Redazione
Si riproduce a 63° C, continua a muoversi a temperature ancora superiori e, quando il caldo diventa estremo, cambia forma per sopravvivere. È l’‘Incendiamoeba cascadensis’, una nuova specie di ameba isolata nelle sorgenti geotermiche del Lassen Volcanic National Park, in California, che ha stabilito il più alto limite di temperatura mai documentato per la riproduzione di un organismo eucariotico.
Lo studio, guidato da ricercatori della Syracuse University e pubblicato sulla rivista scientifica Cell, sposta di alcuni gradi un confine biologico che per decenni sembrava difficile da oltrepassare. L’ameba riesce infatti a crescere e dividersi fino a 63 °C, resta mobile oltre questa soglia e può sopravvivere a brevi esposizioni a 70 °C entrando in uno stato protettivo. A 80 °C, invece, non riesce più a recuperare.
La novità riguarda gli eucarioti, cioè gli organismi formati da cellule dotate di un vero nucleo e di strutture interne specializzate. Appartengono a questo grande gruppo animali, piante, funghi e molti organismi unicellulari. Batteri e archei hanno una struttura più semplice e sono già noti per tollerare temperature molto più elevate: l’archeo Methanopyrus kandleri, per esempio, può crescere fino a 122 °C. Negli eucarioti il precedente record di crescita si fermava invece a circa 60 °C, raggiunto da alcune alghe rosse e alcuni funghi.
Un’ameba che ama il caldo e soffre quando fa troppo freddo
Il nome scelto dai ricercatori racconta già molto della nuova specie: ‘Incendiamoeba’ richiama il fuoco, mentre ‘cascadensis’ rimanda alla catena delle Cascades, l’area in cui è stata individuata. Le analisi genetiche hanno mostrato che appartiene alle Amoebozoa ed è abbastanza distante dalle specie conosciute da giustificare la definizione di un nuovo genere.
In laboratorio, Incendiamoeba cascadensis ha mostrato un comportamento estremamente specializzato. I ricercatori l’hanno coltivata a 17 temperature comprese tra 30 e 64 °C: sotto i 42 °C non prolifera, mentre tra 55 e 57 °C raggiunge le condizioni migliori per crescere. A 63 °C riesce ancora a completare la mitosi, il processo con cui una cellula si divide generandone due. A 64 °C non aumenta più di numero, ma conserva capacità di movimento. È proprio questa possibilità di riprodursi a temperature così elevate a stabilire il nuovo record per gli eucarioti.
La distinzione tra crescita, attività e semplice sopravvivenza è decisiva. Resistere per pochi minuti a una temperatura non equivale a poterci vivere stabilmente. Negli esperimenti, quando l’ameba è stata sottoposta per cinque minuti a 70 °C, alcune cellule sono riuscite a formare strutture protettive e a tornare attive dopo il raffreddamento. A 80 °C, invece, non hanno recuperato.
Il calore rappresenta uno dei problemi più difficili da affrontare per una cellula. Può modificare la struttura delle proteine, aumentare il rischio di danni al Dna e alterare la fluidità delle membrane. Negli eucarioti la difficoltà cresce perché nucleo, mitocondri e altri organelli dipendono proprio da membrane interne che devono mantenere forma e funzionalità.
Per questo il limite teorico degli eucarioti era stato a lungo collocato poco sopra i 60 °C. La nuova ameba dimostra che almeno alcune cellule hanno sviluppato soluzioni capaci di conservare l’organizzazione interna anche oltre quella soglia.
Lo studio degli organismi estremofili mostra, più in generale, quanto sia ampia la capacità della vita di occupare ambienti che sembrerebbero incompatibili con l’attività biologica: nelle profondità del Mare di Ross, per esempio, alcuni microrganismi continuano a fissare carbonio anche in assenza di luce e a temperature molto basse.
Come fa a non “cuocere” a 63 °C
Per comprendere cosa renda Incendiamoeba cascadensis così resistente, il gruppo di ricerca ne ha ricostruito il genoma e lo ha confrontato con quello di specie affini.
Sono emersi diversi adattamenti. Il genoma presenta una particolare abbondanza di geni coinvolti nella proteostasi, cioè nei sistemi che mantengono le proteine correttamente ripiegate e funzionanti, nella stabilità del materiale genetico e nella percezione delle condizioni ambientali. Quando la temperatura aumenta, entrano inoltre in funzione meccanismi che aiutano la cellula a gestire proteine danneggiate e stress sul Dna.
Gli autori hanno individuato anche caratteristiche delle proteine che potrebbero aumentarne la stabilità alle alte temperature. Alcuni di questi adattamenti ricordano quelli osservati nei termofili appartenenti a batteri e archei, pur essendo comparsi in un organismo evolutivamente molto distante.
La capacità di vivere in condizioni estreme dipende però anche dall’ecosistema circostante. Incendiamoeba cascadensis si nutre di batteri termofili che popolano le stesse sorgenti calde. La sua resistenza non è quindi una proprietà isolata: l’ameba occupa una nicchia ecologica resa possibile dall’esistenza di un’intera comunità microbica capace di funzionare a temperature elevate.
È lo stesso principio che emerge osservando altri ecosistemi sottoposti a condizioni ambientali difficili. Negli oceani tropicali e subtropicali, per esempio, l’adattamento alle nuove condizioni ambientali è un tema centrale: il riscaldamento e la minore disponibilità di nutrienti stanno contribuendo alla progressiva desertificazione di alcune aree marine.
Dai limiti della vita alla ricerca sugli altri pianeti
La scoperta interessa anche l’astrobiologia perché consente di affinare uno dei problemi centrali nella ricerca di vita extraterrestre: stabilire quali condizioni fisiche siano compatibili con l’esistenza di cellule organizzate.
Lo studio degli estremofili terrestri serve proprio a questo. Temperatura, pressione, salinità, acidità e disponibilità di acqua definiscono un insieme di condizioni entro le quali la biochimica conosciuta riesce a funzionare. Quando viene individuato un organismo capace di vivere oltre uno di questi limiti, cambia anche il perimetro degli ambienti considerati potenzialmente abitabili.
La ricerca ha ricevuto finanziamenti anche dalla Nasa, oltre che dalla National Science Foundation e da altri enti scientifici. Gli autori sottolineano che le implicazioni riguardano sia l’evoluzione delle cellule eucariotiche sia la definizione dei parametri utilizzati nella ricerca della vita fuori dalla Terra. Questo non significa che Incendiamoeba cascadensis rappresenti un modello diretto di possibile vita extraterrestre. L’organismo vive in acqua liquida, in condizioni chimiche precise e all’interno di un ecosistema che gli fornisce nutrimento. La sua utilità scientifica sta piuttosto nel mostrare che un’elevata complessità cellulare può essere compatibile con livelli di calore superiori a quelli finora osservati.
Anche la distribuzione della nuova ameba potrebbe essere più ampia del luogo in cui è stata isolata. Confrontando sequenze genetiche disponibili nei database, i ricercatori hanno individuato tracce di organismi affini in altri ambienti geotermici, comprese aree della Nuova Zelanda e di Yellowstone. Il dato non dimostra che si tratti della stessa specie, ma suggerisce che il gruppo possa comprendere altri eucarioti termofili ancora da descrivere.
C’è infine un possibile interesse biotecnologico. Proteine capaci di mantenere forma e funzionalità a temperature elevate sono preziose nei processi industriali in cui gli enzimi comuni diventano instabili. Gli autori indicano tra le prospettive future lo sviluppo di enzimi termostabili e nuovi sistemi di stabilizzazione delle proteine per la biologia sintetica. Per ora si tratta di potenziali applicazioni: nessuna tecnologia industriale è stata ancora sviluppata direttamente a partire da Incendiamoeba cascadensis.
