Il mondo dei batteri, per quanto infinitamente piccolo, ha svolto un ruolo fondamentale nella trasformazione dell’atmosfera terrestre da anossica, cioè priva di ossigeno, a ricca di gas respirabili. In altre parole, ha avuto un ruolo fondamentale nella comparsa della vita per come la conosciamo oggi. Una spedizione speleologica italiana ha esplorato alcune grotte in Islanda, caratterizzate da condizioni ambientali estreme: al loro interno i ghiacciai incontrano le rocce e le emissioni geotermiche del sottosuolo. Il nostro ateneo ha messo a disposizione del progetto l’analisi delle comunità microbiche presenti. Andrea Franzetti, microbiologo ambientale, ci spiega perché queste ricerche possono aiutarci a comprendere anche le possibilità di vita su altri pianeti.
Professor Franzetti, com'è nata questa spedizione e quale ruolo ha avuto l'Università di Milano-Bicocca?
La spedizione è stata organizzata da un gruppo di speleologi italiani della Società Speleologica Italiana, guidati da Andrea Benassi, che ci ha contattato per una collaborazione scientifica. Il gruppo aveva un duplice obiettivo: esplorare alcune grotte glaciali islandesi, che cambiano rapidamente nel corso del tempo, e raccogliere campioni da sottoporre ad analisi microbiologiche. Abbiamo messo a disposizione le nostre competenze nello studio degli ecosistemi microbici degli ambienti freddi, occupandoci della supervisione scientifica e della definizione delle procedure per il campionamento.
Che cosa rende così particolari queste grotte?
Sono ambienti in cui il ghiaccio entra in contatto con la roccia e con le emissioni geotermiche provenienti dal sottosuolo. La natura vulcanica dell'Islanda determina gradienti termici molto elevati: in uno spazio relativamente ristretto si possono trovare temperature molto diverse, dal calore delle emissioni geotermiche al freddo del ghiaccio. A questo si aggiunge la possibile presenza di gas e sostanze in concentrazioni elevate, come anidride carbonica e solfuri, che possono risultare tossici. Sono dunque ambienti estremi, nei quali la vita microbica deve sviluppare particolari strategie di adattamento.
Perché studiare proprio i microrganismi che vivono in condizioni così difficili?
Il nostro gruppo si occupa di microbiologia ambientale e, in particolare, degli ecosistemi glaciali. Sono ambienti interessanti per la ricerca di base perché relativamente semplici dal punto di vista ecologico: questo ci permette di studiare i processi che determinano la struttura e le funzioni delle comunità microbiche. I ghiacciai, soprattutto sulla loro superficie, presentano condizioni molto selettive, legate alle basse temperature e all'elevata esposizione ai raggi ultravioletti. In questo caso, però, c'è un ulteriore elemento di interesse: questi ambienti possono essere considerati analoghi terrestri di alcuni contesti extraterrestri.
In che senso le grotte glaciali possono aiutarci a comprendere la possibilità di vita su altri pianeti?
Su alcuni corpi celesti possiamo ipotizzare la presenza di condizioni ambientali simili a quelle che troviamo in queste grotte, soprattutto per quanto riguarda i forti gradienti termici tra le zone più calde e quelle ghiacciate. Studiare i microrganismi che riescono a vivere in queste condizioni ci permette di capire quali comunità microbiche potrebbero svilupparsi e quali meccanismi di adattamento potrebbero essere necessari anche in ambienti extraterrestri. Non significa naturalmente che stiamo cercando forme di vita extraterrestre, ma che studiamo sulla Terra condizioni che possono aiutarci a capire dove e come la vita potrebbe essere possibile altrove.
Una spedizione in luoghi così remoti comporta anche difficoltà tecniche e organizzative.
La preparazione è stata lunga e ha richiesto numerosi incontri con gli speleologi. Una delle questioni più delicate riguardava la conservazione dei campioni. I siti di raccolta non sono sempre raggiungibili con mezzi motorizzati e possono essere necessarie diverse giornate di trekking. Inoltre, spesso non c'è disponibilità di energia elettrica e diventa difficile mantenere la cosiddetta catena del freddo. Per evitare che il DNA e soprattutto l'RNA si degradino, abbiamo quindi predisposto procedure e sostanze specifiche che permettono di conservare i campioni anche a temperatura non refrigerata, fino al loro trasferimento in laboratorio.
Che esito hanno avuto le analisi?
Abbiamo finora analizzato le comunità batteriche presenti nei sedimenti raccolti nella caldera del Kverkfjöll, lungo un gradiente di temperatura che comprende tre diverse condizioni: 86, 52 e 29 °C. I primi risultati hanno evidenziato differenze tra i campioni raccolti nell'area più calda e quelli provenienti dalle zone a temperature inferiori.
Un risultato particolarmente interessante riguarda la varietà dei batteri presenti: contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, nei campioni raccolti alla temperatura più elevata (86 °C) abbiamo osservato una maggiore diversità batterica. Questo significa che, nonostante le condizioni ambientali estreme, convivono numerose popolazioni microbiche, tra cui molti batteri che ricavano energia e carbonio. Nei campioni raccolti a temperature inferiori (52 e 29 °C), invece, la comunità batterica appare maggiormente caratterizzata dalla presenza di alcuni gruppi specifici, in particolare del genere Caldalkalibacillus, che comprende microrganismi estremofili capaci di sopravvivere in ambienti caratterizzati da temperature elevate e pH alcalino.
