of Microbiology” Oxford Book Company 2010
  6. Lezioni Prof.ssa Perito Università degli Studi di Firenze
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4 risposte a Estremofili e criptobionti: la vita in condizioni estreme

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  4. Goethe Silvia ha detto:

    Interesting one! ;)

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