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Agnese Codignola

I luoghi assurdi in cui cresce la vita

Mengran Du, una delle dieci persone indicate come ogni anno da Nature come le più influenti della scienza a livello mondiale, è una geochimica docente presso l’Institute of Deep-sea Science and Engineering della Chinese Academy of Sciences, e non soffre di claustrofobia. Chiusa nel suo Fendouzhe, il sommergibile di appena 1,8 metri, realizzato in titanio per resistere a una pressione di 98 megapascal – circa mille volte quella della superficie del mare – insieme a due colleghi, ha già svolto ventiquattro missioni, ogni volta restando sei ore e più a contemplare emozionata quella che per lei è la porta su un mondo nuovo e, contemporaneamente, una macchina del tempo. Perché laggiù, a più di novemila metri di profondità, la parola “vita” assume un significato diverso, e il tempo torna indietro di milioni di anni. 

Nella sua ultima missione, sul fondo della fossa che separa le isole Curili dalla Kamchatka, tra il Nord del Giappone e la Russia, nella fascia chiamata piano adale, la più profonda dell’ambiente marino, per definizione al di sotto dei seimila metri, le luci del suo sommergibile hanno illuminato un intero ecosistema mai descritto prima, abitato da strani vermi pelosi, bivalvi eccentrici e organismi dalle forme più bizzarre che nuotano serafici tra sedimenti e tubicoli rossi. In quella missione Du ha dimostrato due fatti fondamentali: tutto quel mondo esiste grazie a microrganismi che si nutrono di metano, di acido solfidrico e di altri gas altrimenti tossici che sgorgano dalle profondità delle rocce, e non grazie alla luce del sole o ai resti dei pesci che arrivano dagli strati superiori, come si pensava.

Quell’universo oscuro e inviolato ha alle sue fondamenta microrganismi chiamati chemiosintetici, perché capaci di trasformare il carbonio inorganico in composti organici  senza bisogno d’altro, e quindi attuando una versione chimica di quella che per gli altri è la fotosintesi. Vive cioè grazie a organismi estremofili, adattati a resistere e proliferare in condizioni in teoria incompatibili con la vita per come la si è sempre immaginata, ovvero dipendente da certe condizioni di temperatura, luce, umidità e nutrienti specifici. Gli estremofili vivono una vita spericolata, prosperano laddove null’altro ce la fa. 

Inoltre, sempre per la prima volta, confrontando i dati delle Curili con quelli di una sua spedizione precedente nell’Oceano Pacifico a profondità analoghe, la ricercatrice ha dimostrato che l’ecosistema del piano adale è molto simile nei due ambienti, nonostante le migliaia di chilometri di distanza e le differenze climatiche, e che alcuni degli organismi che lo popolano sono gli stessi. Questo suggerisce che esista una sola grande corrente abissale che percorre tutto il pianeta, trasportando con sé una comunità di estremofili rimasta integra da milioni di anni. Potrebbe essere lì, in quel magmatico e oscuro fiume freddo, che si sono formate le prime forme di vita complessa, grazie alla capacità di sfruttare quello che c’è, qualunque cosa sia, fosse anche arsenico o mercurio. E potrebbe essere alle loro versioni attuali, ancora così testardamente primordiali, che l’umanità dovrà guardare e imparare se vuole salvarsi su un pianeta che sarà sempre meno ospitale, o andare su altri per restarvi. Probabilmente per questo Nature ha assegnato a Du il riconoscimento.

Del resto, è dalle correnti marine che è arrivata la prima descrizione scientifica degli estremofili, nel 1979. Quell’anno, un gruppo di biologi marini della statunitense National Science Foundation, a bordo di uno dei primi sottomarini della serie Alvin in missione alle isole Galapagòs, illustrò su Science ciò che aveva trovato nelle correnti termali a 2600 metri di profondità. Quei camini gassosi mai osservati così da vicino, con temperature superiori ai 60°C e caratterizzati da una miscela di gas di zolfo e azoto, metalli pesanti, terre rare e altro ancora, contenevano ecosistemi nonsense, che sfidavano tutte le leggi della biologia. Come raccontarono i ricercatori “sembra che utilizzino la chemiosintesi effettuata da batteri che ossidano lo zolfo, e che ottengono tutta l’energia di cui necessitano dalle reazioni che intercorrono, ad alte temperature, tra l’acqua di mare e le rocce, anziché dalla fotosintesi”. 

L’anno della consacrazione di una scienza del tutto nuova fu però probabilmente il 2013, quando furono scoperti alcuni estremofili nella Fossa delle Marianne, a 11.000 metri sotto il livello del mare, e poi all’interno di rocce marine a 2500 metri sempre sotto il livello del mare, sulla cresta Juan di Fuca, nel bel mezzo dell’Oceano Pacifico. 

Sempre dalle rocce era arrivata del resto anche una delle primissime scoperte sconcertanti, datata 1976. Quell’anno il biologo ungherese Imre Friedman, sopravvissuto ai campi di concentramento dei Carpazi, già scopritore di alcune microalghe nel deserto del Negev (un altro ambiente teoricamente privo di vita) trovò per la prima volta funghi neri all’interno di alcune rocce del Deserto di Ross, in Antartide, e li chiamò criptoendolitici. Molti anni dopo, nel 2001, in forze da anni alla NASA, trovò tracce di criptoendoliti all’interno di un meteorite marziano chiamato Allen Hill 84001: una tappa fondamentale nella conoscenza della vita al di fuori della Terra. 

La vita trova quindi il modo di farsi strada anche dentro minerali all’apparenza impenetrabili e del tutto sterili. Di fatto, ovunque la si cerchi, è presente. Secondo uno studio del 2021, che ha raccolto le testimonianze e le misurazioni di diverse spedizioni, ci sarebbero solo due cime in Antartide, non dissimili dalle creste marziane, prive di qualunque forma di vita, anche se gli endoliti di Allen Hill 84001 autorizzano a dubitarne. Infatti i cacciatori di estremofili continuano a cercarne.

Ne sa qualcosa Karen Lloyd, geomicrobiologa che ha appena dato alle stampe, per Princeton University Press, Intraterrestrials: discovering the strangest life in the Earth, un libro che ha il passo di un thriller e che a partire dal titolo richiama la sensazione di estraneità che suscitano quegli esserini in chi li scopre, non dissimile da quella che si proverebbe incontrando degli extraterrestri.

Oltre a raccontare dei suoi colleghi che si immergono, come Du, nelle profondità del Golfo del Messico o nelle fumarole solforose dei vulcani delle Ande, di coloro che perforano il permafrost artico delle Svalbard o percorrono il deserto cileno di Atacama o quello etiope della Dancalia, Lloyd riporta esperienze di prima mano, come quella occorsa a lei e ai suoi colleghi nel vulcano Poàs del Costa Rica, nel cui cratere c’è un lago di un meraviglioso turchese: un colore troppo perfetto per non nascondere insidie. E infatti quel liquido non è acqua cristallina, ma una miscela mortale di acido solforico e acido cloridrico, con un pH di 1, perennemente a 100 °C. Quell’acqua in realtà ricopre il cratere di un vulcano attivo che ha eruttato 54 giorni dopo una delle missioni della ricercatrice durante la quale, però, lei e i suoi collaboratori, non si preoccupavano affatto del possibile rischio: pensavano solo a sporgersi senza che quel turchese sciogliesse i loro stivali per prelevarne un po’, curiosi di capire se contenesse forme vitali, e come queste riuscissero a vivere e a riprodursi. 

Il campionamento è ancora oggi l’aspetto più delicato, avventuroso e, insieme, il più importante per chi studia gli estremofili, perché richiede prelievi talvolta da materiali come rocce, ghiaccio o vapori tossici e incandescenti in luoghi dove qualunque forma di vita è stata eliminata e dove anche gli esseri umani normalmente non soggiornano. Ma è ineludibile, anche perché riprodurre in laboratorio quelle condizioni è complicato e costoso, quando non impossibile.

Ciò che invece è diventato più semplice, negli ultimi anni, è identificare i microrganismi grazie alle tecniche di sequenziamento rapido, alla metagenomica (cioè alla possibilità di decrittare il genoma di intere comunità prelevando direttamente campioni in loco, senza bisogno di coltivare le singole specie in laboratorio, e stabilendo anche le reciproche relazioni) e ai sistemi di intelligenza artificiale che formulano ipotesi per confronto con le specie già note. Il risultato è una meravigliosa foresta di linee evolutive, in parte descritta anche da David Quammen in L’albero intricato, che diverge in ogni direzione e non procede come si immagina, secondo le gerarchie tradizionali. La vita prende strade imprevedibili, e sconcerta chi pensa di aver capito come procede.

Per esempio, come racconta ancora Lloyd, lo fa con i microrganismi (batteri e archea) chiamati cronofili o supercronofili, che impiegano tempi incomprensibili – sempre secondo i canoni di normalità – per riprodursi. Un batterio come Escherichia coli lo fa ogni venti minuti, ma alcuni suoi simili e alcuni archea lo fanno in centinaia o migliaia di anni, perché necessitano di moltissimo tempo per raccogliere tutta l’energia necessaria. Questo, d’altro canto, consente loro di sopravvivere in stadi di apparente letargo biologico in attesa di tempi migliori e ambienti meno ostili.

Tra l’altro, una delle scoperte più recenti riportate da Lloyd è quella, cruciale, relativa alle soglie minime di energia necessaria al mantenimento in vita e poi alla ripresa delle attività biologiche: sarebbero molto più basse di quanto ipotizzato finora. Un cambiamento di prospettiva che ha ripercussioni enormi, per esempio, nell’interpretazione di alcune firme biologiche (composti considerati degni di interesse) trovate su Marte, nei laghi ghiacciati di Europa, la luna di Giove, o su Encelado, quella di Saturno. Finora sono state lette come pallide testimonianze di reazioni non necessariamente legate a organismi vitali. Ma, dal momento che ciò che serve alla vita è molto meno di ciò che si pensava, sarà davvero così? Se l’interpretazione attuale fosse errata, sarebbe necessario mettere in discussione quanto si è ipotizzato finora sulla possibilità di trovare o stabilire forme viventi al di fuori della Terra, così come capire se quelle capacità straordinarie possano essere utili sulla Terra stessa, per esempio per ripristinare ambienti contaminati o produrre energia.

Del resto, che la vita sia molto più resistente del previsto lo si vede anche in estremofili più complessi, alcuni dei quali, a loro volta, sfidano i dogmi. Uno degli ultimi descritti è un’ameba unicellulare ribattezzata Incediameba cascadensis (uno dei privilegi di questi ricercatori è poter nominare le specie, soddisfazione ormai preclusa a quasi tutti gli altri biologi) da coloro che l’hanno scoperta in California, nel Lassen Volcanic National Park, noto per i suoi laghetti acidi e bollenti. A identificarla è stata ancora una volta una ricercatrice donna, Angela Oliverio della Syracuse University di New York (quello degli estremofili è un settore che, nonostante la necessità di una certa prestanza fisica per le ricerche sul campo, ha meno gender gap di altri) sul sito di pre-print BioRXiv.

Una volta tornata in laboratorio con i suoi campioni, Oliverio inizialmente non aveva visto nulla di vitale, anche se quell’acqua, prelevata da un ruscello, era una delle poche con un pH neutro. Tuttavia, aggiungendo qualche nutriente e portando il tutto a 57°C – temperatura media dell’acqua nel suo ambiente originale – è comparsa l’ameba, evidentemente dormiente a temperature più basse. Ma ciò che ha fatto segnare un nuovo record sono state le temperature successive, superiori ai 60°C, soglia fino a quel momento considerata invalicabile per la vita degli eucarioti. L’ameba si riproduce ancora a 63°C, si muove a 64°C e dà segni di vita anche a 70°C, formando cisti che le permettono di entrare in uno stato di quiescenza, in attesa di temperature più accettabili. 

Tra gli eucarioti, però, le star indiscusse sono probabilmente i tardigradi, noti anche come orsi d’acqua, esserini di pochi millimetri dall’aspetto inconfondibile con le loro otto zampette, la forma morbida e un’apertura apicale per alimentarsi che sembra un occhio. Negli ultimi anni hanno polverizzato un record dopo l’altro, continuando a spostare più in là l’asticella della compatibilità con la vita. I tardigradi resistono infatti a pressioni stratosferiche (fino a 6000 atmosfere), alle radiazioni, a temperature assai scomode (tra i -272,9 e i +140°C), a concentrazioni improbabili di CO e CO₂, alla mancanza d’acqua, al vuoto dei viaggi spaziali, ai raggi UV e perfino ai proiettili. E ci riescono grazie al loro corredo genetico assai bizzarro, descritto nel dettaglio a partire dal 2017. Per la prima volta in quell’anno è stata infatti dimostrata la presenza di geni che codificano per proteine chiamate intrinsecamente disordinate (un nome, un programma), del tutto atipiche, che permettono il passaggio allo stato quiescente – una sorta di pietrificazione – quando l’ambiente diventa inospitale. 

Una delle ultime scoperte che li riguarda, riportata in un lavoro uscito nel 2024, si concentra invece sulla datazione, ottenuta grazie all’analisi di un reperto rarissimo: uno dei tre pezzi di ambra trovati finora in tutto il mondo nei quali è rimasto intrappolato un tardigrado di pieno Cretaceo. Quel pezzetto di resina fossile è lo stesso che aveva permesso la prima vera descrizione moderna dei tardigradi, noti peraltro da tre secoli, negli anni Sessanta, da parte del biologo canadese Kenneth Cooper. Analizzandolo, Cooper giunse alla conclusione che si trattava di un tardigrado di ottanta milioni di anni fa che nominò (anche lui togliendosi questo sfizio) Beorn leggi, in onore di un personaggio di J.R.R. Tolkien che poteva assumere la forma di un orso. Cooper non riuscì ad andare molto oltre una sommaria descrizione, ma quello stesso frammento di ambra conteneva anche un altro esemplare, troppo raggrinzito per poter essere studiato. Fino al 2024.

Quell’anno Javier Ortega Hernandez, ricercatore del Museum of Comparative Zoology e del Department of Organismic and Evolutionary Biology dell’Università di Harvard nel quale è conservata la preziosissima ambra, ha usato il microscopio al laser confocale e ottenuto ricostruzioni in 3D anche dei dettagli più piccoli del tardigrado misterioso, e grazie a esse ha visto che non era un altro B. leggi, ma un esemplare più simile a un’altra famiglia di tardigradi moderni, quella degli Hypsibioidea. Ortega non si è lasciato sfuggire l’occasione, e ha nominato il tardigrado preistorico Aerobius dactylus, termine che richiama l’aria in cui sembra nuotare, immerso in quel materiale trasparente, e un “dito” particolarmente lungo (uno degli artigli).

La coesistenza dei due dimostra che già ottanta milioni di anni fa i tardigradi erano differenziati in più specie. La capacità di cambiare stadio, invece, nota anche come criptobiosi (vita nascosta), potrebbe risalire a 420 milioni di anni fa, ed era presente sicuramente 180 milioni di anni fa: è grazie a essa che i tardigradi sono giunti fino a noi, nonostante le estinzioni e tutto ciò che è successo nel frattempo. Ed è grazie a essa che hanno resistito dieci giorni all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale, nel 2007, in un esperimento svolto durante una missione della European Space Agency (ESA). Sempre grazie alla criptobiosi una loro rappresentanza è attualmente sulla superficie lunare, in attesa che qualche umano vada a recuperarli per vedere come stanno.

Lassù li aveva mandati la società privata israeliana Bersheet della Israel Aerospace Industries nel 2019, come campioni della Arch Mission Foundation, un ente no profit che vuole preservare la memoria della razza umana per le generazioni future o per altre intelligenze. Ma la sonda si è schiantata sulla superficie della Luna, e i tardigradi, probabilmente, sono ancora lì da qualche parte, in criptobiosi, magari a contatto con degli endoliti.

Gli estremofili sono ovunque, e negli ultimi anni sono stati trovati anche in luoghi non necessariamente remoti. Un esempio sono i solfobatteri purpurei fototrofi scoperti nel 2021 in Ticino (Svizzera), nel lago di Cadagno, che ha una caratteristica unica: contiene due strati di acqua molto diversi che scorrono l’uno sull’altro senza mai mischiarsi. Lo strato superiore è composto dalle acque di scioglimento dei ghiacciai, è più leggero e povero di sali minerali, mentre quello inferiore nasce da sorgenti del lago, è pieno di sali e privo di ossigeno, sostituito dallo zolfo. È lì, in basso, che si trovano dei solfobatteri rossi, che si alimentano di zolfo e che potrebbero essere precedenti ai cianobatteri, considerati finora le prime forme di vita organizzata comparse sulla Terra, perché capaci di fissare l’azoto. Anche i solfobatteri lo fanno, e lo fanno da 2,5 miliardi di anni, grazie a un enzima chiamato molibdeno-ferro nitrogenasi presente nel lago: per questo sono considerati nuovi protagonisti dell’evoluzione. 

E poi ci sono le declinazioni casalinghe, perché in ogni ambiente possono esserci popolazioni di estremofili, come all’interno di alcuni elettrodomestici. La loro scoperta arriva, ancora una volta, dall’acqua, e nello specifico dalle correnti vulcaniche marine attorno all’isola di Vulcano. Lì nel 2024 alcuni ricercatori della Colorado State University hanno identificato un cianobatterio chiamato UTEX 322e, detto familiarmente Chonkus (un termine inglese che indica un animale domestico paffuto) vista la sua capacità di riprodursi e raddoppiare in due ore e mezza: tutt’altro che cronofilo, quindi). Chonkus mangia la CO₂, e potrebbe quindi contribuire a catturare quella in eccesso presente in atmosfera, e ha ispirato una campagna di Citizen Science, lanciata anche dagli stessi scopritori, chiamata appunto The Extremophile Campaign: In Your Home, nella quale i cittadini sono invitati a fotografare “tutto ciò che normalmente si pulisce e si elimina” come croste, filamenti e sporcizia presenti in elettrodomestici come lavastoviglie, frigoriferi e condizionatori, prestando particolare attenzione ai punti più caldi o più freddi. È lì che potrebbero nascondersi i Chonkus, ma anche altri nuovi estremofili domestici.

Come ha scritto David Barash, biologo evoluzionista, in un articolo su Aeon nel 2019, gli estremofili costituiscono una forma di ottimismo cosmico, perché dimostrano la resilienza della vita. A prescindere dalla presenza degli esseri umani e di tutte le altre specie, fino a quando, da qualche parte, ci sarà un estremofilo che aspetta pazientemente che tornino tempi migliori, sulla Terra ci sarà vita, e speranza.