Gli Estremofili
Riccardo Stagni
18 Maggio 2009
Outline of the Talk
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Cosa sono?
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Interesse Astrobiologico
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Possibili candidati nel sistema solare?
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Panspermia
Tipi di estremofili
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Condizioni fisiche
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Condizioni chimiche
Esempi
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Deinococcus radiodurans
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Funghi radiotrofici
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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 Astrobiologico
Gli 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
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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.
Panspermia
La 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
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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
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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
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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)
Funghi radiotrofici
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scoperta recente
(Dadachova+ 2007,
doi:10.1371/journal.p
one.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 metallidurans
Cupriavidus 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.jgipsf.org/ralme/ralme.home.html
I Tardigradi
Anche fra gli Eucarioti vi sono degli estremofili.
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.
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
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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)