Luce nell’oscurità

Il problema Come mai Rimicaris exoculata ha strutture deputate alla vista?

Monitoraggio dei vents OPUS Optical Properties Underwater Sensor  4 fotodiodi a λ 700, 800, 900 e 1000 nm I dati vengono analizzati tenendo conto dell’ assorbimento dei mezzi attraversati dalla radiazione luminosa. Viene calcolato il flusso di fotoni massimo. Vengono inclusi indice di rifrazione dell’acqua marina(n=1,325) Taglia della fonte Emissività della fonte(teoria del corpo nero) N.B. i dati devono essere considerati come limite massimo ALISS Ambient Light Imaging and Spectral System  Fotocamera a bassa intensità CCD 9 immagini del medesimo oggetto Array 1  450, 550, 599, 652, 705, 753, 792, 870, 947 nm(banda 100 nm) Array 2  492, 902 nm (banda 100 nm); 475, 577, 676, 780, 878, 980 nm (banda 50 nm); 582 nm(banda 10 nm) Immagini processate con pacchetti di elaborazione N.B. ALISS esegue un conteggio dei fotoni, per calcolare il flusso utilizzare il modello di inversione

Luoghi d’indagine Tramite OPUSTramite ALISS

Ipotesi dell’origine della luce: radiazione di tipo termico Dati riportati da OPUS Ma cosa genera questa radiazione? Dove viene prodotta?

Esempio di analisi dei dati da ALISS, P vent, Venture Hydrothermal Field

Dati raccolti da ALISS Lobo e Dudley Flanges; (b)Puffer vent; (c)Lucky Strike vent; (d)P vent; (e) Sully vent; (f) L vent; (g) Q vent

Considerazioni Radiazioni a λ > ai 650 nm sono per lo più di natura termica Radiazioni a λ < ai 650 nm sono di altra natura Quali fenomeni possono generare radiazioni elettromagnetiche a livello dei black smoker?

Cristalloluminescenza: formazione e crescita di cristalli. Pulsazioni di ~ 10 ns, λ variabile(NaCl 555 nm) Triboluminescenza: frattura di cristalli. Simile ai dati di cristalloluminescenza Chemioluminescenza: formazione di ossidi di S. λ nm Sonoluminescenza: l’ esplosione di una bolla di vapore produce riscaldamento intenso e localizzato, l’acqua si scinde in radicali di H e OH che reagiscono con il Na rendendolo radicale. Questo tornando allo stato di partenza libera fotoni o calore (reazione con S). λ 589 nm per 100 ps H 2 O  H * + OH * H * + Na +  Na + H + H * + OH * + Na  Na * + H 2 O H * + NaOH  Na * + H 2 O Na *  Na + hv Na * + S  Na + S + calore

La presenza ubiquitaria nei balck smoker delle radiazioni a lunghezza d’onda compresa tra 500 e 550 nm è in linea con la presenza dell’occhio espanso di Rimicaris exoculata il cui fotorecettore assorbe massimamente a 500 nm. Può questa luce essere utilizzata alla pari di quella solare per sintetizzare nutrienti tramite processi fotosintetici? La risposta sembra essere SI

GSB1 Batterio sulfureo verde Anaerobio Necessita luce per ridurre CO2 Fotosintesi a bassissima intensità di luce Raccolta e analisi 1 L a 50 cm dal foro d’uscita 1 ml diversi terreni di coltura a 25 °C e in poresenza di luce(10 µmoli si fotoni m -2 s -1 ) Purificazione fino a coltura pura Spettro di assorbimento e di fluorescenza in vivo Estrazione pigmenti HPLC Osservazione al microscopio elettronico

Estrazione pigmenti: BChlc e clorobactene Batterioclorofilla di tipo c banda di Soret della batterioclorofilla e di carotenoidi

Analisi genetica: Analizzata sequenza FMO(Fenna- Matthews-Olson) e comparata con quella di altri batteri sulfurei verdi stretta relazione di GSB1 con i generi Chlorobium e Prosthecochloris

Test di resistenza all’aria Posti all’aria, in presenza di luce e H2S  riduzione vitalità Resistenti all’aria in assenza di luce e H2S Dove vive GSB1? Dati ambientali Vicino all’imboccatura del balck smoker luce a λ 700 ±50 nm flusso di fotoni 10 8 fotoni cm -2 s -1 sr -1 a λ 400 e 500 nm 10 4 fotoni cm -2 s -1 sr -1

FJ-1 Catturato a 50 m dal imboccatura del black smoker Diversi campioni d’acqua incubati su terreno solido arricchito di un medium per l’isolamento di batteri fotosintetici aerobi 5 gg 25 °C al buio e 5 gg a 30 °C Colonie colorate purificate fino a colonia pura Spettro d’assorbimento Analisi filogenetica Batterio fotosintetico aerobo anossigenico

BChl a incorporata nel light harvesting complex I RC carotenoidi La presenza di LHI e del centro di reazione, il numero totale di unità fotosintetiche per cellula sono poco comparabili con il numero di unità fotosintetiche determinate dallo spettro dei batteri purpurei anaerobi. Contenuto BChla/mg proteine = 0,4 -0,6 Membri del gruppo dei batteri fotosintetici aerobi anossigenici L’abbondanza di questi batteri nel pennacchio del balck smoker (10% di tutte le cellule coltivate nei supporti usati) indica che la presenza di batterioclorofilla potrebbe essere un vantaggio evolutivo sequenza di due segmenti del rDNA 16S colloca JF-1 nella sottoclasse dei Proteobacteria.

Analisi critica Ambiente di vita ≠ ambiente ricreato Black smoker Laboratorio T(all’imboccatura) 350°C T(circostante) 2 °C T incubazione °C P TY black smoker 240 atm (2391 m di profondità + 1 atm della pressione atmosferica) P campionamento FJ atm (1978 m di profondità + 1 atm della pressione atmosferica) P 1 atm

Luce 10 µmoli di fotoni m -2 s -1 (luce fluorescente e ad incandescenza) Luce 1 µmoli di fotoni m -2 s -1 GSB1 (6x10 13 fotoni cm -2 s -1 = 1µmole fotoni m -2 s -1 ) P vent L vent FJ-1 mantenuto al buio Black smokerLaboratorio  Adattamenti a livello molecolare e fisiologico?  Cambiamenti nella quantità, qualità ed organizzazione spaziale dei pigmenti?

Grazie per l’attenzione