Viaggio nella biologia cellulare e molecolare

Inside the Cell

11 December 2010 - 22:08

Un’altra vita?

GFAJ-1

Non capita tutti i giorni che gli scienziati si mettano a parlare di alieni. Ma di “alieni” invece se ne è parlato molto negli ultimi giorni, in seguito ad un annuncio da parte della NASA, la ben nota agenzia spaziale americana. In realtà, la parola alieni è stata utilizzata solo a scopo divulgativo, probabilmente per destare l’attenzione del pubblico. Pur avendo a che fare con una scoperta di un certo interesse, non si tratta in realtà di alcun essere venuto dallo spazio. La notizia diffusa dagli scienziati americani riguarda piuttosto un batterio, più terrestre che mai, in grado di sopravvivere sostituendo il fosforo con l’arsenico per il suo sostentamento.
La scoperta rientra in quella disciplina nota come astrobiologia (o esobiologia), una scienza che ha come oggetto di studio la vita al di fuori del pianeta Terra. Come tutti noi sappiamo, al momento non esistono forme di vita extraterrestri conosciute, di conseguenza l’astrobiologia non si occupa direttamente della vita su altri pianeti, ma piuttosto lavora formulando teorie su dove e come la vita potrebbe esistere in altre parti dell’universo. Gli astrobiologi elaborano i dati che le osservazioni spaziali forniscono, dati sulla presenza di pianeti intorno ad altre stelle, sulla loro distanza dal proprio sole, e sulla composizione dell’atmosfera. Queste informazioni servono a far capire agli scienziati se altri pianeti possano o meno avere le caratteristiche geofisiche e chimiche che sulla Terra hanno permesso la nascita della vita, ipotizzando di conseguenza se la vita possa essere presente anche su quei corpi celesti. In questo senso l’astrobiologia potrebbe essere considerata una scienza fondamentalmente speculativa.

Le recenti scoperte della NASA sono state presentate, prima dell’annuncio, come qualcosa che avrebbe dato nuova linfa alla scienza dell’astrobiologia. Non si sapeva ancora in cosa consistesse tale scoperta, ma come è facile immaginare l’annuncio ha presto fatto il giro del mondo ed è stato accolto come una possibile rivelazione della scoperta di vita extraterrestre.
Così non è stato. Non è stata trovata nessuna forma di vita aliena su Marte, su Titano o su qualche altro corpo extraterrestre. Quello che avevano scoperto gli scienziati della NASA era piuttosto un batterio terrestre, vivente nel Mono Lake, un lago salato californiano. Piuttosto vicino, si direbbe, rispetto ai pianeti extrasolari. Anche se vivente sulla Terra, questo batterio è stato comunque chiamato con l’appellativo “alieno”. Questo non tanto per il luogo dove vive, ma piuttosto per le condizioni in cui è in grado di vivere. Il microrganismo in questione è un ceppo degli Halomonadaceae chiamato GFAJ-1. Esso è in grado di crescere anche quando la concentrazione di fosforo è troppo bassa per permettere la vita, usando per il suo sostentamento l’arsenico, che è presente in concentrazioni relativamente elevate nell’ambiente in cui vive.
Come sappiamo il fosforo, sotto forma di fosfato, è un elemento necessario per la vita. Esso fa parte della struttura fondamentale degli acidi nucleici (DNA e RNA) ed è determinante per il funzionamento di proteine e lipidi. L’ATP, la molecola usata da tutte le cellule viventi come unità di scambio dell’energia, funziona proprio usando il legame altamente energetico fra gruppi fosfati.

L’ambiente dove vive GFAJ-1 è un lago salato che contiene alte concentrazioni di arsenico (200 μM). Gli scienziati hanno inserito un inoculo di sedimenti lacustri in un terreno contenente glucosio, vitamine e tracce di metalli, ma completamente privo di fosfato e additivi organici. L’unico fosfato presente nel mezzo derivava da impurità dei suoi componenti salini, ed era in concentrazione di solo 3,1 μM.
Addizionando arseniato in concentrazioni diverse i ricercatori sono riusciti ad isolare il ceppo in questione, che è risultato in grado di crescere nel terreno contenente il fosforo in basse concentrazioni e addizionato con l’arsenico. Per verificare che l’arseniato venisse effettivamente acquisito dal microrganismo è stata usata la spettrometria di massa. L’utilizzo di arseniato marcato con un  isotopo radioattivo di As, inoltre, ha permesso di osservare la localizzazione intracellulare dell’arsenico utilizzato dalle cellule. L’arsenico è stato osservato in frazionamenti cellulari di proteine, metaboliti, lipidi e acidi nucleici. La presenza dell’arsenico nella struttura del DNA è stata in seguito verificata con ulteriori metodi spettroscopici, mentre la concentrazione di fosforo nel DNA dei batteri cresciuti nel terreno quasi privo dell’elemento sono risultate incompatibili con la vita.
Bisogna sottolineare che, tuttavia, il batterio non è un arsenofilo obbligato. GFAJ-1 cresce più velocemente quando gli si fornisce fosforo invece di arsenico, anche se il fosforo è di un ordine di grandezza meno concentrato dell’arsenico. Questo perché il fosforo dà luogo a molecole più stabili di quelle contenenti arsenio, e quindi è un elemento migliore per la costruzione delle biomolecole. Tuttavia gli esperimenti condotti dalla NASA hanno dimostrato che il microrganismo scoperto è in grado di sostituire il fosfato con l’arseniato nelle sue molecole biologiche nel caso il fosforo scarseggi. L’arseniato deve dunque poter adempiere a tutte quelle funzioni chimiche e dare luogo alle stesse interazioni del normale fosfato all’interno delle cellule.

Quali conclusioni scientifiche, e forse anche filosofiche, potremmo trarre da queste osservazioni? La scoperta della NASA non è importante in quanto conferma diretta di vita aliena, come molti speravano prima che i dettagli della scoperta venissero diffusi. Essa è probabilmente importante su un livello concettuale. Questo infatti è forse l’indizio più consistente del fatto che la vita, forse, può funzionare anche in assenza di tutte quelle condizioni che sulla Terra sono fondamentali per gli organismi, come la presenza di una sufficiente concentrazione di fosforo. Questa scoperta apre la strada ad un modo diverso di lavorare e ad ipotesi più flessibili riguardo la presenza di vita nell’universo.
Il fosforo è stato da sempre considerato un elemento di fondamentale importanza per il DNA e l’RNA, le molecole alla base della vita. Nonostante sappiamo da tempo che alcuni elementi accessori alla vita, come il ferro, possono essere sostituiti con altri, fino a poco tempo fa pochi biologi, probabilmente, avrebbero preso in considerazione che molecole come DNA e RNA potessero funzionare anche senza fosforo. Per quanto ne sapevamo, infatti, la composizione di tali molecole fondamentali è la stessa in tutti gli organismi conosciuti.

Si tratta questa di “un’altra vita”? Dobbiamo considerare GFAJ-1 un organismo a parte rispetto a tutti gli altri? La risposta credo che sia negativa. Nonostante la strategia usata dal batterio per sopravvivere sia per il momento unica, dobbiamo ammettere che tale caratteristica deve essere stata acquisita secondariamente durante l’evoluzione. Il batterio condivide antenati comuni a tutti gli altri organismi terrestri, antenati che si sono evoluti, probabilmente, con un DNA di struttura tipica. Dunque gli alieni ancora non sono scesi sulla terra e GFAJ-1 è più terrestre che mai. Ma questa scoperta dopo tutto ci porta ad una riflessione: forse la vita ha più assi nella manica di quello che pensavamo. Forse in futuro ci riserverà altre inaspettate sorprese che, perché no, potrebbero riguardare ambienti esterni al nostro pianeta.

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Tags: Arsenico, Astrobiologia, DNA, GFAJ-1, NASA

 

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