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Gli Estremofili Riccardo Stagni 18 Maggio 2009. Outline of the Talk Cosa sono? Interesse Astrobiologico Possibili candidati nel sistema solare? Panspermia.

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1 Gli Estremofili Riccardo Stagni 18 Maggio 2009

2 Outline of the Talk Cosa sono? Interesse Astrobiologico Possibili candidati nel sistema solare? Panspermia Tipi di estremofili Condizioni fisiche Condizioni chimiche Esempi Deinococcus radiodurans Funghi radiotrofici Cupriavidus metallidurans

3 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

4 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.

5 Possibili candidati nel Sistema Solare 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: / ) Gli oceani sotterranei di Europa potrebbero ospitare forme di vita in corrispondenza di sorgenti idrotermali, esattamente come succede negli oceani terrestri

6 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.

7 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

8 Tipi: Condizioni fisiche 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

9 Tipi: Condizioni chimiche 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

10 Ambienti alofili Ridente paesaggio nel Mar Morto

11 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.

12 Deinococcus radiodurans poliestremofilo (resiste a freddo, disidratazione, vuoto, acidità) radioresistente (fino a 5000 Gy senza accusare colpo, a 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) (*) un uomo muore con 10 Gy

13 Funghi radiotrofici scoperta recente (Dadachova+ 2007, doi: /journal.p one ) prime osservazioni come muffe nei dintorni di Chernobyl usano la melanina per convertire i raggi gamma in energia (come la clorofilla) costo metabolico?

14 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. metallidurans psf.org/ralme/ralme.home.html metallidurans

15 I Tardigradi 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. Anche fra gli Eucarioti vi sono degli estremofili.

16 Bibliografia Bacteria thrive at stunning depths, Roxanne Khamsi doi: /news "Gli estremofili", Le Scienze, 346, 06/1997, pp Wikipedia inglese 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)


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