Avviata una “fotosintesi extraterrestre” in un laboratorio

I cianobatteri sono degli organismi capaci di sopravvivere e riprodursi anche in ambienti avversi come quelli delle super-Terre. A confermare questa tesi sono stati i risultati di un nuovo studio, che sono stati pubblicati su Life, ricavati grazie a degli esperimenti effettuati per la prima volta in un laboratorio di Padova.

Attraverso un setup sperimentale innovativo e una collaborazione tra gli astrofisici e i biologi, si è riuscito a ricreare delle condizioni molto simili a quelle presenti in determinati ambienti extraterrestri, analizzando così la risposta dei microrganismi più comuni e antichi del nostro pianeta.

Lo studio ha analizzato due aspetti. Il primo è quello delle stelle M, denominate così dagli astrofici per avere una classificazione stellare. Questo tipo di oggetti celesti risultano essere molto più deboli del nostro Sole, rosse e relativamente più piccole. Inoltre, non solo sembrano essere le più comuni nella nostra galassia, ma presentano anche una massa molto piccola, e quindi meno luminosa, permettendo così di rintracciare i loro esopianeti in maniera più semplice.

Tra i pianeti orbitanti intorno a queste stelle ne sono stati trovati moltissimi, in particolar modo di tipologia rocciosa, con delle masse di dimensioni pari o superiori alla nostra Terra, le cosiddette super-Terre.

Il secondo aspetto valutato sono stati i cianobatteri, dei microrganismi unicellulari che vivevano sulla Terra già molto tempo prima dei dinosauri, e che ad oggi sono ancora presenti in grandi quantità. I cianobatteri, noti anche con il nome di alghe azzurre, sono dei veri e propri produttori di ossigeno libero, un componente che viene creato attraverso la loro fotosintesi.

I cianobatteri differentemente dalle altre alghe e piante, presentano al loro interno solamente la clorofilla, sono ubiquitari e riescono a vivere in condizioni di vita molto estreme. Grazie alla loro capacità di riuscire a formarsi anche in ambienti senza ossigeno libero, sono la prima fonte biologica di questo prezioso gas. Infatti, è grazie a loro che la Terra si è arricchita di ossigeno, e di conseguenza di vegetazione e della vita presente sul pianeta.

L’attività fotosintetica dei cianobatteri, a partire da oltre tre miliardi di anni fa, ha permesso il lento accumulo, avvenuto nell’arco di un miliardo di anni circa, di ossigeno nell’atmosfera del nostro pianeta. I cianobatteri fino ad arrivare all’apparizione delle prime alghe eucariote, verificatasi circa un miliardo di anni fa, hanno rappresentato l’unica fonte biologica di ossigeno libero. Tutt’oggi questi microrganismi svolgono un ruolo ecologico fondamentale, in quanto sono in grado di fissare l’azoto atmosferico, trasformandolo in composti utili, e renderlo quindi disponibile per gli altri organismi del pianeta. Si riproducono asessualmente per scissione binaria, presentano forme singole e possono aggregarsi in sottili filamenti.

Secondo la ricerca svolta sembra che i cianobatteri riescano a vivere, a riprodursi e a produrre ossigeno anche in ambienti extraterrestri, come nel caso delle super-Terre. L’esperimento che lo dimostra è stato pubblicato sul numero speciale di Life “Frontiers of Astrobiology”. Lo studio è stato svolto grazie ad un setup sperimentale inedito, che ha consentito una simulazione avanzata di condizioni extraterrestri e un analisi non invasiva della risposta dei cianobatteri.

L’esperimento è stato svolto da un team multidisciplinare coordinato in collaborazione da Riccardo Claudi dell’Inaf di Padova, Nicoletta La Rocca dell’Università di Padova e Luca Poletto dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr.

È da molto tempo che gli astrobiologi cercano un modo per poter produrre ossigeno in un ambiente simile a quello che si può incontrare su una super-Terra in orbita attorno ad una stella rossa. Esiste però un aspetto da considerare, ossia che sulla Terra la fotosintesi agisce attraverso una luce solare di un preciso intervallo di lunghezze d’onda denominato Par, acronimo di Photosynthetic Active Region, momento in cui avviene il valore massimo dell’emissione solare.

A differenza del Sole la densità dei fotoni emessi da una stella rossa è più debole nello stesso intervallo di lunghezze d’onda, e quindi è chiaramente minore. Questo tipo di approccio fino ad oggi è stato valutato sono in linea teorica, o si sono limitati a compiere degli esperimenti, ma semplicemente irradiando i cianobatteri con delle luci monocromatiche centrate su una singola lunghezza d’onda, non simulando così la reale emissione di una stella nella sua interezza.

L’esperimento svolto a Padova mette in luce per la prima volta che i cianobatteri irradiati dalla luce simulata di una stella rossa, riescono a svolgere tranquillamente la fotosintesi. Inoltre, è stato riscontrato un aspetto molto importante, ossia che ai cianobatteri sono sufficienti dei pochi fotoni nel Par messi a disposizione dalla stella M.

Un ruolo decisivo per arrivare alla scoperta è stato svolto dall’innovativo apparato strumentale progettato e realizzato dal team, formato essenzialmente da 2 principali componenti. Il primo è un simulatore di luci stellari, o Sls, che genera in modo accurato gli spettri di luce emessa da diverse classi di stelle. Il secondo è una camera di simulazione di atmosfere non-terrestri, o Asc, in cui si possono far crescere i microorganismi fotosintetici illuminandoli contemporaneamente con le luci stellari selezionate.

Lo studio eseguito è stato svolto presso il Dipartimento di biologia dell’Università di Padova, e seguito da Mariano Battistuzzi, dottorando del Cisas di Padova, che ha spiegato: “La realizzazione di questi esperimenti è stata complessa. Ciascuna specie ha esigenze e tempi di crescita diversi, per questo bisogna prestare particolare attenzione alla contaminazione dei campioni, che potrebbe invalidare i risultati degli esperimenti”.

Mariano Battistuzzi, continua spiegando che: “Si è trattato di un procedimento che ha richiesto molto tempo, ma i risultati ottenuti sono molto promettenti. Il setup poi è uno strumento assolutamente innovativo, e la sua realizzazione è stata possibile grazie a un lungo lavoro del team di ricercatori e alla condivisione delle specifiche competenze in ambito astrofisico, ingegneristico, fisico-chimico e biologico”.

Lorenzo Cocola del Cnr di Padova, aggiunge che: “Grazie alla strumentazione che abbiamo sviluppato, siamo in grado di riprodurre a piacimento una varietà di ambienti diversi, tenendo sotto controllo continuo i parametri vitali delle colture batteriche sotto test”.

Claudi, proponente del progetto, conclude spiegando che: “Gli esperimenti di esposizione di cianobatteri a condizioni simulate di luce di nane rosse in atmosfere prive di ossigeno proseguiranno, effettuando delle modifiche alle condizioni ambientali”.

Questa tipologia di ricerche sono di grande importanza, perché consentiranno di comprendere se i pianeti simili alla Terra, che orbitano attorno a stelle rosse nane, come ad esempio Trappist-1 e Proxima Centauri, potrebbero consentire la fotosintesi ossigenica, e di conseguenza l’evoluzione della vita.

Le informazioni ottenute dall’esperimento effettuato potranno essere confrontate con le rilevazioni delle composizioni atmosferiche di questi pianeti, che sono previsti nelle prossime missioni spaziali.

Fonti:

https://www-media-inaf-it.cdn.ampproject.org/v/s/www.media.inaf.it/2021/01/19/fotosintesi-aliena-in-un-laboratorio-padovano/amp/?amp_js_v=a6&amp_gsa=1&usqp=mq331AQFKAGwASA%3D&fbclid=IwAR3M-yGun62PPCfmfvFDJe5nShV0jbbZ-kEIHiT0A-dRpHSzfd82btZWC1Q#aoh=16111464386419&csi=0&referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com&amp_tf=Da%20%251%24s&ampshare=https%3A%2F%2Fwww.media.inaf.it%2F2021%2F01%2F19%2Ffotosintesi-aliena-in-un-laboratorio-padovano%2F